光谱分析法 .ppt
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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
PPT原子吸收光谱法分析原理和方法PPT课件PPT54页
AAS 分析时，待测物浓度很低，该变宽可勿略。
❖ 外界压力增加——谱线中心频率0位移、形状和宽度发生变化—— 发射线与吸收线产生错位——影响测定灵敏度；
❖ 温度在1500-30000C之间，压力为1.01310-5Pa ——热变宽和压变宽 有相同的变宽程度；
❖ 火焰原子化器——压变宽为主要；石墨炉原子化器——热变宽为主 要。
第6页，共54页。
根据吸收定律的表达式，以 I~ 和 K- 分别作图得吸收强度与频 率的关系及谱线轮廓。可见谱线是有宽度的。
K0
K0/2 I0
I K
0
I~ （吸收强度与频率的关系）
0
K~ （谱线轮廓）
图中：
K—吸收系数；K0—最大吸收系数； 0，0—中心频率或波长(由原子能级决定)； ，—谱线轮廓半宽度（K0/2处的宽度）；
电流越大，光强越大，但过大则谱线变宽且强度不稳定；充入低压惰性气 体可防止与元素反应并减小碰撞变宽。 问题：为什么HCL会产生低背景的锐线光源？ 答：低压－原子密度低，Lorentz Broadening小；小电流－温度低Doppler Broadening 小，故产生锐线光源！惰性气体难于激发且谱线相对简单——低背景。
K0
1
D
ln 2 e2 mc
N0 f
1
D
ln 2 e2 (c) f mc
A KcL
上式表明，当用锐线光源作原子吸收测定时，所得A与原子蒸气中待测元素的基态 原子数成正比。
第15页，共54页。
3. 锐线光源 根据Walsh的两点假设，发射线必须是“锐线”（半宽度很小的谱线）。
发射线
吸收线
I
形式，其高度和角度可调（让光通过火焰适宜的部位并有最
❖ 外界压力增加——谱线中心频率0位移、形状和宽度发生变化—— 发射线与吸收线产生错位——影响测定灵敏度；
❖ 温度在1500-30000C之间，压力为1.01310-5Pa ——热变宽和压变宽 有相同的变宽程度；
❖ 火焰原子化器——压变宽为主要；石墨炉原子化器——热变宽为主 要。
第6页，共54页。
根据吸收定律的表达式，以 I~ 和 K- 分别作图得吸收强度与频 率的关系及谱线轮廓。可见谱线是有宽度的。
K0
K0/2 I0
I K
0
I~ （吸收强度与频率的关系）
0
K~ （谱线轮廓）
图中：
K—吸收系数；K0—最大吸收系数； 0，0—中心频率或波长(由原子能级决定)； ，—谱线轮廓半宽度（K0/2处的宽度）；
电流越大，光强越大，但过大则谱线变宽且强度不稳定；充入低压惰性气 体可防止与元素反应并减小碰撞变宽。 问题：为什么HCL会产生低背景的锐线光源？ 答：低压－原子密度低，Lorentz Broadening小；小电流－温度低Doppler Broadening 小，故产生锐线光源！惰性气体难于激发且谱线相对简单——低背景。
K0
1
D
ln 2 e2 mc
N0 f
1
D
ln 2 e2 (c) f mc
A KcL
上式表明，当用锐线光源作原子吸收测定时，所得A与原子蒸气中待测元素的基态 原子数成正比。
第15页，共54页。
3. 锐线光源 根据Walsh的两点假设，发射线必须是“锐线”（半宽度很小的谱线）。
发射线
吸收线
I
形式，其高度和角度可调（让光通过火焰适宜的部位并有最
【2024版】拉曼光谱分析法--ppt课件
优 滤光片组
检测系统
Nd-YAG激光光源
点 ➢ 荧光背景出现机会小
➢ 分辨率高 ➢ 波数精度和重现性好 ➢扫描快，操作方便 ➢近红外光的特性（光纤维中传递性能好、可穿透生物组织）
PPT课件
29
✓近红 外激光 光源
Nd-YAG激光器代替可见光激光器； 产生1.064μm近红外激发光，比可见光 长约1倍，影响信噪比，FT技术克服； 激发光能量低于荧光所需阈值。
e
e
e
e
温度升高 概率大！
3振 电
2动 子
1 0
能 级
基 态
e e
Rayleigh 散射 PPT课件
Raman 散射 8
2、 拉曼光谱图
CCl4的散射光谱
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
PPT课Δ件ν/cm-1
9
CCl4的拉曼光谱
适用于分子结构分析
PPT课件
11
3、拉曼光谱与分子极化率的关系 拉曼活性取决于振动中极化率是否变化。
若分子在电场E（光波的电磁场）中，产生诱导偶极距μ
μ ＝ αE α为极化率
反映了分子中电子云 变形的难易程度
分子极化率是诱导偶极矩与外电场的强度之比
分子中两原子距离最大时，α也最大
拉曼散射强度与极化率成正比例关系
➢干涉滤光片组，由折射率高低不同 的多层材料交替组合而成。
✓检测器
➢室温下的铟鎵砷检测器 ➢液氮冷却的锗检测器
PPT课件
31
三、激光显微拉曼光谱仪
使入射激光通过显微镜聚焦到试样的微小部位 （直径小至5 μm ），可精确获取所照射部位的拉 曼光谱图。 ➢ 共焦显微激光拉曼光谱仪（使用CCD检测器）： 显微镜的物镜和目镜的焦点重合于一点，排除了非 焦点处组分对成像的影响，可显示微区的不同深度 和三维结构信息。 ➢ 激光拉曼光纤探针：光导纤维传感技术与显微镜 耦合而成，可对远距离、特殊环境中试样的拉曼散 射进行原位遥感探测。
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。
第5章拉曼光谱分析法ppt课件
拉曼散射光谱的基本概念
图6-33 散射效应示意图 （a）瑞利和拉曼散射的能级图 （b）散射谱线
拉曼散射光谱的基本概念
处于基态的分子与光子发生非弹性碰撞，获得能量跃迁 到激发态可得到斯托克斯线，反之，如果分子处于激发态， 与光子发生非弹性碰撞就会释放能量而回到基态，得到反斯 托斯线。
拉曼位移：斯托克斯线或反斯托克斯线与入射光频率之 差称为拉曼位移。拉曼位移的大小和分子的跃迁能级差一样。 因此，对应于同一分子能级，斯托克斯线与反斯托克斯线的 拉曼位移应该相等，而且跃迁的几率也应相等。在正常情况 下，由于分子大多数是处于基态，测量到的斯托克斯线强度 比反斯托克斯线强得多，所以在一般拉曼光谱分析中，都采 用斯托克斯线研究拉曼位移。
1—反射镜 2—多通道池 3—锲型镜 4—液体
拉曼光谱在材料研究中的应用
激光拉曼散射光谱法
拉曼光谱的选择定则与高分子构象
由于拉曼与红外光谱具有互补性，因而二者结 合使用能够得到更丰富的信息。这种互补的特点， 是由它们的选择定则决定的。凡具有对称中心的分 子，它们的红外吸收光谱与拉曼散射光谱没有频率 相同的谱带，这就是所谓的“互相排斥定则”。例 如聚乙烯具有对称中心，所以它的红外光谱与拉曼 光谱没有一条谱带的频率是一样的。
而碳链的振动用拉曼光谱表征更为方便 对于链状聚合物来说，碳链上的取代基用 红外光谱较易检测出来
激光拉曼散射光谱法
激光拉曼光谱与红外光谱比较
红外与拉曼光谱在研究聚合物时的区别可以聚乙烯为例加以说明（图 6-34）。
聚乙烯分子中具有对称中心，红外与拉曼光谱呈现完全不同的振动模 式。在红外光谱中，CH2振动为最显著的谱带。而拉曼光谱中，C-C振动有 明显的吸收。
生物大分子的拉曼光谱研究
《光谱分析技术》课件
《光谱分析技术》 PPT课件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 光谱分析技术概述 • 光谱分析的基本原理 • 常见光谱分析技术 • 光谱分析技术的应用实例 • 光谱分析技术的挑战与展望 • 光谱分析实验技术
01
光谱分析技术概述
光谱分析技术的定义
于研究物质的组成和浓度。
01
常见光谱分析技术
原子吸收光谱法
总结词
基于原子能级跃迁的定量分析方法
详细描述
原子吸收光谱法是一种常用的光谱分析技术，通过测量待测元素原子对特征谱 线的吸收程度，确定待测元素的含量。该方法具有较高的灵敏度和准确性，广 泛应用于地质、环境、食品等领域。
原子发射光谱法
总结词
01
光谱分析技术的应 用实例
金属元素的分析
总结词
通过光谱分析技术，可以快速准确地检 测出金属元素的存在和含量。
VS
详细描述
光谱分析技术利用不同金属元素对光的吸 收和发射特征不同，通过分析光信号的特 征，可以确定金属元素的存在和含量。这 种方法具有高精度、高灵敏度和快速分析 等优点，广泛应用于地质、冶金、石油、 化工等领域。
新技术的应用与发展
总结词
随着科技的不断发展，新的光谱分析技术也不断涌现 。
详细描述
如表面增强拉曼散射、表面等离子体共振、光学腔增强 等新技术，这些技术具有更高的灵敏度和选择性，为光 谱分析带来了新的发展机遇。同时，随着人工智能和机 器学习技术的发展，光谱数据的处理和解析也得到了极 大的提升，为光谱分析提供了更广阔的应用前景。
详细描述
传统的光谱分析方法通常需要较长的测量时间和复杂的 样品处理过程。为了满足现代分析的需求，需要研究和 开发能够实现快速分析的光谱技术，如时间分辨光谱和 显微光谱等。
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
目录CONTENTS
• 光谱分析技术概述 • 光谱分析的基本原理 • 常见光谱分析技术 • 光谱分析技术的应用实例 • 光谱分析技术的挑战与展望 • 光谱分析实验技术
01
光谱分析技术概述
光谱分析技术的定义
于研究物质的组成和浓度。
01
常见光谱分析技术
原子吸收光谱法
总结词
基于原子能级跃迁的定量分析方法
详细描述
原子吸收光谱法是一种常用的光谱分析技术，通过测量待测元素原子对特征谱 线的吸收程度，确定待测元素的含量。该方法具有较高的灵敏度和准确性，广 泛应用于地质、环境、食品等领域。
原子发射光谱法
总结词
01
光谱分析技术的应 用实例
金属元素的分析
总结词
通过光谱分析技术，可以快速准确地检 测出金属元素的存在和含量。
VS
详细描述
光谱分析技术利用不同金属元素对光的吸 收和发射特征不同，通过分析光信号的特 征，可以确定金属元素的存在和含量。这 种方法具有高精度、高灵敏度和快速分析 等优点，广泛应用于地质、冶金、石油、 化工等领域。
新技术的应用与发展
总结词
随着科技的不断发展，新的光谱分析技术也不断涌现 。
详细描述
如表面增强拉曼散射、表面等离子体共振、光学腔增强 等新技术，这些技术具有更高的灵敏度和选择性，为光 谱分析带来了新的发展机遇。同时，随着人工智能和机 器学习技术的发展，光谱数据的处理和解析也得到了极 大的提升，为光谱分析提供了更广阔的应用前景。
详细描述
传统的光谱分析方法通常需要较长的测量时间和复杂的 样品处理过程。为了满足现代分析的需求，需要研究和 开发能够实现快速分析的光谱技术，如时间分辨光谱和 显微光谱等。
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自旋量子数s：表示电子的自旋，决定了自旋角动量沿
磁场方向的分量。电子自旋在空间的取向只
有两个，一个顺着磁场，一个反着磁场。
2020/8/19
s的取值±1/2。
(2) 原子的能态
对具有多个价电子的原子，由于原子 内各电子间存在相互作用，这时电子的运动 状态须用主量子数n，总角量子数L，总自旋 量子数S以及内量子数J来描述。
电子光谱—紫外可见区（Ee、Ev、Er均改变） 振动光谱—近红外、中红外区（Ev、Er改变） 转动光谱—远红外、微波区（仅Er改变） 因为在分子的电子能级跃迁的同时，总伴随着分 子的振动能级和转动能级的跃迁，所以分子的电子光 谱（紫外可见光谱）是由许多线光谱聚集的谱带组成 的。
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[例] Na原子谱线
589.0nm 32S1/2 32P3/2 589.6nm 32S1/2 32P1率要比正常跃迁低得多，谱线的 强度也要弱得多。
2020/8/19
(5) 能级图
在光谱学中， 把原子中所有可 能存在的能级状 态及能级跃迁用 图解的形式表示 出来，这种图称 为能级图。
2020/8/19
(4) 光谱选择定则
并不是原子内所有能级之间的跃迁都是可 以发生的，电子的跃迁必须遵循一定的“选择 定则”：
主量子数n：在跃迁时不受限制；
总角量子数L：ΔL = ±1 S, P, D, F….相邻；
内量子数J：ΔJ=0，±1 但当J = 0时，ΔJ = 0 的
跃迁是不容许的；
总自旋量子数S：ΔS=0 即不同多重性状态之间 的跃
ΔE=ΔEe +ΔEv +ΔEr
对多数分子而言，ΔEe，ΔEv，ΔEr的值为:ΔEe约为1-20ev； ΔEv约为0.05-1ev；ΔEr小于0.05ev
ΔEe>ΔEv>Δer
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由分子中的电子能级、振动能级和转动能级跃迁 所产生的光谱分别称为电子光谱、振动光谱、转动光 谱。它们所对应的波谱区范围如下：
第11章 原子光谱分析法
11.1 概述 11.2 原子发射光谱分析 11.3 原子吸收光谱分析 11.4 原子荧光和磷光
2020/8/19
10.1.1 电磁辐射和电磁波谱
1. 电磁辐射
一种高速度通过空间传播的光量子流,它具有 波粒二象性。
EL = h = hc/ = hc EL为能量，单位为J或ev，1ev=1.602×10-19J;
的能级变化（ΔE）相对应，它们之间的
关系为：
ΔE = E1-E2 = EL = hν = hc/λ
2020/8/19
2020/8/19
11.1.2 原子光谱和分子光谱 1.原子光谱
原子核外电子在不同能级间 跃迁而产生的光谱，它包括原子 发射、原子吸收和原子荧光光谱 等等。
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(1) 电子的运动状态
2020/8/19
[例] 钠原子基态的电子运动状态
钠原子的核外有11个电子，依据泡利不相容原理、 能量最低原理和洪特规则可进行核外电子排布，核外 电子构型为1s22s22p63s1。最外层电子为3s1，它的运 动状态为：
n = 3, l = 0, m= 0, s = +1/2(或-1/2)。 M=2s+1=2, J=1/2则钠原子基态的光谱项符号为
主量子数n：
总角量子数L：l的矢量和；(2l +1)个值
总自旋量子数S：s的矢量和；(2s+1)个
值 谱线多重度M：M = 2s + 1；
内量子数J：J = L+ S矢量和
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(3) 原子光谱项
任何一条原子光谱线都是原子的 外层电子从一能级跃迁到另一个能级所产生的， 在光谱学中常用光谱项表示原子所处的各种能 级状态，则一条谱线可用两个光谱项符号表示。
31S0
2020/8/19
[例] Mg原子第一激发态的电子构型为
1s22s22p63S13p1 n=3, l1=0, l2=1, L=1 s1 = 1/2, s2 = 1/2， S=0, 1， M=1, 3 M=1时，J=1
光谱项符号 31P1
M=3时，J=2，1，0
光谱项符号 33P2 33P1 33P0
核外电子的运动状态，可用四个量子数来描述：
主量子数n：表示电子层，决定电子的主要能量；
1,2,3,…,n
角量子数l： 表示电子云的形状，决定了电子绕核运
动
的角动量；0,1,2, …,n-1 (s,p,d,f…)
磁量子数m：表示电子云在空间的伸展方向，决定了
电
子绕核运动的角动量沿磁场方向的分量；
0,±1,±2,…±l
h为普朗克常数6.626×10-34J.s-1；
为频率，单位为Hz,即s-1；c为光速3×1010cm.s-1; 为波长，单位nm或10-10m; 为波数，单位cm-1。
2020/8/19
[例] 某电子在两能级间跃迁的能量差为 4.969×10-19J，求其波长为多少纳米？其波数为 多少？
[解] 由ΔE = hν = hc/λ 得, λ = hc/ΔE
= 6.626×10-34×3×1010/4.969×10-19 = 4×10-5 cm = 400 nm
σ = 1/λ = 1/4×10-5 cm = 25000 cm-1
2020/8/19
2. 电磁波谱
电磁辐射按波长顺序排列称为电磁波 谱。它反映了物质内能量的变化，任一 波长光子的能量与物质内的原子或分子
2020/8/19
Na原子的能级与能级图
2. 分子光谱
在辐射能作用下，分子内能级间的跃迁产生的光谱称为分 子光谱。但分子内部的运动所涉及的能级变化比原子复杂，一 个分子的总能量为：
E = Ee + Ev + Er + En + Et + Ei
因为在一般的化学实验条件下，核能En不发生变化，分子 平动能Et，内旋转能量Ei很小，分子在辐射能的作用下能量的改 变（ΔE）为：
32S1/2
2020/8/19
[例] 钠原子第一激发态的电子构型
1s22s22p63S03p1 3p轨道有一个电子则n=3，L=1，S=1/2， M=2，J=3/2，1/2 所以钠原子第一激发态的光谱项符号为
32P3/2 32P1/2
2020/8/19
[例] Mg原子基态的电子构型为
1s22s22p63s2 n=3, l1 = 0, l2 = 0 ，L=0 s1 = +1/2, s2 = -1/2, S= 0, M = 2S+1 = 1 J =L+S =0 则Mg原子基态的光谱项符号为