仪器分析-光学分析导论..ppt

线光谱分析方法有原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱以及X射线荧光光谱法等 带光谱分析方法有红外吸收光谱、紫外－可见吸收光谱、分子荧光和磷光光谱法等。 1、吸收光谱法 当物质吸收的光能与该物质两能级间跃迁所需要的能量之间的关系满足△E=h?时，将产生吸收光谱。 图10-5 朗伯－比耳定律 一束单色光通过均匀的样品介质时，入射光强度的减弱与它的强度和吸收光的样品的浓度成比例。 由此推导定义式 c为浓度，其单位为g·L-1；b的单位为cm；a为吸光系数，其单位为L·g-1·cm-1。当浓度的单位为mol·L-1时，比耳定律可写成： ε称为摩尔吸光系数，单位为L·mol-1·cm-1。在特定的波长和溶剂的条件下，ε是吸光物质的一个特定常数，它是吸光物质吸光能力的量度。 例题 2、发射光谱法 用热能激发发光 用火焰、电弧或电火花等热能使物质激发，当跃迁回至低能态或基态时产生发射光谱，这种光谱法有原子发射光谱和火焰光度法等。 图10-6 光致发光 物质吸收光能后跃迁至激发态，当回到低能态或基态时将发射辐射，这种光谱法有原子荧光光谱、分子荧光光谱和磷光光谱法。 图10-7 第四节 光谱法仪器 用于研究与波长有关的发射、吸收或荧光的仪器，称为光谱仪或分光光度计。 光谱仪或分光光度计一般包括五个基本单元：（1）光源，（2）单色器，（3）吸收池，（4）检测器（或传感器），（5）读出装置。 图10-8 一、??光源 光源采用高压放电或加热的方式获得，而且要用稳压装置以保证获得稳定的外加电压。 光源有连续光源、线光源和激光光源等 1、连续光源 (1) 紫外光源 (2) 可见光源 可见光源通常使用钨灯。 (3) 红外光源 它是将一种惰性固体，通过电加热来产生连续光源。在1500－2000 K温度范围内，所产生的最大辐射强度的波长范围为 6000－5000 cm-1。如能斯特灯、硅碳棒。能斯特灯的发光强度大，寿命约2000小时，比硅碳棒短。 2、线光源 (1) 金属蒸气灯 常见的是汞和钠蒸气灯。汞蒸气灯产生的线光谱的波长范围为254－734nm。钠蒸气灯的一对线光谱的波长为589.0和589.6 nm。 (2) 空心阴极灯 这是在原子吸收光谱中常用的一种光源。 3、激光光源 激光光源具有单色性好，方向性强，高亮度及相干性好等特点，它使光谱分析的灵敏度和分辨率都大大改善。激光光源有气体激光器、固体激光器、染料激光器和半导体激光器等。 (1) 气体激光器 常用的气体激光器有He－Ne激光器和Ar+激光器等。He－Ne激光器的典型发射线是632.8nm。Ar+激光器的强发射线是514.5 nm和488.0 nm。另外Kr+激光器也是激光光谱仪的常备激光器。 (2) 固体激光器 光谱分析中常用的固体激光器是红宝石（Al2O3掺Cr3+）激光器和Nd：YAG （掺钕的钇铝石榴石）激光器。前者的激光波长为694.3 nm，后者使用的激光波长是1064 nm。 二、 单色器 将多色光色散成含有一定波长范围的谱带的装置称为单色器。单色器由入射狭缝和出射狭缝，准直镜以及色散元件（分光器），如棱镜或光栅等组成。 1、棱镜 棱镜的色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。 (1) 色散率 它表示入射线与折射线的夹角，即偏向角θ对波长的变化率。角色散率越大，波长相差很小的两条谱线分得越开。角色散率与棱镜的折射率、棱镜的顶角和棱镜的材料有关。 若要增大光谱仪的角色散率，可采用如下方式： 第一，改变棱镜的材料。玻璃棱镜比石英棱镜的色散率大，但在紫外光区，玻璃吸收紫外光，不能使用，只能用在可见光区； 第二，增大棱镜顶角，一般顶角为60°； 第三，增加棱镜数目，但由于设计和结构上的困难，一般只采用1－2个。 (2) 分辨率 棱镜的分辨率R是指将两条靠得很近的谱线分开的能力。 2、光栅 光栅分为平面透射光栅和反射光栅。反射光栅在仪器中应用广泛。反射光栅又可分为平面反射光栅（简称为平面光栅或闪耀光栅）和凹面反射光栅（简称凹面光栅）两种。 * 第二章 光学分析法导论 一、光的二象性 1、 光的波动性 光是一种电磁波，电磁波具有波动性和微粒性。 周期T：相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔称为周期，单位为s（秒）。 频率 ?：单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，它等于周期的倒数1／T。 波长λ：相邻两个波峰或波谷间的直线距离。 波数： 每厘米长度内含有的波长数目。 2、光的微粒性 电磁波的波动性不能解释辐射的发射和吸收现象。对于光电效应及黑体辐射的光谱能量分布等现象，需要把辐射