光学分析法导论(4)

X 射线 射线
可见
微波
紫外
红外
无线电
10-4
10-2
100
102
104
106
108
图2.2电磁辐射波谱图
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第二章光学分析法导论
109 波长，nm
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电磁波谱与现代仪器分析方法
波谱区 -射线 X-射线 远紫外光 近紫外光
可见光
波长 跃迁类型
5~140 pm
核能级
10-
a. 高能辐射区
γ 核能级跃迁 X 内层电子能级
b. 光学光谱区
紫外 可见
红外
c. 低能辐射区
微波区 射频区
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第二章光学分析法导论
第二节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
（一）核外电子的运动状态
原子核外电子的运动状态可以用主量子数 n 、角 量子数 l 、磁量子数 m 和自旋量子数 s 来描述。
1）光电效应（Photoelectric effect） 现象：1887，Heinrich Hetz（在光照时，两间隙间更 易发生火花放电现象） 解释：1905，Einstein理论，E=h 证明：1916，Millikan（真空光电管）
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第二章光学分析法导论
第二章 光学分析法导论
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电磁辐 射 原子光谱和分子光谱
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第一节 电磁辐射
光学分析法：根据物质发射的电磁辐射或电磁辐 射与物质相互作用建立起来的一类分析方法（Optical Methods of Analysis）。
（二）光谱项
原子的能量状态需要用以 n、L、S、J 四个量子数 为参数的光谱项来表征。
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10~200n
3~10nm
m
原子内层电子
200~400nm 400~750nm 原子外层电子/分子成键电子
莫斯鲍尔光谱法:-射线原子核 -射线吸收
远紫外光----真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收
X-射线吸收光谱法: X-射线/放射源原子内层电子（n>10) X -射线吸收 X-荧光光谱法: X-射线原子内层电子 特征X -射线发射
•
c = = 3×1010 cm•s-1
• 波数: 是1 cm内波的数目，单位为cm-1。
•
= 1/
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(二) 光的粒子性 当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，
就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特 征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象 的发现。
1.3104-33 分子振动-转 动
微波吸收
0.75-3.75 mm
13-27
分子转动
电子自旋共振光谱
3 cm
0.33
磁场中电子
自旋
核磁共振
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0.6-10 m 1.710-2-1103 磁场中核自
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旋
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电磁波谱的排列从上到下随波长的逐渐增大，频率 和光量子的能量逐渐减小。（量变→质变）
跃迁类型
分子振动
近红外光谱区:配位化学的研究对象
分子转动 电子、核自旋
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
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表2.1 电磁波谱区
光谱类型
波长范围 波数范围 量子跃迁类
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(一) 光的波动性
电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅） 。与其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可 在真空中传输。
电场Baidu Nhomakorabea
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
磁场
传播方向
图2.1单光色平面偏振光的传播
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• 频率：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz或s-1。
• 波长：是电磁波相邻两个同位相点之间的距离， 单位有cm、m、nm。
• 波速 ：电磁辐射传播的速度，电磁辐射在不同介 质中传播速度是不同，只有在真空中所有电磁辐射 的传播速度才相同，都等于光速。
主要应用在物质组成和结构的研究，基团的识别， 几何构型的确定，表面分析；定量分析等方面
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一、电磁辐射的性质
电磁辐射：以巨大速度通过空间，不需要以任何 物质作为 传播媒介的一种能量。
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(不只局限于光学光谱区)。 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。
等于两个能级之间的能量差；反之亦是成立的，即
E =E1-E0=h
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第二章光学分析法导论
二、电磁波谱
31010 1021
3108 1019
3106 1017
3104 1015
3102 1013
3100 1011
310-2 109
310-4 波数，cm-1 107 频率，Hz
型
-射线发射光谱
0.005-1.4A
--
核
X-吸收、发射、荧 0.1-100A
--
光、衍射光谱
内层电子
真空紫外吸收光谱 10-180 nm 1106-5104 外层键合电 子
UV-Vis 吸收、发射 180-780 nm 5104-1.3104 外层键合电
及荧光光谱
子
红外吸收 拉曼散射光谱
0.78-300 m
2） 能态（Energy state） 量子理论(Max Planck，1900)： 物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，即能量
是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生能量跃迁 时的能量差 E 可用 h 表示。
两个重要推论：
物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的能量
。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全
原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱 分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光
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波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
射频
波长
0.75~2.5 2.5~50 50~1990 0.1~100c
m
m
m
m
1~100 m