光譜分析法概論(1)ppt課件

1、 講授提綱講授提綱概概 述述 電磁輻射和電磁波譜電磁輻射和電磁波譜光學分析法分類光學分析法分類光譜分析法開展概略光譜分析法開展概略 概概 述述 1光的定義光的定義 2光學分析法定義光學分析法定義 3光學分析法包含的光學分析法包含的 三個主要過程三個主要過程 光是一種電磁輻射。光是一種電磁輻射。 電磁波電磁波 量子流量子流 根據物質發(fā)射電磁輻射或物質對輻根據物質發(fā)射電磁輻射或物質對輻射的相互作用，建立物質的濃度、射的相互作用，建立物質的濃度、構造或某種性質與光學性質的關聯，構造或某種性質與光學性質的關聯，并借以對物質作定性或定量測定的并借以對物質作定性或定量測定的一類分析方法。一類分析方法。 儀

2、器分析法儀器分析法 光學分析法的三個過程：光學分析法的三個過程： 1由儀器設置的能源提供能由儀器設置的能源提供能量照射至被測物質。量照射至被測物質。 2能量與被測物質之間相互能量與被測物質之間相互發(fā)生作用。發(fā)生作用。 3產生可被檢測的訊號。產生可被檢測的訊號。 第第1節(jié)電磁輻射和電磁波節(jié)電磁輻射和電磁波譜譜 一、電磁輻射一、電磁輻射 二、電磁波譜二、電磁波譜三、電磁輻射與物質相互三、電磁輻射與物質相互作用作用 一、電磁輻射一、電磁輻射電磁波電磁波電磁輻射是一種以宏大速度電磁輻射是一種以宏大速度經過空間傳播的光子流，具經過空間傳播的光子流，具有波粒二象性。有波粒二象性。從從射線不斷到無線電波都是

3、射線不斷到無線電波都是電磁輻射。電磁輻射。 光是電磁輻射的一種方式，是一光是電磁輻射的一種方式，是一種電磁波，一種以宏大速度經過種電磁波，一種以宏大速度經過空間而不需求任何物質作為傳播空間而不需求任何物質作為傳播媒介的光子流，每個波段之間，媒介的光子流，每個波段之間，由于波長或頻率不同，光子具有由于波長或頻率不同，光子具有的能量也不一樣。的能量也不一樣。 光具有波粒二象性。光具有波粒二象性。 光的動搖性光的動搖性光的波粒二象性光的波粒二象性 光的微粒性光的微粒性 (1)光的動搖性：光的動搖性：光的動搖性用波長光的動搖性用波長(nm)、波數波數 (cm1)和頻率和頻率(Hz)表征。表征。 真空中

4、波長、波數和頻率的關系為真空中波長、波數和頻率的關系為: 光速光的頻率光速光的頻率波長波長 波數波數1/波長波長 單位長度內波的振動次數單位長度內波的振動次數cc1 (2)光的微粒性光的微粒性光的微粒性用每個光子具有的能光的微粒性用每個光子具有的能量量E作為表征，光子的能量與頻作為表征，光子的能量與頻率成正比，與波長成反比。率成正比，與波長成反比。與頻率、波長和波數的關系為：與頻率、波長和波數的關系為：光的波長越短、頻率越高，能量光的波長越短、頻率越高，能量越大越大 hcchhE 光的動搖性表達在光與物質相互作光的動搖性表達在光與物質相互作用產生的反射、折射、干涉、衍射用產生的反射、折射、干涉

5、、衍射以及偏振等景象。以及偏振等景象。 光的微粒性表達在光與物質相互作光的微粒性表達在光與物質相互作用產生的吸收、發(fā)射、熱輻射、光用產生的吸收、發(fā)射、熱輻射、光電效應、光壓等景象以及光的化學電效應、光壓等景象以及光的化學作用等方面。作用等方面。二、電磁波譜二、電磁波譜1電磁輻射的吸收電磁輻射的吸收2電磁輻射的發(fā)射電磁輻射的發(fā)射 3電磁波譜電磁波譜 1電磁輻射的吸收：電磁輻射的吸收：指輻射復合光經過某些透明物質指輻射復合光經過某些透明物質固體、液體或氣體時，其中某固體、液體或氣體時，其中某些頻率被選擇性吸收而使輻射強度些頻率被選擇性吸收而使輻射強度減弱的過程。減弱的過程。吸收的本質是電磁輻射的能

6、量被轉移吸收的本質是電磁輻射的能量被轉移到了物質的原子或分子上，結果，到了物質的原子或分子上，結果，這些粒子由最低能態(tài)基態(tài)躍遷這些粒子由最低能態(tài)基態(tài)躍遷到了較高的能態(tài)激發(fā)態(tài)。到了較高的能態(tài)激發(fā)態(tài)。 2電磁輻射的發(fā)射：電磁輻射的發(fā)射：指物質吸收了外界的能量包括電指物質吸收了外界的能量包括電能、熱能、電磁輻射能、電子或其能、熱能、電磁輻射能、電子或其它根本粒子轟擊等，使處于激發(fā)它根本粒子轟擊等，使處于激發(fā)態(tài)的粒子離子、原子或分子在態(tài)的粒子離子、原子或分子在前往到低能級或基態(tài)時，以電磁輻前往到低能級或基態(tài)時，以電磁輻射的方式釋放出多余的能量。射的方式釋放出多余的能量。 吸收或發(fā)射的條件：吸收或發(fā)射的

7、條件： 任一波長的光子能量任一波長的光子能量E必需與物質的原子或分子必需與物質的原子或分子的能級變化的能級變化E相等，相等，才干被吸收或發(fā)射。才干被吸收或發(fā)射。 3電磁波譜：電磁波譜：定義：把電磁輻射按照波長或順定義：把電磁輻射按照波長或順序陳列起來。序陳列起來。包括波長或能量的無限范圍。包括波長或能量的無限范圍。電磁波譜及其在儀器分析中的運電磁波譜及其在儀器分析中的運用用pg.6表表21 電磁輻射的產生和吸收是物質電磁輻射的產生和吸收是物質內部運動的變化的一種客觀反內部運動的變化的一種客觀反映，電磁波譜內的一切波譜區(qū)映，電磁波譜內的一切波譜區(qū)都可用于物質的分析測定。都可用于物質的分析測定。

8、主要討論近紫外區(qū)、可見區(qū)和主要討論近紫外區(qū)、可見區(qū)和中紅外區(qū)、遠紅外區(qū)的電磁波中紅外區(qū)、遠紅外區(qū)的電磁波譜與物質的定性和定量關系。譜與物質的定性和定量關系。 三、電磁輻射與物質相互作三、電磁輻射與物質相互作用用一常見作用一常見作用二光的根本術語二光的根本術語 三光與物質的相互作用三光與物質的相互作用吸收吸收發(fā)射發(fā)射散射散射物質能量變化物質能量變化透射、透射、反射折射反射折射散射散射衍射衍射旋光旋光 物質能量不變化物質能量不變化熒光熒光磷光磷光拉曼拉曼 二光的根本術語二光的根本術語單色光：單色光：具有同一波長、同一光能量的光。具有同一波長、同一光能量的光。復合光：復合光：由不同波長的光組合成的光

9、。由不同波長的光組合成的光。紫外光：波長范圍紫外光：波長范圍 200400nm可見光：波長范圍可見光：波長范圍 400760nm，顏，顏色由紫藍青綠黃橙紅，色由紫藍青綠黃橙紅，其復合光為白光。其復合光為白光。 三光與物質的相互作用三光與物質的相互作用復合光在與物質相互作用時，一些復合光在與物質相互作用時，一些波長的光被物質吸收，另一些波長波長的光被物質吸收，另一些波長的光透過物質或被物質所反射。的光透過物質或被物質所反射。透過物質的光或反射光能被人透過物質的光或反射光能被人眼察看到的即為物質呈現的顏色。眼察看到的即為物質呈現的顏色。不同波長的光具有不同的顏色。因不同波長的光具有不同的顏色。因此

10、，物質的顏色由透射光或發(fā)射此，物質的顏色由透射光或發(fā)射光的波長所決議。光的波長所決議。 互補色：互補色：透射光和吸收光，按一定比例透射光和吸收光，按一定比例混合即成白光。混合即成白光。 紅 橙 紫紅 黃 藍紫 黃綠 藍 綠 青藍 青第第2節(jié)節(jié) 光學分析法的分類光學分析法的分類 吸收光譜吸收光譜法法 光譜分析法光譜分析法 發(fā)射光譜法發(fā)射光譜法 散射光譜法散射光譜法光學分析法光學分析法 折射法折射法 非光譜分析法非光譜分析法 旋光法旋光法 濁度法濁度法 X射線衍射射線衍射法法 光譜分析法和非光譜分析法光譜分析法和非光譜分析法 原子光譜法和分子光譜法原子光譜法和分子光譜法 吸收光譜、發(fā)射光譜、散射吸

11、收光譜、發(fā)射光譜、散射光譜光譜Raman光譜法光譜法 光譜法光譜法 1. 光譜光譜 2. 光譜分析法光譜分析法 非光譜法非光譜法 光譜法光譜法 1. 光譜光譜spectrum當物質與輻射能相互作用時，物質內當物質與輻射能相互作用時，物質內部的電子、質子等粒子發(fā)生能級躍部的電子、質子等粒子發(fā)生能級躍遷，記錄所產生的輻射能強度隨波遷，記錄所產生的輻射能強度隨波長或相應單位的變化，所得圖長或相應單位的變化，所得圖譜稱為光譜波譜。譜稱為光譜波譜。2. 光譜分析法光譜分析法spectroscopic analysis利用物質的光譜進展定性、定量利用物質的光譜進展定性、定量和構造分析的方法稱為光譜分析和構

12、造分析的方法稱為光譜分析法，簡稱光譜法。法，簡稱光譜法。光譜法種類很多，吸收、發(fā)射、光譜法種類很多，吸收、發(fā)射、散射是光譜法的三種根本類型，散射是光譜法的三種根本類型，運用甚廣，是現代分析化學的重運用甚廣，是現代分析化學的重要組成部分。要組成部分。 非光譜法非光譜法非光譜法是指那些不以光的波長非光譜法是指那些不以光的波長為特征訊號，僅經過丈量電磁為特征訊號，僅經過丈量電磁輻射的某些根本性質反射、輻射的某些根本性質反射、折射、干涉、衍射和偏振的折射、干涉、衍射和偏振的變化的分析方法。這類方法主變化的分析方法。這類方法主要有折射法，旋光法，濁度法，要有折射法，旋光法，濁度法，X射線衍射法。射線衍射

13、法。 原子光譜法原子光譜法 分子光譜法分子光譜法 原子光譜法原子光譜法atomic spectroscopy 1定義：以丈量氣態(tài)原子或定義：以丈量氣態(tài)原子或離子外層電子能級躍遷所產生離子外層電子能級躍遷所產生的原子光譜為根底的成分分析的原子光譜為根底的成分分析方法。方法。2來源：能級躍遷來源：能級躍遷3特點：線狀光譜，只反映特點：線狀光譜，只反映原子或離子的性質，與來源的原子或離子的性質，與來源的分子形狀無關。分子形狀無關。4運用：確定試樣物質的元運用：確定試樣物質的元素組成和含量。不能給出物素組成和含量。不能給出物質分子構造的信息質分子構造的信息5 5分析方法：分析方法： 原子吸收光譜法原子

14、吸收光譜法 原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法 原子熒光光譜法原子熒光光譜法 射線熒光光譜法射線熒光光譜法 分子光譜法分子光譜法molecular spectroscopy 1定義：以丈量分子轉動能級、分定義：以丈量分子轉動能級、分子中原子的振動能級包括分子轉動子中原子的振動能級包括分子轉動能級和分子電子能級包括振轉能級和分子電子能級包括振轉能級躍遷所產生的分子光譜為根底能級躍遷所產生的分子光譜為根底的定性、定量和物質構造分析的方法。的定性、定量和物質構造分析的方法。 2來源：能級躍遷來源：能級躍遷3特點：帶狀光譜特點：帶狀光譜 吸收光譜吸收光譜 1原子吸收光譜原子吸收光譜 2分子吸收光譜分子吸收光

15、譜 (1)紫外分光紫外分光光度法光度法 (2)可見分可見分光光度法光光度法 (3)紅外分紅外分光光度法光光度法 發(fā)射光譜發(fā)射光譜 1原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法 2熒光或磷光熒光或磷光 吸收光譜吸收光譜absorption spectrum指物質對相應輻射能的選擇性吸收指物質對相應輻射能的選擇性吸收而產生的光譜。而產生的光譜。產生的必要條件：所提供的輻射能產生的必要條件：所提供的輻射能量恰好滿足該吸收物質兩能級間躍量恰好滿足該吸收物質兩能級間躍遷所需的能量。遷所需的能量。吸收光譜法吸收光譜法absorption spectroscopy由物質對輻射能選擇性吸收而由物質對輻射能選擇性吸收而產生的

16、各種吸收光譜進展定性、產生的各種吸收光譜進展定性、定量及構造分析的方法。也稱定量及構造分析的方法。也稱分光光度法。分光光度法。 吸收光譜法吸收光譜法 原子吸收光譜法原子吸收光譜法 AAS 紫外可見吸收光譜法紫外可見吸收光譜法 Uv-Vis 分子吸收光譜法分子吸收光譜法 紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法 IR 磁共振波譜法磁共振波譜法 NMR 發(fā)射光譜發(fā)射光譜emission spectrum物質的原子、離子或分子遭到一定能量物質的原子、離子或分子遭到一定能量激發(fā)后，由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)或較低能激發(fā)后，由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)或較低能態(tài)所產生的光譜。態(tài)所產生的光譜。 線狀光譜線狀光譜物質三種發(fā)射光譜物質三種發(fā)射

17、光譜 帶狀光譜帶狀光譜 延續(xù)光譜延續(xù)光譜 發(fā)射光譜法發(fā)射光譜法emission spectroscopy基于物質的發(fā)射光譜對物質進展定性、定基于物質的發(fā)射光譜對物質進展定性、定量分析的方法。量分析的方法。 原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法 AES 原子熒光光譜法原子熒光光譜法 AFS發(fā)射光譜法發(fā)射光譜法 分子熒光光譜法分子熒光光譜法 FS 分子磷光光譜法分子磷光光譜法 PS X射線熒光分析法射線熒光分析法 XRF Raman光譜法光譜法 瑞利散射頻率不變瑞利散射頻率不變散射散射 拉曼散射頻率改動拉曼散射頻率改動 光譜法光譜法Raman Stokes線低頻線低頻分分析線析線拉曼位移拉曼位移 反反Stokes線高頻線高頻屬振動光譜，與屬振動光譜，與IR互補互補 質譜法質譜法mass spectroscopy，MS質譜是分子離子和碎片離子依其質譜是分子離子和碎片離子依其質荷比質荷比m/z 大小依次進展大小依次進展