光學分析法導論儀器分析

光學分析法導論儀器分析1第1頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月

基于物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射或電磁輻射與物質(zhì)相互作用而建立起來的分析方法稱為光學分析法。光學分析法包括:光譜分析法和非光譜分析法。

光譜法：當輻射能與物質(zhì)作用時，物質(zhì)內(nèi)部能級之間發(fā)生量子化的躍遷，測量由此而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射輻射的波長和強度，并進行分析的方法。吸收光譜法、發(fā)射光譜法、散射光譜法等非光譜法：輻射能與物質(zhì)相互作用時，不發(fā)生能級間的躍遷，電磁輻射只改變了傳播方向、速度或某些物理性質(zhì)等。折射法、旋光法、圓二色法、衍射法等

2第2頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電磁輻射的性質(zhì)1.電磁輻射的波動性散射折射與反射衍射偏振波長—

cm、μm、nm頻率—υ

Hzsec-1波數(shù)—σ

cm-1

傳播速度—

cm/sec2.電磁輻射的粒子性普朗克(Planck)公式E--光子的能量J,焦耳υ

---光子的頻率Hz,赫茲

---光子的波長cmc---光速2.99791010cm.s-1h

---Planch常數(shù)6.625610-34J.s焦耳.秒光電效應康普敦效應c

=

σ=1/

§6-1電磁波譜3第3頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月把測得的發(fā)射或吸收強度對電磁輻射的能量（頻率、波長或波數(shù)等相關參數(shù)）作圖，所得的關系曲線就是光譜。二、電磁波譜的產(chǎn)生1.物質(zhì)的能態(tài)2.電磁輻射的吸收與發(fā)射原子、離子分子4第4頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三、電磁波譜5第5頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月紫外光區(qū)：遠紫外區(qū)10～200nm（真空紫外區(qū)）

近紫外區(qū)

200～400nm可見光區(qū)：400～800nm紅外光區(qū)：0.8～1000μm白光（太陽光）：由各種單色光組成的復合光單色光：單一波長的光（由具有相同能量的光子組成）射線x射線紫外光紅外光微波無線電波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可見光6第6頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月KMnO4的顏色及吸收光譜有色物質(zhì)的不同顏色是由于吸收了不同波長的光所致。溶液能選擇性地吸收某些波長的光，而讓其他波長的光透過，這時溶液呈現(xiàn)出透過光的顏色。透過光的顏色是溶液吸收光的互補色。7第7頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月能復合成白光的兩種顏色的光叫互補色光。物質(zhì)所顯示的顏色是吸收光的互補色。8第8頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月§6-2光學分析法的分類一、原子光譜和分子光譜1.原子光譜

線狀光譜LinespectraE2E0E1E3hi波長半寬度10-2~10-5原子吸收光譜原子發(fā)射光譜9第9頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2.分子光譜

帶狀光譜Bandspectra有機、無機分子E2E1E0波長/nmA(T)半寬度20~100nm分子吸收光譜分子發(fā)射光譜hi波長/nmI）10第10頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月1、發(fā)射光譜法物質(zhì)通過電致激發(fā)，熱致激發(fā)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，當從激發(fā)態(tài)過渡到低能態(tài)或基態(tài)時產(chǎn)生發(fā)射光譜，通過測量物質(zhì)的發(fā)射光譜的波長和強度來進行定性和定量分析的方法叫做發(fā)射光譜分析法。

根據(jù)發(fā)射光譜所在光譜區(qū)和激發(fā)方式不同，發(fā)射光譜有以下幾種：1.X射線熒光光譜法；2.原子發(fā)射光譜法；3.原子熒光光譜法；4.分子熒光光譜法；5.化學發(fā)光分析法二、發(fā)射光譜和吸收光譜11第11頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2、吸收光譜法

當物質(zhì)所吸收的電磁輻射能與該物質(zhì)的原子核、原子或分子的兩個能級間躍遷所需的能量滿足ΔE=hν的關系時，將產(chǎn)生吸收光譜。可分為以下幾類：1.原子吸收光譜法2.紫外-可見分光光度法3.紅外光譜法4.核磁共振波譜法12第12頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月頻率為ν0的單色光照射到透明物質(zhì)上，物質(zhì)分子會發(fā)生散射現(xiàn)象。如果這種散射是光子與物質(zhì)分子發(fā)生能量交換的，即不僅光子的運動方向發(fā)生變化，它的能量也發(fā)生變化，則稱為拉曼散射。這種散射光的頻率(νm)與入射光的頻率(ν0)不同，稱為拉曼位移。利用拉曼位移研究物質(zhì)結(jié)構的方法稱為拉曼光譜法。拉曼

C.V.RamanCVRaman(1888-1970)wasoneofthebrilliantscientistsofIndiawhowontheNobelPrizein1930forhisdiscoveryofthe'RamanEffect.'(Thediscoverythatmonochromaticlightrayintheincidentbeamcanbesplitupintoanumberofcomponentswithwavelengthsmallerorgreaterthanthatoftheincidentray).

3、拉曼散射13第13頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月§6-3光譜法所用儀器用來研究吸收、發(fā)射或熒光的電磁輻射的強度和波長的關系的儀器叫做光譜儀或分光光度計。這一類儀器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。14第14頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月一、光源1、連續(xù)光源

是指在波長范圍內(nèi)主要發(fā)射強度平穩(wěn)的具有連續(xù)光譜的光源。2）可見光源常見的可見光源是鎢絲燈，光譜波長范圍為320~2500nm。氙燈也可用作可見光源，光譜波長范圍為250~700nm。3）紅外光源常用的紅外光源有能斯特燈、硅碳棒，光強最大的區(qū)域在6000~5000cm-1。1）紫外光源

主要采用氫燈和或氘燈，光譜范圍為160~375nm。15第15頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月2.線光源1）金屬蒸氣燈常見的是汞燈（254-734nm）和鈉蒸氣燈（589.0,589.6nm）。2）空心陰極燈主要用于原子吸收光譜，能提供許多元素的特征光譜。3）激光激光的強度高，方向性和單色性好，作為一種新型光源應用于Raman光譜、熒光光譜、Fourier變換紅外光譜等領域。16第16頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月1.棱鏡2.光柵3.狹縫二、單色器

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。17第17頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月棱鏡分光光柵分光18第18頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月三、吸收池

吸收池一般由光透明的材料制成。紫外光區(qū)：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)不同的波長范圍選用不同材料的晶體制成吸收池的窗口。19第19頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月四、檢測器

檢測器可分為兩類，一類對光子有響應的光檢測器，另一類為對熱產(chǎn)生響應的熱檢測器。五、讀出裝置

由檢測器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，可用檢流計、微安計數(shù)字顯示器、計算機等顯示和記錄結(jié)果。20第20頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月§6-4光吸收的基本定律一、朗伯-比耳定律(光度分析法的定量依據(jù)）適用條件：（1）平行的單色光；（2）垂直照射；（3）溶液為單一均勻的非散射的吸光物質(zhì)；21第21頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月吸光度A：描述溶液對光的吸收程度

透過率T：描述入射光透過溶液的程度

A＝lg(I0/I)T＝I/I0吸光度A與透光度T的關系:

A＝－lgTI0

：入射光強度；I：透射光強度；22第22頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月當波長(λ)和溶液的濃度(c)一定時：

A=lg（I0/I

)=Kb

朗伯定律當波長(λ)和液層厚度(b)一定時:

A=lg（I0/I)=Kc

比耳定律23第23頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月實際上，當入射光波長一定時，

lg（I0/I)∝

c，b

lg（I0/I)=Kbc式中：I/I0

稱為透光率，用T表示

lg（I0/I)稱為吸光度，用A表示24第24頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月A=lg（I0/I)=-lgT=Kbc

式中A：吸光度，無量綱；

b：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位；

c:溶液的濃度；

K：吸收系數(shù)，其單位隨濃度的單位不同而不同。朗伯-比爾定律：25第25頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月當c的單位為mol·L-1時

A=εbc

ε:摩爾吸光系數(shù),單位L·mol-1·cm-1；當c的單位為g·L-1

時：

A=abc

a:吸光系數(shù)，單位L·g-1·cm-1

ε與a的關系為：

ε=Ma（M為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量）A=lg（I0/I)=-lgT=Kbc26第26頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月5.吸光度與透射率A＝-lgT＝-lg(It/I0)=εbc

1.00.50AcT＝10–A=10-εbc

c100500T%27第27頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月吸光度A具有加合性：

A總=A1+A2+A3

+……=ε1bc1

+ε2bc2

+ε3bc3

+

……朗伯-比耳定律的物理意義：當平行單色光通過單一均勻的、非散射的吸光物質(zhì)溶液時,溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。

朗伯-比耳定律是吸光光度法的理論基礎和定量測定的依據(jù)。廣泛地應用于紫外光、可見光、紅外光區(qū)的吸收測量，也適用于原子吸收測量。28第28頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月二、摩爾吸光系數(shù)ε2、可作為定性鑒定的參數(shù)1、摩爾吸光系數(shù)ε在數(shù)值上等于濃度為1mol·L-1、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。

ε是吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)，不隨濃度c和光程長度b的改變而改變。

在溫度和波長等條件一定時，ε僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關。A=lg（I0/I)=-lgT=Kbc29第29頁，課件共30頁，創(chuàng)作于2023年2月3、同一吸收物質(zhì)在不同波長下的ε值是不同的。在最大吸收波長λmax處的摩爾吸光系數(shù)，常以εmax表示。

εmax表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質(zhì)可能達到的最大靈敏度。

εmax越大表明該物質(zhì)的吸