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* * * * 光谱分析法引论 自然界的光谱现象 Polar aurora rainbow 光谱学研究内容？ 什么是光谱 光谱和物质的相互作用 研究的意义以及如何研究 本章主要内容 一、电磁辐射及电磁波谱 二、光学分析法及其分类 三、光谱学仪器 波动性 1. 电磁辐射的基本性质 §2-1 电磁辐射的性质 周期（T） （s） 频率（v） （Hz） 波长（?） （cm，mm， ?m，nm，?） 波数（或?） （cm-1） 传播速度 （m/s） c = 2.997925×1010cm/s (真空中) ν＝1/T 电磁辐射是不连续的能量粒子(或光子)流,光子是能量的最小单位。 波长越长，能量越小 粒子性 h：普朗克（Planck）常数 6.626×10-34J·s ?：频率 E：光量子具有的能量 单位：J（焦耳） eV (电子伏特) 1eV=1.602×10－19J 波长为200nm的电磁波，其能量是多少电子伏特（eV）？ 例1： 电磁波谱：把电磁辐射按波长或频率顺序 排列起来。 2.电磁波谱（课本P9表2.3） 波谱区域 波长范围（nm） 光子能量（eV） 能级跃迁类型 光谱（光学）分析方法 ?-射线 0.005 nm 2.5×105 核能级 ?-射线发射光谱、穆斯堡尔谱 X-射线 0.005～10 nm 2.5×105～1.2×102 内层电子能级 X-射线吸收、发射光谱 远紫外 10～200 nm 1.2×102～6.2 外层电子能级 真空紫外吸收光谱 近紫外 200～400 nm 6.2～3.1 外层电子能级 紫外－可见（吸收、发射）光谱、荧光光谱 可见光 400～800 nm 3.1～1.6 外层电子能级 红外 0.8～1000μm 1.6～1.2×10?3 分子振动-转动能级 红外吸收光谱、拉曼光谱 微波 1～300mm 1.2×10?3～ 4.1×10?6 分子转动能级、 电子自旋能级 微波吸收波谱、顺磁共振波谱、电子自旋共振波谱 无线电波 300mm 4.1×10-6 核自旋能级 核磁共振波谱 吸收 发射 散射 折射和反射 干涉和衍射 1.光与物质的相互作用 Cu §2-2光学分析法及其分类 依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐射相互作用而建立起来的各种分析法的统称光学分析法 2.光学分析法 光谱分析法 利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量分析方法 3.光学分析法分类 利用物质与电磁辐射的相互作用测定电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性质变化的分析方法 非光谱分析法： 光谱法与非光谱法的区别： 光谱法：内部能级发生变化 非光谱法：内部能级不发生变化 仅测定电磁辐射性质改变 按辐射能转换方向分类 吸收光谱法: 发射光谱法: 4.光谱分析法分类 按照作用物不同分类 原子光谱法 由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线状光谱。 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的，表现形式为带状光谱。 光谱分析法 吸收光谱法 发射光谱法 原子光谱法 分子光谱法 原 子 发 射 原 子 吸 收 原 子 荧 光 X 射 线 荧 光 原 子 吸 收 紫 外 可 见 红 外 可 见 核 磁 共 振 紫 外 可 见 红 外 可 见 分 子 荧 光 分 子 磷 光 核 磁 共 振 化 学 发 光 原 子 发 射 原 子 荧 光 分 子 荧 光 分 子 磷 光 X 射 线 荧 光 化 学 发 光 物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，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态之间的能量差； 基态 激发态 跃迁 能级 ?E = h? 物质的能态 §2-3 光谱法仪器 用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐射强度和波长关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计。 一般包括五个基本单元：光源、单色器、样品容器、检测器和读出器件。 各类光谱仪的结构 光源和样品 单色器 检测器 读出设备 样品 单色器 检测器 读出设备 光源 样品 单色器 检测器 读出设备 光源 发射光谱仪 吸收光谱仪 荧光光谱仪 光源： 足够的输出功率 稳定性：稳压电源 参比光束 要求 分类 连续光源：用于分子吸收光谱法、荧光 线光源：用