物质成分的光谱分析

同上 分子振动能级
同上 分子转动能级 电子自旋及核自旋
射频区
1~1000 m
6.410-26~6.410-29
同上
a. 1 m=102 cm=106 m=109 nm; b. 1 eV=1.602010-19 J。
3. 单色光、复合光和互补色光 （1）单色光：具有同一波长（或频率）的光称为 单色光。
溶液呈现的颜色是由于溶液中的粒子（分子或 离子）选择性吸收白光中的某种颜色的光产生的。
如果各种颜色的光透过的程度相同，则溶液 无色透明；如果吸收了某种波长的光，则溶液呈 现的是它吸收的光的互补色。
例如：硫酸铜溶液因为吸收了白光中的黄色 而呈现蓝色；高锰酸钾溶液因吸收了白光中的绿 色而呈现紫色。
如：绿色与紫色为互补色，黄色与蓝色为互补 色，通过表1-2可以了解各种颜色对应的互补色。
表1-2 不同颜色可见光的波长及其互补色
波长 /nm
颜色
400~ 450~ 450 480
紫蓝
480~ 490
绿蓝
490~ 500
蓝绿
500~ 560
绿
560~ 580
黄绿
580~ 610
黄
610~ 650
橙
650~ 780
物质呈现的颜色与吸收光的对应关系可通过 下图简单描述。
如果物质分子吸收的是其它波段的光（非可见 光）时，则不能用颜色来判断物质微粒是否吸收 光子。
1.2 光谱分析的概述
1．光谱的定义 广义：各种Fra Baidu bibliotek磁波辐射都叫做光谱。
自然界的一切物质可以与各种频率的电磁波辐 射发生相互作用，这种作用表现为对光的吸收或吸 收光后再发射出各种波长的光，这取决于各自的特 殊的物质结构。
由上式可知：电磁辐射的波长越短，其光子的 能量越高。
普朗克认为：物质对辐射能的吸收和发射是 不连续的，是量子化的。
当物质内的分子或原子发生能级跃迁时，若以 辐射能的形式传递能量，则辐射能一定等于物质的 能级变化，即
E=EL=h=hc/
[例] ：某电子在能量差为3.37510-19 J的两能级间跃 迁，其吸收或发射光的波长为多少纳米？ 解： 根据公式， = hc/E
=6.62610-34 Js31010 cms-1/3.37510-19 J =5.8910-5 cm =589 nm
2. 电磁波谱 将各种电磁辐射按照波长或频率的大小顺序
排列起来即称为电磁波谱。 各波谱区所具有的能量不同，其产生的机理
也各不相同。例如：红外光区的光是由分子的振 动和转动能级跃迁产生的；近紫外区和可见光区 的光是由于原子及分子的价电子或成键电子能级 跃迁产生的 。因此可根据所使用的不同波谱区， 建立起不同的分析方法。
红
互补色 黄绿 黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
4．物质颜色的产生 当一束白光照射到固体物质时，物质对于不同波
长光的吸收、透过、反射和折射程度不同，从而使物 质产生不同的颜色。
如果对各种波长的光都完全反射即没有光的吸 收，则呈白色；如果物质选择性吸收了某些波长的 光，则呈现的颜色与其反射或透过的光的颜色有关。
可见光范围内，不同波长的光会让人感觉不同 的颜色。
如：日光属于可见光，它是由红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫等各种颜色光按一定比例混合而 成的白光。
当通过棱镜后，白光中各种波长的光被彼此 分离开来，从而得到了各种不同颜色的单色光。
（3）互补色光：如果把适当颜色的两种光按一定 强度比例混合也可得到白光，这两种颜色的光称 为互补色光。
表1-1列出了电磁波谱区的波长范围和相应 能量及跃迁能级类型。
表1-1 电磁波谱
波谱区名称 射线 射线
远紫外区 近紫外区
波长范围a 510-3~0.14 nm
0.01~10 nm 10~200 nm 200~400 nm
光子能量b/J 4.010-13~1.310-15 1.910-13~2.010-17 2.010-17~9.610-19 9.610-19~5.010-19
物质成分的光谱分析
孙梅
第一章 光谱分析基础知识
1.1 基本概念 光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁
辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方 法。
1．电磁辐射 电磁辐射是高速通过空间的光子流，通常简称
为光，它具有二象性，即波动性和粒子性。波动性 表现在光的折射、衍射和干涉等现象；粒子性表现 在光电效应等现象。
（2）复合光：由不同波长的光组合而成的光称为 复合光。
单色光很难从光源获得，多数光源如：太阳、 白炽灯和氢灯等发出的光都是复合光，通过适当的 手段可以从复合光中获得单色光。
人的眼睛对不同光的感受不一样。凡是能被肉 眼感受到的光称为可见光，可见光的波长范围为 400~780 nm。凡是超出此范围的光，人的眼睛感 觉不到。
跃迁能级类型 核能级
内层电子能级 同上
原子及分子价电子 或成键电子
可见区 近红外区 中红外区 远红外区 微波区
400~760 nm 0.75~2.5 m 2.5~50 m 50~1000 m 0.1~100 cm
5.010-19~2.710-19 2.710-19~8.010-20 8.010-20~3.210-21 3.210-21~6.810-23 6.810-23~6.410-26
2．光学光谱的分类 （1）依其波长及其测定的方法可以分为：
真空紫外光光谱：10~200 nm 近紫外光光谱：200~400 nm 可见光谱：400~800 nm 近红外光谱：800 nm~2.5 m 中红外光谱： 2.5~50 m 远红外光谱： 50~1000 m
根据各种不同的物质吸收或者发射出某一特征 频率的光信号及信号强度的大小可以实现物质的定 性或定量分析。
光谱分析，一般依其波长及其测定的方法可以
分为：
射线（0.005~1.4 Ả）；
X射线 （0.1~100 Ắ）；
光学光谱（100 Ắ ~1000 m）；
微波波谱（0.1~100 cm）。
狭义：通常所说的光谱，一般仅指光学光谱而言。
每个光子的能量（EL）与其频率（）、波长 （）及波数（）之间的关系为：
EL=h=hc/=hc 式中：h为普朗克常数（Planck constant），其 值为6.62610-34Js; c为光速，其值为31010cms-1； 为波数（wave number），其单位为cm-1；为波长 （wave length），单位为cm。