仪器分析光学分析法导论

电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二象性）： （1） 光的波动性： 光的传播如光的折射、衍射、偏振和干扰等现象可以用光的波动性来解释。 描述波动性的重要参数是波长、频率和光速C，它们的关系是 ：
＝C ∕
波动性
波长
频率
c光速＝2.9979×108m·s-1 ＝2.9979×1010cm·s-1
分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量分析的方法。
3.原子荧光分析法
原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征X射线（ X射线荧光），测定其强度可进行定量分析。
6.X射线荧光分析法
利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。
三、光分析法分类 type of optical analysis
光分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是以光的吸收，发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多，是主要的光分析方法。 １．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、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。 １）吸收光谱法：它是利用物质吸收光后所产生的吸收光谱来进行分析的方法。 ２）发光光谱法：物质中的粒子用一定的能量（如光、电、热等）激发到高能级后，当跃迁回低能级时，便产生出特征的发射光谱，利用此发射光谱进行的分析的方法 ３）散射光谱法：利用物质对光的散射来进行分析的方法。
三、物质和光的作用
2、物质吸收和发光的过程示意图
不发光，发热
发光，波长最短，不发热
发光，波长最长，发热
发光，波长变长，发热
第一激发态
=△E 三重态
动能级 基态
收 无辐射退激 荧光 磷光 共振发射
第二激发态
3、物质散射光的过程示意图
第二激发态 第一激发态 h =△E 三重态 振动能级 基态 A B C A 斯托克斯散射 B。瑞利散射 C反斯托克斯散射
基本特点：
三个基本过程：
二、电磁辐射的基本性质 basic properties of electromagnetic radiation
1、电磁辐射具有波动性和微粒性 电磁辐射：以接近光速（真空中为光速）通过空间传播能量的电磁波； c =λν =ν/σ E = hν = h c /λ c：光速；λ：波长；ν：频率；σ：波数 ； E ：能量； h：普朗克常数
能量与被测物之间的相互作用（发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等）； 产生信号（辐射信号） 。
（1）能源（电磁辐射： 射线～无线电波）提供能量（辐射能-跃迁：电子跃迁-紫外，振动跃迁-红外，转动跃迁-微波）；
所有光分析法均包含三个基本过程； 选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）； 涉及大量光学元器件。
了解光学分析法的基本分类；
了解光与物质的相互作用特点及其与光学分析法的关系；
掌握光学分析仪器的基本构成单元及其作用。
基本要求：
光分析法导论
第一节 光分析基础 一、光分析法及其特点 optical analysis and its characteristics

相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；
线光谱
带光谱
E总=E电子+E振动+E转动
光谱法与非光谱法的区别：
非光谱法： 不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；如偏振法、干涉法、旋光法等；
原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁
光谱法：内部能级发生变化
分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁
非光谱法：内部能级不发生变化，仅测定电磁辐射性质改变
原 子 发 射
原 子 吸 收
原 子 荧 光
X 射 线 荧 光
原 子 吸 收
紫 外 可 见
红 外 可 见
核 磁 共 振
紫 外 可 见
红 外 可 见
分 子 荧 光
分 子 磷 光
核 磁 共 振
化 学 发 光
原 子 发 射
原 子 荧 光
分 子 荧 光
分 子 磷 光
X 射 线 荧 光
化 学 发 光
各种光分析法简介 a brief introduction of optical analysis
光化学反应后,以下列形式回到基态。
X + hv →X*
分子吸收光能,吸收时间极短,只有10-15 sec.,电子由基
用外,物质将吸收和散射一部分光。
激发态的寿命很短,约为10-8 sec.,然后以发生光物理和
态跃迁到较高能态的激发态。
物质吸收光的过程
当一束光照射到物体上时,除透过部分光与分子没有作
光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。 原子光谱（线性光谱）：是由原子外层或内层电子 能级的变化产生的，由若干条强度不同的谱线和暗区相间而成的光谱。 最常见的三种 基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）； 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）； 基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（XFS）； 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱； 分子光谱（带状光谱）：是由 分子中电子能级、振动和转动能级 的变化产生的，由几个光带和暗区相间而成的光谱。 紫外光谱法（UV）；红外光谱法（IR）；分子荧光光谱法（MFS）； 分子磷光光谱法（MPS）； 核磁共振与顺磁共振波谱（NMR）； 连续光谱：在一定范围内。各种波长的光都有，连续不断，无明显的谱线和谱带。
如果按照电磁辐射和物质相互作用的结果，可以产生发射、吸收和联合散射三种类型的光谱。 射线光谱法 X射线荧光分析法 Mōssbauer（莫斯鲍尔）谱法 原子发射光谱分析法 1、发射光谱 原子荧光分析法 2、吸收光谱 紫外-可见分光光度法 分子荧光分析法 原子吸收光谱法 分子磷光分析法 红外光谱法 化学发光分析法 核雌共振波谱法 3、 Raman散射---Raman光谱法:频率为o的单色光照射到透明物质上，物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，它的能量也发生变化，则称为Ranmn散射。
核磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互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 。
3、辐射能的特性（光与物质的作用）：
(1) 吸收 M + hv M* (2) 发射 M* M + hv (3) 散射（Scattering）光通过不均匀介质时部分光偏离原方向传播的现象。丁铎尔散射和分子散射. (4) 折射（Refraction） 折射是光在两种介质中的传播速度不同； (5) 反射 （Reflection） 光通过具有不同折射率的两种介质的界面时会产生反射。 (6) 干涉（Coherent interference） 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，此现象叫干涉。 (7) 衍射（Diffraction） 光绕过物体而弯曲地向其后面传播的现象； (8) 偏振（Polarization） 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。
利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分析方法。
2.原子吸收光谱分析法
1.原子发射光谱分析法
以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发射出特征光谱进行分析的方法。
气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能态时，发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成90度的方向上，测定荧光强度进行定量分析的方法。
电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。
表 电磁波谱区及常用光学分析方法
光谱区域 波 长 光 学 分 析 方 法 射线 5*10-30.14nm 射线光谱法 X射线 10-3 nm~10nm X射线光谱法 光学区 10nm~1000nm 原子发射光谱法、原子吸收光谱法、 原子荧光光谱法、紫外吸收光谱法、 可见吸收光谱法、分子荧光光谱法、 红外吸收光谱法 微 波 0.1mm~1m 微波光谱法 无线电波 1m以上 核磁共振波谱法
原 子 发 射 光 谱
原 子 荧 光 光 谱
X 射 线 荧 光 光 谱
折 射 法
圆 二 色 性 法
X 射 线 衍 射 法
干 涉 法
旋 光 法
紫 外 光 谱 法
红 外 光 谱 法
分 子 荧 光 光 谱 法
分 子 磷 光 光 谱 法
核 磁 共 振 波 谱 法
光谱分析法
吸收光谱法
发射光谱法
原子光谱法
分子光谱法
光学分析法的分类
光谱方法： 测量发射或吸收光谱 的波长和强度
非光谱方法
定性、定量
物质内部特定的能级跃迁
特征光谱的波长： 定性、结构分析
光谱的强度： 定量分析
原子光谱
分子光谱
折光、旋光、衍射、比浊法
原子发射光谱
原子吸收光谱
红外光谱
紫外光谱
光分析法
光谱分析法
非光谱分析法
原子光谱分析法
分子光谱分析法
原 子 吸 收 光 谱
（2） 光的微粒性 还有一些光学现象，如光电效应、光的发射和吸收等，只能用光的微粒性才能满意地解释。光是由带有能量的微粒组成的，这种微粒称为光子或光量子。光子的能量与它的频率成正比，或与波长成反比，而与光的强度无关。
粒子性
普朗克常数 h ＝6.6262×10-34J·s
波数（σ）单位：cm-1，物理意义：1cm的间距内有多少个光波
7.化学发光分析法
处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫(辐射能量)方式进入第一三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进行定量分析的方法。
5.分子磷光分析法
利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定性定量分析。
红外吸收光谱分析法 利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收光谱进行定量和有机化合物结构分析的方法。