光分析法基礎(chǔ)

光分析法基礎(chǔ)第一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述一、光分析法及其基本特征二、電磁輻射性質(zhì)與電磁波譜三、光分析法分類(lèi)第二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述一、光分析法及其基本特征光分析法：基于能量與待測(cè)物質(zhì)相互作用后，由所產(chǎn)生的電磁輻射信號(hào)或待測(cè)物質(zhì)與電磁輻射相互作用后所產(chǎn)生的電磁輻射信號(hào)的變化確定物質(zhì)組成或結(jié)構(gòu)的分析方法。（一）、光分析法光源、輻射源等吸收、發(fā)射、折射、散射、反射、干涉、衍射等第三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述1、能源（光源、輻射源等）提供能量；2、能量與被測(cè)物之間的相互作用；3、產(chǎn)生電磁輻射信號(hào)或電磁輻射信號(hào)變化。三個(gè)基本過(guò)程（三要素）：第四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述1、所有光分析法均包含三個(gè)基本過(guò)程；2、選擇性測(cè)量，不涉及混合物分離；3、涉及大量光學(xué)元器件；4、靈敏度高、選擇性好、用途廣。（二）、光分析法基本特征第五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述二、電磁輻射性質(zhì)與電磁波譜電磁輻射（電磁波）是以接近光速（真空中為光速c）傳播的能量。注意：是一種能量形式！包括無(wú)線電波、微波、紅外光、可見(jiàn)光、紫外光以及x-射線和γ-射線等。（一）、電磁輻射第六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述電磁輻射具有波粒二象性：波動(dòng)性和粒子性波動(dòng)性：

c：光速；λ：波長(zhǎng)；ν：頻率；σ：波數(shù)；E：能量；h：普朗克常數(shù)。粒子性：第七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述（二）、電磁波譜紫外區(qū)可見(jiàn)區(qū)紅外區(qū)高能輻射部分波長(zhǎng)增加，能量降低γ射線X射線微波、無(wú)線電波、射頻長(zhǎng)波部分第八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述躍遷類(lèi)型與電磁波譜區(qū)域相對(duì)應(yīng)。

第九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述使分子或原子中的價(jià)電子激發(fā)躍遷所需的能量為1～20eV，計(jì)算相應(yīng)的電磁波的波長(zhǎng)。

紫外-可見(jiàn)光區(qū)(200～400nm)的光子能量時(shí)，足以引起價(jià)電子的激發(fā)躍遷。

第十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述三、光分析法分類(lèi)

依據(jù)作用方式不同：非光譜法與光譜法非光譜法：基于輻射與物質(zhì)相互作用時(shí)，測(cè)量輻射的某些性質(zhì)，如折射、散射、干涉、衍射和偏振等變化的分析方法。

不涉及能級(jí)躍遷，電磁輻射只改變傳播方向等某些物理性質(zhì)。第十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)光分析法概述

光譜法：基于物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，分子發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射的波長(zhǎng)或強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法。

依據(jù)作用對(duì)象：原子光譜與分子光譜。第十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)原子光譜與分子光譜原子核外電子在原子內(nèi)能級(jí)之間躍遷所產(chǎn)生的線狀光譜原子光譜分子光譜分子中電子能級(jí)、振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化產(chǎn)生的帶狀光譜第十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)原子光譜與分子光譜原子光譜原子發(fā)射光譜（AES）原子吸收光譜（AAS）原子熒光光譜（AFS）X射線熒光光譜（XFS）穆斯堡譜基于原子外層電子躍遷基于原子內(nèi)層電子躍遷基于原子核第十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)原子光譜與分子光譜分子光譜紫外-可見(jiàn)吸收光譜法（UV-Vis）熒光光譜法（MFS）磷光光譜法（PFS）紅外吸收光譜法（IR）基于分子外層電子躍遷基于分子內(nèi)部振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷第十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)原子光譜與分子光譜一、原子光譜原子的能級(jí)通常用光譜項(xiàng)符號(hào)表示：nMLJ

n：主量子數(shù)；M：譜線多重度；L：總角量子數(shù)；J：內(nèi)量子數(shù)

可用兩個(gè)光譜項(xiàng)符號(hào)表示能級(jí)間躍遷或躍遷譜線。選擇定則第十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)原子光譜與分子光譜二、分子光譜（一）、分子的能量構(gòu)成E=Ee+

Ev+Er+En+Et+Ei原子的核能：En

分子的平移能：Et電子運(yùn)動(dòng)能：Ee

原子間相對(duì)振動(dòng)能：Ev分子轉(zhuǎn)動(dòng)能：Er

基團(tuán)間的內(nèi)旋能：Ei不變較小(1)第十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)原子光譜與分子光譜E=Ee+Ev+Er(2)hv=E2-E1=ΔEv=ΔEe/h+ΔEv/h+ΔEr/h分子產(chǎn)生躍遷所吸收能量的輻射頻率：(3)第十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)原子光譜與分子光譜分子外層電子躍遷的能級(jí)差約為

1-20ev分子的振動(dòng)躍遷的能級(jí)差約為

0.05-1ev

分子的轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷的能級(jí)差約為

0.05-10-4ev

第十九頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)光分析儀器及光學(xué)器件一、光分析儀器的基本流程二、光分析儀器的基本單元與器件第二十頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)光分析儀器及光學(xué)器件一、光分析儀器的基本流程

光譜儀器通常包括五個(gè)基本單元：

1、光源；

2、單色器；

3、試樣室；

4、檢測(cè)器；

5、顯示與數(shù)據(jù)處理。第二十一頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)光分析儀器及光學(xué)器件光分析儀器的基本流程光源試樣單色器檢測(cè)器顯示與記錄(a)連續(xù)波長(zhǎng)光輻射光源試樣單色器檢測(cè)器顯示與記錄(b)單色光輻射第二十二頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)光分析儀器及光學(xué)器件二、光分析儀器的基本單元與器件（一）、光源依據(jù)分析方法不同，采用不同的光源。在較大范圍提供連續(xù)波長(zhǎng)的光源鎢絲燈、氫燈、氘燈、能斯特?zé)舻取９庠催B續(xù)光源提供特定波長(zhǎng)的光源線光源激光、空心陰極燈。第二十三頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)光分析儀器及光學(xué)器件第二十四頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)光分析儀器及光學(xué)器件（二）、單色器單色器主要部件：

1、入射狹縫；

2、準(zhǔn)直裝置(透鏡或反射鏡)；

3、色散元件(棱鏡、光柵)；

4、出射狹縫。作用：是將復(fù)合光色散成光譜帶，提供光譜帶或單色光。第二十五頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)光分析儀器及光學(xué)器件第二十六頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)光分析儀器及光學(xué)器件不同波長(zhǎng)光具有不同的折射率非均排光譜，目前很少使用。色散元件棱鏡單狹縫衍射與多狹縫干涉光柵均排光譜反射光柵透射光柵凹面反射光柵平面反射光柵（閃耀光柵）第二十七頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)光分析儀器及光學(xué)器件（三）、狹縫可分辨的最小波長(zhǎng)可用有效帶寬S表示：

S=DWD：為線色散率的倒數(shù)；W：為狹縫寬度。

狹縫寬度可控制光強(qiáng)，也和單色器的分辨能力有關(guān)。狹縫示意圖第二十八頁(yè)，共三十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)光分析