光谱分析基础知识分析
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解： 根据上式，有 = hc/E
=6.62610-34Js31010 cms-1/3.37510-19J =5.8910-5cm
=589nm
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。
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。
❖ 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400~780nm。凡是超出 此范围的光，人的眼睛感觉不到。
❖ 可见光范围内，不同波长的光会让人感觉 到不同的颜色。
（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。
（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。
❖ 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 的光而产生的。
（2）依其外形可以分为： ❖ 线状光谱：由气体状态下的原子或离子经
激发后所产生的。
❖ 带状光谱：来源于被激发的气体分子。
❖ 连续光谱：液体或固体物质在高温下受激 发发射出具有各种波长的光所产生的光谱。
（3）依据电磁波辐射的本质可以分为：
光谱分析法根据电磁波辐射的本质， 可分为：原子光谱和分子光谱。
1.2 光谱分析法概述
1．光谱的定义
❖ 广义：各种电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物质结构。
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与定量分析。
a.原子光谱：原子核外电子在不同能级间跃 迁而产生的光谱称为原子光谱（atomic spectrum）。它们的表现形式为线状光谱。
表1-1 电磁波谱
波谱区名称 射线 射线 远紫外区 近紫外区
可见区 近红外区 中红外区 远红外区 微波区 射频区
波Biblioteka Baidu范围a
光子能量b/J
跃迁能级类型
510-3~0.14nm 4.010-13~1.310-15 核能级
0.01~10nm
1.910-13~2.010-17 内层电子能级
10~200nm
物质成分的光谱分析
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。
表1-2列出了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~ 480~ 490~ 500~ 560~ 580~ 610~ 650~ 450 480 490 500 560 580 610 650 780
紫 蓝 绿蓝 蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 红
互补色 黄绿 黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
光谱分析，一般依其波长及其测定的方 法可以分为：射线(0.005~1.4Ả)；
X射线 (0.1~100Ắ)； 光学光谱(100 Ắ ~1000m)； 微波波谱(0.1~100cm)。
❖狭义：通常所说的光谱，一般仅指光学光 谱而言。
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：10~200nm 近紫外光光谱：200~400nm 可见光谱：400~800nm 近红外光谱：800nm~2.5m 中红外光谱： 2.5~50m 远红外光谱： 50~1000m
1~1000m
6.410-26~6.410-29 同上
a. 1m=102cm=106m=109nm; b. 1eV=1.602010-19J。
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。
（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。
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31010 cm s-1；为波数（wave number），其单位为 cm-1；为波长（wave length），单位为cm。
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。
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。
2.010-17~9.610-19 同上
200~400nm
9.610-19~5.010-19 原子及分子价电子 或成键电子
400~760nm 0.75~2.5m 2.5~50m 50~1000m 0.1~100cm
5.010-19~2.710-19 同上 2.710-19~8.010-20 分子振动能级 8.010-20~3.210-21 同上 3.210-21~6.810-23 分子转动能级 6.810-23~6.410-26 电子自旋及核自旋
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3.37510-19J的两能 级间跃迁，其吸收或发射光的波长为多少 纳米？
=6.62610-34Js31010 cms-1/3.37510-19J =5.8910-5cm
=589nm
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。
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。
❖ 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400~780nm。凡是超出 此范围的光，人的眼睛感觉不到。
❖ 可见光范围内，不同波长的光会让人感觉 到不同的颜色。
（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。
（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。
❖ 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 的光而产生的。
（2）依其外形可以分为： ❖ 线状光谱：由气体状态下的原子或离子经
激发后所产生的。
❖ 带状光谱：来源于被激发的气体分子。
❖ 连续光谱：液体或固体物质在高温下受激 发发射出具有各种波长的光所产生的光谱。
（3）依据电磁波辐射的本质可以分为：
光谱分析法根据电磁波辐射的本质， 可分为：原子光谱和分子光谱。
1.2 光谱分析法概述
1．光谱的定义
❖ 广义：各种电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物质结构。
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与定量分析。
a.原子光谱：原子核外电子在不同能级间跃 迁而产生的光谱称为原子光谱（atomic spectrum）。它们的表现形式为线状光谱。
表1-1 电磁波谱
波谱区名称 射线 射线 远紫外区 近紫外区
可见区 近红外区 中红外区 远红外区 微波区 射频区
波Biblioteka Baidu范围a
光子能量b/J
跃迁能级类型
510-3~0.14nm 4.010-13~1.310-15 核能级
0.01~10nm
1.910-13~2.010-17 内层电子能级
10~200nm
物质成分的光谱分析
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。
表1-2列出了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~ 480~ 490~ 500~ 560~ 580~ 610~ 650~ 450 480 490 500 560 580 610 650 780
紫 蓝 绿蓝 蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 红
互补色 黄绿 黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
光谱分析，一般依其波长及其测定的方 法可以分为：射线(0.005~1.4Ả)；
X射线 (0.1~100Ắ)； 光学光谱(100 Ắ ~1000m)； 微波波谱(0.1~100cm)。
❖狭义：通常所说的光谱，一般仅指光学光 谱而言。
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：10~200nm 近紫外光光谱：200~400nm 可见光谱：400~800nm 近红外光谱：800nm~2.5m 中红外光谱： 2.5~50m 远红外光谱： 50~1000m
1~1000m
6.410-26~6.410-29 同上
a. 1m=102cm=106m=109nm; b. 1eV=1.602010-19J。
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。
（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。
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31010 cm s-1；为波数（wave number），其单位为 cm-1；为波长（wave length），单位为cm。
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。
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。
2.010-17~9.610-19 同上
200~400nm
9.610-19~5.010-19 原子及分子价电子 或成键电子
400~760nm 0.75~2.5m 2.5~50m 50~1000m 0.1~100cm
5.010-19~2.710-19 同上 2.710-19~8.010-20 分子振动能级 8.010-20~3.210-21 同上 3.210-21~6.810-23 分子转动能级 6.810-23~6.410-26 电子自旋及核自旋
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3.37510-19J的两能 级间跃迁，其吸收或发射光的波长为多少 纳米？