光谱分析04概论
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光谱分析讲义
第一章光谱分析的原理一、光谱和光谱分析1、光的本质光有粒子性，又有波动性，它的本质是粒子性的，波动性只是它的某些表现。
研究表明，光、电、磁现象密不可分，光、电、磁现象都是粒子运动时，受自然力作用影响，温度发生变化产生的不同效应。
它们都是我们可以观察到的物质结构间通过粒子运动传递能量现象，有着明显的共同性原理。
这三种现象是粒子流温度差异造成的，其中光效应是温度相对较高的粒子流，电效应次之，磁效应是温度相对较低的粒子流。
根据以上分析，光的本质又可称为是电磁波，根据电磁波波长范围不同，可分为通讯波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线和宇宙线等。
图1-1 电磁波的波长范围2、光速、频率和波长光速：是光在真空中的传播速度；C=3×105 m/s，C=λ·f，其中：λ为光的波长，f为光的频率。
光在真空中的传播速度是固定不变的。
3、光的色散光的颜色是由光波波长所决定的，一定波长的光线射到眼里就生成一定色的感觉。
可见光的波范围是：380—780nm。
白光是是由许多种波长的光按一定比例混合而成的，透过三棱镜可以呈现出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的光谱。
其波长范围为：红640—780nm橙640—610nm黄610—530nm绿505—525nm蓝505—470nm紫470—380nm其中红光波长最长，紫光波长最短，中间各种色光由红到紫递减。
单色光：只有一种波长，不能再行分解的光叫做单色光；复色光：含有若干种波长成份的混合光就叫做复色光。
光的色散：复色光分解成单色光的现象，叫做光的色散。
光谱：由色散形成的光按一定次序排列的光带叫做“光谱”。
4、光谱的分类光谱又分为发射光谱、吸收光谱和荧光光谱。
发射光谱：因物质的原子、离子或分子由较高能态向较低能态或基态跃迁而产生的光谱，称为发射光谱。
由发光体所发出的光直接得到的光谱都是发射光谱。
吸收光谱：物质的原子、离子或分子将吸收与其内能变化相对应的频率而由低能态或基态过渡到较高的能态，这种因物质对辐射的选择性吸收而得到的原子或分子光谱，称为吸收光谱。
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
• 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
23
乙基异丙基酮和甲基丁基酮的IR（指纹区差异） 24
（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
25
原子发射光谱分析法
• 以火焰、电弧、等离子炬焰等作为光源， 使气态原子的电子受激发，跃迁到激发态 后，由激发态回到基态时，发射出特征光 谱，根据特征光谱中谱线位置和强度进行 定性和定量分析的方法。
• 可对70多种元素进行定性和定量分析 • 多种元素同时测定
26
27
分子荧光光谱分析法
• 某些物质被紫外线照射激发后，回到基态 的过程中发射出比原激发光波长更长的荧 光，通过测量荧光强度进行定量分析的方 法。
200～400 nm 6.2～3.1 400～800 nm 3.1～1.6
外层电子能级 紫外－可见（吸收、 发射）光谱、荧光
外层电子能级 光谱
红外
0.8～1000μm 1.6～1.2×103
微波
1～300mm
无线电波 >300mm
1.2×103～ 4.1×106
<4.1×10-6
分 子 振 动 - 转 红外吸收光谱、拉
17
原子吸收光谱分析法
• 利用特殊光源发射出待测原子的特征谱线， 并将样品转变成气态原子后，测定气态原 子对共振线吸收的变化进行定量分析的方 法。
• 60多种金属元素 • 应用广泛的低含量元素测定方法
18
光源作用 ：发射待测元素的特征谱线
• 空心阴极灯 • 结构
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乙基异丙基酮和甲基丁基酮的IR（指纹区差异） 24
（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
25
原子发射光谱分析法
• 以火焰、电弧、等离子炬焰等作为光源， 使气态原子的电子受激发，跃迁到激发态 后，由激发态回到基态时，发射出特征光 谱，根据特征光谱中谱线位置和强度进行 定性和定量分析的方法。
• 可对70多种元素进行定性和定量分析 • 多种元素同时测定
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分子荧光光谱分析法
• 某些物质被紫外线照射激发后，回到基态 的过程中发射出比原激发光波长更长的荧 光，通过测量荧光强度进行定量分析的方 法。
200～400 nm 6.2～3.1 400～800 nm 3.1～1.6
外层电子能级 紫外－可见（吸收、 发射）光谱、荧光
外层电子能级 光谱
红外
0.8～1000μm 1.6～1.2×103
微波
1～300mm
无线电波 >300mm
1.2×103～ 4.1×106
<4.1×10-6
分 子 振 动 - 转 红外吸收光谱、拉
17
原子吸收光谱分析法
• 利用特殊光源发射出待测原子的特征谱线， 并将样品转变成气态原子后，测定气态原 子对共振线吸收的变化进行定量分析的方 法。
• 60多种金属元素 • 应用广泛的低含量元素测定方法
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光源作用 ：发射待测元素的特征谱线
• 空心阴极灯 • 结构
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
光谱分析法概论
顺磁共振波谱分析法——在外磁场的作用下，电子的自旋 磁矩与磁场相互作用而裂分为磁量子数不同的磁能级，测定 其对微波辐射的吸取来进展的构造分析 。
图 电磁波谱
其次节 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简单的物理现象。
(1) 吸取 物质选择性吸取特定频率的辐射能，并从基 态跃迁到激发态的过程。
(2) 放射 物质从激发态返回至基态，并以光的形式释 放出吸取能量的过程。
n=1
4
3
2
4
1
3
2
1
分子能级示意图
电子能级的跃迁不行避开的要产生振动能级和转动能级 的跃迁。假设电子能级的跃迁需要5eV，振动能级的跃迁需要 0.1eV，转动能级的跃迁需要0.005eV，那么，电子能级跃迁 产生的吸取光谱波长为248nm，而振动能级和转动能级跃迁 并不产生一条波长为248nm的线，而是产生一系列的线，其 波长间隔为5nm和0.25nm。
v1 / 1 = v2 / 2 = = c / =
二、电磁波谱
电磁辐射依据波长(或频率、波数、能量)大小的挨次排列 就得到电磁波谱。
电磁波谱的排列具有明显的规律性：
1.波长渐渐增大，频率和光子能量渐渐减小
2.各种电磁辐射不仅波长不同，产生的机理也不同：
高能辐射区
光学光谱区
波谱区
表 电磁波谱
其次章 光谱分析法概论
光学分析方法〔optical analysis〕
基于物质放射的电磁辐射(electro－mageneticradiation ) 或“辐射与物质相互作用”之后产生的辐射信号或发生的信号 变化等光学特性，进展物质的定性和定量分析的方法。
光谱分析法概论
光电倍增管 （ Photomultiplier tube ）
ibid
硅二极管 （ Silicon diode ）
190 -1100nm
光二极管阵列 （ Photodiode array, PDA ） 电荷转移器件 Charge -transfer device, CTD ： 电荷注入器件 (Charge -injection device, CID ) 电荷耦合器件 (Charge -coupled device, CCD)
无线电
10-4
10-2
100
102
104
106
108
109 波长，nm
电磁辐射波谱图
7
第二节 电磁辐射与物质旳相互作用
• 分子内部旳能级：分子都处于运动状态， 在一定温度下，有拟定旳能量。
E = E0 + E平 + E转 + E振 +E电
• 量子理论(Max Planck，1900)：物质粒子总 是处于特定旳不连续旳能量状态，即能量 是量子化旳；处于不同能量状态粒子之间 发生能量跃迁时旳能量差 E 与光旳波长、 频率之间也符合Plank方程。
UV -Vis
电导检测器 （ Photoconductivity ）；
热 检测器
热电偶 （ Thermocouple ）
(Thermal
辐射热计 （ Bolometer ）
IR
transducer)
热释电 （ Pyroelectric transducer ）
26
硒光电池
玻璃
h
Ag(Au)透明膜-搜集极
8
• 两个主要推论：
物质粒子存在不连续旳能态，各能态具有 特定旳能量。当粒子旳状态发生变化时，该粒 子将吸收或发射完全等于两个能级之间旳能量 差；
光谱分析ppt
第二节 紫外-可见分光光度计
➢ 分光光度计:能从含有各种波长的混合光中将每 一单色光分离出来并测量其强度的仪器。
分析精密度高 测量范围广 分析速度快 样品用量少
➢根据使用的波长范围不同分为紫外光区、可见光区、 红外光区以及万用（全波段）分光光度计等。
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
☺ 发射光谱分析方法就是根 据每种元素特有的线光谱 来识别或检查各种元素。
线状光谱 由原子或 离子被激 发而发射
发 射 光 谱
带状光谱 由分子被 激发而发
射
连续光谱 由炙热的 固体或液 体所发射
二、光谱分析技术的分类
分子光谱 光谱技术
原子光谱
分子吸收法: 可见与紫外分光光度法、红外光谱法 分子发射法: 分子荧光光度法 原子吸收法：原子吸收法 原子发射法：发射光谱分析法、原子荧光法等
（五）其它因素的影响
吸光度读数刻度误差、仪器安装环境（如振动、温度 变化）、化学因素（如荧光、溶剂效应等）等也可影 响捡测结果的准确度。
三、紫外-可见分光光度计的类型
☺ 按其光学系统分可分为 单波长分光光度计 单光束单波长分光光度计 双光束单波长分光光度计 双波长分光光度计
➢ 单波长单光束分光光度计特点
①单光束光路，从光源到试样至接收器只有一个光通道； ②仪器只有一个色散元件，工作波长范围较窄； ③通常采用直接接收放大显示的简单电子系统，用电表或 数字显示； ④结构简单、附件少、功能范围小，不能做特殊试样如浑 浊样品、不透明样品等的测定。
检测准确性不够稳定，不能用于精密分析。
单波长单光束分光光度计
光深入到物体内部，将物体内部原子中的一部分束缚电 子激发成自由电子，但这些电子并不逸出物体，而是留 在物体内部从而使物体导电性增强，称为内光电效应。 利用内光电效应可制成光敏电阻、光敏二极管以及光电 池。
4光谱分析技术范文
4光谱分析技术范文光谱分析是一种利用物质与电磁波的相互作用来分析物质成分的技术。
根据电磁波的波长和频率，可以将其分为不同的光谱区域，例如紫外光谱、可见光谱、红外光谱等。
在实际应用中，光谱分析技术广泛应用于物质的成分分析、结构表征和质量控制等领域。
下面将介绍四种常见的光谱分析技术。
一、紫外可见吸收光谱（UV-Vis）紫外可见吸收光谱是一种常用的光谱分析技术。
原理是物质在紫外可见区域的吸收特性与其分子的电子结构有关。
在紫外可见光谱仪中，物质与入射光发生相互作用后，吸收的光强度与光波长呈反比关系。
通过测量样品溶液在不同波长的光下吸光度的变化，可以推断样品中成分的浓度。
二、红外光谱分析（IR）红外光谱分析是一种通过测量物质对红外辐射的吸收来研究物质分子结构的方法。
红外光谱仪中的样品经过红外辐射后，物质分子中的化学键振动或伸缩会吸收特定的红外光，产生不同的红外光谱图。
红外光谱可以用于确定化学键的类型和含有的官能团，从而推测物质的分子结构。
三、质谱分析（MS）质谱分析是一种通过将物质分子分解成离子，并根据它们的质荷比进行分析的方法。
质谱仪首先将样品中的物质分子转化成带电粒子（离子），然后根据质荷比对它们进行分离和检测。
质谱可以提供关于物质的分子量、化学式、结构和不同同位素的丰度信息。
由于其高分辨率和准确性，质谱分析被广泛应用于有机化学、生物医药等领域。
四、核磁共振（NMR）核磁共振是一种广泛应用于物质表征的技术，可用于分析元素的化学环境和原子相互之间的相互作用。
核磁共振仪通过将物质放置在强磁场中，然后应用射频信号来激发样品中原子核的共振。
从核磁共振信号中可以获得关于物质中不同氢、碳等核的化学位移、耦合常数等信息，以确定分子的结构和环境。
总结起来，紫外可见吸收光谱、红外光谱分析、质谱分析和核磁共振是常见的光谱分析技术。
它们根据物质与电磁波相互作用的方式，提供了透视物质组成、结构和化学环境的方法，广泛应用于化学、生物医学、环境科学等各个领域。
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。
光谱分析法概论课件
紫 外 可
红 外
分 子 荧
分 子 磷
核 磁 共
化 学 发
见 光光振光
原子光谱法
分子光谱法
光谱分析法
吸收光谱法
原 子 吸
紫 外 可
红 外
核 磁 共
收见 振
9
发射光谱法
原原分分 X 化
子 发
子 荧
子 荧
子 磷
射 线 荧
学 发
射光光光 光 光
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荧光分光光度计
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分光光度计(spectrophotometer)基本组成
辐射源
单色器
样品池
讯号处 理及显 示器
检测器
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辐射源(source) 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
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主要内容
1 电磁辐射及其与物质的相互作用
2
光学分析法分类
3
光谱分析仪器
4 光谱分析法的发展概况
1
光学分析法 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。 (optical analysis)
连续光 源
线光源
紫外光源 可见光源 红外光源 金属蒸汽灯 空心阴极灯
激光*
发射光谱光 源
H2 灯 D2 灯 W灯 氙灯 Nernst 灯 硅碳棒 Hg 灯 Na 灯 空心阴极灯 高强度空心阴极 灯 红宝石激光器 He-Ne 激光器 Ar 离子激光器 直流电弧 交流电弧 火花
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A 电子能级 B 偶极矩变化 C 跃迁概率 D 峰位
5
课堂小议
通常情况下，我们用摩尔吸收系数ε 来表示红外吸收峰的
强度，如果100＞ε＞20 ，我们称该峰为： A 很强峰 B 强峰 C 中强峰 D 弱峰
6
课堂小议
下列哪种因素属于影响基团频率的外部因素：
A 诱导效应 B 共轭效应 C 溶剂效应 D 偶极场
9.样品制备技术
1）气体——气体池
2）液体： ①液膜法——难挥发液体（bp>80C） ②溶液法——液体池
溶剂： CCl4 ，CS2常用。
①研糊法（液体石腊法）
3) 固体:
②KBr压片法 ③薄膜法
卤化物压片法
适用于可以研细的样品，但对于不稳定的化合物，如发生 分解、异构化、升华等变化的化合物不宜使用压片法。注意 样品的干燥，不能吸水。
8.2 傅立叶变换红外光谱仪
•色散型红外光谱仪，单光色源器发出的光先照射试样，而后再经分光 器(光栅或棱镜)分成单色光，由检测器检测后获得光谱。 •傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），不用狭缝机构和分光系统。 利用迈克尔逊干涉仪把光源发出的光变成干涉光，再让干涉光 照射样品。经检测器获得干涉图，由计算机将干涉图进行傅里 叶变换得到的光谱。
上节回顾
红外光谱产生原因 化学健的振动模式 红外光谱图 峰强与峰位 峰位的影响因素(共轭,诱导,偶极场)
课堂小议
关于红外光谱，下列说法正确的是：
A 红外光谱是由分子振动和转动能级的跃迁产生的。 B 只要辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量 相等，就可以产生红外光谱。 C Cl2没有红外活性。 D 原子的伸缩振动在红外谱中不会产生吸收峰。
第一，二代，属色散型 第三代，属干•色散型红外光谱仪的组成部件与紫外-可见分光光
度计相似，但对每一个部件的结构、所用的材料及 性能与紫外-可见分光光度计不同。
•它们的排列顺序也略有不同，红外光谱仪的样品
是放在光源和单色器之间；而紫外- -可见分光光度 计是放在单色器之后。
7
内部因素-氢键的影响
氢键的形成，可以使 伸缩振动频率移向低波数，吸收强度增强，并变宽。 变形振动移向高波数，但变化不如伸缩振动明显。 分子内氢键 分子间氢键
氢键的影响
➢ 分子内氢键：对峰位的影响大，不受测试条件如浓度、 pH值的影响
氢键的影响
➢ 分子间氢键：受浓度影响较大 浓度稀释，吸收峰位发生变化
CH3的C—H反对称弯 曲振动δas(CH)
CH3的C—H对称弯 曲振动δs(CH)
综上所述，该化合物中有一个单取代的苯环、一个羰
基(估计是芳香酮羰基)、一个甲基，根据分子式，推
测未知物的结构式可能是:
O
总结：
C CH3
：C H
3000cm-1 、1600cm-1~1500cm-1苯环 的骨架振动、指纹区760cm-1，
薄膜法
适用于橡胶、油漆、聚合物的红外制样． 熔融成膜膜：的适厚用度熔为点1低0、-3熔0μ融m时,且不厚分薄解、均不匀产。生化学变化的样品 热压成膜常：用适的用成热膜塑法性聚有合3种物，：将样品放在膜具中加热至软化点
以上压成薄膜 溶液成膜：适用可溶性聚合物，将样品溶于适当的溶剂中，滴在 玻璃板上使溶剂挥发得到薄膜
注意基：质溴有氯化化钾钠必、溴须化干钾燥、氯化银、碘化铯，最常用的是溴 化钾，溴因化为溴钾化研钾磨在整很个细中红外区都是透明的。 压成控直径制1溴3m化m，钾厚与度0样.5m品m的的薄比片例，溴化钾与样品的比例
为100：1（样品约1－2mg）
悬浮法（研糊法）
对于吸水性很强、有可能与溴化钾发生反应
的样品采用制成糊剂的方法进行测量。
有机化合物结构解析
例 某未知物分子式为C8H8O，其IR谱如图所示，试 推测未知物的分子结构。 =1 + n4 +(n3 – n1 ）/ 2
解：(1)根据分子式计算不饱和度： Ω＝1+8+(0-8)/2＝5
苯环的骨架振动
(2)图谱解析
苯环及CH3的 C—H伸缩振动
单取代苯
C=O的伸缩振动。因分 子式中只有一个氧原子， 不可能是酸或酯，只可 能是酮，而且分子中有 苯环，很可能是芳香酮。
这种方法是把50mg左右的高聚物粉末和1滴
石蜡油或全卤代烃类液体混合，研磨成糊状， 再转移到两片氯化钠晶片之间，进行测量。
注意要扣除石蜡油或全卤代烃类的吸收峰
薄膜法
（1）样品的厚度。一般定性工作需1至数微米。在定量工作中，对样品 厚度的要求就更苛刻些。（样品过厚时，许多主要谱带都吸收到顶， 彼此连成一片，看不出准确的波数位置和精细结构）
（2）样品表面反射的影响。样品表面要粗糙些。（在谱带低频一侧，由 于反射引起能量损失，造成谱带变形。反射对薄膜样品光谱的另一种 干扰就是干涉条纹。这是由于样品直接透射的光和经过样品内、外表 面两次反射后再透射的光存在光程差，所以在光谱中出现等波数间隔 的干涉条纹。消除干涉条纹的常用方法是使样品表面要粗糙些。）
2
课堂小议
下列哪种振动模式,不会产生红外吸收光谱信号?
A 面内摇摆 B 对称伸缩 C 反对称伸缩 D 上述答案均错
3
课堂小议
分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁
至第一振动激发态产生的吸收峰，我们一般称为： A 基频峰 B 倍频峰 C 差频峰 D 组频峰
4
课堂小议
红外光谱吸收峰的强度与下列哪些因素有关？
液体样品的制备
对于沸点较高且粘度较大的液体样品，取2mg 或一滴样品直接涂在KBr窗片上进行测试
对于沸点较低的样品及粘度小、流动性较大的 高沸点液体样品放在液体池中测试
液体池是由两片KBr窗片和能产生一定厚度的 垫片所组成
切记不得有水
气体样品的制备
气体样品采用气体池，直接测试．
将气体池放在气体池架上即可，气体池的两边由KBr窗片或其它类 型的盐片密封，要特别注意防止盐片受潮。
位阻效应
•共轭效应会使基团吸收频率移动。若分子结构中存在 空间阻碍，使共轭受到限制，则基团吸收接近正常值。 (紫移)
峰位影响因素
外部因素:样品物态,晶态/非晶态,溶剂效应 同部因素:I效应,C效应,F效应,氢键,位阻效应, 互变异构效应
8. 红外光谱仪
• 第一代----分光光度计用,棱镜(易吸潮) • 第二代----衍射光栅(分辨率高) • 第三代----干涉调频分光的傅立叶变换光谱仪
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课堂小议
通常情况下，我们用摩尔吸收系数ε 来表示红外吸收峰的
强度，如果100＞ε＞20 ，我们称该峰为： A 很强峰 B 强峰 C 中强峰 D 弱峰
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课堂小议
下列哪种因素属于影响基团频率的外部因素：
A 诱导效应 B 共轭效应 C 溶剂效应 D 偶极场
9.样品制备技术
1）气体——气体池
2）液体： ①液膜法——难挥发液体（bp>80C） ②溶液法——液体池
溶剂： CCl4 ，CS2常用。
①研糊法（液体石腊法）
3) 固体:
②KBr压片法 ③薄膜法
卤化物压片法
适用于可以研细的样品，但对于不稳定的化合物，如发生 分解、异构化、升华等变化的化合物不宜使用压片法。注意 样品的干燥，不能吸水。
8.2 傅立叶变换红外光谱仪
•色散型红外光谱仪，单光色源器发出的光先照射试样，而后再经分光 器(光栅或棱镜)分成单色光，由检测器检测后获得光谱。 •傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），不用狭缝机构和分光系统。 利用迈克尔逊干涉仪把光源发出的光变成干涉光，再让干涉光 照射样品。经检测器获得干涉图，由计算机将干涉图进行傅里 叶变换得到的光谱。
上节回顾
红外光谱产生原因 化学健的振动模式 红外光谱图 峰强与峰位 峰位的影响因素(共轭,诱导,偶极场)
课堂小议
关于红外光谱，下列说法正确的是：
A 红外光谱是由分子振动和转动能级的跃迁产生的。 B 只要辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量 相等，就可以产生红外光谱。 C Cl2没有红外活性。 D 原子的伸缩振动在红外谱中不会产生吸收峰。
第一，二代，属色散型 第三代，属干•色散型红外光谱仪的组成部件与紫外-可见分光光
度计相似，但对每一个部件的结构、所用的材料及 性能与紫外-可见分光光度计不同。
•它们的排列顺序也略有不同，红外光谱仪的样品
是放在光源和单色器之间；而紫外- -可见分光光度 计是放在单色器之后。
7
内部因素-氢键的影响
氢键的形成，可以使 伸缩振动频率移向低波数，吸收强度增强，并变宽。 变形振动移向高波数，但变化不如伸缩振动明显。 分子内氢键 分子间氢键
氢键的影响
➢ 分子内氢键：对峰位的影响大，不受测试条件如浓度、 pH值的影响
氢键的影响
➢ 分子间氢键：受浓度影响较大 浓度稀释，吸收峰位发生变化
CH3的C—H反对称弯 曲振动δas(CH)
CH3的C—H对称弯 曲振动δs(CH)
综上所述，该化合物中有一个单取代的苯环、一个羰
基(估计是芳香酮羰基)、一个甲基，根据分子式，推
测未知物的结构式可能是:
O
总结：
C CH3
：C H
3000cm-1 、1600cm-1~1500cm-1苯环 的骨架振动、指纹区760cm-1，
薄膜法
适用于橡胶、油漆、聚合物的红外制样． 熔融成膜膜：的适厚用度熔为点1低0、-3熔0μ融m时,且不厚分薄解、均不匀产。生化学变化的样品 热压成膜常：用适的用成热膜塑法性聚有合3种物，：将样品放在膜具中加热至软化点
以上压成薄膜 溶液成膜：适用可溶性聚合物，将样品溶于适当的溶剂中，滴在 玻璃板上使溶剂挥发得到薄膜
注意基：质溴有氯化化钾钠必、溴须化干钾燥、氯化银、碘化铯，最常用的是溴 化钾，溴因化为溴钾化研钾磨在整很个细中红外区都是透明的。 压成控直径制1溴3m化m，钾厚与度0样.5m品m的的薄比片例，溴化钾与样品的比例
为100：1（样品约1－2mg）
悬浮法（研糊法）
对于吸水性很强、有可能与溴化钾发生反应
的样品采用制成糊剂的方法进行测量。
有机化合物结构解析
例 某未知物分子式为C8H8O，其IR谱如图所示，试 推测未知物的分子结构。 =1 + n4 +(n3 – n1 ）/ 2
解：(1)根据分子式计算不饱和度： Ω＝1+8+(0-8)/2＝5
苯环的骨架振动
(2)图谱解析
苯环及CH3的 C—H伸缩振动
单取代苯
C=O的伸缩振动。因分 子式中只有一个氧原子， 不可能是酸或酯，只可 能是酮，而且分子中有 苯环，很可能是芳香酮。
这种方法是把50mg左右的高聚物粉末和1滴
石蜡油或全卤代烃类液体混合，研磨成糊状， 再转移到两片氯化钠晶片之间，进行测量。
注意要扣除石蜡油或全卤代烃类的吸收峰
薄膜法
（1）样品的厚度。一般定性工作需1至数微米。在定量工作中，对样品 厚度的要求就更苛刻些。（样品过厚时，许多主要谱带都吸收到顶， 彼此连成一片，看不出准确的波数位置和精细结构）
（2）样品表面反射的影响。样品表面要粗糙些。（在谱带低频一侧，由 于反射引起能量损失，造成谱带变形。反射对薄膜样品光谱的另一种 干扰就是干涉条纹。这是由于样品直接透射的光和经过样品内、外表 面两次反射后再透射的光存在光程差，所以在光谱中出现等波数间隔 的干涉条纹。消除干涉条纹的常用方法是使样品表面要粗糙些。）
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课堂小议
下列哪种振动模式,不会产生红外吸收光谱信号?
A 面内摇摆 B 对称伸缩 C 反对称伸缩 D 上述答案均错
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课堂小议
分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁
至第一振动激发态产生的吸收峰，我们一般称为： A 基频峰 B 倍频峰 C 差频峰 D 组频峰
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课堂小议
红外光谱吸收峰的强度与下列哪些因素有关？
液体样品的制备
对于沸点较高且粘度较大的液体样品，取2mg 或一滴样品直接涂在KBr窗片上进行测试
对于沸点较低的样品及粘度小、流动性较大的 高沸点液体样品放在液体池中测试
液体池是由两片KBr窗片和能产生一定厚度的 垫片所组成
切记不得有水
气体样品的制备
气体样品采用气体池，直接测试．
将气体池放在气体池架上即可，气体池的两边由KBr窗片或其它类 型的盐片密封，要特别注意防止盐片受潮。
位阻效应
•共轭效应会使基团吸收频率移动。若分子结构中存在 空间阻碍，使共轭受到限制，则基团吸收接近正常值。 (紫移)
峰位影响因素
外部因素:样品物态,晶态/非晶态,溶剂效应 同部因素:I效应,C效应,F效应,氢键,位阻效应, 互变异构效应
8. 红外光谱仪
• 第一代----分光光度计用,棱镜(易吸潮) • 第二代----衍射光栅(分辨率高) • 第三代----干涉调频分光的傅立叶变换光谱仪