仪器分析-光谱分析法概论(第十章)1768.ppt

第十章 光谱分析概论 要求： 1、掌握光学分析法的分类和基本原理；波数、波长、频率和光子能量间的换算；光谱分析仪器的基本构造。 2、熟悉电磁波谱的分区；电磁辐射与物质相互作用的相关术语；各种光学仪器的主要部件。 3、了解光谱分析法的发展概况。 光学分析法：基于检测物质受能量激发后产生的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用后发生的信号变化以获取物质的组成、含量和结构的一类仪器分析方法。 三个主要过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物质相互作用；（3）产生被检测信号。 一、电磁辐射和电磁波谱 第一节 电磁辐射及其物质的相互作用 1. 波动性（干涉、衍射、反射和折射） 用波长?(nm)、波数?(cm-1)和频率?(Hz)表示。 ? = c / ? ? = 1 / ? = ? /c 波长?是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点间的线性距离；波数?是每厘米长度中波的数目； 频率?是每秒内的波动次数。 ※ 频率与波长成反比, 即波长越长, 频率越低, 波数越小 2. 微粒性（光电效应、光的吸收和发射） 用每个光子具有的能量E作为表征。 E = h ? =h c / ? = h c ? h (普朗克常数) ， h=6.6262×10-34J?s ※ 光量子的能量(E)与波长成反比, 而与频率（或波数）成正比. 200nm 400nm 800nm 2.5μm 15μm 1m 5m (一) 物质内部发生能级跃迁 吸收 粒子吸收能量，从基态跃迁到激发态。 X+h?→X? 发射 物质受到激发而跃迁到激发态后，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量。 X →X? X?→ X+h? 散射 光子与物质分子之间发生碰撞，使光子的运动方向发生改变而向不同角度散射。 二、电磁辐射与物质的相互作用 瑞利散射 光子与物质分子发生弹性碰撞，不发生能量交换,仅光子运动方向发生改变。 (波长=入射光波长) 拉曼散射 光子和介质分子发生非弹性碰撞，光子运动方向和能量均发生改变。 (波长≠入射光波长) (二) 不发生能级跃迁 折射和反射 当光从介质1照射到介质2界面时，一部分光返回介质1，称为光的反射，另一部分光则改变方向，以一定折射角度进入介质2，称为光的折射。 干涉和衍射 在一定条件下光波会相互作用。当叠加时，将产生一个其强度视各波的相位而定的加强或减弱的合成波，称为干涉。光波绕过障碍物或通过狭缝时，以约180?的角度向外辐射，波前进的方向发生弯曲，称为衍射。 第二节 光学分析法的分类 一、按照电磁辐射与物质的相互作用分类 1.光谱法 物质内部发生能级跃迁，由能级跃迁所产生的辐射能强度随波长的变化的图谱称为光谱，利用光谱进行定性定量和结构分析，包括吸收光谱法，发射光谱法和散射光谱法。 2.非光谱法 不涉及物质内部能级的跃迁，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质(反射、折射、干涉、衍射和偏振)的变化, 主要有折射法，旋光法，浊度法，X-射线衍射法和圆二色法等。 二、按照作用物不同分类 1.原子光谱法 以测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的分析方法，为线状光谱。（外层电子跃迁—原子发射、吸收、荧光光谱，内层电子跃迁—X射线荧光光谱法，原子核与γ射线作用—穆斯堡尔谱法） 2.分子光谱法 由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生，为带光谱。（紫外-可见吸收光谱法、红外吸收光谱法、分子荧光和磷光光谱法） 三、按辐射能转换方向分类 (一) 吸收光谱法 定义：物质吸收相应的辐射能而产生的光谱。 1. 原子吸收光谱法 原子外层电子跃迁的两个能级之间的能量差 可确定试样的元素组成和含量，但不能给出分子结构的信息 2. 分子吸收光谱法 (1) 紫外-可见分光光度法 价电子能级跃迁而产生，伴随振动能级等跃迁，带状光谱。电子能级间隔1～20eV，波长200～760nm。 (2) 红外分光光度法 属于分子振-转光谱。 (二)发射光谱法 定义：原子或分子受激发后，电子由激发态回至基态所产生的光谱为发射光谱。 1．原子发射光谱法 气态金属原子与高能量粒子(电子、原子或分子)碰撞而激发，发射出的特征线状光谱。 2．原子荧光光谱法 气态金属原子受电磁辐射(一次辐射)激发后，发射的二次辐射。 3. 分子荧光和磷光光谱法 物质分子受辐射激发后其外层电子由基态跃迁到激发态，当它们返回基态时，以辐射的形式释放出能量。 4. 化学发光分析 在一些特殊的化学反应中，由于吸收了反应所释放出的化学能而处于电子激发态的反应中间体或反应产物，由激发态回到