10光学分析法导论

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辐射的散射 辐射的折射 辐射的衍射 辐射的旋转
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§5 光 谱 法 仪 器
用来研究吸收、发射的电磁辐 射的强度和波长的关系的仪器叫做 光谱仪或分光光度计。光谱仪一般 包括：光源、单色器、样品容器、 检测器和读出器件。
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一、光源
光谱分析中，光源必须具有足够的输 出功率和稳定性。
光检测器有硒光电池、光电管、光电倍 增管、半导体等。
热检测器是吸收辐射并根据吸收引起的 热效应来测量入射辐射的强度，包括真空 热电偶、热电检测器、热电偶等。
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光电倍增管
一个光电子可产生 106~108个电子
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五、读出装置
由检测器将光信号转换成电信 号后，通过模数转换器送计算机 处理或用记录仪、数字显示器、 显示屏等显示和记录结果。
仪器分析
(instrumental analysis)
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D306
3175259 3178892 张翊
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光学分析法导论
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光学分析法（optical analysis）： 依据物质与电磁辐射相互作用后
产生的辐射信号或其发生的变化而 建立的分析方法。
利用发射光谱分析物质的方法，称为~。
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荧光光谱：
某些物质的分子或原子在辐射能的作 用下跃迁至激发态，部分分子或原子与 其它粒子碰撞，把激发能转变为热能消 耗掉；其余的分子或原子以热和光的形 式散发出这部分能量而回到基态，由此 产生的光谱称为荧光光谱。
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§ 4 光谱分析的分类
EL= E
E：不同能级间能量差
EL= h = hc/= hc = E
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一、吸 收 光 谱 法
1. 吸收：
当辐射能通过某些吸光物质时， 物质的原子或分子吸收与其能级 跃迁相应的能量由低能态或基态 跃迁至较高的能态的过程。
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2. 吸收光谱： 物质对辐射能的选择性吸收
光谱仪一般包括： 光源、单色器、样品容器、检
测器和读出器件。
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一、光源
光谱分析中，光源必须具有足够 的输出功率和稳定性。
光源有连续光源、线光源和激光光 源等。
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（1）紫外光源 紫外连续光源主要采用氢灯或氘灯。
连续光谱范围为160 -375 nm。
（2）可见光源 钨丝灯光谱范围为320 - 2500nm。 氙灯光谱范围为250 - 700nm。
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1.2 电 磁 波 谱 (electromagnetic spectrum)
电磁波按照波长或频率顺序排列 所绘成的图表，称为电磁波谱。 P202表10-2。
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§2 光与物质的作用
光与物质相互作用的方式有吸收、 发射、散射、反射、折射、干涉、 衍射、偏振等。
而得到的光谱。
3. 吸收光谱法： 利用吸收光谱对物质定性、
定量及结构分析的方法。
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4. 常用的吸收光谱法： A.紫外-可见分光光度法
利用溶液中的分子或离子在紫外 和可见光区发生分子外层电子能级 跃迁所形成的吸收光谱，可用于定 性和定量测定。
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B.原子吸收光谱法 利用待测元素气态原子对共振线的 吸收进行定量测定的方法。其吸收机 理是原子的外层电子能级跃迁，波长 在紫外、可见和近红外区。
匀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、 液层厚度乘积成正比，总吸光度等于吸收介 质内各吸光物质吸光度之和。
A= kcb A=A1+A2+A3+……
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§ 4 光谱分析的分类
依据物质对不同波谱区辐射能的吸收 或发射，可建立不同的光谱分析方法。
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§5 光谱法仪器
I0= Ia+ It
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透光度：
透光度为透过光的强度It与入射光强度
I0之比，用T表示。
即
T= It/I0
吸光度：
为透光度倒数的对数，用A表示。
即
A=lg1/T=lgI0/It
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朗伯-比尔定律：
当一束平行单色光通过含有吸光物质的均 匀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、 液层厚度乘积成正比，总吸光度等于吸收介 质内各吸光物质吸光度之和。
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（3）红外光源 奈斯特灯、硅碳棒光强最大的区域
在6000- 5000cm-1。
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二、单色器
单色器的作用：将复合光分解成单色 光或有一定宽度的谱带。
单色器的组成：入射狭缝、出射狭缝、 准直镜以及色散元件（棱镜或光 栅）。
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狭缝
定量分析：常采用较宽的狭缝，以得到较大 的光强。
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§3 光学分析法的分类
3.1 非 光 谱 法
非光谱法是基于物质与辐射相互 作用时，测量辐射的某些性质（如折 射、散射、干涉、衍射、偏振等）变 化的分析方法。
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非光谱法不涉及物质内部能级的跃 迁，电磁辐射只改变了传播方向、速 度或某些物理性质。
属于这类分析方法的有折射法、偏 振法、光散射法、干涉法、衍射法、 旋光法和圆二向色性法等。
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光学分析法导论 回顾
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§1 电磁辐射的性质
电磁辐射：电磁辐射是高速通过空间传 播能量的电磁波。
电磁辐射具有波粒二象性，即波动性 和微粒性。
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每个光量子的能量(EL)与其频率(ν) 及波长(λ)之间的关系为:
EL = hυ = hc/λ = hcσ 波长越短，光子的能量越大。
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§1 电磁辐射的性质
电磁辐射：电磁辐射是高速通过空间传 播能量的电磁波(光)。
电磁辐射包括从射线到无线电波的所 有电磁波谱范围。
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1.1 波动性和微粒性
电磁辐射具有波粒二象性，即波动性 和微粒性。
波动性：光的折射、衍射、偏振和 干涉等；
微粒性：光电效应。
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物质对辐射能的吸收和发射是不 连续的，量子化的。若以辐射能的 形式传递能量，则辐射能EL一定等 于物质的能级变化E 。即：
EL= h = hc/= hc = E
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透光度： T= It/I0
吸光度： A=lg1/T=lgI0/It
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朗伯-比尔定律： 当一束平行单色光通过含有吸光物质的均
A= kcb
A=A1+A2+A3+……
κ为比例常数(与吸光物质的本性，入射光波长 及温度等因素有关), c为吸光物质浓度，b为透光液 层厚度。
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当b以cm，c以g/L为单位，κ称为吸 光系数，用 a表示。
A= acb a的单位为L/g.cm
当b以cm，c以mol/L为单位，κ称为 摩尔吸光系数，用 ε表示。
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N=A+B/λ2+C/λ4+…… 非线性色散
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线 性 色 散
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3. 狭缝
狭缝是由两片经过精密加工，且 具有锐利边缘的金属片组成，其两 边必须保持互相平行，并且处于同 一平面上。
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原则： 定量分析：常采用较宽的狭缝，以得到较大
ε的单位为L/mol cm，它表示物质 的浓度为1mol/L，液层厚度为1cm时， 溶液的吸光度。
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二. 发射光谱法
物质在辐射能的作用下，其由低能态 或基态跃迁至高能态（激发态），再由 高能态跃迁回低能态或基态，此时若以 光的形式放出能量，该过程称为发射。 而产生的光谱称为发射光谱。
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每个光量子的能量(EL)与其频率(ν) 及波长(λ)之间的关系为:
EL = hυ = hc/λ = hcσ
h为普朗克常数，其值6.626×10-34 J·s；c为 光速，其值约为3×1010cm/s；σ为波数，其 单位为cm-1；λ为波长，其单位为nm。
波长越短，光子的能量越大。
依据物质对不同波谱区辐射能的吸收 或发射，可建立不同的光谱分析方法。
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光谱法的分类
方法分类
被测物理性质
发射光谱分析、火焰光度分析 分子发光分析法、放射分析法
辐射的发射
紫外-可见分光光度法 原子吸收分光光度法
红外光谱法、核磁共振波谱法
辐射的吸收
比浊法、拉曼光谱法 折射法、干涉法 X-射线衍射法、电子衍射法 偏振法
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C. 红外光谱法
利用分子在红外区的振动-转动吸收 光谱来测定物质的成分和结构。
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5. 朗伯-比尔定律
设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia， 透射光强度为 It，反射光强度为Ir，则
I0= Ia+ It+ Ir 由于测定条件下反射光强度基本相同， 其影响可相互抵消，上式可简化为：