光谱分析法导论优秀课件
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光谱分析法导论
X射线区 远紫外 近紫外 可见光 波长短
红外
微波区 无线电 波长长
能பைடு நூலகம்大
粒子性
光谱分析法
能量小
波动性
现代仪器分析
四、电磁辐射与物质的相互作用
1.辐射的吸收 用吸收光谱表征。
原子吸收：线光谱
选择吸收一定频 率的光
基态原子
激发态原子
现代仪器分析
分子吸收：带光谱
分子平动—整个分子的平动，不产生光谱；连续
1. 足够的光强度 线光源：提供特定波长的光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸
)、空心阴极灯。 2.气灯 在所属波长区域内发射连续光谱
脉冲光源：具有高单色性、方向性强、亮度高、相干性好 3.等优点。 其发射强度与波长无关
现代仪器分析
现代仪器分析
二、波长选择系统
较窄的带宽，除可增加测定吸收系数的灵敏度，为发射和吸 收方法的选择性创造条件外，还是获得光谱信号与浓度之间 线性关系的必要条件。
现代仪器分析
光栅的特性： ABCDE表示平面光栅的一段 光线L在AJF处同相，到达AKI平面， 光线L2M2要比光线L1M1多通过 JCK这段距离。FEI=2JCK，其后 各缝隙的光程差将以等差级数增加， 3JCK 、4JCK等。 当光线M1、M2、M3到达焦点时， 如果他们沿平面波阵面AKI同相位， 他们就会产生一个明亮的光源相， 只有JCK是光线波长的整数倍时才 能满足条件。
W = D· S D为线色散率的倒数（nm· mm-1，Å· mm-1 ）；S为狭缝宽 度（mm） 现代仪器分析
现代仪器分析
4.折射和反射
5.干涉和衍射
干涉：当满足一定条件（频率相同、振动相同、周 相相等或周相差保持恒定）的两列相干光波相遇叠 加，在叠加区域某些点的光振动始终加强，某些点 的光振动始终减弱，即在干涉区域内振动强度有稳 定的空间分布。 当两列波相互加强时，可得到亮条纹。相互抵消时， 得到暗条纹。
第二章 光谱分析法导论
26
分子发射
分子发射与分子外层的电子能级、振动能级和转动能 级相关。因此分子发射光谱较原子发射光谱复杂。 为了保持分子的形态，分子的激发不能采用电、热等 极端方式，而采用光激发或化学能激发。 分子发射的电磁辐射基本处于紫外、可见和红外光区 。因此分子主要发射紫外、可见电磁辐射，据此建立 了荧光光谱法、磷光光谱法和化学发光光谱法。 与分子吸收光谱一样，由于相邻两个转动能级之间的 能量差很小，因此由相邻两个转动能级跃迁回同一较 低能级的两个跃迁的能量差也很小，故发射过程所发 射的两个辐射的频率或波长很接近，通常的检测系统 很难分辨出来。而分子能量相近的振动能级又很多， 因此表观上分子发射表现为对特定波长段电磁辐射的27 发射，光谱上表现为连续光谱。
E=（n+1）hv
hv
E=nhv
能量降低
发射(Emission)
物质受到激发而跃迁
到激发态后，由激发态跃迁回到基态时以辐
射的方式释放能量。
能量：光、电、热、化学能等
M → M
M→ M+h
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发射跃迁可以理解为吸收跃迁相反的过程。由于原子 、分子和离子的基态最稳定，，所以发射跃迁涉及的 是从较高能态向基态的跃迁。 可以通过实验得到发射强度对波长或频率的函数图， 即发射光谱图。 通常情况下，分子、原子和离子处于基态，因此要产 生发射，必须使分子、原子和离子处于激发态，这个 过程称为激发。 激发可以通过提供不同不同形式的能量来实现。包括 三种：1.热能。将试样置于高压交流火花、电弧、火 焰、高温炉体之中，物质以原子、离子形式存在，可 获取热能而处于激发态，并产生紫外、可见或红外辐 射；2.电磁辐射。即用光辐射作用于分子或原子，使 之产生吸收跃迁，并发射分子荧光、分子磷光或原子 荧光；3.化学能。即通过放热的化学反应是反应物或 产物获取化学能而被激发，并产生化学发光。
分析化学二-第二章 光谱分析导论ppt实用资料
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
（2） 分子的吸收 E分子=E电子+E振动+E转动 E电子> E振动> E转动
振动 能级
辐射能
第一电子激 h=E 发态（E1) 吸收光
转动
电子基态
能级
（E0)
基态分子
电子 能级 间的 跃迁
激发态 分子
0 .5
0 .4
光 0 .3
强 度0 .2
转动能级 0.1
反射：入射光与物质 碰撞而按反射定律改 变传播方向的现象
电磁辐射的基本性质
五 电磁辐射与物质的相互作用——折射和反射
折射率 (n) ：光在真空中的传播速度与其在介质中的传播速度的比
n=c/v
相对折射率 (n2,1)：光从介质1进入介质2时，其入射角i与折射角r的正弦比
n2,1
s ini v1 s inr v2
§2-1 电磁辐射的基本性质
一、电磁辐射
所谓电磁辐射是指一种以极大的速度通过空间转播 能量的电磁波
光就是一种电磁波
二、电磁辐射的基本性质 ———波粒二象性
➢ 波动性指电磁波以正弦波的形式向前传播，可以叠加， 并具有折射、衍射、干涉等波的现象。
波 的 叠y 加
频率相同的正 弦波叠加得相 同频率的合成 t 正弦波
应用: 浊度分析法、比浊法
瑞利散射(Rayleigh)：（属于弹性碰撞）
分子散射： 定义：光与粒子碰撞时没有发生能量交换的分子散射
性质：散射＝ 入射，散射强度I ∝ 1/4，强度弱
粒子直径 应用: 共振瑞利散射光谱法 小于入射 光波长时 拉曼散射(Raman) ： （属于非弹性碰撞）
所产生的
光谱分析法导论
分子散射
拉曼散射（λ散≠ λ入 ） （粒子直径小于入射光波长） I（散射光强）∝ν4∝1/λ4
2.1.4.4 折射与反射（Refraction and Reflection） 折射率 n=c/ν 相对折射率
sin i V1 n2 n2.1 sin r V2 n1
棱镜的分光作用
图2-10 光的反射与折射示意图
一种有效的结构分析手段
2.2.2.3 基于原子内层电子能级跃迁的光谱法 与原子内层电子能级跃迁相关的光谱法 为X射线分析法，它是基于高能电子的减速 运动或原子内层电子跃迁所产生的短波电磁 辐射所建立的分析方法，包括X射线荧光法、 X射线吸收法。
2.2.2.4 基于原子核能级跃迁的光谱法 基于原子核能级跃迁的光谱法为核磁共 振波谱法。在强磁场作用下，核自旋磁矩与 外磁场相互作用分裂为能量不同的核磁能级， 核磁能级之间的跃迁吸收或发射射频区的电 磁波。
图2-2 原子吸收跃迁示意图
2. 分子吸收 特点： 分子能级的复杂性 连续光谱 紫外-可见（电子能级跃迁）和红外光谱 （振转能级跃迁）
分子总能量：
Ｅ分子＝Ｅ电子＋Ｅ振动
＋Ｅ转动
图2-3 电子能级吸收跃迁示意图
图2-4 分子振动能级吸收跃迁示意图
3. 磁场诱导吸收 将某些元素原子放入磁场，其电子和 核受到强磁场的作用后，具有磁性质的简 并能级将发生分裂，并产生具有微小能量 差的不同量子化的能级，进而可以吸收低 频率的电磁辐射。
第2章 光谱分析法导论 （Introduction to spectral analysis）
光分析法基础： 能量作用于待测物质后产生光辐射，该能量 形式可以是光辐射和其他辐射能量形式，也 可以是声、电、磁或热等能量形式； 光辐射作用于待测物质后发生某种变化，这 种变化可以是待测物质物理化学特性的改变， 也可以是光辐射光学特性的改变。
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
《光谱分析导论》PPT课件
2. 联用技术
电感耦合高频等离子体（ICP）—质谱 激光质谱：灵敏度达10-20 g
3. 新材料
光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强；
2020/11/28
《仪器分析》
20
4. 交叉
电致发光分析；光导纤维电化学传感器
5. 检测器的发展
电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、线性范围 宽、多道同时数据采集、三维谱图，将取代光电倍增管；
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27
内量子数 ：
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；
2020/11/28
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5
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。
2020/11/28
《仪器分析》
6
二、电磁辐射的基本性质
波数 cm-1
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《仪器分析》
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电子能级跃迁的选择定则
根据量子力学原理，电子的跃迁不能在任意两个能级之 间进行；必须遵循一定的“选择定则”： （1）主量子数的变化 Δn为整数，包括零； （2）总角量子数的变化ΔL = ± 1； （3）内量子数的变化ΔJ =0， ± 1；但是当J =0时， ΔJ =0的 跃迁被禁阻； （4）总自旋量子数的变化ΔS =0 ，即不同多重性状态之间的 跃迁被禁阻；(基态与激发态中电子的自旋方向相同）
分析化学课件—光谱分析法概论
等吸收双波长法
例：消去b干扰，测a物质
①绘制a、b绘物质的吸收光谱
②选波长λ1、λ2(b等吸收，a的△A大)
③测定：λ1 A1a+b=A1a+A1b
λ2 A2a+b=A2a+A2b
④计算 Ca=？
A=A2-A1 =(A2a+A2b )-(A1a+A1b ) =(A2a-A1a)+(A2b-A1b) =(E2a-E1a)CaL
图示 back
图示
续前
影响吸收带位置的因素： 1．溶剂效应：
对λmax影响： n-π*跃迁：溶剂极性↑，λmax↓蓝移 π-π*跃迁：溶剂极性↑ ，λmax↑红移
对吸收光谱精细结构影响 溶剂极性↑，苯环精细结构消失 溶剂的选择——极性；纯度高；截止波长< λmax
2．pH值的影响：影响物质存在型体，影响吸收波长
1）峰位不重叠：
找λ→使主成分无吸收，杂质有吸收→直接考察杂 质含量
2）峰位重叠：
主成分 杂质
与纯品比较
强吸收 无吸收 or弱吸收 E↓
弱吸收 强吸收
E↑
续前
2. 杂质限量的测定：
✓ 例 ： 肾 上 腺 素 中 微 量 杂 质 —— 肾 上 腺 酮 含 量 计 算 2mg/mL -0.05mol/L的HCL溶液，λ 310nm下测定规定 A310≤0.05 即符合要求的杂质限量≤0.06%
褶合光谱法：实质是一种信号处理技术
续前
3 B带：由π→ π*跃迁产生 芳香族化合物的主要特征吸收带 λmax =256nm，宽带，具有精细结构； εmax=200 极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失
4．E带：由苯环环形共轭系统的π→ π*跃迁产生 芳香族化合物的特征吸收带 E1 180nm εmax>104 （常观察不到） E2 200nm εmax=7000 强吸收 苯环有发色团取代且与苯环共轭时，E2带与K带 合并一起红移（长移）
光谱分析法导论ppt课件
光源有连续光源和线光源等。
一般连续光源主要用于分子吸收 光谱法；线光源用于荧光、原子吸收 和Raman光谱法。
1. 连续光源 连续光源是指在很大的波长范围
内能发射强度平稳的具有连续光谱的 光源。
（1）紫外光源
紫外连续光源主要采用氢灯或氘灯。 它 们在低压（1.3103Pa）下以电激发的方式 产生的连续光谱范围为160 -375 nm。
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Raman散射。
这种散射光的频率（ν m）与入射光的频 率不同，称为Raman位移。Raman位移的大小与 分子的振动和转动的能级有关，利用Raman位 移研究物质结构的方法称为Raman光谱法。
分子光谱法是由 分子中电子能 级、振动和转动能级 的变化产生的， 表现形式为带光谱。
属于这类分析方法的有紫外-可 见分光光度法（UV-Vis），红外光 谱法（IR），分子荧光光谱法（MFS） 和分子磷光光谱法（MPS）等。
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。
把电压加到固定在封套上的一对电极 上时，就会激发出元素的特征线光谱。汞 灯产生的线光谱的波长范围为254- 734nm， 钠灯主要是589.0nm和589.6nm处的一对谱 线。
（2）空极阴极灯
主要用于原子吸收光谱中，能提供许
多元素的特征光谱。
（3）激光
激光的强度非常高，方向性和单色性 好，它作为一种新型光源在Raman光谱、 荧光光谱、发射光谱、fourier变换红外 光谱等领域极受重视。
第二节 光谱法仪器
用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐 射的强度和波长的关系的仪器叫做光谱仪 或分光光度计。这一类仪器一般包括五个 基本单元：光源、单色器、样品容器、检 测器和读出器件。
一般连续光源主要用于分子吸收 光谱法；线光源用于荧光、原子吸收 和Raman光谱法。
1. 连续光源 连续光源是指在很大的波长范围
内能发射强度平稳的具有连续光谱的 光源。
（1）紫外光源
紫外连续光源主要采用氢灯或氘灯。 它 们在低压（1.3103Pa）下以电激发的方式 产生的连续光谱范围为160 -375 nm。
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Raman散射。
这种散射光的频率（ν m）与入射光的频 率不同，称为Raman位移。Raman位移的大小与 分子的振动和转动的能级有关，利用Raman位 移研究物质结构的方法称为Raman光谱法。
分子光谱法是由 分子中电子能 级、振动和转动能级 的变化产生的， 表现形式为带光谱。
属于这类分析方法的有紫外-可 见分光光度法（UV-Vis），红外光 谱法（IR），分子荧光光谱法（MFS） 和分子磷光光谱法（MPS）等。
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。
把电压加到固定在封套上的一对电极 上时，就会激发出元素的特征线光谱。汞 灯产生的线光谱的波长范围为254- 734nm， 钠灯主要是589.0nm和589.6nm处的一对谱 线。
（2）空极阴极灯
主要用于原子吸收光谱中，能提供许
多元素的特征光谱。
（3）激光
激光的强度非常高，方向性和单色性 好，它作为一种新型光源在Raman光谱、 荧光光谱、发射光谱、fourier变换红外 光谱等领域极受重视。
第二节 光谱法仪器
用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐 射的强度和波长的关系的仪器叫做光谱仪 或分光光度计。这一类仪器一般包括五个 基本单元：光源、单色器、样品容器、检 测器和读出器件。
第二章光谱分析法导论精选文档PPT课件
④ 外转换：激发态分子与溶剂和其它溶质分子间的 相互作用及能量转移等过程。外转换过程是荧光或磷 光的竞争过程，该过程是发光强度减弱或消失，这种 现象称猝灭。
⑤ 系间跨越：不同多重态之间的一种无辐射跃迁。 该过程是电子改变其它自旋态，分子的多重性发生变 化的结果。例如：S1 T1跃迁，即单重态到三重态 跃迁。
电子跃迁
振动 转动
分子基态，单重态S，二个电子同处于基态，二电子 自旋方向相反。
分子激发态，单重态 S，一个电子处于基态，一个电子 处于高能态，二电子自旋方向相反。
分子激发态，三重态 T，一个电子处于基态，一个电 子处于高能态，二电子自旋方向相同。
二原子间距改变，即键长改变。
键长不变，只旋转。
b
互作用,电磁波的能量正好等于物质的基态和激发态之 间的能量差时,就会产生吸收光谱.
M+hv = M* hv = E1 - E0
利用物质的特征吸收光谱进行分析的方法称为吸收 光谱法。
吸收光谱法包括：原子吸收、 分子吸收、磁场的诱
导吸收和弛豫过程。 ⑴ 原子吸收
气态原子对特征辐射光波的吸收，其光波能量正好 等于物质的基态和某一激发态之间的能量差时，即有：
1.高能辐射 包括r射线和x射线,r射线的能量最高，它 来源于核能级跃迁；x射线来源于原子内层电子能级跃 迁。随着波长减小，电磁辐射的粒子性越来越明显。
2.中间部分 包括紫外、可见和红外区,统称光学光谱 区。它们来源于原子和分子的外层电子的能级跃迁、分 子振动能级和转动能级跃迁。它们的分光系统，一般 采用光栅和棱镜。
b
S2
c
b
S1
f
T1
a
a
d
e
g
S0 激发分子的去活化过程
⑤ 系间跨越：不同多重态之间的一种无辐射跃迁。 该过程是电子改变其它自旋态，分子的多重性发生变 化的结果。例如：S1 T1跃迁，即单重态到三重态 跃迁。
电子跃迁
振动 转动
分子基态，单重态S，二个电子同处于基态，二电子 自旋方向相反。
分子激发态，单重态 S，一个电子处于基态，一个电子 处于高能态，二电子自旋方向相反。
分子激发态，三重态 T，一个电子处于基态，一个电 子处于高能态，二电子自旋方向相同。
二原子间距改变，即键长改变。
键长不变，只旋转。
b
互作用,电磁波的能量正好等于物质的基态和激发态之 间的能量差时,就会产生吸收光谱.
M+hv = M* hv = E1 - E0
利用物质的特征吸收光谱进行分析的方法称为吸收 光谱法。
吸收光谱法包括：原子吸收、 分子吸收、磁场的诱
导吸收和弛豫过程。 ⑴ 原子吸收
气态原子对特征辐射光波的吸收，其光波能量正好 等于物质的基态和某一激发态之间的能量差时，即有：
1.高能辐射 包括r射线和x射线,r射线的能量最高，它 来源于核能级跃迁；x射线来源于原子内层电子能级跃 迁。随着波长减小，电磁辐射的粒子性越来越明显。
2.中间部分 包括紫外、可见和红外区,统称光学光谱 区。它们来源于原子和分子的外层电子的能级跃迁、分 子振动能级和转动能级跃迁。它们的分光系统，一般 采用光栅和棱镜。
b
S2
c
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S1
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a
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S0 激发分子的去活化过程
武汉大学仪器分析课件02光谱分析法导论
15:27:18
2、分子吸收
电磁辐射作用于分子时，电磁辐射将被分子吸收。
分子除外层电子能级外，每个电子能级还存在振动能级 ，每个振动能级还存在转动能级。 分子的任意两能级之间的能量差对应的频率基本处在紫外 、可见和红外光区，对应的是紫外-可见吸收光谱和红外吸 收光谱。 分子吸收光谱是带状光谱。
一、电磁辐射的波动性
二、电磁辐射的微粒性
三、电磁波谱 四、电磁辐射与物质的 相互作用
第一节 电磁辐射的性质
feature of electromagnetic radiation
15:27:17
一、电磁辐射的波动性
电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的
能量；具有波动性，如光的折射、衍射、偏振和干涉等。
光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后 所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分
析方法；
电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围； 相互作用方式：吸收、发射、散射、反射、折射、散 射、干涉、衍射等；
15:27:18
（一）吸收：
当原子、分子或离子等吸收光子的能量与它们的基态能量
和激发态能量之差满足 时，将从基态跃迁至激发态，这
射产生的微粒上。通常用eV表示电磁辐射的能量。
E = hν = h c /λ 1eV=1.6022×10-19J E ：能量； h：普朗克常数，6.626×10-34J· s
光的吸收、发射和光电效应等都是电；
15:27:18
三、电磁波谱
电磁辐射具有广泛的波长分布，将电磁辐射按其
15:27:18
（二）发射
当原子、分子和离子吸收能量后从基态跃迁至激发态，激 发态是不稳定的，大约经10-8s后将从激发态跃迁回至基
《光谱分析导论》课件
《光谱分析导论》ppt课件
目录
• 光谱分析的基本概念 • 光谱分析技术 • 光谱分析的应用 • 光谱分析仪器 • 光谱分析的未来发展
01 光谱分析的基本概念
光谱分析的定义
总结词
光谱分析是一种基于物质与光相互作用的测量技术，通过测量物质发射或吸收 的光谱来分析其组成和性质。
详细描述
光谱分析是一种通过测量物质与光相互作用的特性来分析物质组成和性质的方 法。它利用物质吸收、发射或散射光的特性，通过测量光谱线及其强度来推断 物质的结构、组成和状态。
光谱分析的分类
总结词
光谱分析可以根据不同的分类标准进行分类，如光谱 的来源、光谱的测量方式、光谱的波长范围等。
详细描述
光谱分析可以根据不同的分类标准进行分类。根据光 谱的来源，可以分为发射光谱和吸收光谱；根据光谱 的测量方式，可以分为原子光谱和分子光谱；根据光 谱的波长范围，可以分为可见光谱、紫外光谱、红外 光谱、X射线光谱等。这些分类方法在特定的应用场 景中具有不同的优缺点，选择合适的分类方法对于获 得准确的分析结果至关重要。
光谱分析的原理
总结词
光谱分析的原理基于物质与光的相互作用，通过测量光谱线的波长、强度物质与光之间的相互作用，当光照射到物质上时，物质会吸收特定波长的光， 从而改变光的能量分布。通过测量光谱线的波长、强度和形状，可以推断出物质的成分、结构和性质 等信息。
05 光谱分析的未来发展
高分辨光谱技术
总结词
高分辨光谱技术是光谱分析的重要发展方向，能够提供更精确、更全面的物质成分信息。
详细描述
高分辨光谱技术利用高精度的光谱仪和先进的光源，能够获得更精细的光谱细节，从而更准确地解析 物质成分和结构。这种技术对于研究复杂分子结构和化学反应机制具有重要意义，有助于推动科学研 究和工业生产的发展。
目录
• 光谱分析的基本概念 • 光谱分析技术 • 光谱分析的应用 • 光谱分析仪器 • 光谱分析的未来发展
01 光谱分析的基本概念
光谱分析的定义
总结词
光谱分析是一种基于物质与光相互作用的测量技术，通过测量物质发射或吸收 的光谱来分析其组成和性质。
详细描述
光谱分析是一种通过测量物质与光相互作用的特性来分析物质组成和性质的方 法。它利用物质吸收、发射或散射光的特性，通过测量光谱线及其强度来推断 物质的结构、组成和状态。
光谱分析的分类
总结词
光谱分析可以根据不同的分类标准进行分类，如光谱 的来源、光谱的测量方式、光谱的波长范围等。
详细描述
光谱分析可以根据不同的分类标准进行分类。根据光 谱的来源，可以分为发射光谱和吸收光谱；根据光谱 的测量方式，可以分为原子光谱和分子光谱；根据光 谱的波长范围，可以分为可见光谱、紫外光谱、红外 光谱、X射线光谱等。这些分类方法在特定的应用场 景中具有不同的优缺点，选择合适的分类方法对于获 得准确的分析结果至关重要。
光谱分析的原理
总结词
光谱分析的原理基于物质与光的相互作用，通过测量光谱线的波长、强度物质与光之间的相互作用，当光照射到物质上时，物质会吸收特定波长的光， 从而改变光的能量分布。通过测量光谱线的波长、强度和形状，可以推断出物质的成分、结构和性质 等信息。
05 光谱分析的未来发展
高分辨光谱技术
总结词
高分辨光谱技术是光谱分析的重要发展方向，能够提供更精确、更全面的物质成分信息。
详细描述
高分辨光谱技术利用高精度的光谱仪和先进的光源，能够获得更精细的光谱细节，从而更准确地解析 物质成分和结构。这种技术对于研究复杂分子结构和化学反应机制具有重要意义，有助于推动科学研 究和工业生产的发展。
第2章 光谱分析法导论
（1）电磁辐射包括从波长极短的γ射线到无线电波的所有电 磁波谱范围，而不只局限于光学光谱区。 （2）电磁辐射与物质的相互作用方式很多，有发射、吸收、 反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等，各种相互作用的 方式均可建立起对应的分析方法，光学分析法的类型极多。
（3）基于上述两点，光学分析法的应用非常广泛。
线光谱
带光谱
三、电磁辐射的发射（emission）
3、连续光谱(continum spectra):
固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的运动或振动 所产生的热辐射称为 连续光谱，也称黑体辐射（blackbody radiation）。
通常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短波长的 辐射强度增加得最快！
6×1014~ 2 2.5 × 106~ 莫斯鲍尔光谱法
×1012
8.3×103
X 射线 10-3~10nm
3 × 1014~ 1．2×106 ~ X 射线吸收法
3×1010
1.2×102
X 射线荧光法
紫外光 10~400nm 可见光 400~750nm
3 × 1010 ~ 125~3.1 7.5×108
六、以电磁辐射为基础的常用光谱方法
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
射频
波长 0.75~2.5m 2.5~50m 50~1990m 0.1~100cm 1~100 m
跃迁类型
分子振动
分子转动 电子、核自旋
近红外光谱区:配位化学的研究对象
红外吸收光谱法:红外光分子吸收
远红外光谱区
电子自旋共振波谱法:微波分子未成对电子吸收
核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸收
Small balls on the surface of Mars: The constituents of small balls was proved to be FeS2 by using Musbal Spectrometry （莫斯鲍尔光谱法）
（3）基于上述两点，光学分析法的应用非常广泛。
线光谱
带光谱
三、电磁辐射的发射（emission）
3、连续光谱(continum spectra):
固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的运动或振动 所产生的热辐射称为 连续光谱，也称黑体辐射（blackbody radiation）。
通常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短波长的 辐射强度增加得最快！
6×1014~ 2 2.5 × 106~ 莫斯鲍尔光谱法
×1012
8.3×103
X 射线 10-3~10nm
3 × 1014~ 1．2×106 ~ X 射线吸收法
3×1010
1.2×102
X 射线荧光法
紫外光 10~400nm 可见光 400~750nm
3 × 1010 ~ 125~3.1 7.5×108
六、以电磁辐射为基础的常用光谱方法
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
射频
波长 0.75~2.5m 2.5~50m 50~1990m 0.1~100cm 1~100 m
跃迁类型
分子振动
分子转动 电子、核自旋
近红外光谱区:配位化学的研究对象
红外吸收光谱法:红外光分子吸收
远红外光谱区
电子自旋共振波谱法:微波分子未成对电子吸收
核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸收
Small balls on the surface of Mars: The constituents of small balls was proved to be FeS2 by using Musbal Spectrometry （莫斯鲍尔光谱法）
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2 波动性可用下面的波参数来描述
周期T （s）
频率 （s-1=Hz） =1/ T
波长 厘米 微米 纳米 埃
cm m nm
Å
10-2 m 10-6 m 10-9 m 10-10m
波数 （cm-1） 称为开瑟(Kayser, K表示)=1/
传播速率
3
第2章 光学分析法导论
3 粒子性及普朗克关系式
☆ 粒子性
受激发发射特征光学光谱，利用这种光 谱进行分析的方法叫做原子发射光谱分 析法。波长范围在190 - 900nm，可用 于定性和定量分析。
❖4. 原子荧光分析法
气态自由原子吸收特征波长的辐射后，
原子的外层电子从基态或低能态跃迁到较高
能态，约经10-8 s，又跃迁至基态或低能态， 同时发射出与原激发波长相同（共振荧光） 或不同的辐射（非共振荧光），称为原子荧 光。
M* M + hv
根据发射光谱所在的光谱区和激发方
法不同，发射光谱法分为： ❖1. 射线光谱法
天然或人工放射性物质的原子核在衰变
的过程中发射和粒子后，往往使自身的 核激发，然后该核通过发射射线回到基 态。测量这种特征射线的能量（或波 长），可以进行定性分析，测量射线的 强度，可以进行定量分析。
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。
本章主要介绍光谱法。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 收和散射三种类型的光谱。
一、发射光谱法
物质通过电致激发、热致激发或光 致激发等激发过程获得能量，变为激发 态原子或分子M* ，当从激发态过渡到 低能态或基态时产生发射光谱。
光谱分析法可分为光谱法和非 光谱法两大类。
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。
光谱法可分为原子光谱法和分子 光谱法。
原子光谱法是由原子外层或内层 电子能级的变化产生的，它的表现形 式为线光谱。
属于这类分析方法的有原子发射 光谱法（AES）、原子吸收光谱法 （AAS），原子荧光光谱法（AFS）以 及X射线荧光光谱法（XFS）等。
❖7. 化学发光分析法
由化学反应 提供足够的能量，使其中一
种反应的分子的电子被激发，形成激发态分 子。激发态分子跃回基态时，就发出一定波 长的光。其发光强度随时间变化，并可得到 较强的发光（峰值）。
在合适的条件下，峰值与被分析物浓度
成线性关系，可用于定量分析。
由于化学发光反应类型不同，发射光谱 范围为400 - 1400nm。
不连续的能量微粒——光子（光量子）
能量
1 eV=1.6021892×10-19 J
或 1J=6.241×1018eV
☆ 普朗克(Prank)关系式
波动性——粒子性之间的“桥”
E = h = hc /
普朗克常数 (6.62559 ± 0.00015)×10-34焦耳秒(Js)
4
第2章 光学分析法导论
6. 分子磷光分析法
物质吸收光能后，基态分子中的一个 电子被激发跃迁至第一激发单重态轨道， 由第一激发单重态的最低能级，经系统间 交叉跃迁至第一激发三重态（系间窜跃）， 并经过振动弛豫至最低振动能级，因此， 由此激发态跃迁回至基态时，便发射磷光。
根据磷光强度进行分析的方法成为磷
光分析法。它主要用于环境分析、药物研 究等方面的有机化合物的测定。
转动
核 磁 共 振
射磁场频中波自段旋
取向
波长
(m) 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1
101
5
第二节光学分析法分类
光谱分析法是基于检测能量（电磁 辐射）作用于待测物质后产生的辐射信 号或所引起的变化的分析方法。
这些电磁辐射包括从射线到无线电 波的所有电磁波谱范围。电磁辐射与物 质相互作用的方式有发射、吸收、反射、 折射、散射、干涉、衍射、偏振等。
4 电磁波谱及分析方法
电磁波谱区域
200 nm
800 nm
波数 108 107 106 105 104 103 102 101 1
(cm-1)
10-1 10-2 10-3
-射线
核跃 迁
X– 射线
内层 电子 跃迁
紫外
近 紫可 外见
近 红 外
中红 外
远红外
顺磁共 振
光
共价电子跃迁
红外波分段子
振动
微波波分段子
光谱分析法导论优秀课件
1
第2章 光学分析法导论
2-1 电磁辐射的基本特征
1 什么叫电磁波？
一种以巨大速度通过空间，不需要以任何物质作为传 播媒介的能量形式，称为电磁波。
在整个电磁辐射范围内，按波长或频率的大小顺序排 列起来，即为电磁波谱
电磁波的二重性：波动性和粒子性
2
第12章 光学分析法导论
12-1 电磁辐射的基本特征
❖2. X射线荧光分析法
原子受高能辐射激发，其内层电子能 级跃迁，即发射出特征X射线，称为X射线
荧光。用X射线管发生的一次X射线来激发 X射线荧光是最常用的方法。测量X射线的 能量（或波长）可以进行定性分析，测量 其强度可以进行定量分析。
❖3. 原子发射光谱分析法
用火焰、电弧、等离子炬等作为激
发源，使气态原子或离子的外层电子
分子光谱法是由 分子中电子能 级、振动和转动能级 的变化产生的， 表现形式为带光谱。
属于这类分析方法的有紫外-可 见分光光度法（UV-Vis），红外光 谱法（IR），分子荧光光谱法（MFS） 和分子磷光光谱法（MPS）等。
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。
发射的波长在紫外和可见光区。在与激发光
源成一定角度（通常为90）的方向测量荧光 的强度，可以进行定量分析。
❖5. 分子荧光分析法
某些物质被紫外光照射后，物质 分子吸收了辐射而成为激发态分子，
然后回到基态的过程中发射出比入射 波长更长的荧光。测量荧光的强度进 行分析的方法称为荧光分析法。波长 在光学光谱区。
二、吸收光谱法
当物质所吸收的电磁辐射能与该物 质的原子核、原子或分子的两个能级间
跃迁所需的能量满足△E = hv的关系时，
将产生吸收光谱。
M + hv M*
吸收光谱法可分为：