环境分析课件优秀课件
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分子光谱是提供分子内部信息的主要途径，根据 分子光谱可以确定分子的转动惯量、分子的键长和键 强度以及分子离解能等许多性质，从而可推测分子的 结构。
分子中的电子在不同能级上的跃迁产生电子光谱。由于它们 处在紫外与可见区，又称为紫外可见光谱。电子跃迁常伴随能 量较小的振转跃迁，所以它是带状光谱。
与同一电子能态的不同振动能级跃迁对应的是振动光谱，这 部分光谱处在红外区而称为红外光谱。
自
激
发
发
发
射
射
m态
线形和线宽
谱线不是线，它有一定的宽度
———洛伦兹公式
gN
(
)
(
a
0 )2
b2
0
gN ( )
全宽半高
(Full-width Half-maximum)
N
造成线宽的原因
1.自然致宽
吸
E t
按照测不准关系，分子在高能级上
收 强 度
的寿命，使得其能量并不具有唯一的
恒定值，导致线宽。
2. Doppler致宽
0 1
k
v
c
分子的高速运动使得在辐射方向 上被检测到的光谱频率与其静止频 率不同，导致线宽。
频率 不同温度下的光谱线宽
Q2：什么是吸收光谱？什么是发射光谱？
吸收光谱（absorption spectrum，又称吸收曲线） ：
处于基态和低激发态的原子或分子吸收具有连续分布的某 些波长的光而跃迁到各激发态，形成了按波长排列的暗线或 暗带组成的光谱。
振动伴随着转动能级的跃迁，所以这部分光谱也有较多较密 的谱线，故又称振转光谱。
纯粹由分子转动能级间的跃迁产生的光谱称为转动光谱。这 部分光谱一般位于波长较长的远红外区和微波区而称为远红外 光谱或微波谱。
➢ 分子光谱基础
分子光谱，包括紫外可见光谱，红外光谱，荧光光谱和拉 曼光谱等。光和物质之间的相互作用，使分子对光产生了吸收、 发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所 形成的演变关系，称为分子光谱。
0.8~1.3 微米 1.3~3 微米 3~8 微米 8~14 微米 14 微米~1 毫米
电子光谱 ~1eV
振动光谱 103~102 cm-1
转动光谱 <10cm-1
振动光谱：同一电子态内不同振动能级之间跃迁所产生的光
谱。光谱在近红外到中红外区。由于振动跃迁的同时会带动 转动跃迁，所以振动光谱呈现出谱带特征。
Phys.Zeit., 18(1917), 121
受激跃迁：分子从共振
光电磁场中吸收光量子而
完成从低能级高
高能级上的分子发射光量
子而返回到低能级的过程。
吸
收
自发发射: 高能级上的分
子在没有交变电磁场激励 的情况下，自发发射光量 子并返回低能级的过程。
n态
受
分子光谱
紫外可见光谱 红外光谱 荧光光谱 拉曼光谱
吸收谱 发射谱
转动光谱 振动光谱 电子光谱
电磁波的范围
分子光谱
分子光谱的分布和特征
名称
紫外线
紫
可
蓝,青
见
绿
光
黄
橙
红
近红外
红 短波红外
外
中红外
线
热红外
远红外
波长范围 10 纳米~0.4 微米 0.38~0.455 微米 0.455~0.492 微米 0.492~0.577 微米 0.577~0.597 微米 0.597~0.622 微米 0.622~0.78 微米
紫外-可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收 200～800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法。这 种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电 子能级间的跃迁，广泛用于有机和无机物质的定性和定 量测定。
➢ 紫外光谱法的特点
（1）紫外吸收光谱所对应的电磁波长较短，能量大，它反映了
分子中价电子能级跃迁情况。主要应用于共轭体系（共轭烯 烃和不饱和羰基化合物）及芳香族化合物的分析。
物质吸收电磁辐射后，以吸收波长或波长的其他函数所描 绘出来的曲线即吸收光谱。是物质分子对不同波长的光选择 吸收的结果，是对物质进行分光光度研究的主要依据。
发射光谱（emission spectrum） ：
处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射 ，将多余的能量发射出去形成的光谱．
物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱.
环境分析课件
Topic 2 分子光谱分析技术
Q1：什么是分子光谱？ Q2：什么是吸收光谱？什么是发射光谱？ Q3：紫外吸收光谱与红外吸收光谱的比较是什么？ Q4：红外光谱与拉曼光谱的比较？ Q5：光谱分析仪的结构特点是什么？ Q6：分子光谱分析技术的应用
Q1：什么是分子光谱？
分子从一种能态改变到另一种能态时的吸收或发 射光谱（可包括从紫外到远红外直至微波谱）。分子 光谱与分子绕轴的转动、分子中原子在平衡位置的振 动和分子内电子的跃迁相对应。
激发跃迁到σ*反键轨道 （2）n→σ* 跃迁 指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能
量后向σ*反键轨道的跃迁 （3）π→π* 跃迁 指不饱和键中的π电子吸收光波能量后跃
迁到π*反键轨道。 （4）n→π* 跃迁 指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能
量后向π*反键轨道的跃迁。
电子跃迁类型不同，实际跃迁需要的能量不同， σ→σ* ～150nm n→σ* ～200nm π→π* ～200nm n→π* ～300nm
要使原子或分子处于较高能级就要供给它能量这叫激发 ．被激发的处于较高能级的原子、分子向低能级跃迁放出 频率为n的光子在原子光谱的研究中多采用发射光谱，
Q3：紫外吸收光谱与红外吸收光谱的比较是什么？
Q3.1 紫外-可见光谱
紫外-可见吸收光谱（Ultraviolet and Visible Spectroscopy, UV-VIS）统称为电子光谱。
吸 收 强 度
2800
3000
1H37Cl和1H36Cl的振动光谱
光
跃迁几率和选率
谱
位置——波长和频率
的 定
分子内部的能级差
量
分
强度 反映了分子在不同能级上的
析
分布和跃迁几率
爱因斯坦首先提出了辐射的发射和吸收理论,描述了受激发射、 自发发射和吸收三者之间的关系，即A、B系数。特别是受激 发射的概念，为激光的诞生奠定了理论基础。
（2）由于电子能级改变的同时，往 往伴随有振动能级的跃迁，所以电 子光谱图比较简单，但峰形较宽。
一般来说，利用紫外吸收光谱进行 定性分析信号较少。
（3）紫外吸收光谱常用于共轭体系 的定量分析，灵敏度高，检出限低。
➢ 紫外吸收光谱的基本原理
1 电子跃迁类型 （1）σ→σ* 跃迁 指处于成键轨道上的σ电子吸收光子后被
分子中的电子在不同能级上的跃迁产生电子光谱。由于它们 处在紫外与可见区，又称为紫外可见光谱。电子跃迁常伴随能 量较小的振转跃迁，所以它是带状光谱。
与同一电子能态的不同振动能级跃迁对应的是振动光谱，这 部分光谱处在红外区而称为红外光谱。
自
激
发
发
发
射
射
m态
线形和线宽
谱线不是线，它有一定的宽度
———洛伦兹公式
gN
(
)
(
a
0 )2
b2
0
gN ( )
全宽半高
(Full-width Half-maximum)
N
造成线宽的原因
1.自然致宽
吸
E t
按照测不准关系，分子在高能级上
收 强 度
的寿命，使得其能量并不具有唯一的
恒定值，导致线宽。
2. Doppler致宽
0 1
k
v
c
分子的高速运动使得在辐射方向 上被检测到的光谱频率与其静止频 率不同，导致线宽。
频率 不同温度下的光谱线宽
Q2：什么是吸收光谱？什么是发射光谱？
吸收光谱（absorption spectrum，又称吸收曲线） ：
处于基态和低激发态的原子或分子吸收具有连续分布的某 些波长的光而跃迁到各激发态，形成了按波长排列的暗线或 暗带组成的光谱。
振动伴随着转动能级的跃迁，所以这部分光谱也有较多较密 的谱线，故又称振转光谱。
纯粹由分子转动能级间的跃迁产生的光谱称为转动光谱。这 部分光谱一般位于波长较长的远红外区和微波区而称为远红外 光谱或微波谱。
➢ 分子光谱基础
分子光谱，包括紫外可见光谱，红外光谱，荧光光谱和拉 曼光谱等。光和物质之间的相互作用，使分子对光产生了吸收、 发射或散射。将物质吸收、发射或散射光的强度对频率作图所 形成的演变关系，称为分子光谱。
0.8~1.3 微米 1.3~3 微米 3~8 微米 8~14 微米 14 微米~1 毫米
电子光谱 ~1eV
振动光谱 103~102 cm-1
转动光谱 <10cm-1
振动光谱：同一电子态内不同振动能级之间跃迁所产生的光
谱。光谱在近红外到中红外区。由于振动跃迁的同时会带动 转动跃迁，所以振动光谱呈现出谱带特征。
Phys.Zeit., 18(1917), 121
受激跃迁：分子从共振
光电磁场中吸收光量子而
完成从低能级高
高能级上的分子发射光量
子而返回到低能级的过程。
吸
收
自发发射: 高能级上的分
子在没有交变电磁场激励 的情况下，自发发射光量 子并返回低能级的过程。
n态
受
分子光谱
紫外可见光谱 红外光谱 荧光光谱 拉曼光谱
吸收谱 发射谱
转动光谱 振动光谱 电子光谱
电磁波的范围
分子光谱
分子光谱的分布和特征
名称
紫外线
紫
可
蓝,青
见
绿
光
黄
橙
红
近红外
红 短波红外
外
中红外
线
热红外
远红外
波长范围 10 纳米~0.4 微米 0.38~0.455 微米 0.455~0.492 微米 0.492~0.577 微米 0.577~0.597 微米 0.597~0.622 微米 0.622~0.78 微米
紫外-可见吸收光谱法是利用某些物质的分子吸收 200～800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法。这 种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电 子能级间的跃迁，广泛用于有机和无机物质的定性和定 量测定。
➢ 紫外光谱法的特点
（1）紫外吸收光谱所对应的电磁波长较短，能量大，它反映了
分子中价电子能级跃迁情况。主要应用于共轭体系（共轭烯 烃和不饱和羰基化合物）及芳香族化合物的分析。
物质吸收电磁辐射后，以吸收波长或波长的其他函数所描 绘出来的曲线即吸收光谱。是物质分子对不同波长的光选择 吸收的结果，是对物质进行分光光度研究的主要依据。
发射光谱（emission spectrum） ：
处于高能级的原子或分子在向较低能级跃迁时产生辐射 ，将多余的能量发射出去形成的光谱．
物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱.
环境分析课件
Topic 2 分子光谱分析技术
Q1：什么是分子光谱？ Q2：什么是吸收光谱？什么是发射光谱？ Q3：紫外吸收光谱与红外吸收光谱的比较是什么？ Q4：红外光谱与拉曼光谱的比较？ Q5：光谱分析仪的结构特点是什么？ Q6：分子光谱分析技术的应用
Q1：什么是分子光谱？
分子从一种能态改变到另一种能态时的吸收或发 射光谱（可包括从紫外到远红外直至微波谱）。分子 光谱与分子绕轴的转动、分子中原子在平衡位置的振 动和分子内电子的跃迁相对应。
激发跃迁到σ*反键轨道 （2）n→σ* 跃迁 指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能
量后向σ*反键轨道的跃迁 （3）π→π* 跃迁 指不饱和键中的π电子吸收光波能量后跃
迁到π*反键轨道。 （4）n→π* 跃迁 指分子中处于非键轨道上的n电子吸收能
量后向π*反键轨道的跃迁。
电子跃迁类型不同，实际跃迁需要的能量不同， σ→σ* ～150nm n→σ* ～200nm π→π* ～200nm n→π* ～300nm
要使原子或分子处于较高能级就要供给它能量这叫激发 ．被激发的处于较高能级的原子、分子向低能级跃迁放出 频率为n的光子在原子光谱的研究中多采用发射光谱，
Q3：紫外吸收光谱与红外吸收光谱的比较是什么？
Q3.1 紫外-可见光谱
紫外-可见吸收光谱（Ultraviolet and Visible Spectroscopy, UV-VIS）统称为电子光谱。
吸 收 强 度
2800
3000
1H37Cl和1H36Cl的振动光谱
光
跃迁几率和选率
谱
位置——波长和频率
的 定
分子内部的能级差
量
分
强度 反映了分子在不同能级上的
析
分布和跃迁几率
爱因斯坦首先提出了辐射的发射和吸收理论,描述了受激发射、 自发发射和吸收三者之间的关系，即A、B系数。特别是受激 发射的概念，为激光的诞生奠定了理论基础。
（2）由于电子能级改变的同时，往 往伴随有振动能级的跃迁，所以电 子光谱图比较简单，但峰形较宽。
一般来说，利用紫外吸收光谱进行 定性分析信号较少。
（3）紫外吸收光谱常用于共轭体系 的定量分析，灵敏度高，检出限低。
➢ 紫外吸收光谱的基本原理
1 电子跃迁类型 （1）σ→σ* 跃迁 指处于成键轨道上的σ电子吸收光子后被