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第二章光学分析法导论井冈山大学化学化工学院分析化学教研室何德勇1

光学分析法：根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用建立起来的一类分析方法（OpticalMethodsofAnalysis）。包括光谱法和非光谱法两类。三个基本过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物之间的相互作用；（3）产生信号。基本特点：（1）所有光分析法均包含三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）（3）涉及大量光学元器件。2井冈山大学化学化工学院分析化学教研室何德勇

相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射主要应用在物质组成和结构的研究，基团的识别，几何构型的确定，表面分析，定量分析等方面。v吸收：物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级v发射：将吸收的能量以光的形式释放出v散射：光子与其它粒子碰撞时改变其传播方向丁铎尔散射：被照射粒子直径等于或大于入射光的波长发生的散射分子散射：被照射粒子直径小于入射光的波长时，光子与分子产生弹性碰撞无能量交换时为瑞利散射；有能量交换为拉曼散射。通常散射光强I与散射光频率的四次方成正比。v折射：光在不同折射率的介质中传播速率不同引起的v反射：光在传播时在不同折射率的介质界面产生传播方向的改变v干涉：相干波互相叠加产生的现象，可得到明暗相间的条纹v衍射：光波绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象3井冈山大学化学化工学院分析化学教研室何德勇

第一节电磁辐射一、电磁辐射的性质v电磁辐射：以巨大速度通过空间，不需要以任何物质作为传播媒介的一种能量。v这些电磁辐射包括从?射线到无线电波的所有电磁波谱范围(不只局限于光学光谱区)。v电磁辐射具有波粒二象性。4井冈山大学化学化工学院分析化学教研室何德勇

(一)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，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。电场y=Asin(?t+?)=Asin(2?vt+?)磁场传播方向图2.1单光色平面偏振光的传播5井冈山大学化学化工学院分析化学教研室何德勇

v波速?：电磁辐射传播的速度，电磁辐射在不同介质中传播速度是不同，只有在真空中所有电磁辐射的传播速度才相同，都等于光速。c=??=3×1010cm?s-1v频率?：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz或s-1。v波长?：是电磁波相邻两个同位相点之间的距离，单位有cm、?m、nm。v波数?:是1cm内波的数目，单位为cm-1。?=1/?6井冈山大学化学化工学院分析化学教研室何德勇

(二)电磁辐射的粒子性v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（Photoelectriceffect）：在光的照射下物体会释放出电子的现象。开创了无线电电子技术的新纪元v1887，HeinrichHetz（在光照时，两间隙间更易发生火花放电现象）v1905，Einstein理论，E=h?，光量子理论的基础7井冈山大学化学化工学院分析化学教研室何德勇

2）量子理论(MaxPlanck，1900)：v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。v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=E-E=h?108井冈山大学化学化工学院分析化学教研室何德勇

二、电磁波谱电磁辐射按波长顺序排列,称为电磁波谱.9井冈山大学化学化工学院分析化学教研室何德勇

电磁波谱与现代仪器分析方法波谱区波长?-射线X-射线远紫外光近紫外光可见光5~140pm10-310~200n200~400nm400~750nm~10nmm原子外层电子/分子成键电子跃迁类型核能级原子内层电子莫斯鲍尔光谱法:?-射线?原子核??-射线吸收远紫外光----真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收X-射线吸收光谱法:X-射线/放射源?原子内层电子（n10)?X-射线吸收X-荧光光谱法:X-射线?原子内层电子?特征X-射线发射原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光10井冈山大学化学化工学院分析化学教研室何德勇

波谱区近红外光中红外光远红外光微波射频波长0.75~2.5?2.5~50?50~1990?0.1~100cm1~100mmmm分子转动跃迁类型分子振动电子、核