光谱分析法概论
(完整版)大学分析化学知识点总结
分析化学第一章绪论【基本内容】本章内容包括分析化学的任务和作用；分析化学的发展；分析化学的方法分类（定性分析、定量分析、结构分析和形态分析；无机分析和有机分析；化学分析和仪器分析；常量、半微量、微量和超微量分析；常量组分、微量组分和痕量组分分析）；分析过程和步骤（明确任务、制订计划、取样、试样制备、分析测定、结果计算和表达）；分析化学的学习方法。
【基本要求】了解分析化学及其性质和任务、发展趋势以及在各领域尤其是药学中的作用；分析方法的分类及分析过程和步骤。
第二章误差和分析数据处理【基本内容】本章内容包括与误差有关的基本概念：准确度与误差，精密度与偏差，系统误差与偶然误差；误差的传递和提高分析结果准确度的方法；有效数字及其运算法则；基本统计概念：偶然误差的正态分布和t分布，平均值的精密度和置信区间，显著性检验（t检验和F检验），可疑数据的取舍；相关与回归。
【基本要求】掌握准确度与精密度的表示方法及二者之间的关系，误差产生的原因及减免方法，有效数字的表示方法及运算法则；误差传递及其对分析结果的影响。
熟悉偶然误差的正态分布和t分布，置信区间的含义及表示方法，显著性检验的目的和方法，可疑数据的取舍方法，分析数据统计处理的基本步骤。
了解用相关与回归分析处理变量间的关系。
第三章滴定分析法概论【基本内容】本章内容包括滴定分析的基本概念和基本计算；滴定分析的特点，滴定曲线，指示剂，滴定误差和林邦误差计算公式，滴定分析中的化学计量关系，与标准溶液的浓度和滴定度有关的计算，待测物质的质量和质量分数的计算；各种滴定方式及其适用条件；标准溶液和基准物质；水溶液中弱酸（碱）各型体的分布和分布系数；配合物各型体的分布和分布系数；化学平衡的处理方法：质子平衡、质量平衡和电荷平衡。
【基本要求】掌握滴定反应必须具备的条件；选择指示剂的一般原则；标准溶液及其浓度表示方法；滴定分析法中的有关计算，包括标准溶液浓度的计算、物质的量浓度和滴定度的换算、试样或基准物质称取量的计算、待测物质质量和质量分数的计算；水溶液中弱酸（碱）和配合物各型体的分布和分布系数的含义及分布系数的计算；质子平衡的含义及其平衡式的表达。
仪器分析-光谱分析法概论(第十章)
三个主要过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物
质相互作用；（3）产生被检测信号。
第一节
电磁辐射及其物质的相互作用
一、电磁辐射和电磁波谱
1. 波动性（干涉、衍射、反射和折射） 用波长(nm)、波数(cm-1)和频率(Hz)表示。 =c/ = 1 / = /c
波长是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点间的线性距
光学分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原子吸收光谱原子发射光谱原子荧光光谱x射线荧光光谱折射法圆二色性法x射线衍射法干涉法旋光法紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光x射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光x射线荧光化学发光第三节光谱分析仪器光学分析法三个基本过程
原 子 发 射
原 子 吸 收
原 子 荧 光
X 射 线 荧 光
紫 外 可 见
红 外 可 见
分 子 荧 光
分 子 磷 光
核 磁 共 振
化 学 发 光
原子光谱法 光谱分析法 吸收光谱法 原 子 吸 收 紫 外 可 见 红 外 可 见 核 磁 共 振
分子光谱法
发射光谱法
原 子 发 射
原 子 荧 光
分 子 荧 光
离；波数是每厘米长度中波的数目； 频率是每秒内的波动次数。
※ 频率与波长成反比, 即波长越长, 频率越低, 波数越小
2. 微粒性（光电效应、光的吸收和发射） 用每个光子具有的能量E作为表征。 E = h =h c / = h c h (普朗克常数) ， h=6.6262×10-34J•s ※ 光量子的能量(E)与波长成反比, 而与频率（或波数） 成正比.
9-光谱分析法
102~105
内层电子
1~102
外层价电子
10-3~1
分子转动 或振动 红外吸收 分析
10-6~103
~10-6
原子核的偶 极矩 核磁共振
未成对电 子的偶极 矩 顺磁共振
利用吸收的 分析方法 利用发射的 分析方法
γ射线吸收 射线吸收 法 活化分析
X射线吸 射线吸 收法 X射线 射线 荧光 发射X 发射 射线 X射线 射线 衍射分析
分析仪器的组成
信号发生器、检测器、信号处理器、 信号发生器、检测器、信号处理器、读出装置
表头 信号 发生器
分析 信号 输入 信号
检测器
信号 处理器
输出 信号
记录仪
分析仪器的组成图
计算机
自动化程度越高， 分析仪器 ---自动化程度越高，仪器越复杂 自动化程度越高
仪器分析的发展趋势
仪器的发展趋势： 仪器的发展趋势： 方便、快捷；多功能；环保、经济； 方便、快捷；多功能；环保、经济； 高质量（准确度、灵敏度） 高质量（准确度、灵敏度） 分析方法的发展趋势： 分析方法的发展趋势： 与计算机联用：自动化、 与计算机联用：自动化、数字化 与其它分析方法联用：GC-MS；HPLC-MS 与其它分析方法联用：GC-MS；HPLC与新兴学科结合：环境、宇宙、临床化学、 与新兴学科结合：环境、宇宙、临床化学、生物化学 分析方法理论和技术基础研究：平衡理论， 分析方法理论和技术基础研究：平衡理论，非平衡理论
化学分析与仪器分析方法比较
化学分析：常量组分 化学分析：常量组分, Er : 0.1%～0.2% ～
准确度高
依据化学反应, 依据化学反应 使用玻璃仪器
仪器分析：微量、痕量组分 仪器分析：微量、痕量组分, Er : 1%～5% ～ 灵敏度高 依据物理或物理化学性质 需要特殊的仪器 依据物理或物理化学性质,
第二章-光谱分析法概论
E单位：电子伏（eV）或焦耳（J） h －普朗克常数，h＝6.626×10-34 J·s-1； C为光速。
例：波长为200nm的电磁波，其能量是多少电子伏特（eV）？ 解：
电磁波谱
13
二、电磁辐射与物质相互作用
电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。 涉及能量变化：吸收、发射； 不涉及能量变化：反射、散射、折射、衍射。
第二章 光谱分析法概论
1
本章主要内容：
一、电磁辐射及其与物质的相互作用 二、光学分析法的分类 三、光谱分析仪器
概述
光学分析法是基于电磁辐射与物质相互作用后，电磁辐 射发生某些变化或被作用物质的某些性质发生改变而产 生各种信号，利用这些信号对物质的性质、组成及结构 进行分析的一种方法。
光学分析法的原理主要包含三个过程： （1）能源提供能量； （2）能量与被测物质相互作用； （3）产生被检测的信号。
3
第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用
4
电磁辐射的性质：波粒二象性
1.波动性
电磁辐射的传播以及反射、折射、散射、衍射及 干涉等现象表现出电磁辐射具有波的性质。
图2-1 电磁波的传播
6
波动性参数描述
（1）周期 T 相邻两个波峰或波谷通过某一固定点所需要的时间间隔称为周期。单 位:s(秒)。
（2）频率ν 单位时间内电磁波振动的次数称为频率。单位：Hz或周/秒。 ν ＝1/T
范围的谱带。
2.组成：
单色器
入射狭缝 色散元件 准直镜
棱镜 光栅
分光系统
出射狭缝
滤光器
47
（1）狭缝 狭缝为光的进出口， 狭缝宽窄直接影响分 光质量。狭缝过宽， 单色光不纯，将使吸 光度变大；过窄，则 通光量变小，灵敏度 降低。因此狭缝宽度 要适当。
光谱分析法概论
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：
大学分析化学—名词解释
大学分析化学—名词解释误差和分析数据处理：准确度：分析结果与真实值接近的程度，其大小可用误差表示。
精密度：平行测量的各测量值之间互相接近的程度，其大小可用偏差表示。
系统误差：是由某种确定的原因所引起的误差，一般有固定的方向（正负）和大小，重复测定时重复出现。
包括方法误差、仪器或试剂误差及操作误差三种。
偶然误差：是由某些偶然因素所引起的误差，其大小和正负均不固定。
空白试验：在不加入试样的情况下，按与测定试样相同的条件和步骤进行的分析试验，称为空白试验。
有效数字：是指在分析工作中实际上能测量到的数字。
通常包括全部准确值和最末一位欠准值（有±1个单位的误差）。
t分布：指少量测量数据平均值的概率误差分布。
可采用t分布对有限测量数据进行统计处理。
置信水平与显著性水平：指在某一t值时，测定值x落在μ±tS范围内的概率，称为置信水平（也称置信度或置信概率），用P表示；测定值x落在μ±tS范围之外的概率（1－P），称为显著性水平，用α表示。
置信区间与置信限：系指在一定的置信水平时，以测定结果x为中心，包括总体平均值μ在内的可信范围，即μ＝x±uσ，式中uσ为置信限。
分为双侧置信区间与单侧置信区间。
显著性检验：用于判断某一分析方法或操作过程中是否存在较大的系统误差和偶然误差的检验。
包括t检验和F检验。
滴定分析法概论：滴定度：是每毫升标准溶液相当于被测物质的质量（g或mg），以符号T T/B表示，其下标中T、B分别表示标准溶液中的溶质、被测物质的化学式。
T T/B=m B/V T，单位为g/ml或mg/ml 分布系数：是溶液中某型体的平衡浓度在溶质总浓度中所占的分数，又称为分布分数以δi 表示。
化学计量点：滴定剂的量与被测物质的量正好符合化学反应式所表示的计量关系的一点。
滴定终点：滴定终止（指示剂改变颜色）的一点。
滴定误差：滴定终点与化学计量点不完全一致所造成的相对误差。
可用林邦误差公式计算。
第九章 光谱分析法概论
第九章光谱分析法概论一、选择题1．电磁辐射的微粒性用哪个参数表征（）A、能量B、频率C、波长D、波数2．物质与电磁辐射相互作用后，产生紫外可见吸收光谱是由于（）A、分子的振动B、分子的转动C、原子核外层电子的跃迁D、原子核内层电子的跃迁3．下列哪种光谱不属于吸收光谱分析法（）A、紫外光谱B、红外光谱C、核磁共振波谱D、荧光光谱4．电子能级间隔越小，跃迁时吸收的光子的（）A、能量越大B、波长越长C、波数越大D、频率越高5．下列四种波数的电磁辐射属于可见光区的是（）A、760cm-1B、2 0 ×104 cm-1C、5.0 cm-1D、0.1 cm-16．分子外层电子在辐射能照射下，吸收能量跃迁到激发态，再从振动弛豫转入最低三线态，然后回到基态的各振动能级，产生光辐射。
这种现象称做（）A、分子荧光B、分子磷光C、瑞利散射光D、拉曼散射光7．可见光的能量（电子伏特）应为（）A、1. 24×104~ 1. 24×103 e VB、1. 43 ×102 ~ 1. 716eVC、6.2~3.1eVD、3.1~1.6eV8．已知：h＝6．63×10-34J·S，则波长为0.010nm的光大子能量为（）A、12. 4eVB、124eVC、12. 4 ×104eVD、0. 124eV9．波长为500nrn的绿色光其能量（）A、比紫外光小、B、比红外光小C、比微波小D、比无线电波小10．不同波长的电磁波具有不同的能量，它们的大小顺序为（）A、无线电波＞红外光＞可见光＞紫外光＞X射线B、无线电波＞可见光＞红外光＞紫外光＞X射线C、微波＞红外光＞可见光＞紫外光＞X射线D、X射线＞紫外光＞可见光＞红外光＞微波二、填空1．指出下列电磁辐射所在的光谱区（光速为3.0×1010cm／s）（1）波长588.9 nm--------。
（2）波数400cm-1--------------。
分析化学 第九章 光谱分析法概论
散射
③运动方向改变
Raman散射 ①非弹性碰撞
Stokes线λ散＜λ入
②有能量交换,光的频率改变
③运动方向改变
反Stokes线λ散＞λ入
散射光强 I ∝ 1/λ λ散-λ入 为拉曼位移，与分子的振动频率有关。
h
10
三、电磁辐射与物质的相互作用
4.折射和反射
反射：当光从介质1照射到与介质2时，一部分 光在界面上改变方向返回介质1的现象。
Planck常数：h = 6.626 × 10 -34 J . S 光速：c = 2.997925×1010cm/s
h
5
⒋波长越小、频率越大，能量越大。 ⒌单色光：
单波长的光（由具有相同能量的光子组成）
⒍能量常用单位：eV erg J ⒎能量换算关系：
1 e V 1 .6 1 0 1 9 J 1 .6 0 2 2 1 0 1 2 e r g
2.发射
2
样品
1
E 21h21hC / 21 E2h2hC/2
火焰或电弧
0
E1h1hC/1
λ2 λ1
λ21
λ
火焰、电弧激发的发射光谱示意图
2
I0
样品
I
E 21h21hC / 21 2hC/2
E1h1hC/1
光致发光示意图
λ2 λ1
λ21
h
9
三、电磁辐射与物质的相互作用
3.散射
Rayleigh散射①弹性碰撞 ②无能量交换，光的频率不变
λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形 状和λmax不同。
h
15
h
16
③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质 定性分析的依据之一。
光谱分析法概论(共76张PPT)全
(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
2015级成人高等教育中医学院本科班
2015级成人高等教育中医学院本科班《仪器分析》复习题第一章绪论1、仪器分析的特点。
2、仪器分析方法的类型。
第二章光谱分析法概论一、名词解释电磁波谱原子吸收光谱光谱法二、简答题1.简述光学分析法的三个过程。
2.光的波粒二相性基本参数(1)光的波动性波动性参数：关系式λ=c/ν，v=104/λ=104ν/cλ（波长)；v (频率)；C (光速)；ν=1/λ（波数——波长的倒数)。
单色光——指只含一种频率或波长的光。
复合光——指多种频率或波长的光。
散射光(杂散光)——指定波长外的光。
(2)光的微粒性微粒性参数：E=hν=h c/λh=6.626×10-34J·s (普朗克常数，Planck)；c=3×1010cm·s-13.光谱区中紫外、可见、红外对应的波长范围？（1）紫外:200-400nm；（2）可见光:400-800nm；（3）近红外:0.8-2.5μm；（4）中红外：2.5-50μm；（5）远红外：50--1000μm。
4.光谱法的仪器由哪几部分组成？它们的作用是什么？5.按能量递增和波长递增的顺序分别排列下列电磁辐射区：红外光区、无线电波区、可见光区、紫外光区、X射线区、微波区。
三、计算题1.计算(1) 2500cm-1波数的波长（nm)(2) Na 588-995nm相应的能量（eV)(3) 670. 7nm Li线的频率（Hz)2.计算下列各种跃迁所需的能量范围（eV)及相应的波长范围(1)原子内层电子跃迁(2)原子外层电子跃迁(3)分子的电子跃迁(4)分子振动能级跃迁(5)分子转动能级跃迁3.阐述为什么原子光谱为线光谱，分子光谱为带光谱。
如果说原子光谱谱线强度分布也是峰状的，对吗？为什么？第三章紫外-可见分光光度法1、名词解释透光率吸光系数（摩尔吸光系数、百分吸光系数）发色团和助色团吸收曲线标准曲线末端吸收试剂空白2.物质对光的吸收程度可用哪几种符号表示，各代表什么含义？3.什么是朗伯-比尔定律？其物理意义是什么？4.简述导致偏离朗伯-比尔定律的原因。
第2章 光谱分析法概论
第2章 光谱分析法概论根据物质发射的电磁辐射或物质与辐射的相互作用建立起来的一类仪器分析方法，统称为光学分析法。
光是电磁辐射(又称电磁波)，是一种不需要任何物质作为传播媒介就可以以巨大速度通过空间的光子流（量子流），具有波粒二象性（波动性与微粒性）。
光的波动性体现在反射、折射、干涉、衍射以及偏振等现象。
波长λ 、波数σ 和频率υ相互关系为：λν/c = 和c //1νλσ==，c =2.997925×1010cm/s 。
光的微粒性体现在吸收、发射、热辐射、光电效应、光压现象以及光化学作用等方面，用每个光子具有的能量E 作为表征。
光子的能量与频率成正比，与波长成反比，关系为： σλνhc hc h E ===/从γ 射线一直至无线电波都是电磁辐射，光是电磁辐射的一部分，若把电磁辐射按照波长或频率的顺序排列起来，就可得到电磁波谱（electromagnetic spectrum ）。
波长在360～800nm 范围的光称为可见光，具有同一波长、同一能量的光称为单色光，由不同波长的光组合成的称为复合光。
复合光在与物质相互作用时，表现为其中某些波长的光被物质所吸收，另一些波长的光透过物质或被物质所反射，透过物质的光（或反射光）能被人眼观察到的即为物质所呈现的颜色。
不同波长的光具有不同的颜色，物质的颜色由透射光（或发射光）的波长所决定。
当物质与辐射能相互作用时，其内部的电子、质子等粒子发生能级跃迁，对所产生的辐射能强度随波长(或相应单位)变化作图，所得到的谱图称为光谱（也称波谱）。
利用物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱分析法或光谱法。
以测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的成分分析方法为原子光谱法，由分子中电子能级（n ）、振动能级（v ）和转动能级（J ）的变化而产生的光谱为基础的定性、定量和物质结构分析方法为分子光谱法。
有紫外-可见分光光度法（UV-Vis ），红外吸收光谱法（IR ），分子荧光光谱法（MFS ）和分子磷光光谱法（MPS ）等。
仪器分析-原子光谱法
吸收光谱法
紫外可见分光光度法 原子吸收光谱法 红外光谱法 顺磁共振波谱法 核磁共振波谱法
散射
Roman 散射
迁 能 级 波长λ 类型 核能级 <0.005nm
KL层电 0.005~10nm 子跃迁 10~200nm
外 层 电 200~400nm 子跃迁
400~800nm
分子振 动能级
（2）检测元件
摄谱法之感光板
光电法之光电管，光电倍增管
固体成像器件 电荷注入检测器（CID） 电荷耦合检测器（CCD）
262000个点阵
（3）光谱仪（分光元件和检测元件的组合） 平面光栅（棱镜）+摄谱
凹面光栅+光电倍增管（二极管）阵列
全谱直读光谱仪- 中阶梯光栅+CID/CCD
化合物离解（气态、基态原子）—激发 （激发态原子）—基态（发射光谱）
摄谱 分析（包括定性和定量）
二、光谱分析仪器
光源与样品→单色器→检测器→读出器件
1. 光源
（1）概述
光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、 跃迁。光源是决定分析的灵敏度和准确度 的重要因素。
光源的要求：比较稳定，>5000K，重现性 好，背景小，谱线简单，安全
（2）常用光源
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离子体
ห้องสมุดไป่ตู้
直流电弧
电路结构及工作原理： 优点：分析绝对灵敏度高 缺点：重现性差、不宜定量 应用范围
试样引入激发光源的方法： 固体试样 溶液试样 气体试样：放电管
交流电弧
电路结构及工作原理： 优点：稳定性较好，适合定量。操作安全简便，
2.基本原理
光谱分析法概论(教材)
12.旋光法 溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，
可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学 问题，旋光计测定糖的含量。 13.衍射法
X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同 衍射图。
c：光速（2.9979×1010 cm.s-1）
h：Plank常数（6.6256×10-34 J.s 焦耳. 秒）
二、电磁辐射与物质的相互作用
(1)吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从 基态跃迁到激发态的过程；
(2)发射 是物质从激发态跃迁回基态，并以光的形 式释放出能量的过程；
(3)散射 (4)拉曼散射 (5)折射和反射 (6)干涉和衍射 (7)偏振
λ 10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
γx 射射 线线
紫红 外外 光光
微
无
波
线
电
波
可见光
光的波粒二象性
波动性 λ ν
光的折射 光的衍射 光的偏振 光的干涉
粒子性
E
=
hν
=
hc
λ
E
光电效应
E：光子的能量（J, 焦耳）
ν ：光子的频率（Hz, 赫 λ兹：）光子的波长（cm）
3.试样装置
光源与试样相互作用的场所 （1）吸收池
紫外-可见分光光度法：石英比色皿 荧光分析法：石英液池 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片 （2）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素 由离子态→原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰；
4. 检测器
光谱分析法概论1
原子发射光谱(AES) ： 气态的基态原子受到激发处于较高 的能级上（激发态），但激发态的原子很不稳定，一般约 在10-8 s内返回基态或较低能态而发射出特征谱线。
原子吸收光谱(ASS)：原子蒸气选择性地吸收一定频率的光 辐射跃迁到较高能态产生的吸收光谱。
原子荧光光谱(AFS)：气态原子吸收光辐射后，由基态跃迁 到激发态。激发态原子通过辐射跃迁回到基态或较低的能 态产生的二次光辐射叫做原子荧光。形成的光谱叫做原子 荧光光谱。
拉曼光谱：人射光子与溶液中试样分子间的非弹性碰 撞，发生能量交换，产生了与入射光频率不同的散射 光。这种散射光组成拉曼光谱。
紫外光谱法(UV)——利用溶液中分子吸收紫外/可见光产生 跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最 大吸收波长强度变化可进行定量分析。
红外光谱法(IR)——利用分子中内部基团/原子间的相对振 动和分子转动.对红外辐射的选择性吸收，来鉴别和确定物质 分子结构的分析方法。
图2-1
Hale Waihona Puke 波参数频率：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz。
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。
c = = 3x1010 cm•s-1
波数: 是单位长度内波的数目，常用单位为cm-1，SI制 单位为m-1 。
分子荧光光谱法(MFS)——某些物质被紫外光照射激发 后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的 荧光，通过测量荧光强度进行的定量分析方法。
分子磷光光谱法(MPS)——处于第一激发单重态分子以 无辐射弛豫方式进入第一激发三重态，再跃迁返回基 态发出磷光。测定磷光强度进行定量分析的方法。
激光拉曼光谱分析法
4.1.1 有机化合物结构分析
对于有机化合物的结构研究，虽然Raman光谱的应用远不如红外吸收光谱广泛，但Raman光谱适合于测定有机分子的骨架，并能够方便地区分各种异构体，如位置异构、几何异构、顺反异构等。
官能团不是孤立的，在不同的分子中，相同官能团的Raman位移有一定的差异，△ 不是固定的频率，而是在某一频率范围内变动。
光是电磁辐射，其作用于物质，光子与物质分子发生碰撞时，产生散射光。
01
当物质颗粒尺寸小于入射光波长，产生拉曼散射和瑞利散射。
03
非弹性碰撞不但改变方向，还有能量交换和频率改变，称拉曼散射。
05
当物质颗粒尺寸等于或大于入射光波长，产生丁达尔散射。
02
弹性碰撞时 无能量交换，且不改变频率，,仅改变运动方向，称瑞利散射；
11.3.1 色散型Raman光谱仪
11.3.1.3 单色器 色散型Raman光谱仪采用多单色器系统，如双单色器、三单色器。最好的是带有全息光栅的双单色器，能有效消除杂散光，使与激光波长非常接近的弱Raman线得到检测。 在傅里叶变换Raman光谱仪中，以Michelson(迈克耳孙)干涉仪代替色散元件，光源利用率高，可采用红外激光光源，以避免分析物或杂质的荧光干扰。 11.3.1.4. 检测器 一般采用光电倍增管。 为减少荧光的干扰，在色散型仪器中可用CCD检测器。 常用的检测器为Ga-As光阴极光电倍增管，光谱响应范围宽，量子效率高，而且在可见光区内的响应稳定。 傅里叶变换型仪器中多选用液氮冷却锗光电阻作为检测器。
3.2 傅里叶变换Raman光谱仪
01
02
4.1 定性分析 Raman位移△ 表征了分子中不同基团振动的特性，因此，可以通过测定△ 对分子进行定性和结构分析。另外，还可通过退偏比ρ的测定确定分子的对称性。 无机、有机、高分子等化合物的定性分析； 生物大分子的构象变化及相互作用研究； 各种材料（包括纳米材料、生物材料、金刚石）和膜（包括半导体薄膜、生物膜）的Raman分析； 矿物组成分析； 宝石、文物、公安样品的无损鉴定等方面。
[医学类试卷]光谱分析法概论模拟试卷1.doc
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[医学类试卷]光谱分析法概论模拟试卷11 对于以下四个电磁波谱区A.X射线B.紫外一可见光区C.红外光区.D.微波其中(1)波长最长者( )(2)波数最大者( )(3)频率最大者( )(4)能量最小者( )2 下列波数的电磁辐射属于红外光区的是( )A.0．5cm一1B.50cm一1C.800cm一1D.3000cm一1E.5×10scm一13 指出下列电磁辐射所处的光区(光速c=2．998×106m／s) (1)波长254nm：__________(2)波数1800cm-1：___________(3)频率99MHz：__________4 简述电磁辐射的基本性质及表征参数。
@答@电磁辐射即电磁波，具有波粒二象性，即波动性和微粒性。
例如，光的折射、衍射、偏振和干涉等现象，表明它具有波动性。
而光的微粒性则表现在光电效应中。
光是由光子(或称为光量子)所组成。
光子的能量与波长的关系为：表征辐射能的参数有：频率ν：每秒钟内振动的次数，单位为赫兹。
波长λ：相邻两个波峰或波谷间的距离，单位为nm。
波数σ：每厘米内波的振动次数，单位为cm一1。
电子伏特eV：一个电子通过1V电压降时具有的能量。
例1—5在真空中波长为5890A的钠D线的能量为多少电子伏特(eV)?(h=6．626×10一34J.s；c=2．998×108m／s；1eV=1．602×10一19J)5 在真空中波长为5890A的钠D线的能量为多少电子伏特(eV)?(h=6．626×10一34J.s；c=2．998×108m／s；1eV=1．602×10一19J)二、单项选择题下列各题的备选答案中，只有一个是符合题意的。
6 下列表达式表述关系正确的是( )（A）（B）（C）（D）ν=cλ7 下述哪种性质可以说明电磁辐射的微粒性( ) （A）波长（B）频率（C）波数（D）能量8 当辐射从空气传播到水中时，下述参数不变的是( ) （A）波长（B）频率（C）速度（D）方向9 下面四个电磁波谱区中波长最短的是( )（A）X射线（B）红外光区（C）紫外和可见光区（D）无线电波10 下列四种电磁辐射中能量最小的是( )（A）微波（B）X射线（C）无线电波（D）射线11 光量子的能量正比于辐射的( )（A）频率和波长（B）波长和波数（C）频率和波数（D）频率、波长和波数12 下述分析方法不涉及物质内部能级跃迁的是( )（A）分光光度法（B）荧光光度法（C）核磁共振波谱法（D）X射线衍射法13 下述分析方法中属于发射光谱的是( )（A）红外光谱法（B）荧光光度法（C）核磁共振波谱法（D）分光光度法14 下述跃迁产生红外光谱的是( )（A）原子外层电子的跃迁（B）原子内层电子的跃迁（C）分子外层电子的跃迁（D）分子振动和转动能级的跃迁15 分子吸收可见光后，产生的能级跃迁形式是( ) （A）原子外层电子的跃迁（B）分子中电子伴随振动一转动能级的跃迁（C）分子外层电子的跃迁（D）分子振动伴随转动能级的跃迁16 下述分析方法中是以辐射的散射为基础的是( )（A）原子发射光谱法（B）X荧光光谱法（C）红外吸收光谱法（D）拉曼光谱法17 下述分析方法是以光的偏振性为基础的是( )（A）原子吸收光谱法（B）圆二色光谱法（C）荧光光谱法（D）莫斯鲍尔光谱法18 下列光谱分析方法中，常用硅碳棒及Nernst灯作为辐射源的是( ) （A）紫外一可见吸收光谱法（B）红外吸收光谱法（C）原子吸收光谱法（D）荧光光谱法19 在紫外光区工作时，盛放样品的容器常采用的材料为( )（A）石英（B）玻璃（C）KBr（D）塑料20 可用来检测红外光的元件是( )（A）光电管（B）光电倍增管（C）硅二极管（D）热电偶三、多项选择题下列各题的备选答案中，至少有一个是符合题意的，请选出所有符合题意的备选答案。
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E = hν NA = h cν NA
的波长为200nm的光子的能量： 的光子的能量： [例1]：计算1mol的波长为 1]：计算 的波长为 的光子的能量
6.626 ×10-34J s × 3×1010cm/s ×6.023×1023/mol范围 × × 范围 200×10-7cm × = 5.98×105J/mol ×
吸收光谱法与发射光谱法
Absorption spectrometry and emission spectrometry
吸收光谱是物质吸收相应的辐射能而产生的光谱，其 吸收光谱是物质吸收相应的辐射能而产生的光谱， 是物质吸收相应的辐射能而产生的光谱 产生的必要条件是所提供的辐射能量恰好满足该吸收物质 两能级间跃迁所需的能量。 两能级间跃迁所需的能量。利用物质的吸收光谱进行定性 定量及结构分析的方法称为吸收光谱法。 定量及结构分析的方法称为吸收光谱法。根据物质对不同 波长的辐射能的吸收，建立了各种吸收光谱法。 波长的辐射能的吸收，建立了各种吸收光谱法。
图2 - 1
波参数
频率ν 一秒内电磁场振荡的次数，单位 。 频率ν：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz。 波长λ 是电磁波相邻两个同位相点之间的距离， 波长λ：是电磁波相邻两个同位相点之间的距离，单位有 cm、µm、nm。 、 、 。 电磁辐射传播的速度， 波速 υ：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， 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。 才相同，都等于光速。 c = λ ν = 3x1010 cm•s-1 波数σ 是单位长度内波的数目，常用单位为cm 波数σ: 是单位长度内波的数目，常用单位为 -1，SI制 制 单位为m 单位为 -1 。 σ = 1/ λ
红外吸收光谱法
透射的红外光
电子自旋共振波谱 法 核磁共振波谱法
10000~800000MHz 微波 60～500MHz射频
磁共振信号 磁共振信号
发射光谱是指构成物质的原子、 发射光谱是指构成物质的原子、离子或分子受到各种方式 是指构成物质的原子 的激发而产生的光谱，利用物质的发射光谱进行定性定量的方 的激发而产生的光谱， 法称发射光谱法。常见的发射光谱法有原子发射(atomic 法称发射光谱法。常见的发射光谱法有原子发射 原子发射 emission spectrometry)、原子荧光 、原子荧光(atomic fluorospectrometry)、 、 分子荧光(molecular fluoro-spectrometry)和磷光光谱法 分子荧光 和 (phosphorometry)等。 等
二、电磁波谱
电磁辐射按照波长 或频率 波数、能量)大小的顺序排列 电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量 大小的顺序排列 波长 或频率、 就得到电磁波谱。 就得到电磁波谱。 电磁波谱的排列具有明显的规律性： 电磁波谱的排列具有明显的规律性： 规律性 1.波长逐渐增大，频率和光子能量逐渐减小 波长逐渐增大， 波长逐渐增大 2.各种电磁辐射不仅波长不同，产生的机理也不同： 各种电磁辐射不仅波长不同，产生的机理也不同： 各种电磁辐射不仅波长不同 高能辐射区 光学光谱区 波谱区
微粒性 根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的 根据量子理论， 光量子(或称光子) 光量子(或称光子)流。可以用每个光子所具有的能 光子 量(E)来表征，单位为ev或J. (E)来表征，单位为ev或 来表征 ev
普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。 普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。 将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起 E=hν=h c/λ ν λ E：每个光子的能量； h：普朗克常数=6.626 ×10-34J s 每个光子的能量； ：普朗克常数 表示： 光子的能量可用 J 或 eV 表示： 1 eV=1.602×10-19 J， 1 J=6.241 ×1018 eV × ， 辐射的频率越高(波长越小 ，光子的能量就越高。 辐射的频率越高 波长越小)，光子的能量就越高。 波长越小 化学上常用J/mol为单位表示 为单位表示1mol物质所发射或吸收的能 化学上常用 为单位表示 物质所发射或吸收的能 量
电磁辐射的性质: 电磁辐射的性质:波粒二象性
波动性 电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，称之为 电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场， 交变电磁场 电磁波。图2-1表示一束沿 轴方向传播的电磁波。电 表示一束沿x轴方向传播的电磁波 电磁波。 表示一束沿 轴方向传播的电磁波。 场矢量(E)在 轴方向周期性地变化 轴方向周期性地变化， 场矢量 在y轴方向周期性地变化，相应的磁场矢量 (H)在z轴方向上周期性地变化，均呈现出波动性质。 在 轴方向上周期性地变化 均呈现出波动性质。 轴方向上周期性地变化， 因为电矢量同物质中的电子相互作用，所以， 因为电矢量同物质中的电子相互作用，所以，一般只 用电矢量图来描述电磁辐射。 用电矢量图来描述电磁辐射。
分子光谱分析法
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
紫 外 光 谱 法
红 外 光 谱 法
光谱法和非光谱法
spectrum and non spectrum
光谱法——利用能级跃迁所产生的辐射能强度随波长变化 利用能级跃迁所产生的辐射能强度随波长变化 光谱法 利用能级跃迁 的图谱（光谱图）来进行定性、定量或结构分析的方法。 的图谱（光谱图）来进行定性、定量或结构分析的方法。吸 收、发射、散射光谱等等。 发射、散射光谱等等。 非光谱法——不涉及物质内部能级的跃迁，不以光的波长 不涉及物质内部能级的跃迁， 非光谱法 不涉及物质内部能级的跃迁 为特征讯号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质（反射、 为特征讯号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质（反射、 折射、干涉、衍射、偏振）的变化的分析方法。 折射、干涉、衍射、偏振）的变化的分析方法。
第一节 电磁辐射和电磁波谱
electromagnetic radiation and electromagnetic spectrum
一、电磁辐射
电磁辐射：以巨大的速度(真空中为光速)通过空间、 电磁辐射：以巨大的速度(真空中为光速)通过空间、 不需要任何物质作为媒介的一种能量(光量子流) 不需要任何物质作为媒介的一种能量(光量子流)。 范围：包括从γ射线到无线电波的所有范围， 范围：包括从γ射线到无线电波的所有范围，光是电 的所有范围 磁辐射的一部分。 磁辐射的一部分。
第三节 光学分析法的分类
type of optical analysis
光谱分析法 非光谱分析法 光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 谱 法
X 射 干 旋 线 涉 光 衍 法 法 射 法
原子光谱分析法
原 子 吸 收 光 谱 原 子 发 射 光 谱 原 子 荧 光 光 谱 X 射 线 荧 光 光 谱
物质选择性吸收特定频率的辐射能， 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从基 物质从激发态返回至基态， 物质从激发态返回至基态，并以光的形式释
态跃迁到激发态的过程。 态跃迁到激发态的过程。 放出吸收能量的过程。 放出吸收能量的过程。 入射光波长小于粒子的直径， (3) 散射 入射光波长小于粒子的直径，光子与试样分子 发生碰撞所至。 发生碰撞所至。 丁铎尔散射（溶胶1~100nm） 丁铎尔散射（溶胶1~100nm） 1~100nm 瑞利散射——无能量交换 无能量交换 瑞利散射 ，散射光频率不变，只是光子运动方向改变（弹性碰撞） 散射光频率不变，只是光子运动方向改变（弹性碰撞） 拉曼散射——有能量交换，光子的能量减少或增加，在瑞利 有能量交换，光子的能量减少或增加， 拉曼散射 有能量交换 散射线的两侧可观察到高于或低于入射光的散射线
方法名称 莫斯鲍尔(γ射线)光 谱法 X射线吸收光谱法 原子吸收光谱法 紫外可见吸收光谱 法
辐射源 γ射线 X射线 紫外可见光 远紫外光5～200nm 近紫外光200～360nm 200 360nm 可见光360～760nm 近红外光760~2500nm (13000~4000cm-1) 中红外光4000~400cm-1 远红外光50～500µm
第二章 光谱分析法概论
第一节 电磁辐射和电磁波谱 第二节 电磁辐射与物质的相互作用 第三节 第四节 第五节 第六节 光学分析法的分类 原子光谱和分子光谱 光谱分析仪器 光谱分析法的发展概况
光学分析方法（ 光学分析方法（optical analysis） ）
基于物质发射的电磁辐射(electromagnetic radiation )或“辐射 基于物质发射的电磁辐射 或 与物质相互作用” 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，进行物质的定性和定量分析的方法。 学特性，进行物质的定性和定量分析的方法。 历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用， 历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用，这 也是目前应用最为普遍的方法。现在， 也是目前应用最为普遍的方法。现在，光谱方法已扩展到其它各 种形式的能量与物质的相互作用， 声波、粒子束（离子和电子） 种形式的能量与物质的相互作用，如声波、粒子束（离子和电子） 等与物质的作用。 等与物质的作用。
表
电 磁 波 谱
图
电 磁 波 谱
第二节 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复杂的物理现象。 电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。 复杂的物理现象
(1) 吸收 (2) 发射
原子发射光谱法(atomic emission spectroscopy)气态金属原 原子发射光谱法 气态金属原 与高能量粒子碰撞受激发， 子 与高能量粒子碰撞受激发 ， 使 分子外层电子由基态跃迁到激 发态。 激发态的电子在极短时间内便返回到基态或其他较低的 发态 。 激发态的电子在 极短时间内便返回到基态或其他较低的 能级。 在返回过程中 ， 原子可 发射出一系列特征光谱线 ， 它们 发射出一系列特征光谱线， 能级 。 在返回过程中，原子可发射出一系列特征光谱线 按一定的顺序排列，保持一定强度比例 一定强度比例， 按一定的顺序排列 ， 保持 一定强度比例 ， 通过这些谱线的特征 来识别元素，测量谱线的强度来进行定量。 来识别元素，测量谱线的强度来进行定量。 金属原子和物质分子受电磁辐射激发 受电磁辐射激发后 金属原子和物质分子 受电磁辐射激发 后 ， 以发射辐射释放 能量返回基态，这种二次辐射称为荧光或磷光， 二次辐射称为荧光或磷光 能量返回基态 ， 这种 二次辐射 称为荧光或磷光 ， 根据所测量的 是由原子或分子发射的荧光、磷光谱线的波长和相应的强度， 是由原子或分子发射的荧光 、 磷光谱线的波长和相应的强度 ， 相应的技术分别叫原子荧光、分子荧光和分子磷光光谱法。 相应的技术分别叫原子荧光、分子荧光和分子磷光光谱法。