光学分析法导论

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辐射能的特性：
(1) 吸收 (2) 发射 (3) 散射 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低 将吸收的能量以光的形式释放出； 丁铎尔散射和分子散射；
能级跃迁到高能级；
(4) 折射
(5) 反射 (6) 干涉
折射是光在两种介质中的传播速度不同；
干涉现象；
(7) 衍射
(8) 偏振 光。
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电子能级跃迁的选择定则
一条谱线是原子的外层电子在两个能级之间的跃迁产
生的，可用两个光谱项符号表示着种跃迁或跃迁谱线：
例 钠原子的双重线
Na 5889.96 ; 32S1/ 2 — 32P3/ 2；
Na 5895.93 ; 32S1/ 2 — 32P1/ 2；
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电子能级跃迁的选择定则
原子光谱法 光谱分析法 吸收光谱法
分子光谱法
发射光谱法
原 子 吸 收
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紫 外 可 见
红 外 可 见
核 磁 共 振
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
四、光学分析方法的特点
characteristics of optical analysis (1)灵敏度高。原子发射光谱法的最低检出限是0.1 ng· -1。 mL (2)使用试样量少。 (3)光学分析法适用的被测组分含量范围很广泛。适 用于微量、痕量甚至超痕量组分的分析。 (4)分析速度快。
分子中价电子位于自旋成 对的单重基态S0 分子轨道上
，当电子被激发到高能级上
时，若激发态与基态中的电 子自旋方向相反，称为单重
激发态，以S1 、 S2 、··表 ·· ··
示；反之，称为三重激发态 ，以T1 、 T2 、··表示； ·· ··
单重态分子具有抗磁性；
三重态分子具有顺磁性； 跃迁 致 单重 激 发 态的几 率
properties of electromagnetic radiation
三、光学分析法的分类
第一节 光学分析法基础
fundamental of optical analysis
type of optical analysis
四、光学分析的特点
characteristics of optical analysis
两个外层2p电子： l 1+ l2 =2； L=2，1，0；
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总自旋量子数S ：
S =∑ s ；外层价电子自旋量子数的矢量和 若N个价电子
N/2, N/2-1, N/2-2, ···1/2, 0 ···
例：碳原子，基态的电子层结构(1s)2(2s) 2(2p) 2 ， 两个外层2p电子： S =0 ， ±1 ； 3个不同值； L与S之间存在相互作用；可裂分产生(2 S +1)个能级； 这就是原子光谱产生光谱多重线的原因，称为谱线的多 重性；
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第二章 光学分析法导论
introduction to optical analysis
一、光谱法仪器的基本流程
general process of spectrometry
第三节 光谱法仪器与光 学器件
instruments for spectrometry and optical parts
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；偏振法、干涉法、旋光法等；
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光分析法
非光谱分析法 光谱分析法
散 折 射 射 浊 法 度 法
X 射 干 旋 线 涉 光 衍 法 法 射 法
原子光谱分析法
原 子 吸 收 光 谱 原 子 发 射 光 谱 原 子 荧 光 光 谱 X 射 线 荧 光 光 谱
第二章 光学分析法导论
introduction to optical analysis
第一节 光学分析法基础 fundamental of optical analysis 第二节 原子光谱与分子光谱 atom spectrum and molecular spectrum 第三节 光谱法仪器与光学器件 instruments for spectrometry and optical parts
角度进行传播；
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二、电磁辐射的基本性质
basic properties of electromagnetic radiation
电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传
播的能量； 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 电磁辐射具有波动性和微粒性；
introduction to optical analysis
一、原子光谱
atom spectrum
二、分子光谱
第二节 molecular spectrum 原子光谱与分子光谱
atom spectrum and molecular spectrum
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一、 原子光谱
1.光谱项符号
原子的能级状态可由四个量子数决定： 主量子数 n；总轨道角量子数L；总自旋量子数S；内量 子数J 描述；
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）；
07:46:外-可见光谱法（UV-Vis）； 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）；
跃迁被禁阻；
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2. 能级图
元素的光谱线系常用能级 图来表示。最上面的是光谱 项符号；最下面的横线表示 基态；上面的表示激发态； 可以产生的跃迁用线连接； 线系：由各种高能级跃迁
到同一低能级时发射的一系
列光谱线；
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二、 分子光谱
原子光谱为线状光谱， 分子光谱为带状光谱； 为什么分子光谱为带状光谱？
(5)多元素同时测定。
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五、光学分析法的应用
applications of optical analysis
(1)成分分析。
(2)化学、物理化学各种参数的测定。
(3)化学反应机理的研究。 (4)分子结构的测定。 (5)遥感分析。 (6)特征分析。
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第二章 光学分析法导论
电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围；
相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干 涉、衍射等；
光学分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等
方面具有其他方法不可区代的地位；
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三个基本过程：
（1）能源提供能量； （2）能量与被测物之间的相互作用； （3）产生信号。
基本特点：
（1）所有光分析法均包含三个基本过程； （2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）； （3）涉及大量光学元器件。
2. 各物理量的相互换算；
3.光谱分析法的内容和分类； 4. 掌握光学分析仪器的基本构成单元及其作用。
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第二章 光学分析法导论
introduction to optical analysis
一、光学分析法及其特点
optical analysis and its feature
二、电磁辐射的基本性质
原子光谱图
分子光谱图
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1.分子中的能量
在一般化学反应中， E=Ee+ Ev + Er 分子产生跃迁所吸收能量的辐射频率： ν=ΔEe / h + ΔEv / h + ΔEr / h 电子运动能： Ee 原子间相对振动能： Ev 分子转动能： Er
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2.双原子分子能级图
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内量子数 J ：
内量子数J取决于总角量子数L和总自旋量子数S的矢量和
：
J = (L + S)， (L + S － 1)，··， (L － S) ·· ·· 若 L ≥ S ； 其数值共(2 S +1)个； 若 L ＜ S ； 其数值共(2 L +1)个； 例：L=2，S=1，则 J 有三个值，J = 3，2，1； J 值称光谱支项
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教学目的与要求：
1.牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质; 2.熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算;
3. 清楚理解物质与电磁辐射相互作用所产生的各种 光谱 ;
4. 清晰光学分析法分类的线索 ; 5. 了解光谱法的基本仪器部件。
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教学重点与难点：
1.电磁辐射的性质和电磁波谱；
1. 光源
依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电 火花、电弧等；依据光源性质不同，分为： 连续光源：在较大范 围提供连续波长的光源， 氢灯、氘灯、钨丝灯等； 线光源：提供特定波 长的光源，金属蒸气灯( 汞灯、钠蒸气灯)、空心 阴极灯、激光等；
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2.单色器
单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长 可在很宽范围内任意改变； 主要部件： （1）进口狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的
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总轨道角量子数L
L=∑ l 外层价电子角量子数的矢量和 L=| l 1+ l2 | ， | l 1+ l2 -1|，··，| l 1 - l2 | ·· ·· 分别用S，P，D，F ··，表示: ·· ··
L=0，1，2，3，··， ·· ··