光學(xué)分析法導(dǎo)論課件

光學(xué)分析法導(dǎo)論(1)本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！本課件PPT僅供大家學(xué)習(xí)使用學(xué)習(xí)完請自行刪除，謝謝！D30631752593178892張翊光學(xué)分析法導(dǎo)論光學(xué)分析法〔opticalanalysis〕：依據(jù)物質(zhì)與電磁輻射相互作用后產(chǎn)生的輻射信號或其發(fā)生的變化而建立的分析方法。

§1電磁輻射的性質(zhì)電磁輻射：電磁輻射是高速通過空間傳播能量的電磁波(光)。電磁輻射包括從射線到無線電波的所有電磁波譜范圍。1.1波動性和微粒性電磁輻射具有波粒二象性，即波動性和微粒性。波動性：光的折射、衍射、偏振和干預(yù)等；微粒性：光電效應(yīng)。每個光量子的能量(EL)與其頻率(ν)及波長(λ)之間的關(guān)系為:

EL=hυ=hc/λ=hcσ

h為普朗克常數(shù)，其值6.626×10-34J·s；c為光速，其值約為3×1010cm/s；σ為波數(shù)，其單位為cm-1；λ為波長，其單位為nm。波長越短，光子的能量越大。1.2電磁波譜(electromagneticspectrum)

電磁波按照波長或頻率順序排列所繪成的圖表，稱為電磁波譜。P202表10-2?！?光與物質(zhì)的作用光與物質(zhì)相互作用的方式有吸收、發(fā)射、散射、反射、折射、干預(yù)、衍射、偏振等。3.1非光譜法§3光學(xué)分析法的分類非光譜法是基于物質(zhì)與輻射相互作用時，測量輻射的某些性質(zhì)〔如折射、散射、干預(yù)、衍射、偏振等〕變化的分析方法。非光譜法不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級的躍遷，電磁輻射只改變了傳播方向、速度或某些物理性質(zhì)。屬于這類分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干預(yù)法、衍射法、旋光法和圓二向色性法等。3.2光譜法光譜法是基于物質(zhì)與輻射能作用時，測量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級之間的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收光譜的波長和強(qiáng)度進(jìn)展分析的方法。物質(zhì)對輻射能的吸收和發(fā)射是不連續(xù)的，量子化的。當(dāng)物質(zhì)內(nèi)的分子或原子發(fā)生能級躍遷時，假設(shè)以輻射能的形式傳遞能量，那么輻射能EL一定等于物質(zhì)的能級變化E。即：EL=EE：不同能級間能量差EL=h=hc/=hc=E一、吸收光譜法吸收：當(dāng)輻射能通過某些吸光物質(zhì)時，物質(zhì)的原子或分子吸收與其能級躍遷相應(yīng)的能量由低能態(tài)或基態(tài)躍遷至較高的能態(tài)的過程。2.吸收光譜：物質(zhì)對輻射能的選擇性吸收而得到的光譜。3.吸收光譜法：利用吸收光譜對物質(zhì)定性、定量及構(gòu)造分析的方法。4.常用的吸收光譜法：A.紫外-可見分光光度法利用溶液中的分子或離子在紫外和可見光區(qū)發(fā)生分子外層電子能級躍遷所形成的吸收光譜，可用于定性和定量測定。B.原子吸收光譜法利用待測元素氣態(tài)原子對共振線的吸收進(jìn)展定量測定的方法。其吸收機(jī)理是原子的外層電子能級躍遷，波長在紫外、可見和近紅外區(qū)。C.紅外光譜法利用分子在紅外區(qū)的振動-轉(zhuǎn)動吸收光譜來測定物質(zhì)的成分和構(gòu)造。5.朗伯-比爾定律設(shè)入射光強(qiáng)度為I0，吸收光強(qiáng)度為Ia，透射光強(qiáng)度為It，反射光強(qiáng)度為Ir，那么I0=Ia+It+Ir由于測定條件下反射光強(qiáng)度根本一樣，其影響可相互抵消，上式可簡化為：

I0=Ia+It透光度：透光度為透過光的強(qiáng)度It與入射光強(qiáng)度I0之比，用T表示。即T=It/I0

吸光度：為透光度倒數(shù)的對數(shù)，用A表示。即A=lg1/T=lgI0/It朗伯-比爾定律：當(dāng)一束平行單色光通過含有吸光物質(zhì)的均勻溶液時，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)濃度、液層厚度乘積成正比，總吸光度等于吸收介質(zhì)內(nèi)各吸光物質(zhì)吸光度之和。

A=kcbA=A1+A2+A3+……

κ為比例常數(shù)(與吸光物質(zhì)的本性，入射光波長及溫度等因素有關(guān)),c為吸光物質(zhì)濃度，b為透光液層厚度。

當(dāng)b以cm，c以g/L為單位，κ稱為吸光系數(shù)，用a表示。A=acba的單位為L/g當(dāng)b以cm，c以mol/L為單位，κ稱為摩爾吸光系數(shù)，用ε表示。ε的單位為L/molcm，它表示物質(zhì)的濃度為1mol/L，液層厚度為1cm時，溶液的吸光度。二.

發(fā)射光譜法物質(zhì)在輻射能的作用下，其由低能態(tài)或基態(tài)躍遷至高能態(tài)〔激發(fā)態(tài)〕，再由高能態(tài)躍遷回低能態(tài)或基態(tài)，此時假設(shè)以光的形式放出能量，該過程稱為發(fā)射。而產(chǎn)生的光譜稱為發(fā)射光譜。利用發(fā)射光譜分析物質(zhì)的方法，稱為~。熒光光譜：某些物質(zhì)的分子或原子在輻射能的作用下躍遷至激發(fā)態(tài)，局部分子或原子與其它粒子碰撞，把激發(fā)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?；其余的分子或原子以熱和光的形式散發(fā)出這局部能量而回到基態(tài)，由此產(chǎn)生的光譜稱為熒光光譜。

§4光譜分析的分類

依據(jù)物質(zhì)對不同波譜區(qū)輻射能的吸收或發(fā)射，可建立不同的光譜分析方法。光譜法的分類

方法分類被測物理性質(zhì)

發(fā)射光譜分析、火焰光度分析輻射的發(fā)射分子發(fā)光分析法、放射分析法

紫外-可見分光光度法輻射的吸收原子吸收分光光度法紅外光譜法、核磁共振波譜法

比濁法、拉曼光譜法輻射的散射折射法、干預(yù)法輻射的折射X-射線衍射法、電子衍射法輻射的衍射偏振法輻射的旋轉(zhuǎn)

§5

光譜法儀器用來研究吸收、發(fā)射的電磁輻射的強(qiáng)度和波長的關(guān)系的儀器叫做光譜儀或分光光度計。光譜儀一般包括：光源、單色器、樣品容器、檢測器和讀出器件。一、光源

光譜分析中，光源必須具有足夠的輸出功率和穩(wěn)定性。光源輻射功率的波動與電源功率的變化成指數(shù)關(guān)系，需用穩(wěn)壓電源以保證穩(wěn)定，或者用參比光束的方法來減少光源輸出對測定所產(chǎn)生的影響。二、單色器單色器的作用：將復(fù)合光分解成單色光或有一定寬度的譜帶。單色器的組成：入射狹縫、出射狹縫、準(zhǔn)直鏡以及色散元件〔棱鏡或光柵〕。N=A+B/λ2+C/λ4+……非線性色散線性色散3.狹縫

狹縫是由兩片經(jīng)過精細(xì)加工，且具有銳利邊緣的金屬片組成，其兩邊必須保持互相平行，并且處于同一平面上。

原那么：定量分析：常采用較寬的狹縫，以得到較大的光強(qiáng)。定性分析：常采用較小的狹縫，以得到較高的分辨率。三、吸收池

吸收池由透明的材料制成。在紫外光區(qū)工作時，采用石英材料；可見光區(qū)，那么用硅酸鹽玻璃；紅外光區(qū)，那么可根據(jù)不同的波長范圍選用不同材料的晶體制成吸收池的窗口。四、檢測器

檢測器分為：對光子有響應(yīng)的光檢測器；對熱產(chǎn)生響應(yīng)的熱檢測器。光檢測器有硒光電池、光電管、光電倍增管、半導(dǎo)體等。熱檢測器是吸收輻射并根據(jù)吸收引起的熱效應(yīng)來測量入射輻射的強(qiáng)度，包括真空熱電偶、熱電檢測器、熱電偶等。光電倍增管一個光電子可產(chǎn)生106~108個電子五、讀出裝置由檢測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器送計算機(jī)處理或用記錄儀、數(shù)字顯示器、顯示屏等顯示和記錄結(jié)果。光學(xué)分析法導(dǎo)論回憶§1電磁輻射的性質(zhì)電磁輻射：電磁輻射是高速通過空間傳播能量的電磁波。電磁輻射具有波粒二象性，即波動性和微粒性。每個光量子的能量(EL)與其頻率(ν)及波長(λ)之間的關(guān)系為:

EL=hυ=hc/λ=hcσ

波長越短，光子的能量越大?！?光學(xué)分析法的分類

非光譜法不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級的躍遷，電磁輻射只改變了傳播方向、速度或某些物理性質(zhì)。

光譜法是基于物質(zhì)與輻射能作用時，測量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級之間的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收光譜的波長和強(qiáng)度進(jìn)展分析的方法。物質(zhì)對輻射能的吸收和發(fā)射是不連續(xù)的，量子化的。假設(shè)以輻射能的形式傳遞能量，那么輻射能EL一定等于物質(zhì)的能級變化E。即：EL=h=hc/=hc=E透光度：T=It/I0

吸光度：A=lg1/T=lgI0/It朗伯-比爾定律：當(dāng)一束平行單色光通過含有吸光物質(zhì)的均勻溶液時，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)濃度、液層厚度乘積成正比，總吸光度等于吸收介質(zhì)內(nèi)各吸光物質(zhì)吸光度之和。

A=kcbA=A1+A2+A3+……

§4光譜分析的分類

依據(jù)物質(zhì)對不同波譜區(qū)輻射能的吸收或發(fā)射，可建立不同的光譜分析方法。

§5

光譜法儀器光譜儀一般包括：光源、單色器、樣品容器、檢測器和讀出器件。