光譜分析法引論

光譜分析法引論第一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日物質(zhì)分為兩大類無(wú)質(zhì)量的客觀存在，象電場(chǎng)，磁場(chǎng)，以及由電場(chǎng)和磁場(chǎng)組成的電磁波。實(shí)物場(chǎng)

有實(shí)際質(zhì)量的物體，包括天體，地球，各種物品，也包括需借助于儀器才能看的見的微觀物體，電子，原子，中子等。2.1概述第二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日1.由電場(chǎng)和磁場(chǎng)組成2.電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互垂直且垂直于其傳播方向3.傳播速度在真空中為光速2.2.1基本了解2.2電磁輻射第三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2.2.2基本性質(zhì)

電磁波的波粒二象性(1)

c－真空中光速2.99792458×108m/s ~3.0×108m/sλ－波長(zhǎng)，單位：m,cm,mm,m,nm,?

1m=10-6m,1nm=10-9m,1?=10-10mν－頻率，單位：赫芝（周）Hz次/秒

n－折射率，真空中為1光的傳播速度:波動(dòng)性第四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日電磁波的波粒二象性(2)

h－普朗克(Planck)常數(shù)6.626×10-34J·s

－頻率

E－光量子具有的能量單位：J(焦耳)，eV(電子伏特)

1eV=1.602×10－19J微粒性光量子，具有能量。第五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日電磁波的波粒二象性

(3)結(jié)論:一定波長(zhǎng)的光具有一定的能量，波長(zhǎng)越長(zhǎng)(頻率越低)，光量子的能量越低。單色光：具有相同能量(相同波長(zhǎng))的光?；旌瞎猓壕哂胁煌芰?不同波長(zhǎng))的光復(fù)合在一起。例如,白光。波粒二象性真空中:第六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日2.2.3電磁波譜第七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日400nm780nm紫外光區(qū)10nmα射線γ射線0.01nm0.0005nm紅外光區(qū)300um微波無(wú)線電波30m核能級(jí)躍遷內(nèi)層電子能級(jí)躍遷原子和分子外層電子能級(jí)躍遷分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷核自旋磁能級(jí)躍遷第八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日

核能級(jí)躍遷

γ射線內(nèi)層電子躍遷

α射線能譜遠(yuǎn)紫外原子近紫外分子紫400nm外層藍(lán)電子青躍遷綠可見光光學(xué)區(qū)電磁波譜黃（光學(xué)橙光譜）紅780nm分子振動(dòng)近紅外分子振動(dòng)中紅外分子轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)紅外分子轉(zhuǎn)動(dòng)微波波譜核自旋無(wú)線電波第九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)（E基態(tài)）“碰撞”(E激發(fā)）

E=hυ=hc/λ=E激發(fā)-E基態(tài)

2.3光與物質(zhì)相互作用光能夠被物質(zhì)吸收和發(fā)射第十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日CuCu光能夠被物質(zhì)吸收第十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日通過透明介質(zhì)時(shí)——光的透射；通過不均勻介質(zhì)時(shí)——光的散射；從一種透明介質(zhì)進(jìn)入另一種透明介質(zhì)——光的折射光不能夠被物質(zhì)吸收第十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日光子2.4.1光譜產(chǎn)生的原理E0=0E1=23躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)只有當(dāng)光子的能量等于ΔE時(shí)才能被吸收即E

光子=ΔEE=hc/λ第十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日分子能級(jí)分子有三種運(yùn)動(dòng)方式·分子沿某一軸轉(zhuǎn)動(dòng)

·化學(xué)鍵振動(dòng)·形成化學(xué)鍵的電子云形狀變化

對(duì)應(yīng)有三種能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)(Rotationenergylevel)

振動(dòng)能級(jí)(Vibrationenergylevel)電子能級(jí)(Electronenergylevel)（以分子結(jié)構(gòu)為例說(shuō)明）第十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日電子能級(jí)振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)

第十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日分子光譜分子吸收光譜分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的光譜為轉(zhuǎn)動(dòng)光譜——所需能量最小0.05ev，微波或遠(yuǎn)紅外照射分子振動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的光譜為轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，又叫紅外吸收光譜*——所需能量0.05~1ev，用紅外光照射。——振-轉(zhuǎn)光譜。電子能級(jí)躍遷產(chǎn)生的光譜為電子光譜，又叫紫外可見吸收光譜*——所需能量1~20ev，用紫外、可見光照射?！?振-轉(zhuǎn)光譜。第十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日ΔEe=1ev~20ev0.06um<λe<1.25um紫外可見光區(qū)ΔE轉(zhuǎn)=0.005ev~0.05ev24.8um<λ轉(zhuǎn)<248um遠(yuǎn)紅外區(qū)ΔE振=0.05ev~1ev1.25um<λ振<25um紅外光區(qū)第十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日光譜種類原子光譜：吸收、發(fā)射、熒光線狀光譜黑體輻射：白熾燈、液、固灼熱發(fā)光連續(xù)光譜分子光譜：紫外、可見、紅外等吸收光譜帶狀光譜I第十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日光學(xué)分析法光譜法分子光譜法UV/Vis,IR,MFS,MPS非光譜法（折射法，濁度法，旋光法）原子光譜法AAS,AES,AFS（不以光的波長(zhǎng)為特征訊號(hào)，通過測(cè)量電磁輻射的某些基本性質(zhì)的變化的分析方法。）（以光的吸收、發(fā)射等作用而建立的分析方法，通過檢測(cè)光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行定性和定量的方法。）2.4光學(xué)分析法分類光學(xué)分析法:以能量作用于被測(cè)物質(zhì)后，檢測(cè)其產(chǎn)生的輻射信號(hào)或輻射性質(zhì)所引起的變化的分析方法。第十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日紫外-可見分光光度法（UV-Vis）紅外光譜法（IR）分子熒光光譜法（MFS）分子磷光光譜法（MPS）等本章主要介紹光譜法光譜法（基于產(chǎn)生光譜的物質(zhì)基礎(chǔ)）

原子光譜法:

分子光譜法:原子發(fā)射光譜法（AES）原子吸收光譜法（AAS）原子熒光光譜法（AFS）X射線熒光光譜法（XFS）等由原子外層或內(nèi)層電子能級(jí)的變化產(chǎn)生的，表現(xiàn)形式為線光譜。由分子中電子能級(jí)、振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化產(chǎn)生，表現(xiàn)形式為帶光譜。第二十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日光譜法（基于產(chǎn)生光譜的方式不同）發(fā)射光譜法:吸收光譜法：物質(zhì)通過電、熱或光致激發(fā)等激發(fā)過程獲得能量，變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)原子或分子M*，當(dāng)從激發(fā)態(tài)過渡到低能態(tài)或基態(tài)時(shí)產(chǎn)生發(fā)射光譜。通過測(cè)量物質(zhì)的發(fā)射光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng)度進(jìn)行定性和定量分析的方法叫做發(fā)射光譜分析法。當(dāng)物質(zhì)所吸收的電磁輻射能與該物質(zhì)的原子核、原子或分子的兩個(gè)能級(jí)間躍遷所需的能量滿足△E=hv的關(guān)系時(shí)，將產(chǎn)生吸收光譜。通過測(cè)量物質(zhì)的吸收光譜的波長(zhǎng)和強(qiáng)度進(jìn)行定性和定量分析的方法叫做吸收光譜分析法。第二十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日

光譜儀（或分光光度計(jì)）一般包括五個(gè)基本單元：光源、單色器、樣品容器、檢測(cè)器和讀出器件。

光源單色器樣品池檢測(cè)器讀出器件2.5光譜分析儀器第二十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日光源提供能量，使樣品產(chǎn)生光譜。（1）紫外光源

主要采用氫燈和或氘燈。光譜范圍為160~375nm。（2）可見光源

可見光區(qū)最常見的光源是鎢絲燈。光譜波長(zhǎng)范圍為320~2500nm。（3）紅外光源

用電加熱到溫度在1500~2000K之間的惰性固體（硅碳棒），光強(qiáng)最大的區(qū)域在6000~5000cm-1第二十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日單色器的主要作用是將復(fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶。單色器由入射狹縫和出射狹縫、準(zhǔn)直鏡以及色散元件，如棱鏡或光柵等組成。單色器第二十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日分光元件（1）

棱鏡：依據(jù)不同波長(zhǎng)光通過棱鏡時(shí)有不同的折射率而將不同波長(zhǎng)的光分開。玻璃：350～3200nm石英：185～4000nm單色器入射狹縫準(zhǔn)直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ2第二十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬等間距條痕。

－平面透射光柵－反射光柵（廣泛使用）原理：利用光通過光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光。分光元件（2） 反射光柵：紫外、可見：600、1200、2400條/mm

紅外20~30條/mm第二十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日IRISAdvantage中階梯光柵分光系統(tǒng)（實(shí)物圖）第二十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日樣品池在紫外光區(qū)工作時(shí)，采用石英材料；可見光區(qū)，則用硅酸鹽玻璃；紅外光區(qū)，則可根據(jù)不同的波長(zhǎng)范圍選用不同材料的晶體制成吸收池的窗口。一般由光透明的材料制成。第二十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)檢測(cè)器光電轉(zhuǎn)換器第二十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日硒光電池（Barrier-layerphotocell）適用于300-800nm,在500-600nm范圍最靈敏。Se陰極Au，Ag半導(dǎo)體h陽(yáng)極第三十頁(yè)，共三十四頁(yè)，2022年，8月28日光電管(phototube)h（片）紅敏管625-1000nm藍(lán)敏管200-625nm第