光谱分析概论
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第二章-光谱分析法概论
E hν hc hcν λ
E单位：电子伏（eV）或焦耳（J） h －普朗克常数，h＝6.626×10-34 J·s-1； C为光速。
例：波长为200nm的电磁波，其能量是多少电子伏特（eV）？ 解：
电磁波谱
13
二、电磁辐射与物质相互作用
电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。 涉及能量变化：吸收、发射； 不涉及能量变化：反射、散射、折射、衍射。
第二章 光谱分析法概论
1
本章主要内容：
一、电磁辐射及其与物质的相互作用 二、光学分析法的分类 三、光谱分析仪器
概述
光学分析法是基于电磁辐射与物质相互作用后，电磁辐 射发生某些变化或被作用物质的某些性质发生改变而产 生各种信号，利用这些信号对物质的性质、组成及结构 进行分析的一种方法。
光学分析法的原理主要包含三个过程： （1）能源提供能量； （2）能量与被测物质相互作用； （3）产生被检测的信号。
3
第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用
4
电磁辐射的性质：波粒二象性
1.波动性
电磁辐射的传播以及反射、折射、散射、衍射及 干涉等现象表现出电磁辐射具有波的性质。
图2-1 电磁波的传播
6
波动性参数描述
（1）周期 T 相邻两个波峰或波谷通过某一固定点所需要的时间间隔称为周期。单 位:s(秒)。
（2）频率ν 单位时间内电磁波振动的次数称为频率。单位：Hz或周/秒。 ν ＝1/T
范围的谱带。
2.组成：
单色器
入射狭缝 色散元件 准直镜
棱镜 光栅
分光系统
出射狭缝
滤光器
47
（1）狭缝 狭缝为光的进出口， 狭缝宽窄直接影响分 光质量。狭缝过宽， 单色光不纯，将使吸 光度变大；过窄，则 通光量变小，灵敏度 降低。因此狭缝宽度 要适当。
E单位：电子伏（eV）或焦耳（J） h －普朗克常数，h＝6.626×10-34 J·s-1； C为光速。
例：波长为200nm的电磁波，其能量是多少电子伏特（eV）？ 解：
电磁波谱
13
二、电磁辐射与物质相互作用
电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。 涉及能量变化：吸收、发射； 不涉及能量变化：反射、散射、折射、衍射。
第二章 光谱分析法概论
1
本章主要内容：
一、电磁辐射及其与物质的相互作用 二、光学分析法的分类 三、光谱分析仪器
概述
光学分析法是基于电磁辐射与物质相互作用后，电磁辐 射发生某些变化或被作用物质的某些性质发生改变而产 生各种信号，利用这些信号对物质的性质、组成及结构 进行分析的一种方法。
光学分析法的原理主要包含三个过程： （1）能源提供能量； （2）能量与被测物质相互作用； （3）产生被检测的信号。
3
第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用
4
电磁辐射的性质：波粒二象性
1.波动性
电磁辐射的传播以及反射、折射、散射、衍射及 干涉等现象表现出电磁辐射具有波的性质。
图2-1 电磁波的传播
6
波动性参数描述
（1）周期 T 相邻两个波峰或波谷通过某一固定点所需要的时间间隔称为周期。单 位:s(秒)。
（2）频率ν 单位时间内电磁波振动的次数称为频率。单位：Hz或周/秒。 ν ＝1/T
范围的谱带。
2.组成：
单色器
入射狭缝 色散元件 准直镜
棱镜 光栅
分光系统
出射狭缝
滤光器
47
（1）狭缝 狭缝为光的进出口， 狭缝宽窄直接影响分 光质量。狭缝过宽， 单色光不纯，将使吸 光度变大；过窄，则 通光量变小，灵敏度 降低。因此狭缝宽度 要适当。
光谱分析法概论
光谱由不同能量的光复合而成 呈带状光谱 （光谱带）
一、 原子光谱
原子光谱产生于原子外层电子能级的跃迁 ，它不但取决于外层电子的运动状态，也取 决于电子间的相互作用。
原子的能级通常用光谱项符号来表示
1.光谱项符号
原子外层有一个电子时，其能级可由四个量子数决定： 主量子数 n；角量子数 l；磁量子数 m；自旋量子数 s；
镧系和锕系元素的离子对紫外和可见光的 吸收是基于内层f 电子的跃迁而产生的。其 紫外可见光谱为一些狭长的特征吸收峰， 这些峰几乎不受金属离子的配位环境的影 响。
2） d电子跃迁吸收光谱
过渡金属的电子跃迁类型为d电子在不同d轨 道间的跃迁，吸收紫外或可见光谱。这些 峰往往较宽。 例如 cu2+以水为配位体，吸收峰在794nm 处，而以氨为配位体，吸收峰在663nm处。 此类光谱吸收强度弱，较少用于定量分析。
单重态分子具有抗磁性； 三重态分子具有顺磁性； 跃迁至单重激发态的几率 大，寿命长；
3.跃迁类型与分子光谱
分子光谱复杂，电子跃迁时伴有振动和转动能级跃迁；
分子的紫外-可见吸收光谱是由电子跃迁引起的，故又 称电子光谱，谱带比较宽；
分子的红外吸收光谱是由于分子中基团的振动和转动能 级跃迁引起的，故也称振转光谱；
吸收带—吸收峰在吸收光谱上的波带位置
（1）R 吸收带： n→π*跃迁 特点：a 跃迁所需能量较小，吸收峰位于
200~400nm b 吸收强度弱， ＜102 （2）K 吸收带： 共轭双键中π→π*跃迁 特点：a 跃迁所需能量较R带大，吸收峰位
于210~280nm b 吸收强度强， 104 随着共轭体系的增长，K 吸收带长移， 210 ~ 700nm 增大。
光谱分析法概论 一磁辐射和波谱 ◆波谱性质：
一、 原子光谱
原子光谱产生于原子外层电子能级的跃迁 ，它不但取决于外层电子的运动状态，也取 决于电子间的相互作用。
原子的能级通常用光谱项符号来表示
1.光谱项符号
原子外层有一个电子时，其能级可由四个量子数决定： 主量子数 n；角量子数 l；磁量子数 m；自旋量子数 s；
镧系和锕系元素的离子对紫外和可见光的 吸收是基于内层f 电子的跃迁而产生的。其 紫外可见光谱为一些狭长的特征吸收峰， 这些峰几乎不受金属离子的配位环境的影 响。
2） d电子跃迁吸收光谱
过渡金属的电子跃迁类型为d电子在不同d轨 道间的跃迁，吸收紫外或可见光谱。这些 峰往往较宽。 例如 cu2+以水为配位体，吸收峰在794nm 处，而以氨为配位体，吸收峰在663nm处。 此类光谱吸收强度弱，较少用于定量分析。
单重态分子具有抗磁性； 三重态分子具有顺磁性； 跃迁至单重激发态的几率 大，寿命长；
3.跃迁类型与分子光谱
分子光谱复杂，电子跃迁时伴有振动和转动能级跃迁；
分子的紫外-可见吸收光谱是由电子跃迁引起的，故又 称电子光谱，谱带比较宽；
分子的红外吸收光谱是由于分子中基团的振动和转动能 级跃迁引起的，故也称振转光谱；
吸收带—吸收峰在吸收光谱上的波带位置
（1）R 吸收带： n→π*跃迁 特点：a 跃迁所需能量较小，吸收峰位于
200~400nm b 吸收强度弱， ＜102 （2）K 吸收带： 共轭双键中π→π*跃迁 特点：a 跃迁所需能量较R带大，吸收峰位
于210~280nm b 吸收强度强， 104 随着共轭体系的增长，K 吸收带长移， 210 ~ 700nm 增大。
光谱分析法概论 一磁辐射和波谱 ◆波谱性质：
光谱分析法概论定稿资料课件
光谱分析法的原理是建立在物质与电磁辐射相互作用的物理基础上的。当物质受到电磁辐射的激发时，会产生一 系列的光谱，如吸收光谱、发射光谱和散射光谱等。这些光谱的波长、强度和形状等特征与物质的结构和组成密 切相关。通过测量这些光谱的特征参数，可以推断出物质的成分和性质等信息。
光谱分析法的应用领域
• 总结词：光谱分析法的应用领域广泛，包括化学、物理、地质、环境科学、医学和生物学等领域，可用于研究 物质的组成、结构和性质等。
光谱分析法分类
原子光谱法
原子吸收光谱法（AAS）
利用原子吸收特定波长的光辐射，测量吸收线位置和强度，确定 元素种类和浓度。
原子发射光谱法（AES）
通过测量原子发射的特定波长的光辐射，确定元素种类和浓度。
原子荧光光谱法（AFS）
利用原子吸收特定波长的光辐射后，通过测量荧光辐射的波长和强 度，确定元素种类和浓度。
结合光学显微镜技术，实现对微观结 构和成分的高分辨率光谱分析。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习技术，实现 光谱数据的自动解析和模式识别。
提高光谱分析的精度和灵敏度
高精度光谱仪器的研制
研发更高精度的光谱仪器，提高光谱分析的分辨率和准确性。
化学计量学方法
利用化学计量学方法，优化光谱数据处理和分析过程，提高光谱分 析的灵敏度和可靠性。
品的完整性。
多元素同时分析
光谱分析法可以同时检测样品 中的多种元素，提高分析效率。
应用广泛
光谱分析法可以应用于各种领 域，如化学、生物学、医学、
环境监测等。
缺点
样品准备要求高
光谱分析法对样品的准备要求 较高，需要将样品进行均匀混
合、研磨等处理。
仪器成本高
光谱分析法需要使用高精度的 仪器，因此仪器成本较高。
光谱分析法的应用领域
• 总结词：光谱分析法的应用领域广泛，包括化学、物理、地质、环境科学、医学和生物学等领域，可用于研究 物质的组成、结构和性质等。
光谱分析法分类
原子光谱法
原子吸收光谱法（AAS）
利用原子吸收特定波长的光辐射，测量吸收线位置和强度，确定 元素种类和浓度。
原子发射光谱法（AES）
通过测量原子发射的特定波长的光辐射，确定元素种类和浓度。
原子荧光光谱法（AFS）
利用原子吸收特定波长的光辐射后，通过测量荧光辐射的波长和强 度，确定元素种类和浓度。
结合光学显微镜技术，实现对微观结 构和成分的高分辨率光谱分析。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习技术，实现 光谱数据的自动解析和模式识别。
提高光谱分析的精度和灵敏度
高精度光谱仪器的研制
研发更高精度的光谱仪器，提高光谱分析的分辨率和准确性。
化学计量学方法
利用化学计量学方法，优化光谱数据处理和分析过程，提高光谱分 析的灵敏度和可靠性。
品的完整性。
多元素同时分析
光谱分析法可以同时检测样品 中的多种元素，提高分析效率。
应用广泛
光谱分析法可以应用于各种领 域，如化学、生物学、医学、
环境监测等。
缺点
样品准备要求高
光谱分析法对样品的准备要求 较高，需要将样品进行均匀混
合、研磨等处理。
仪器成本高
光谱分析法需要使用高精度的 仪器，因此仪器成本较高。
光谱分析法概论
第一节 电磁辐射和电磁波谱
electromagnetic radiation and electromagnetic spectrum
一、电磁辐射
电磁辐射：以巨大的速度(真空中为光速)通过空间、 不需要任何物质作为媒介的一种能量(光量子流)。
范围：包括从射线到无线电波的所有范围，光是电 磁辐射的一部分。
光谱中谱线间的波长差别如此甚微，用一般的单色器很难 将相邻的谱线分开，其光谱的特征是在一定波长范围内按一定 强度分布的谱带，即所谓的带光谱。
-胡罗卜素 咖啡因
阿斯匹林 丙酮
分子吸收光谱：分子对辐射能的选择性吸收由基态或 较低能级跃迁到较高能级产生的分子光谱。
分子发光光谱：基态分子吸收一定波长范围的光辐射 至激发态，当其由激发态回到基态时产生的二次辐射。
= 1/
微粒性
根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的 光量子(或称光子)流。可以用每个光子所具有的能 量(E)来表征，单位为ev或J.
普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。
E=h=h c/
E：每个光子的能量； h：普朗克常数=6.626 10-34J s
光子的能量可用 J 或 eV 表示： 1 eV=1.60210-19 J， 1 J=6.241 1018 eV 辐射的频率越高(波长越小)，光子的能量就越高。 化学上常用J/mol为单位表示1mol物质所发射或吸收的能 量
图 电磁波谱
第二节 电磁辐射与物质的相互作用
reciprocity of electromagnetic radiation and matter
电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。
(1) 吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从基 态跃迁到激发态的过程。
光谱分析法概论(共76张PPT)全
(1) 简并：振动形式不同，但振动频率相同，产生简并。
(2) 红外非活性振动：振动过程中分子偶极矩不发生变化。
（或说偶极矩变化为0），正负电荷重心重合 r = 0 因为µ= q·r = 0 ，Δµ= 0；红外线是个交替磁场，若
Δµ= 0，则不产生吸收。
(3) 仪器分辨率太弱。 (4) 峰太弱。
☆产生红外光谱两个必要条件：
苯环和发色团相连，使E2和B带均长移, ε大 E2，K 带合并，有的就称为K带
基本原理和基本概念
苯的乙醇溶液
基本原理和基本概念 (四)影响因素 溶剂效应 ① n→π* 极性 短移 π→π* 极性 长移 ②影响吸收强度
③影响精细结构：苯在乙醇中（极性） 精细结构消失
基本原理和基本概念
基本原理和基本概念
3080-3030 cm-1 re 平衡位置原子间距离 差频峰： ν1-ν2 亚甲基的伸缩振动形式示意图
即：不对称分子，Δµ大
质谱法
确定分子的原子组成、相对分子质量、分子
式和分子结构。经常与UV、IR及NMR等配合 运用。
光学分析仪器的基本组成
紫外光谱 Ultraviolet absorption spectra
3. n→π* :含有杂原子的不饱和基团，近紫外区， ε很小 例如：-C=O: ,-C≡N:
4. n→σ* :远紫外区，含有杂原子的饱和基团， 例如：-OH,-NH2,-X,-S
σ→σ*> n→σ*≥π→π*> n→π*
基本原理和基本概念
（二）紫外光谱中常用术语
生色团 — 结构中有π→π*或 n→π*的基团，
50 ~ 500 µm 远红外(far-infrared)
红外光区的划分与跃迁类型
注意波数和波长的换算关系
(2) 红外非活性振动：振动过程中分子偶极矩不发生变化。
（或说偶极矩变化为0），正负电荷重心重合 r = 0 因为µ= q·r = 0 ，Δµ= 0；红外线是个交替磁场，若
Δµ= 0，则不产生吸收。
(3) 仪器分辨率太弱。 (4) 峰太弱。
☆产生红外光谱两个必要条件：
苯环和发色团相连，使E2和B带均长移, ε大 E2，K 带合并，有的就称为K带
基本原理和基本概念
苯的乙醇溶液
基本原理和基本概念 (四)影响因素 溶剂效应 ① n→π* 极性 短移 π→π* 极性 长移 ②影响吸收强度
③影响精细结构：苯在乙醇中（极性） 精细结构消失
基本原理和基本概念
基本原理和基本概念
3080-3030 cm-1 re 平衡位置原子间距离 差频峰： ν1-ν2 亚甲基的伸缩振动形式示意图
即：不对称分子，Δµ大
质谱法
确定分子的原子组成、相对分子质量、分子
式和分子结构。经常与UV、IR及NMR等配合 运用。
光学分析仪器的基本组成
紫外光谱 Ultraviolet absorption spectra
3. n→π* :含有杂原子的不饱和基团，近紫外区， ε很小 例如：-C=O: ,-C≡N:
4. n→σ* :远紫外区，含有杂原子的饱和基团， 例如：-OH,-NH2,-X,-S
σ→σ*> n→σ*≥π→π*> n→π*
基本原理和基本概念
（二）紫外光谱中常用术语
生色团 — 结构中有π→π*或 n→π*的基团，
50 ~ 500 µm 远红外(far-infrared)
红外光区的划分与跃迁类型
注意波数和波长的换算关系
第九讲 光谱分析概论
分子轨道可近似用原子轨道的线性组合表示。
分子轨道可分为成键轨道与反键轨道，成键分子 轨道能量较参与组合的原子轨道能量低，而反键分 子轨道能量则高于参与组合的原子轨道能量。
3．分子的振动与振动能级
（1）双原子分子的振动 分子振动是指分子中原子（或原子团）以平衡
位置为中心的相对（往复）运动。 双原子分子的振动可近似用弹簧谐振子模拟。
1．紫外、可见（吸收）光谱
紫外、可见光谱是物质在紫外、可见辐射作用 下分子外层电子在电子能级间跃迁而产生的，故又 称为电子光谱。
由于分子振动能级跃迁与转动能级跃迁所需能 量远小于分子电子能级跃迁所需能量，故在电子能 级跃迁的同时伴有振动能级与转动能级的跃迁，即 电子能级跃迁产生的紫外、可见光谱中包含有振动 能级与转动能级跃迁产生的谱线，也即分子的紫外、 可见光谱是由谱线非常接近甚至重叠的吸收带组成 的带状光谱。
中红外光区（3.0 ~ 30µm ）
绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现 在该光区，适于进行红外光谱的定性和定量分析。
中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了 该区大量的数据资料，它是应用极为广泛的光谱区。通常， 中红外光谱法又简称为红外光谱法。
远红外光区 （30 ~ 1000µm ）
由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液 体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振 动以及晶体中的晶格振动所引起的。
能量弱，一般不在此范围内进行分析。
二、 红外光谱法
1. 红外光谱图及表示方法
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1（2.5-25µm）范围 内不同波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以 波长或波数（1/）为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。
近红外区：0.77~3.0μm —OH和—NH倍频吸收 区
分子轨道可分为成键轨道与反键轨道，成键分子 轨道能量较参与组合的原子轨道能量低，而反键分 子轨道能量则高于参与组合的原子轨道能量。
3．分子的振动与振动能级
（1）双原子分子的振动 分子振动是指分子中原子（或原子团）以平衡
位置为中心的相对（往复）运动。 双原子分子的振动可近似用弹簧谐振子模拟。
1．紫外、可见（吸收）光谱
紫外、可见光谱是物质在紫外、可见辐射作用 下分子外层电子在电子能级间跃迁而产生的，故又 称为电子光谱。
由于分子振动能级跃迁与转动能级跃迁所需能 量远小于分子电子能级跃迁所需能量，故在电子能 级跃迁的同时伴有振动能级与转动能级的跃迁，即 电子能级跃迁产生的紫外、可见光谱中包含有振动 能级与转动能级跃迁产生的谱线，也即分子的紫外、 可见光谱是由谱线非常接近甚至重叠的吸收带组成 的带状光谱。
中红外光区（3.0 ~ 30µm ）
绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现 在该光区，适于进行红外光谱的定性和定量分析。
中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了 该区大量的数据资料，它是应用极为广泛的光谱区。通常， 中红外光谱法又简称为红外光谱法。
远红外光区 （30 ~ 1000µm ）
由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液 体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振 动以及晶体中的晶格振动所引起的。
能量弱，一般不在此范围内进行分析。
二、 红外光谱法
1. 红外光谱图及表示方法
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1（2.5-25µm）范围 内不同波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以 波长或波数（1/）为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。
近红外区：0.77~3.0μm —OH和—NH倍频吸收 区
光化学课件
有原子间的相对振动和分子的转动。能级图比较见图1.2’。
分子电子能级、振动能级和转动能级的区别和联系
紫外、可见光谱涉及电子、振动和转动能级；图1.2’ 红外光谱能级跃迁涉及原子振动和分子转动能级； 远红外光谱的能级跃迁仅涉及转动能级。
在相同能级之间跃迁所吸收和辐射的波长相同。因物质 的能级结构不因对光的吸收或辐射而改变。
将通过狭缝的光分光后形成的影像按波长或频 率进行有序排列得到的谱带称为光谱；基于测量 物质的光谱而建立的分析方法称为光谱分析法。
通过感光、显影和定影来获取光谱是一种较 经典的技术。
部分氢原子光谱见图1.2。 氢原子光谱实验见图1.2-1
1.1 一些基本原理和概念
1.1.1 电磁波与电磁波谱 光是一种电磁波，具有电磁波动的特点，图1.1。 光具有波粒二相性。 波动性：用波长λ、频率ν和光速 c 描述，可通过
线光谱 光谱的分布是线状的，即每条光谱只有很窄的 波长范围。它多发生于气态原子或离子上，如气态氢原子 光谱便是线状光谱，如图1.3(a)所示。
带光谱 许多相邻谱线的波长很接近，较难分出很窄的 线光谱，这种光谱便称为带光谱。A.因在电子跃迁同时还 有振动与转动能级参与，使相邻能级间隔很小，谱线间隔 较难分别。B.当是凝聚态时，分子间的相互作用使能级变 化，光谱复杂化，故凝聚态分子的光谱多是带光谱。如氰 (CN)光谱便是带光谱，见图1.3(b)。
E h hc / hc
h 6.6261034 J s；单位为Hz;
波数 1/ ，单位为cm1;
E单位用eV ,1eV 1.601019 J ,计算光子能量时可按千
克米秒制算出J数，再换算成eV数，见P2；
单位可用nm或m。
不同能级跃迁的光子能量不同，波长不同，相应光谱 分析法不同，见表1.1。
分子电子能级、振动能级和转动能级的区别和联系
紫外、可见光谱涉及电子、振动和转动能级；图1.2’ 红外光谱能级跃迁涉及原子振动和分子转动能级； 远红外光谱的能级跃迁仅涉及转动能级。
在相同能级之间跃迁所吸收和辐射的波长相同。因物质 的能级结构不因对光的吸收或辐射而改变。
将通过狭缝的光分光后形成的影像按波长或频 率进行有序排列得到的谱带称为光谱；基于测量 物质的光谱而建立的分析方法称为光谱分析法。
通过感光、显影和定影来获取光谱是一种较 经典的技术。
部分氢原子光谱见图1.2。 氢原子光谱实验见图1.2-1
1.1 一些基本原理和概念
1.1.1 电磁波与电磁波谱 光是一种电磁波，具有电磁波动的特点，图1.1。 光具有波粒二相性。 波动性：用波长λ、频率ν和光速 c 描述，可通过
线光谱 光谱的分布是线状的，即每条光谱只有很窄的 波长范围。它多发生于气态原子或离子上，如气态氢原子 光谱便是线状光谱，如图1.3(a)所示。
带光谱 许多相邻谱线的波长很接近，较难分出很窄的 线光谱，这种光谱便称为带光谱。A.因在电子跃迁同时还 有振动与转动能级参与，使相邻能级间隔很小，谱线间隔 较难分别。B.当是凝聚态时，分子间的相互作用使能级变 化，光谱复杂化，故凝聚态分子的光谱多是带光谱。如氰 (CN)光谱便是带光谱，见图1.3(b)。
E h hc / hc
h 6.6261034 J s；单位为Hz;
波数 1/ ，单位为cm1;
E单位用eV ,1eV 1.601019 J ,计算光子能量时可按千
克米秒制算出J数，再换算成eV数，见P2；
单位可用nm或m。
不同能级跃迁的光子能量不同，波长不同，相应光谱 分析法不同，见表1.1。
光谱分析法概论(教材)
作用而裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐 射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行有机化 合物结构分析 。
12.旋光法 溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，
可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学 问题，旋光计测定糖的含量。 13.衍射法
X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同 衍射图。
c：光速（2.9979×1010 cm.s-1）
h：Plank常数（6.6256×10-34 J.s 焦耳. 秒）
二、电磁辐射与物质的相互作用
(1)吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从 基态跃迁到激发态的过程；
(2)发射 是物质从激发态跃迁回基态，并以光的形 式释放出能量的过程；
(3)散射 (4)拉曼散射 (5)折射和反射 (6)干涉和衍射 (7)偏振
λ 10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
γx 射射 线线
紫红 外外 光光
微
无
波
线
电
波
可见光
光的波粒二象性
波动性 λ ν
光的折射 光的衍射 光的偏振 光的干涉
粒子性
E
=
hν
=
hc
λ
E
光电效应
E：光子的能量（J, 焦耳）
ν ：光子的频率（Hz, 赫 λ兹：）光子的波长（cm）
3.试样装置
光源与试样相互作用的场所 （1）吸收池
紫外-可见分光光度法：石英比色皿 荧光分析法：石英液池 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片 （2）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素 由离子态→原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰；
4. 检测器
12.旋光法 溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，
可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学 问题，旋光计测定糖的含量。 13.衍射法
X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同 衍射图。
c：光速（2.9979×1010 cm.s-1）
h：Plank常数（6.6256×10-34 J.s 焦耳. 秒）
二、电磁辐射与物质的相互作用
(1)吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从 基态跃迁到激发态的过程；
(2)发射 是物质从激发态跃迁回基态，并以光的形 式释放出能量的过程；
(3)散射 (4)拉曼散射 (5)折射和反射 (6)干涉和衍射 (7)偏振
λ 10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
γx 射射 线线
紫红 外外 光光
微
无
波
线
电
波
可见光
光的波粒二象性
波动性 λ ν
光的折射 光的衍射 光的偏振 光的干涉
粒子性
E
=
hν
=
hc
λ
E
光电效应
E：光子的能量（J, 焦耳）
ν ：光子的频率（Hz, 赫 λ兹：）光子的波长（cm）
3.试样装置
光源与试样相互作用的场所 （1）吸收池
紫外-可见分光光度法：石英比色皿 荧光分析法：石英液池 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片 （2）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素 由离子态→原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰；
4. 检测器
光谱分析法概论
红外吸收光谱法
• 波段在近红外光区和微波光区之间，0.761000μm之间，复杂的带状光谱 • 利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转 动吸收光谱进行化合物结构分析
乙基异丙基酮和甲基丁基酮的IR（指纹区差异）
（二）光的发射
• 当受激物质（受光能、电能、热能或其他 外界能量所激发的物质）从高能态回到低 能态时，往往以光辐射的形式释放出多余 的能量 • 按发生本质：原子发射光谱、离子发射光 谱、分子发射光谱
2.1光学分析法的主要过程
• • • • 能源提供能量 能量与被测物质相互作用 产生被检测的信号 检测信号转换处理后产生数据或光谱图， 对数据图谱进行解读，确定分析物的结构 和组成
• 发射光谱仪和吸收光谱仪有什么区别？
• 单色器的主要作用是什么？
• 单色器是将光源辐射的复合光色散成单色光 的光学装置。一般由狭缝、色散元件及透镜 系统组成。 • 常用的色散元件：光栅、棱镜 • • • • 复合光：包含多种频率成分的光 单色光：只包含一种频率成分的光 光的单色性 光谱线所包含的波长范围越窄，光的单色性 越好
光源作用 ：发射待测元素的特征谱线
• 空心阴极灯 • 结构
紫外可见吸收光谱分析法
• 利用溶液中分子吸收紫外光和可见光产生跃 迁所记录到的吸收光谱图，进行化合物结构 的分析，根据最大吸收波长光的强度随溶液 浓度变化的线性关系进行定量分析的方法。
B吸收带和 E吸收带也 叫苯环带
苯的紫外吸收光谱（乙醇中）
光谱分析法概论
• 2.1 光学分析法概述
• 2.2光与物质的相互作用
• 2.3各种光学分析法简介
• 以物质的光学性质为基础建立的分析方 法，称为光学分析法，简称光分析法。 • 光学分析法是基于电磁辐射与待测物质 相互作用后产生的辐射信号或发生的变 化来测定物质的性质、含量和结构的分 析方法。 • 灵敏度高、选择性好、用途广泛 • 仪器分析的重要分支，具有重要作用
光谱分析法概论 (标准版)ppt资料
（二）原子光谱法与分子光谱法
分子光谱法：
涉及分子中电子能级、振动和转动能级变化
特点：带状光谱；给出分子结构信息。
方法举例： UV-Vis、IR MFS、MPS
（三）吸收光谱法与发射光谱法
吸收光谱法：
粒子吸收能量，由低能态或基态跃迁至较 高的能态（激发态），得到光谱
M + h M*
方法举例：
△E
光谱分析法概论
电磁辐射
电磁辐射是一种以电磁波的形式
在空间高速传播的粒子流。
电磁辐射具有波粒二象性
电磁辐射的波粒二象性
波动性：电磁辐射是单频率的正弦波
光的折射、干涉、衍射偏振等现象
c
1 c
用波长（λ）、频率（v）、波数（σ）描述
电磁辐射的波粒二象性
粒子性：电磁辐射是不连续的能量微粒—光子
电磁辐射照射物质时，发生能量转移，使物质内部有相应的能级跃迁
或大于入射光波长，如胶体。 （三）吸收光谱法与发射光谱法
光的折射、干涉、衍射偏振等现象 X射线荧光分析法、原子发射光谱分析法
X射线荧光分析法、原子发射光谱分析法
M+h
M*
X射线荧光分析法、原子发射光谱分析法
（二）原子光谱法与分子光谱法
无 将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。
一、电磁辐射与物质的相互作用
Ø1、 入射电磁辐射能量与介质基态/激发 态 间的能量差不相等——物理性质发生改变
折射、反射、透射
干涉
衍射
一、电磁辐射与物质的相互作用
散射：光子与介质发生弹性碰撞改变方向
电磁辐射照射物质时，发生能量转移，使物质内部有相应的能级跃迁
丁达尔散射(Tyndall)：被照射试样粒子直径等于 波动性：电磁辐射是单频率的正弦波
《光谱分析法概论》PPT课件
电化学分析法
(Electrochemistry)
第九章 光学分析法概论
仪器分析
光学分析法概论
第九章 光学分析法概论
光学分析法 (Optical analysis)
仪器分析
基于物质发射的电磁辐射或物质与辐射相互作用后产生的 辐射信号或发生的信号变化来测定物质的性质、含量和结构的 一类仪器分析方法。
➢干涉和衍射 在一定条件下光波会相互作用。当叠 加时，将产生一个其强度视各波的相位而定的加强或 减弱的合成波，称为干涉。光波绕过障碍物或通过狭 缝时，以约180的角度向外辐射，波前进的方向发生 弯曲，称为衍射。
第九章 光学分析法概论
仪器分析
第二节 光学分析法的分类
第九章 光学分析法概论
仪器分析
一、按照电磁辐射与物质的相互作用分类
第九章 光学分析法概论
仪器分析
第一节 电磁辐射及其与物质的 相互作用
第二节 光学分析法的分类 第三节 光谱分析仪器
第九章 光学分析法概论
第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用
一、电磁辐射的性质
仪器分析
光: 是一种电磁波, 具有波动性和粒子性. 波动性 – 传播运动过程中突出, 表现在光的偏振, 干涉, 衍射 粒子性 – 与物质相互作用时突出, 表现在光电效 应, 光的吸收和发射
瑞利散射 光子与物质分子发生弹性碰撞，不 发生能量交换，仅光子运动方向发生改变。
(波长=入射光波长)
拉曼散射 光子和介质分子发生非弹性碰撞， 光子运动方向和能量均发生改变。
(波长≠入射光波长)
第九章 光学分析法概论
(二) 不发生能级跃迁
仪器分析
➢折射和反射 当光从介质1照射到介质2界面时，一 部分光返回介质1，称为光的反射，另一部分光则改变 方向，以一定折射角度进入介质2，称为光的折射。
第2章光谱分析法概论
第2章 光谱分析法概论根据物质发射的电磁辐射或物质与辐射的相互作用建立起来的一类仪器分析方法，统称为光学分析法。
光是电磁辐射(又称电磁波)，是一种不需要任何物质作为传播媒介就可以以巨大速度通过空间的光子流〔量子流〕，具有波粒二象性〔波动性与微粒性〕。
光的波动性表达在反射、折射、干预、衍射以及偏振等现象。
波长λ、波数σ和频率υ相互关系为：λν/c = 和c //1νλσ==，c =2.997925×1010cm/s 。
光的微粒性表达在吸收、发射、热辐射、光电效应、光压现象以及光化学作用等方面，用每个光子具有的能量E 作为表征。
光子的能量与频率成正比，与波长成反比，关系为： σλνhc hc h E ===/从γ射线一直至无线电波都是电磁辐射，光是电磁辐射的一局部，假设把电磁辐射按照波长或频率的顺序排列起来，就可得到电磁波谱〔electromagnetic spectrum 〕。
波长在360～800nm 范围的光称为可见光，具有同一波长、同一能量的光称为单色光，由不同波长的光组合成的称为复合光。
复合光在与物质相互作用时，表现为其中某些波长的光被物质所吸收，另一些波长的光透过物质或被物质所反射，透过物质的光〔或反射光〕能被人眼观察到的即为物质所呈现的颜色。
不同波长的光具有不同的颜色，物质的颜色由透射光〔或发射光〕的波长所决定。
当物质与辐射能相互作用时，其内部的电子、质子等粒子发生能级跃迁，对所产生的辐射能强度随波长(或相应单位)变化作图，所得到的谱图称为光谱〔也称波谱〕。
利用物质的光谱进展定性、定量和构造分析的方法称为光谱分析法或光谱法。
以测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁所产生的原子光谱为根底的成分分析方法为原子光谱法，由分子中电子能级〔n 〕、振动能级〔v 〕和转动能级〔J 〕的变化而产生的光谱为根底的定性、定量和物质构造分析方法为分子光谱法。
有紫外-可见分光光度法〔UV-Vis 〕，红外吸收光谱法〔IR 〕，分子荧光光谱法〔MFS 〕和分子磷光光谱法〔MPS 〕等。
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10.2.3 吸收光谱法与发射光谱法
物质能级跃迁方向
吸收光谱法 •紫外-可见分光光度法(UV)
•红外吸收光谱法(IR) •原子吸收分光光度法(AAS) •核磁共振波谱法(NMR)
发射光谱法 •荧光分析法(FLU)
•原子发射光谱法
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讯号处理 及显示器
辐射源
单色器
样品池
检测器
分光光度计组成方框图
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10.3.2 辐射源
作用：提供辐射能
要求：有一定强度和稳定性
种类：
连续光源(continuous source)：分子吸收 线光源(line source) ：原子吸收 电弧、火花、等离子体光源：发射光谱
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10.2.2 原子光谱法与分子光谱法
被测物质粒子类型
原子光谱法(atomic spectroscopy)
气体原子/离子→外层电子能级跃迁→ 原子光谱(线光谱)→成分分析
分子光谱法(molecular spectroscopy)
分子→电子(n)-振动(v)-转动(J)能级跃迁→ 分子光谱(连续光谱) →定性/定量/结构分析
10.1.1 电磁辐射的性质 10.1.2 电磁波谱 (electromagnetic spectrum) 10.1.3 电磁辐射与物质的相互作用
上一内容
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10.1.1 电磁辐射的性质
波动性：反射、衍射、干涉、折射、偏振 频率 光速 波长 波数 紫外-可见 ) ( Hz
上一内容
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§10.3 光谱分析仪器
10.3.1 分光光度计 10.3.2 辐射源 10.3.3 分光系统
10.3.4 检测系统
上一内容
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10.3.1 分光光度计(spectrophotometer)
基本组成部分： • 辐射源/光源(source) • 单色器(monochromator) • 检测器(detector)
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光栅
色散原理
闪耀角
特点：均匀分布 多级光谱
平面透射光栅 种类： •平面(反射)光栅 反射光栅 (闪耀光栅blazed grating) •凹面(反射)光栅
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光栅常数 光栅的色散作用 (刻痕间距)
返回
10.3.4 检测系统
红外 C/
(cm ) 1 / /
1
1nm = 10-3m = 10-6mm = 10-7cm = 10-9m
微粒性：吸收和发射
光子的能量：
E h hc / hc
↑→E↓→波动性↑
↓→E↑→微粒性↑
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《分析化学》系列课件
光谱分析法概论
贵阳医学院药学院 分析化学教研室
第10章 光谱分析法概论 (1学时)
§10.1 电磁辐射
§10.2 光学分析法的分类 §10.3 光谱分析仪器
上一内容
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§10.1 电 磁 辐 射
(electromagnetic radiation)
分光系统
组成：①进口狭缝、②准直镜、③色散元件、 ④聚焦透镜、⑤出口狭缝
④ ① ②
②
③
棱镜
④
⑤ ③
光栅
① 分光器光路示意图
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⑤
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棱镜
色散原理
Cornu prism
Littrow prism
特点：长波区密，短波区疏 玻璃棱镜：可见光区 种类： 石英棱镜：紫外-可见光区
下一内容
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10.2.1 光谱分析与非光谱分析
物质与电磁辐射作用机制
光谱分析法(spectroscopic analysis)
•吸收(absorption) •发射(emission) •散射(scattering)
光谱(spectrum)
非光谱分析（一般光学分析）
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10.3.3 分光系统(wavelength selector)
作用：将复合光分解为单色光。 带通滤光器 滤光器(filter) 截止滤光器 单色器(monochromator) 色散元件
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种类：
棱镜 光栅
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10.1.3 电磁辐射与物质的相互作用
激发态
h=E 辐射 E
吸收
发射
基态
上一内容
下一内容Biblioteka 回主目录返回§10.2 光学分析法的分类
(optical analysis)
10.2.1 光谱分析与非光谱分析 10.2.2 原子光谱法与分子光谱法 10.2.3 吸收光谱法与发射光谱法
上一内容
作用：光讯号→电讯号，光电转换器 种类： 光检测器（量子化检测器，光子检测器）
•单道光子检测器(光电倍增 管) •多道光子检测器(光二极管阵列检测器)
热检测器 （真空热电偶、热电检测器）
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光谱分析法的发展概况（自学）
• 光谱分析法概论小结： –电磁辐射的基本性质、分类及其与物 质的相互作用 –光学分析法的分类 –光谱分析仪器的基本构成部件
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10.2.3 吸收光谱法与发射光谱法
物质能级跃迁方向
吸收光谱法 •紫外-可见分光光度法(UV)
•红外吸收光谱法(IR) •原子吸收分光光度法(AAS) •核磁共振波谱法(NMR)
发射光谱法 •荧光分析法(FLU)
•原子发射光谱法
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讯号处理 及显示器
辐射源
单色器
样品池
检测器
分光光度计组成方框图
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10.3.2 辐射源
作用：提供辐射能
要求：有一定强度和稳定性
种类：
连续光源(continuous source)：分子吸收 线光源(line source) ：原子吸收 电弧、火花、等离子体光源：发射光谱
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10.2.2 原子光谱法与分子光谱法
被测物质粒子类型
原子光谱法(atomic spectroscopy)
气体原子/离子→外层电子能级跃迁→ 原子光谱(线光谱)→成分分析
分子光谱法(molecular spectroscopy)
分子→电子(n)-振动(v)-转动(J)能级跃迁→ 分子光谱(连续光谱) →定性/定量/结构分析
10.1.1 电磁辐射的性质 10.1.2 电磁波谱 (electromagnetic spectrum) 10.1.3 电磁辐射与物质的相互作用
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10.1.1 电磁辐射的性质
波动性：反射、衍射、干涉、折射、偏振 频率 光速 波长 波数 紫外-可见 ) ( Hz
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§10.3 光谱分析仪器
10.3.1 分光光度计 10.3.2 辐射源 10.3.3 分光系统
10.3.4 检测系统
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基本组成部分： • 辐射源/光源(source) • 单色器(monochromator) • 检测器(detector)
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光栅
色散原理
闪耀角
特点：均匀分布 多级光谱
平面透射光栅 种类： •平面(反射)光栅 反射光栅 (闪耀光栅blazed grating) •凹面(反射)光栅
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10.3.4 检测系统
红外 C/
(cm ) 1 / /
1
1nm = 10-3m = 10-6mm = 10-7cm = 10-9m
微粒性：吸收和发射
光子的能量：
E h hc / hc
↑→E↓→波动性↑
↓→E↑→微粒性↑
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光谱分析法概论
贵阳医学院药学院 分析化学教研室
第10章 光谱分析法概论 (1学时)
§10.1 电磁辐射
§10.2 光学分析法的分类 §10.3 光谱分析仪器
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§10.1 电 磁 辐 射
(electromagnetic radiation)
分光系统
组成：①进口狭缝、②准直镜、③色散元件、 ④聚焦透镜、⑤出口狭缝
④ ① ②
②
③
棱镜
④
⑤ ③
光栅
① 分光器光路示意图
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棱镜
色散原理
Cornu prism
Littrow prism
特点：长波区密，短波区疏 玻璃棱镜：可见光区 种类： 石英棱镜：紫外-可见光区
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10.2.1 光谱分析与非光谱分析
物质与电磁辐射作用机制
光谱分析法(spectroscopic analysis)
•吸收(absorption) •发射(emission) •散射(scattering)
光谱(spectrum)
非光谱分析（一般光学分析）
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10.3.3 分光系统(wavelength selector)
作用：将复合光分解为单色光。 带通滤光器 滤光器(filter) 截止滤光器 单色器(monochromator) 色散元件
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棱镜 光栅
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10.1.3 电磁辐射与物质的相互作用
激发态
h=E 辐射 E
吸收
发射
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(optical analysis)
10.2.1 光谱分析与非光谱分析 10.2.2 原子光谱法与分子光谱法 10.2.3 吸收光谱法与发射光谱法
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作用：光讯号→电讯号，光电转换器 种类： 光检测器（量子化检测器，光子检测器）
•单道光子检测器(光电倍增 管) •多道光子检测器(光二极管阵列检测器)
热检测器 （真空热电偶、热电检测器）
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光谱分析法的发展概况（自学）
• 光谱分析法概论小结： –电磁辐射的基本性质、分类及其与物 质的相互作用 –光学分析法的分类 –光谱分析仪器的基本构成部件