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第二章 光学分析方法导论 电磁辐射与电磁波谱 2.1电磁辐射与电磁波谱 什么是电磁波？ 电磁波（电磁辐射）是一种以极高速度传播的光量子流。既具有粒子性，也具有波动性。 波动性 每个光子具有一定的波长，可以用波的参数如 波长（?）、频率（ ? ） 、周期（T） 、及振幅（A）等来描述。 光在真空中的传播速度： c = ?· ? 粒 子 性 电磁辐射与物质之间能量的转移用粒子性来解释 特征：辐射能是由一颗一颗不连续的粒子流传播的，这种粒子叫光量子，是量子化的（发射或被吸收）。 光量子的能量： E = h? h — plank 常数（ 6.626?10-34 J·S ） 电 磁 波 谱 电磁辐射按波长顺序排列 2.2 光学分析法及其分类 分为两大类： 光谱法（主要） 非光谱法 光 谱 法 基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。 非光谱法 基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。 光 谱 法 原子光谱法：由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。 原子发射光谱法（AES） 原子吸收光谱法（AAS） 原子荧光光谱法（AFS） X射线荧光光谱法（XFS） 分子光谱法：分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。 紫外-可见分光光度法（UV-Vis） 红外光谱法（IR） 分子荧光光谱法（MFS） 分子磷光光谱法（MPS） 按照电磁辐射和物质相互作用的结果，可以分为： 发射光谱 吸收光谱 散射光谱 原子和分子的电子能级 一、发射光谱法 基态原子或分子获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。 M* ?? M + hv 1. ? 射线光谱法 天然或人工放射性物质的原子核在衰变的过程中发射?和?粒子后，使自身的核激发，然后核通过发射?射线回到基态。 2. X射线荧光分析法 原子受高能辐射激发，其内层电子能级跃迁，即发射出特征X射线，称为X射线荧光。 用X射线管发生的一次X射线来激发X射线荧光。 3. 原子发射光谱分析法 用火焰、电弧、等离子炬等作为激发源，使气态原子或离子的外层电子 受激发发射特征光学光谱。 波长范围在190 ~ 900nm。 4. 原子荧光分析法 气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子 从基态或低能态跃迁到较高能态，约经10-8 s，又跃迁至基态或低能态，同时发射出与原激发波长相同（共振荧光）或不同的辐射。 5.分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射后，物质分子吸收辐射而成为激发态分子，从第一激发单重态回到基态的过程中发射出的光辐射。 7. 化学发光分析法 由化学反应 提供足够的能量，使其中一种反应的分子的电子被激发，形成激发态分子。激发态分子跃迁回基态时，发出一定波长的光。其发光强度随时间变化。 二、吸收光谱法 当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足△E = hv的关系时，将产生吸收光谱。 M + hv ?? M* 1.紫外-可见分光光度法 利用溶液中的分子或基团在紫外和可见光区产生分子外层电子能级跃迁所形成的吸收光谱。根据吸收光谱用于定性和定量测定。 2. 原子吸收光谱法 利用待测元素气态原子对共振线的吸收进行定量测定的方法。其吸收机理是原子的外层电子能级跃迁，波长在紫外、可见和近红外区。 3. 红外光谱法 利用分子在红外区的振动- 转动吸收光谱来测定物质的成分和结构的光谱分析法。 4. 核磁共振波谱法 在强磁场作用下，核自旋磁矩与外磁场相互作用分裂为能量不同的核磁能级，核磁能级之间的跃迁吸收或发射射频区的电磁波。 利用吸收光谱可进行有机化合物结构鉴定，以及分子的动态效应、氢键的形成、互变异构反应等化学研究。 三、Raman散射 频率为