仪器分析原理

I 篇.光谱学分析方法

第二章.光谱分析法导论

§2—1 电磁辐射的波动性

一.电磁辐射的波动性

二.电磁波谱：将电磁波按其波长（或频率、能量）次序排列成谱。 三.电磁波的波动性质

1.散射：由于碰撞而导致传播方向的改变。（胶体） ①丁铎尔散射：粒子的直径等于或大于入射光的波长。 ②分子散射：粒子的直径小于入射光的波长时：

非弹性碰撞——拉曼散射

弹性碰撞——瑞利散射

4

4

1

λ

ν

∝∝I

I

：散射光强度。

2.折射和反射：由于光在两种介质中传播速度不一样而引起的。 折射率：在真空中的速度c 与其在介质中传播速度v 的比值：

v

c n =

3.干涉：频率相同、振幅相同、周相相同（或保持恒定）的波源。

λδK ±=

.2.1.0=K ()2

12λδ+±

=K .2.1.0=K

4.衍射：光波绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象。

ϕsin a =∆

ϕ一定 若狭缝可以分成偶数波带（2λ），P 点出现暗条纹； 若狭缝可以分成奇数波带（2λ），P 点出现明条纹； 当0=ϕ时，零级明条纹；

ϕ符合2

2sin λ

ϕK a = 3.2.1±±±=K 时暗条纹

ϕ符合()2

12sin λ

ϕ+=K a 3.2.1±±±=K 时明条纹

§2—2 辐射的量子力学性质

一、电磁波的微粒性

光子能量： v h E ⨯=

v ：Planch 常量，为s J ⋅⨯-34

10

626.6

二、物质的能态

λ

c

h v h E E ⨯

=⨯=-01

三、辐射的发射

1、线光谱：谱线宽：nm 510-

()

h

E E v 011-=

()

011E E hc

-=

λ

2、带光谱：由几组线光谱组成。

3、连续光谱：

黑体辐射：固体加热至炽热会发射连续光谱的一类热辐射。 四、辐射的吸收 1、原子吸收 2、分子吸收

转动

振动电子分子E E E E ++=

3、磁场的诱导吸收

4、驰豫过程 ①非辐射驰豫

②荧光和磷光驰豫

共振荧光与非共振荧光

§2—3 光学分析仪器

一、典型仪器的组成： 1、稳定的辐射源；

2、固定试样样的透明容器；

3、色散元件；

4、辐射检测器或换能器；

5、信号处理器或读出装置。 二、辐射源

1、要求：足够的输出功率，稳定性足够高等；

2、分类：连续光源和线光源

3、连续光源：（应用：吸收和荧光光谱） ①氘灯——紫外光区；

②充气（氦或汞）弧灯——强度大； ③钨灯——可见光区。 4、线光源 5、激光光源：（特点：高单色性、方向性强、亮度高、相干性好等） ①激光的产生：自发辐射、受激辐射、粒子反转（光抽动或激励）和激光振荡（放大）。

②激光器：激励能源、工作物质和光学振荡腔。 ③激光器实例：

固体激光器、气体激光器、染料激光器、半导体激光器。 三、波长选择器 1、单色器：

组成：进口狭缝、准直装置、色散装置、聚焦透镜或凹面反射镜、出口狭缝。 2、滤光片 四、试样容器 五、辐射的检测

1、要求：高灵敏度、高信噪比、响应时间快且与产生的信号与被检测信号成正比（直线关系）。

kP S = D K kP S +=

2、光子检测器 ①光伏打电池 ②光电倍增管 ③光导检测器 ④硅二极管

⑤多道光子检测器 3、热检测器

仪器分析原理，何金兰，杨克让，李小戈，科学出版社，2002、8

绪 论

一、分析化学中的仪器分析方法

分析化学：研究物质的组成、状态和结构。

二、仪器分析的类型 1、光学分析法：

。 ①原子发射光谱法、原子吸收光谱法、紫外—可见分光光度法、分子磷光光度法、

化学发光法、X 射线荧光法、核磁共振和顺磁共振光谱法等。

②折射法、干涉法、散射浊度法、旋光法和X 射线衍射法、电子衍射法等

2、电化学分析法：根据物质在溶液中的电子化学性质及变化建立的分析方法。 电导分析法、电位分析法、电解和库仑分析法、伏安和极谱法等。

3、分离和分析方法（色谱学分析方法、质谱法、电泳法） 三、仪器分析的一般过程与基本特点

1、基本任务：通过表征物质的某些物理和物理化学参数来确证其化学组成、含量或结构。

2、基本过程

3、特点：

四、仪器分析的发展

第一章 光学分析引论

§1—1 电磁辐射的基本性质

一、电磁辐射的波动性

1、波长（λ）：

A

pm nm m cm m 8

12

9

6

2

10

10

1010101=====μ

2、频率（v ）：单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数目。

3、波数（-

v 或σ）：每cm 长度内所含的波长的数目。

λ

1

=

-

v [()kayser K

1

-cm

]

4、传播速度（v ）：s cm 101099792.2⨯

5、周期（T ）：

二、电磁辐射的粒子性

-

⨯⨯=⨯=

v

c h c

h λ

ε

h

(Plank)：s J ⋅⨯-3410626.6

J

eV 19

10602.11-⨯=

A A N v c h N v h E ⨯⨯⨯=⨯⨯=-

（1mol

物质所发射或吸收的能量）

§1—2 电磁波谱

电磁波谱：将电磁辐射按波长或频率的大小顺序排列。

§1—3 电磁辐射与物质的作用过程