第2章光学分析方法导论.ppt

作业： 1.换算下列单位： （1）670.7nm锂线的频率。 （3）3300cm-1波数的波长。 2.在400-800nm范围内棱镜单色器，为什么用玻璃材料比用适应为好？ * * 第二章 光谱分析方法导论 §2.1 电磁辐射的描述 1. 光的波动性 2. 光的粒子性 §2.2 电磁波谱 §2.3 光谱仪器及其组成 　１．光源 　２．分光系统（棱镜和光栅、狭缝、光谱仪结构） 　３．吸收池 　４．光谱分析检测器 　５．信号处理器或读出器 光谱分析方法的建立是以电磁辐射能与物质相互作用为基础。 利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相互作用”之后的辐射强度等光学特性，进行物质的定性和定量分析的方法。 §2.1 电磁辐射的描述 ?1. 电磁辐射的波动性 电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与其它波，如声波、水波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。电磁波是在空间传播着的交变电场和磁场。不同的电磁波具有不同的波长λ或频率v 。 λ＝c / v (c=3×1010cm/s) 磁场 传播方向 电场 单光色平面偏振光的传播 y = A sin(?t + ?) = A sin(2?vt + ?) y t 1/?1 1/?1 1/(??) 频率相同的正弦波叠加得相同频率的合成正弦波 频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波；更多的正弦波叠加可形成方波 1）波的叠加（Superposition） ? ? ? ? 平行光束 单缝衍射 双缝衍射 2）波的衍射（Diffraction） 衍射：当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象。 3）? 光的干涉（Coherent interference） 4）? 光的传输（Transmission） 5）? 光的反射（Reflection） 6）? 光的折射（Refraction） 7）光的偏振（Polarization） 8）光的散射（Scattering） 2. 光的粒子性 当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象的发现。 1）光电效应（Photoelectric effect） 现象：1887，Heinrich Hetz（在光照时，两间隙间更 易发生火花放电现象） 解释：1905，Einstein理论，E=h? 证明：1916，Millikan（真空光电管） 2）? 能态（Energy state） 量子理论(Max Planck，1900)： 物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生能量跃迁时的能量差 ?E 可用 h? 表示。 两个重要推论： 物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等于两个能级之间的能量差。 反之亦是成立的，即 ?E =E1-E0=h? 电子或者其它基本粒子 原子,离子,分子 轰击 原子*, 离子*,分子* 原子,离子,分子 X 激发 激发态 基态 基态 能量 发射 电弧,火花,火焰 原子,离子,分子 原子*,离子*,分子* 原子,离子,分子 UV,VIS,IR 激发 激发态 基态 基态 能量 发射 电磁辐射 原子,离子,分子 原子*, 离子*,分子* 原子、离子、分子 荧光 激发 激发态 基态 基态 能量 发射 3）电磁波的发射 产生的辐射通称为发射光谱，以辐射能对辐射频率或波长作图可得到发射光谱图： 受激粒子(分子、原子和离子)弛豫回到低能态或基态时，常常以光子形式释放多余的能量，产生电磁辐射。 激发可以通过如下途径实现： 放热的化学反应 能量 原子,离子,分子 基态 激发 原子*, 离子*,分子* 激发态 产生 化学发光 基态 原子、离子、分子 H2-O2火焰中海水的发射光谱图 光谱组成 线光谱(Line spectra): 由处于气相的单个原子发生电子能级跃迁所产生的锐线，线宽大约为10-4A。 带状光谱(Band spectra): 由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁所产生的光谱，由于这些振动能级叠加在分子的基态电子能级上，各能级间的能量差较小，因而产生的谱线不易分辨开而形成所谓的带状光谱，其带宽达几个至几十个nm)； 线光谱 带光谱 连续光谱(Continuum spectra)： 固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的运动或振动所产生的热辐射，也称黑体辐射。通常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短波长的辐射强度增加得最快！