光譜分析法引論

光譜分析法引論第一頁，共三十四頁，2022年，8月28日物質分為兩大類無質量的客觀存在，象電場，磁場，以及由電場和磁場組成的電磁波。實物場

有實際質量的物體，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，共三十四頁，2022年，8月28日1.由電場和磁場組成2.電場和磁場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，共三十四頁，2022年，8月28日2.2.2基本性質

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，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:波動性第四頁，共三十四頁，2022年，8月28日電磁波的波粒二象性(2)

h－普朗克(Planck)常數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，共三十四頁，2022年，8月28日電磁波的波粒二象性

(3)結論:一定波長的光具有一定的能量，波長越長(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)的光?；旌瞎猓壕哂胁煌芰?不同波長)的光復合在一起。例如,白光。波粒二象性真空中:第六頁，共三十四頁，2022年，8月28日2.2.3電磁波譜第七頁，共三十四頁，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微波無線電波30m核能級躍遷內層電子能級躍遷原子和分子外層電子能級躍遷分子振動、轉動能級躍遷分子轉動能級躍遷核自旋磁能級躍遷第八頁，共三十四頁，2022年，8月28日

核能級躍遷

γ射線內層電子躍遷

α射線能譜遠紫外原子近紫外分子紫400nm外層藍電子青躍遷綠可見光光學區(qū)電磁波譜黃（光學橙光譜）紅780nm分子振動近紅外分子振動中紅外分子轉動遠紅外分子轉動微波波譜核自旋無線電波第九頁，共三十四頁，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光與物質相互作用光能夠被物質吸收和發(fā)射第十頁，共三十四頁，2022年，8月28日CuCu光能夠被物質吸收第十一頁，共三十四頁，2022年，8月28日通過透明介質時——光的透射；通過不均勻介質時——光的散射；從一種透明介質進入另一種透明介質——光的折射光不能夠被物質吸收第十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日光子2.4.1光譜產生的原理E0=0E1=23躍遷基態(tài)激發(fā)態(tài)只有當光子的能量等于ΔE時才能被吸收即E

光子=ΔEE=hc/λ第十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日分子能級分子有三種運動方式·分子沿某一軸轉動

·化學鍵振動·形成化學鍵的電子云形狀變化

對應有三種能級轉動能級(Rotationenergylevel)

振動能級(Vibrationenergylevel)電子能級(Electronenergylevel)（以分子結構為例說明）第十四頁，共三十四頁，2022年，8月28日電子能級振動能級轉動能級

第十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日分子光譜分子吸收光譜分子轉動能級躍遷產生的光譜為轉動光譜——所需能量最小0.05ev，微波或遠紅外照射分子振動能級躍遷產生的光譜為轉動光譜，又叫紅外吸收光譜*——所需能量0.05~1ev，用紅外光照射?！?轉光譜。電子能級躍遷產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-轉光譜。第十六頁，共三十四頁，2022年，8月28日ΔEe=1ev~20ev0.06um<λe<1.25um紫外可見光區(qū)ΔE轉=0.005ev~0.05ev24.8um<λ轉<248um遠紅外區(qū)ΔE振=0.05ev~1ev1.25um<λ振<25um紅外光區(qū)第十七頁，共三十四頁，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，共三十四頁，2022年，8月28日光學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（不以光的波長為特征訊號，通過測量電磁輻射的某些基本性質的變化的分析方法。）（以光的吸收、發(fā)射等作用而建立的分析方法，通過檢測光譜的波長和強度來進行定性和定量的方法。）2.4光學分析法分類光學分析法:以能量作用于被測物質后，檢測其產生的輻射信號或輻射性質所引起的變化的分析方法。第十九頁，共三十四頁，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（基于產生光譜的物質基礎）

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）等由原子外層或內層電子能級的變化產生的，表現(xiàn)形式為線光譜。由分子中電子能級、振動和轉動能級的變化產生，表現(xiàn)形式為帶光譜。第二十頁，共三十四頁，2022年，8月28日光譜法（基于產生光譜的方式不同）發(fā)射光譜法:吸收光譜法：物質通過電、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*，當從激發(fā)態(tài)過渡到低能態(tài)或基態(tài)時產生發(fā)射光譜。通過測量物質的發(fā)射光譜的波長和強度進行定性和定量分析的方法叫做發(fā)射光譜分析法。當物質所吸收的電磁輻射能與該物質的原子核、原子或分子的兩個能級間躍遷所需的能量滿足△E=hv的關系時，將產生吸收光譜。通過測量物質的吸收光譜的波長和強度進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，共三十四頁，2022年，8月28日

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

光源單色器樣品池檢測器讀出器件2.5光譜分析儀器第二十二頁，共三十四頁，2022年，8月28日光源提供能量，使樣品產生光譜。（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），光強最大的區(qū)域在6000~5000cm-1第二十三頁，共三十四頁，2022年，8月28日單色器的主要作用是將復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，共三十四頁，2022年，8月28日分光元件（1）

棱鏡：依據不同波長光通過棱鏡時有不同的折射率而將不同波長的光分開。玻璃：350～3200nm石英：185～4000nm單色器入射狹縫準直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ2第二十五頁，共三十四頁，2022年，8月28日光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數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，共三十四頁，2022年，8月28日IRISAdvantage中階梯光柵分光系統(tǒng)（實物圖）第二十七頁，共三十四頁，2022年，8月28日樣品池在紫外光區(qū)工作時，采用石英材料；可見光區(qū)，則用硅酸鹽玻璃；紅外光區(qū)，則可根據不同的波長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，共三十四頁，2022年，8月28日光信號轉換成電信號檢測器光電轉換器第二十九頁，共三十四頁，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半導體h陽極第三十頁，共三十四頁，2022年，8月28日光電管(phototube)h（片）紅敏管625-1000nm藍敏管200-625nm第