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第二章 光学分析导论 分析化学（下） 根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质的相互作用建立起来的一类分析方法，称为光学分析法。 光学分析方法涉及到三个问题： ①能源提供能量（包括辐射能）； ②能量与物质的相互作用； ③分析信号的产生及其检测。 第二节 原子光谱和分子光谱 * 东 北 师 范 大 学 分 析 化 学 精 品 课 * 第二章 光学分析导论 第一节：电磁辐射 什么是电磁辐射？电磁辐射又称电磁波，是一种以极大的速度（在真空中为 C＝2.99792×1010cm·s-1）在空间（而不需要以任何物质作为媒介）传播的交变电磁场。 注意：是一种能量形式！具有一定的频率、强度和速度。 光是一种电磁波。 一、电磁辐射的波动性 可以用经典的正弦波方程加以描述，在电场方向上的矢量E＝Asin（wt＋f），w＝2pn 一种电磁波的频率是固定的，但速度可变。有介质时速度下降（如空气，液态，固体）：v＝ln C，说明在介质中波长变短！ 波数（σ）：每厘米内波的数目 （cm-1 ） σ＝1/l 波动性质的表现：衍射，干涉，折射等 二、电磁辐射的粒子性 光电效应：1889年，法国科学家赫兹发现光电效应：当光线照射金属时有电子逸出（光电子）。1905年，爱因斯坦提出光量子学说（Nobel奖）。 康普顿效应：1922年，美国Compton发现用X射线照射一种物质中的电子而产生光的散射时有两种波长的散射光，一种与入射X射线相同，另一种波长较原波长长。 （Nobel奖） 拉曼效应：1928年，印度物理学家拉曼发现：当单色光通过静止透明介质时，产生一些散射光。在散射光中，含有一些与原光波波长不同的光。拉曼因此获得Nobel奖。 这些散射光与物质的结构有相关性，可以结构定性－－拉曼光谱。 黑体辐射：也说明光具有粒子性。 上述这些效应说明光具有粒子性：光是在空间高速运动的光量子流。 每个光子所具有的能量，根据量子理论（quantum mechanics）： E＝hn＝hc/l 其中h为Planck’s Constant＝6.626×10-34 J · s，光的频率越高，光子的能力越大。E的单位J，也可eV，1eV＝1.60×10-19 J Postulates of QM: 1. Atoms, ions and molecules exist in discrete energy states Only： E0 = ground state； E1, E2 , E3 ... = excited states Excitation can be electronic, vibrational or rotational。 Energy levels for atoms, ions or molecules different. Measuring energy levels gives means of identification -spectroscopy E0 E1 E3 E2 2. When an atom, ion or molecule changes energy state, it absorbs or emits energy equal to the energy difference DE = E1 - E0 3. The wavelength or frequency of radiation absorbed or emitted during a transition proportional to DE DE = hn = hc/l 三、电磁波谱 电磁辐射(电磁波)按其波长可分为不同区域-电磁波谱： ?一射线 5*10-3?0.14nm X一射线 10-3?10nm 高能辐射区 远紫外 10?200nm 近紫外 200?400nm 可见光 400?760nm 近红外 0.75?2.5?m 中红外 2.5?50?m 远红外 50?1000?m 中能辐射区 微波 0.1?100cm 射频区 1?1000m 低能辐射区 ?一射线波长最小，能量最大；射频区波长最大，能量最小 四、辐射的发射（发射光谱） 受激粒子（处于激发态的原子、分子或离子）跃迁回基态（或低能态）时，以光的形式释放能量形成电磁辐射，称为发射。 Plot of emission intensity vs. n or l called emission s