10 光学分析法导论

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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： I0= Ia+ It
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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。
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光学分析法导论 复习
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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。
式中n为折射率，为波长，A、B、C为常数。
波长越长，折射率愈小，一束不同波长的光 就会因折射率不同而分开。这种作用称为棱镜 的色散作用。色散能力常以色散率和分辨率表 示。
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（1）色散率（角色散率、线色散率和 倒线色散率） 色散率越大，波长相差很小的两条
谱线分得越开。
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单色器的分辨能力表示能分开最小 波长间隔的能力。用有效带宽S表示 S = DW
式中，D为线色散率倒数，W为狭缝
宽度。
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三、吸收池
吸收池由透明的材料制成。 在紫外光区工作时，采用石英材料； 可见光区，则用硅酸盐玻璃； 红外光区，则可根据不同的波长范围选 用不同材料的晶体制成吸收池的窗口。
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。
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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。
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。 A= εcb ε的单位为L/mol cm。
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常用的棱镜： 考纽（Cornu）棱镜：顶角为60，由 2个30棱镜（分别为左旋和右旋石英）组 成。 立特鲁（Littrow）棱镜： 为30，纵 轴表面镀铝或银。
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对于同一材料，光的折射率为其波长的函数。 在可见及紫外光谱域：
n = A + B/2 + C/4
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被测物理性质
辐射的发射 辐射的吸收
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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吸收光谱仪
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四、检测器
检测器分为：对光子有响应的光检测器； 对热产生响应的热检测器。 光检测器有光电池、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
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电
辐射类型 波长范围
磁
波
谱
跃迁类型
光谱类型
γ射线
X射线 远紫外光 近紫外光 可见光 近红外光 中红外光 远红外光 微波 无线电波
0.005～0.14nm
0.01～10nm 10～200nm 200～400nm 400～760nm 0.76～2.5μm 2.5～50μm 50～1000μm 0.1～100cm 1～1000m
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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 一析：常采用较宽的狭缝，以得到较大 的光强。 定性分析：常采用较小的狭缝，以得到较高 的分辨率。 原则：不引起吸光度减少的情况下，采用尽 可能大的狭缝宽度。
光源 单色器 样品 检测器 读出器件
原子化器 空心阴极灯 样品
单色器
光电倍增管
读出器件
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发射光谱仪
光源 样品
单色器
检测器
读出器件
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荧光光谱仪
光源
第一单色器
样品
记录放大系统
检测器
第二单色器
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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。 光源辐射功率的波动与电源功率的变 化成指数关系，需用稳压电源以保证稳 定；用参比光束的方法来减少光源输出 对测定所产生的影响。
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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 跃迁至高能态，再由高能态跃迁回低能 态，此时能量若以光的形式放出，该过 程称为发射。而产生的光谱称为发射光 谱。 利用发射光谱分析物质的方法，称为 发射光谱法 。
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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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仪器分析
(instrumental analysis)
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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 产生的辐射信号或发生的变化而建 立的分析方法。
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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
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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
和可见光区产生外层电子能级跃迁 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
利用待测元素气态基态原子对共振 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。
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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
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。
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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3.2 光 谱 法
光谱法是基于物质与辐射能作用 时，测量由物质内部发生量子化的 能级之间的跃迁而产生的发射、吸 收光谱的波长和强度进行分析的方 法。
（2）可见光源
可见光区最常见的光源是钨丝灯，光 谱波长范围为320 - 2500nm。 氙灯也用作可见光源，它发射的连续 光谱分布在250 - 700nm。
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（3）红外光源 常用的红外光源是奈斯特灯、硅 碳棒，光强最大的区域在6000~
5000cm-1。
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（2）分辨率
分辨率大，色散能力大。
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N=A+B/λ2+C/λ4+…… 非线性色散
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2. 光栅 光栅分为透射光栅和反射光栅，常 用的是反射光栅。反射光栅又可分为 平面反射光栅和凹面反射光栅。 光栅的色散能力也用色散率和分辨 率来表示。其不随波长而变，线性色散。
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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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1. 棱镜
作用：把复合光分解为单色光。
原理：不同波长的光在同一介质中
具有不同的折射率。
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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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
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