现分-第2章 光学分析法导论
光学分析法导论全
光学分析法在医学诊断领域中具有重要价值，可用于生物组织成像、药物代谢和 疾病诊断。
详细描述
光学分析法可以用于荧光成像、光声成像等技术手段，对生物组织进行无损检测和 成像，同时还可以用于药物代谢和疾病诊断，为临床医学提供有力支持。
在农业领域的应用
总结词
光学分析法在农业领域中应用广泛，可用于 作物生长监测、病虫害防治和农产品质量检 测。
VS
详细描述
通过光谱分析和图像处理等技术手段，可以 监测作物的生长状况、病虫害发生情况，同 时还可以检测农产品中的农药残留和营养成 分，提高农产品质量和安全性。
第五小节
光学分析法的发展趋势与展望
光学分析法的发展趋势
光学分析法在生命科学领域的应用
随着生命科学研究的深入，光学分析法在生物分子检测、细胞成像和 组织分析等方面发挥着越来越重要的作用。
随机原则 实验对象的分配和实验顺序的安排应随 机进行，减少系统误差。
实验操作流程
实验准备
确定实验目的、选择适当的仪器和 试剂、准备实验材料等。
实验操作
按照实验步骤进行操作，注意控制 实验条件，确保实验的一致性。
数据记录
详细记录实验过程中的数据，包括 实验条件、仪器读数、观察结果等。
实验清理
实验结束后，应清理实验场地，确 保实验室整洁。
光的吸收、发射和散射
利用物质对光的吸收特性进行定量和定性分析。通过测量不同 波长下的吸光度，可以确定物质的存在和浓度。 吸收光谱法 通过测量物质发射的光的波长和强度，进行物质的分析和鉴别。 如原子发射光谱法和荧光光谱法。 发射光谱法 利用物质对光的散射特性进行粒径分析和浓度测量。如动态光 散射法和静态光散射法。 散射光谱法
光学分析法的未来展望
2 章 光学分析法导论
当棱镜位于最小偏向角位置时
式中, m为棱镜数目; b为棱镜底边长; dn/dλ为棱镜材料的色散率。 由上式可以看出,理论分辨率的大小与棱镜材料、形 状、个数及所选波长有关，长波的分辨率要比短波的 分辨率小，棱镜分离后的光谱属于非均排光谱。
2. 光栅 光栅是由大量等宽、等距离、相互平行的狭缝(或反 射面)构成的光学元件。 从工作 原理上 分： 透射光栅 反射光栅
非光谱法－折射、散射、干涉、衍射、偏振和圆二色等
光 学 分 析 法 光谱法
X射线荧光分析法
光致发光 发射光谱法
原子荧光
分子荧光
分子磷光
原子发射光谱法
非辐射发光
紫外-可见 原子吸收光谱法 吸收光谱法 红外光谱法 核磁共振波谱法
化学发光法
２－3 光谱法仪器
光谱仪通常由五个部分组成：光源、单色器、试样 池、检测器、读数器件。 2-3-1光源 依据方法不同，采用不同的光源。光源有连续光源和 线光源等。 1.连续光源：在较宽波长范围内发射强度平稳的具有 连续光谱的光源。 如氢灯、氘灯、钨丝灯。 2.线光源：提供特定波长的光源。 如空心阴极灯、金属蒸气灯、激光。
I
K=-1
0
一级光谱
(3) 当K 与的乘积相同时
k1 1=k2 2=k3 3=‥‥‥ 出现光谱重叠 如： K=1×800nm=2×400nm =3×267nm=4×200nm
0
一级光谱 二级光谱
三级光谱
光谱重叠消除
• 滤光片 • 感光板 • 谱级分离器
（2）光栅的光学特性 常用色散率、分辨率和集光本领（闪耀特性）来表示。 色散率——表示不同波长的光谱线色散开的能力。
1J (焦耳) 1Cal (卡) 1erg (尔格) 1eV
光学分析法导论
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
2）按电磁辐射本质分类
原子光谱（涉及离子光谱）——由原子或离子外层电子 旳跃迁产生，具有明显 旳线光谱特征
分子光谱——由分子中电子能级及分子旳振动、转动能 级旳跃迁产生，大多具有带光谱特征
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
3）按辐射能传递方式分类 发射光谱——处于激发态旳原子分子或离子由高 能级跃迁回低能级或基态发射出相应旳光谱
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数( n )：描述核外电子是在那个电子壳层上运动。 n = 1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
符号 K、L、M、N、O、P、Q、••••••••
角量子数( l )：描述核外电子云旳形状。
l = 0、1、 2、 3、 4、••••••••
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数(n)：
n =1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
总角量子数(L)：
L= l,
对于2个价电子： L = ( l1+ l2)、 ( l1+ l2-1)、•••、 ( l1- l2)
总自旋量子数(S)：对于N个价电子：N/2, N /2 -1, N /2 -2,..,1/2,0
>2.5*105
X一射线 0.005-10nm 2.5*105 -1.2*102
高能辐射区
远紫外 10200nm 1.2*102-6.2
近紫外 200
可见光 400
近红外 0.782.5
中红外 2.550
远红外 501000m 2.5*10-2-1.2*10-4
中能辐射区
微波 0.1100cm 1.2*10-4-1.2*10-7
现代仪器分析第二章习题及答案
第二章光学分析法导论一、选择题1．电磁辐射的粒子性主要表现在哪些方面（）A．能量B．频率C．波长D．波数2．当辐射从一种介质传播到另一种介质时，下列哪种参量不变（）A．波长B．速度C．频率D．方向3．电磁辐射的二象性是指（）A．电磁辐射是由电矢量和磁矢量组成B．电磁辐射具有波动性和电磁性C．电磁辐射具有微粒性和光电效应D．电磁辐射具有波动性和粒子性4．可见光区、紫外区、红外光区、无线电波四个电磁波区域中，能量最大和最小的区域分别为（）A．紫外区和无线电波区B．可见光区和无线电波区C．紫外区和红外区D．波数越大5．有机化合物成键电子的能级间隔越小，受激跃迁时吸收电磁辐射的（）A．能量越大B．频率越高C．波长越长D．波数越大6．波长为的电磁辐射的能量是（）A．B．C．124eV D．1240 eV7．受激物质从高能态回到低能态时，如果以光辐射形式辐射多余的能量，这种现象称为（）A．光的吸收B．光的发射C．光的散射D．光的衍射8．利用光栅的（）作用，可以进行色散分光。
A．散射B．衍射和干涉C．折射D．发射9．棱镜是利用其（）来分光的。
A．散射作用B．衍射作用C．折射作用D．旋光作用10．光谱分析仪通常由以下（）四个基本部分组成。
A．光源、样品池、检测器、计算机B．信息发生系统、色散系统、检测系统、信息处理系统C．激发源、样品池、光电二级管、显示系统D．光源、棱镜、光栅、光电池1．不同波长的光具有不同的能量，波长越长，频率、波数越（），能量越（）；反之，波长越短，能量越（）。
2．在光谱分析中，常常采用色散元件获得（）来作为分析手段。
3．物质对光的折射率随着光的频率变化而变化，这中现象称为（）。
4．吸收光谱按其产生的本质分为（）、（）、（）等。
5．由于原子没有振动和转动能级，因此原子光谱的产生主要是（）所致。
6．当光与物质作用时，某些频率的光被物质选择性的吸收并使其强度减弱的现象，称为（），此时，物质中的分子或原子由（）状态跃迁到（）的状态。
仪器分析-光学分析导论
波长λ：相邻两个波峰或波谷 间的直线距离。
c
1
波数： 每厘米长度内含有的波 长数目。
2、光的微粒性 电磁波的波动性不能解释辐射的发 射和吸收现象。对于光电效应及黑 体辐射的光谱能量分布等现象，需 要把辐射视为微粒（光子）才能满 意地解释。
3、电磁波谱图
复习思考：
1 通常将仪器分析分为哪几类？
第二章 光学分析法导论
一、光的二象性
1、 光的波动性 光是一种电磁波，电磁波具 有波动性和微粒性。
周期 T ：相邻两个波峰或波谷通过空 间某一固定点所需要的时间间隔称为 周期，单位为s（秒）。
频率 ：单位时间内通过传播方向上 某一点的波峰或波谷的数目，即单位 时间内电磁场振动的次数称为频率， 它等于周期的倒数1／T。
发射线是514.5 nm和488.0 nm。另外Kr+激 光器也是激光光谱仪的常备激光器。
(2) 固体激光器 光谱分析中常用的固体激光 器是红宝石（Al2O3掺Cr3+）激光器和Nd： YAG （掺钕的钇铝石榴石）激光器。前者的 激光波长为694.3 nm，后者使用的激光波长是 1064 nm。
二、 单色器
1、单道光子检测器 (1) 光电池 硒光电池是最常用的阻挡层光电 池。将一层半导体硒涂在铁或铝的金属底板 上，金属底板和硒之间是欧姆接触。在硒表 面再涂一层导电性和透光性良好的金属薄膜 如金、银等作为收集极，然后再在金属薄膜 表面涂一层保护层即成。 图10-17
(2) 光电管 光电管也称真空光电二极管。
光谱，这种光谱法有原子发射光
谱和火焰光度法等。
图10-6
光致发光 物质吸收光能后跃迁至
激发态，当回到低能态或基态时将
发射辐射，这种光谱法有原子荧光
第二章 光学分析法导论(2)
属组成。两片金属处于相同平面上且相互平行。
入射狭缝可看作是一个光源，在相应波长位置， 入射狭缝的像刚好充满整个出射狭缝。 有效带宽：整个单色器的分辨能力除与分光元件的色 散率有关外，还与狭缝宽度有关。即单色器的分
辨能力（有效带宽S）应由下式决定：
W DS
D=线色散率；W=狭缝宽度。当单色仪的色散率固定时，波长间隔将
与PDA相比，CTD最大的优势在于其二维特性，可作为影像检测 器，在电视及航空等领域有广泛应用。
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2. 热检测器 包括：热电偶，热释电检测器及热辐射计。 这类检测器主要用于红外及Raman光谱分析 中，拟在以后相关章节作介绍。
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不同：波长小的则衍射角小，谱线靠近0级；波 长大的，衍射角大，谱线距0级较远； 同样对于二级光谱而言，也有同样的情况。但可 能造成二级光谱与一级光谱的重叠，而且具有最
大强度的光处于0级（为未分开的白光）！
2012-12-27 12镜观察屏
f
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光栅的光学特性
K 角色散率d/d： d d d cos 线色散率D1: dl d Kf Kf f ( < 20o ） d d d cos d
第二章 光学分析法导论（2） (Optical methods of Analysis)
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1
2.3 光谱法仪器
以紫外-可见光为例，光吸收遵循Lambert-Beer定律
吸光度
I0 A lg bc I
摩尔吸光系数
物质的量浓度 吸收光程
构建仪器
1）测量入射光强度I0，和出射光强度I； 2）单色器； 3）对数转换器。
第2章光学分析法导论
第2章光学分析法导论光学分析法是一种常用的分析方法，广泛应用于材料科学、化学、生物、医学等领域。
在分析过程中，通过光的吸收、散射、反射等性质来获得样品的信息。
本章将介绍光学分析法的基本原理和常见的应用。
1.光学分析法原理光学分析法是利用光与物质相互作用来获得样品信息的方法。
其中最基本的原理是光的吸收、散射和发射。
当光通过物质时，会与物质的分子或原子发生相互作用，导致光的振动矢量和频率发生改变。
通过测量光的吸收、散射或发射，可以得到物质的各种信息。
2.光的吸收法光的吸收法是通过测量物质对特定波长光的吸收来确定样品中其中一种物质的含量。
该方法常用于分析有机化合物和无机物中的金属离子含量。
测量方法包括光度法、比色法、比较法等。
其中最常见的是光度法，即通过测量光的强度来确定样品中物质的含量。
在实际应用中，可以根据吸收光谱图来确定样品中各种物质的含量和种类。
3.光的发射法光的发射法是通过测量样品发光的强度来确定样品的成分和性质。
发射光谱的特点是样品发射出符合波长的光，通常用于分析无机化合物中的金属元素。
常用的方法包括原子发射光谱法和荧光光谱法。
其中原子发射光谱法是在样品被激发时，各种金属元素自发射出特定波长的光，通过测量光的强度来确定金属元素的含量。
荧光光谱法则是通过将样品激发到荧光状态，然后测量样品散射出的荧光光强度来确定样品的成分和性质。
4.光的散射法光的散射法是通过测量光的散射强度来确定样品的成分和性质。
散射光谱的特点是样品散射出具有不同波长的光，通常用于分析颗粒物质的大小、浓度和形状等。
常用的方法包括拉曼光谱法和动态光散射法。
拉曼光谱法是通过测量样品散射光中与入射光具有不同频率和振幅的拉曼散射光来确定样品的成分。
动态光散射法则是通过测量样品散射光的强度和角度分布来估算样品颗粒的大小和浓度。
5.光学分析法的应用光学分析法在各个领域都有广泛的应用。
在材料科学中，可以通过测量光的吸收、发射和散射来研究材料的光学性质、结构和相变等。
第二章光学分析导论优秀课件
若使原子从基态跃迁到激发态的能量由光来提供……
E2
hv （=ΔE） 吸收
是为原子吸收
E1
E0
I、由于一种元素的原子（离子）有许许多多激发态，因此它 可以吸收很多种波长的光，使其从基态跃迁到不同的高能级 上。
II、被吸收的光的强度要减弱（吸光度和透射率）
III、对同一波长的光来讲，被吸收的程度与原子的数目有关
拉曼效应：1928年，印度物理学家拉曼发现：当单色光 通过静止透明介质时，产生一些散射光。在散射光中， 含有一些与原光波波长不同的光。拉曼因此获得Nobel 奖。
这些散射光与物质的结构有相关性，可以结构定性－－ 拉曼光谱。
上述这些效应说明光具有粒子性：光是在空间高速运动 的光量子流。
每个光子所具有的能量，根据量子理论（quantum mechanics）：
一、电磁辐射的波动性
电磁波具有波粒两相性
可以用经典的正弦波方程加以描述，在电场方向上的矢量E ＝Asin（wt＋f），w＝2pn
一种电磁波的频率是固定的，但速度可变。有介质时速度下 降（如空气，液态，固体）：v＝ln < C，说明在介质中波 长变短！
波数（σ）：每厘米内波的数目 （cm-1 ） σ＝1/l 波动性质的表现：衍射，干涉，折射等
E3 E2 E1 E0
2. When atoms, ions, or molecules absorb or emits radiation in making the transition from one energy state to another, the frenquency νor the wavelength λ of the radiation is related to the energy difference between the states by the equation:
仪器分析-第2章 光学分析法导论
·电子能级变化时，必然伴随着振动能级的变化，振 动能级的变化又伴随转动能级的变化，因此，分子光谱 不是线状光谱，而是带状光谱。
λ =1 / σ
c：光速 (2.9979×1010 cm ·s-1)；λ：波长(cm)； ν：频率(Hz或s-1)；σ：波数(cm-1) ； E ：能量(ev或J)； h：普朗克常数6.6256 ×10-34J ·s或４.136 ×10-15ev.s
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.
如： 钠原子的光谱项符号 32S1/2；
表示钠原子的电子处于n=3，M =2(S = 1/2)，L =0，
J = 1/2 的能级状态（基态能级）；
接下一页
电子的多重态
h +
单重态 （自旋配对）
电子跃迁
激发单重态 （自旋 配对）
h +
单重态
电子跃迁 和 自旋翻转
（自旋配对）
三重态 （自旋 平行）
返回
3. △J = 0、±1 但当J=0时，△J =0跃迁是禁戒的。 4. △S = 0 即单重态只跃迁到单重态，三重态只跃迁到三重
态。不同多重态之间的跃迁是禁阻的。
符合以上条件的跃迁，跃迁概率大，谱线较强．不符合 光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁，禁阻跃迁强度很弱。 若两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子具有较长 的寿命，原子的这种状态称为亚稳态。
吸收光谱法
原紫红核 子外外磁 吸可可共 收见见振
光谱分析法
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子
子
《光学分析导论》PPT课件
子 子子 射
发
吸荧
线 荧
射 收光 光
原子光谱法
吸收光谱法
原 子 吸
紫 外 可
红 外
核 磁 共
收见 振
光谱分析法
精选ppt
紫 外 可
红 外
分 子 荧
分 子 磷
核 磁 共
化 学 发
见 光光振光
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子 发
子 荧
子 荧
子 磷
射 线 荧
学 发
射光光光 光 光
12
1.原子发射光谱法
射线: 原子核能级的跃迁产生的
X射线:原子或分子内层电子跃迁产生的
紫外和可见光:原子或分子外层电子跃迁产生的
红外光:分子的振动和转动能级的跃迁产生的
微波:分子转动或电子自旋能级的跃迁产生的
无线电波:电子和原子核的自旋能级的跃迁产生的
精选ppt
10
2.2 光学分析法的分类
精选ppt
11
原 原原 X
旋 光 法
原 原子 子光 光谱 谱分 分析 析法 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
分 分子 子光 光谱 谱分 分析 析法 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
精选ppt
第2章 光学分析法引论
2.1 电磁辐射的性质 2.2 光学分析法的分类 2.3 光谱法仪器 2.4 原子光谱和分子光谱
精选ppt
1
光学分析法——基于能量作用于物质后 产生电磁辐射信号或电磁辐射与物质相 互作用后产生辐射信号的变化而建立起 来的一类分析方法。
光分析复习提纲
光分析复习提纲第二章光学分析法导论一.电磁辐射和电磁波谱1.电磁辐射的性质①波动性λ、ν、σ；λ=1/σ；ν=C/λ②粒子性ε=△E=h c/λ=hν2.电磁波谱: ①波谱区波长、能量递变顺序; 能级跃迁；光谱类型②λ范围：远紫外100-200nm；近紫外200-400nm;可见400-800nm二. 原子光谱、分子光谱产生机理、光谱特征1. 原子光谱-原子（离子）外层电子能级跃迁引起，线光谱2. 分子光谱：电子光谱振动光谱转动光谱分子外层电子能级跃迁分子振动能级跃迁分子转动能级跃迁E电、、E振、、E转变,带光谱E振、E转变E转变紫外-可见近、中红外远红外三.发射光谱、吸收光谱、荧光光谱产生机理、光谱特征第三章原子发射光谱一、仪器构成及各部分作用光源———分光系统———观测系统(映谱仪、测微光度计）（一）光源 1.光源的作用2.经典光源种类、特点、应用火焰、直流电弧、交流电弧、高压火花比较(p28表3-1): 从电极温度、灵敏度、电弧温度、稳定性、样品状态几方面比较 3.ICP 光源特点4. 光源选择（二）分光系统 分光元件：棱镜和光栅1.光学特性：线色散率、分辨率定义、物理意义及计算线色散率：dL/d λ mm/nm 倒线色散率：d λ/ dL nm/mm 光栅dL/d λ= k f / (d cos β)分辨率： R=λ/△λ 光栅R=NK 2. 棱镜及光栅的分光原理光栅方程式：d （sin α±sin β）=K λ 意义及计算 3. 光栅闪耀光栅 当α=β=θ时， K λβ= 2d sin βλβ= 2d sin β/K ——闪耀波长闪耀光栅适用波长范围:谱线距离、谱片摄取波长数、光谱重叠计算（三） 观测系统1． 感光板结构,黑度、曝光量定义,乳剂特性曲线 黑度S = lg 1/T 曝光量 H = kI t BC 曝光正常S = tg α(lgH-lgH i )=γlg kI t - i Hi ——惰延量 tg α=γ——反衬度定量: γ高, 紫外Ⅰ型;定性: Hi小, 紫外Ⅱ型(灵敏度高)2.光电倍增管作用二、光谱定性分析1. 原理及依据△E=hc/λ=hν2. 灵敏线、共振线、最后线、分析线定义及相互关系：最灵敏线=？第一共振线=最后线（低含量、高含量）3. 光谱定性分析方法、过程光谱定性分析方法：标准样品比较法、元素标准光谱图法（铁光谱比较法）三、光谱半定量分析：1. 谱线黑度比较法（目视强度比较法）依据：谱线强度随待测元素含量增加而增加2. 谱线呈现法依据：谱线条数和强度随待测元素含量增加而增加四、光谱定量分析三公式一曲线1. 罗马金公式：I=αC b a? b? 为什么不能直接用于定量分析?2. 内标法原理-公式及推导：lgR = lgA + b lg C A为何是常数?3. 摄谱法光谱定量分析基本关系式—三标准试样法基本公式(曝光正常)△S = S1 – S2 =γlg I1/ I2 = γlg R = γ b lg C+γlg A第四章原子吸收光谱法一、基本原理1. 波兹曼分布定理: N j / N0 = g j /g0. e -E i / kT①温度对N i和N0的影响: T↑，N i↑，N0↓；②T对N i的影响程度》对N0的影响程度③AAS和AES比较：灵敏度、准确度、选择性、适用性2. 谱线轮廓和变宽原因①朗伯定律Iν=I 0ν. e - kνL②吸收曲线Kν～ν，三参数ν0、K0、△ν10-3~10-2 nm。
《仪器分析》第二章 光学分析法导论习题答案
第二章光学分析法导论1. 已知1电子伏特=1. 602×10-19J，试计算下列辐射波长的频率（以兆赫为单位），波数（以cm-1为单位）及每个光子的能量（以电子伏特为单位）：（1）波长为900pm的单色X射线；（2）589.0nm的钠D线；（3）12.6µm的红外吸收峰；（4）波长为200cm的微波辐射。
解：已知1eV=1.602×10-19J, h=6.626×10-34J·s, c=3.0×108m·s-1①λ=900pm的X射线Hz，即3.333×1011MHzcm-1J用eV表示，则eV②589.0nm的钠D线Hz，即5.093×108MHzcm-1J用eV表示，则eV③12.6µm的红外吸收峰Hz，即2.381×107MHzcm-1J用eV表示，则eV④波长为200cm的微波辐射Hz，即1.50×102MHzcm-1J用eV表示，则eV2. 一个体系包含三个能级，如果这三个能级的统计权重相同，体系在300K温度下达到平衡时，试计算在各能级上的相对分布（N i/N）．能级的相对能量如下。
（1） 0eV，0.001eV，0.02eV；（2） 0eV，0.01eV，0.2eV;（3） 0eV，0.1eV, 2eV。
解：已知T=300K, k=1.380×10-23J·K-1=8.614×10-5eV·K-1,kT=8.614×10-5×300=0.0258eV①E0=0eV, E1=0.001eV, E2=0.02eV②E0=0eV, E1=0.01eV, E2=0.2eV③E0=0eV, E1=01eV, E2=2eV3. 简述下列术语的含义电磁辐射电磁波谱发射光谱吸收光谱荧光光谱原子光谱分子光谱自发发射受激发射受激吸收电致发光光致发光化学发光热发光电磁辐射――电磁辐射是一种以巨大速度通过空间传播的光量子流，它即有波动性，又具有粒子性．电磁波谱――将电磁辐射按波长顺序排列，便得到电子波谱．电子波谱无确定的上下限，实际上它包括了波长或能量的无限范围．发射光谱――原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会发射电磁辐射，这样产生的光谱为发射光谱．吸收光谱――物质对辐射选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱．荧光光谱――在某些情形下，激发态原子或分子可能先通过无辐射跃迁过渡到较低激发态，然后再以辐射跃迁的形式过渡到基态，或者直接以辐射跃迁的形式过渡到基态。
第二章光学分析法导论
反射：光通过具有不同折射率的两种介质的介面时会产 生反射；
干涉 频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强， 某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区 域互相间隔，此现象叫干涉；
衍射 光绕过物体而弯曲地向它后面传播的现象； 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。
光分析法在研究物质组成、结构表征、表 面分析等方面具有其他方法不可区代的地位。
波谷的数目。单位: S-1 (Hz) γ=1/T
波长λ: 相邻两极大值或极小值之间的距离。 波长的单位: cm µm nm Å λ=c / γ
波数δ:每厘米内波的数目,即单位距离中极大值的数 目。单位：cm-1 δ=1/ λ
波速v：波在一秒钟内通过的距离。 v=λ/T=λγ
2、电磁辐射的粒子性
电磁辐射是在空间高速运动的光量子（或称光子） 流。可以用光子具有的能量表征。单位为eV或J， 1eV=1.60×10-19J。 光子能量与光波频率有关，普朗克方程将电磁辐射 的波动性和微粒性联系在一起：
一、光学分析法的分类
光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类. 1、光谱法
基于物质与辐射能作用时，分子发生能级 跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或 强度进行分析的方法。
按产生光谱的基本粒子不同
原子光谱 光谱
分子光谱 （1）原子光谱
由原子外层或内层电子能级的变化产生的，表现形式 为线光谱。 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种
； h：普朗克常数
电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二相性）
1、电磁辐射的波动性
电磁波是横波（找一个图建立超链接，见上课稿） 可以用波长λ、频率γ、速度v、波数δ、能量等来
表示其特性。 周期T: 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所
仪器分析第02章光学分析法导论
(二) 微粒性
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) 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=hc/λ 证明：1916，Millikan(真空光电管)
及荧光光谱
子
红外吸收 拉曼散射光谱
0.78-300 m
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
0.6-10 m 1.710-2-1103 磁场中核自 旋
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)
(南开大学2019年)
3.下面五个电磁辐射区域：A.X射线 B.红外区 C.无线 电波 D.可见光区 E.紫外光区
(1)能量最大者_______ (2)波长最短者______ (3)波数最小者_______ (4)频率最小者______ (首都师范大学2019年) 1.下列电磁辐射区的能量递增顺序为( ) A红外﹥射频﹥X射线﹥微波 B射频﹥微波﹥红外﹥X射线 C微波﹥红外﹥X射线﹥射频 D X射线﹥红外﹥微波﹥射频 (南开大学2019年)
原子光谱是原子的外层电子(或称价电子)在两个 能级之间跃迁而产生。原子的能级通常用光谱项符号 表示：n2s+1LJ
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(3.0× 波长(cm) (cm); s c:光速 (3.0×1010 cm s-1);λ:波长(cm); 频率(Hz (Hz或 波数(cm 能量(ev J); (ev或 ν:频率(Hz或s-1);σ:波数(cm-1) ; E :能量(ev或J); 普朗克常数6.63 s h:普朗克常数6.63 ×10-34J s或4.136 ×10-15ev.s
表2-2 钠原子和锌原子基态及第一电子激发态的光谱项
原子 价电子组态 3s1(基态) 基态) Na 3p1(激发态 4s2(基态) 基态) Zn 4s14p1(激发 态) 3 1 32P 32P3/2 4 0 0 1 0 41S 43P 41P 0 2 4 1 1 0 1 41S0 43P2 43P1 43P0 41P1 单 三 单 n L S 光谱项 J 3 0 32S 光谱支项 32S1/2 32P1/2 双 4 1 5 3 1 3 多重性 简并度 双 2 2
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 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 或频率
波谱区 r射线区 射线区 X射线区 射线区 远紫外区 近紫外区 可见光区 近红外区 中红外区 远红外区 微波区 射频区 波长范围 <0.005nm 0.005~10nm 10~200nm 200~400nm 400~780nm 0.78~2.5 m 2.5~50 m 50~1000 m 0.1~100cm 1~1000m 光子能量/eV 光子能量 >2.5 ×105 2.5 ×105~1.2 ×102 1.2 ×102~6.2 6.2~3.1 3.1~1.7 1.7~0.5 0.5 ~0.025 2.5 ×10-2~1.2 ×10-4 1.2 ×10-4~1.2 ×10-7 能级跃迁类型 原子核能级 内层电子能级 原子的电子能级或 分子的成键电子能级 分子振动能级
分子转动能级
1.2 ×10-7~1.2 ×10-9 电子自旋能级或核自旋能级
根据能量高低,电磁波谱又可分为三个区域. 根据能量高低,电磁波谱又可分为三个区域. 三个区域 射线区和 射线区. (1)高能辐射区 包括 r 射线区和 X 射线区.高 ) 能辐射的粒子性比较突出. 能辐射的粒子性比较突出. (2)中能辐射区 包括紫外区,可见光区和红外 包括紫外区 可见光区和 紫外区, ) 又称光学光谱区. 区,又称光学光谱区. 包括微波区 射频区, 微波区和 (3)低能辐射区 包括微波区和射频区,又称波 ) 谱区. 谱区.
(一)核外电子的运动状态 原子外层有一个电子时: 原子核外电子的运动状态 运动状态可 原子外层有一个电子时: 原子核外电子的运动状态可 来描述: 由四个量子数来描述 由四个量子数来描述: 主量子数 n;角量子数 l;磁量子数 m;自旋量子数 s; ; ; ; ; 原子外层有多个电子时: 原子外层有多个电子时:由于核外电子之间存在着相互 作用, 运动状态用主量子数 总轨道角量子数L; 作用,其运动状态用主量子数 n;总轨道角量子数 ;总 自旋量子数S;内量子数J 描述; 自旋量子数 ;内量子数 描述; 发生跃迁的电子一般为价电子. 发生跃迁的电子一般为价电子. 价电子 (二)光谱项 原子的能量状态要用以主量子数 原子的能量状态要用以主量子数n ,总轨道角量子数 L,总自旋量子数S,内量子数J 为参数的光谱项或光谱支 为参数的光谱项或光谱支 来表征. 项来表征.
光分析法 非光谱分析法 光谱分析法
折 射 法
圆 二 色 性 法
X 射 线 衍 射 法
原子光谱分析法 干 涉 法 旋 光 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
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
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 分 子 磷 光
X 射 线 荧 光
化 学 发 光
第一节 电磁辐射
一,电磁辐射的性质 电磁辐射具有波粒二象性. 电磁辐射具有波粒二象性.以巨大速度通过空 传播媒介的一种能量. 间,不需要以任何物质作为 传播媒介的一种能量. (一)波动性 电磁辐射的波动性表现为电磁辐射的 衍射和干涉现象 现象. 衍射和干涉现象.
例:碳原子,基态的电子层结构(1s)2(2s)2(2p)2, 碳原子,基态的电子层结构 两个外层2p电子: 两个外层 电子: l 1=l2 =1; L=2,1,0; 电子 ; , , ;
总自旋量子数S 自旋与自旋之间的作用也较强的, 总自旋量子数 :自旋与自旋之间的作用也较强的,
多个价电子总自旋量子数是单个价电子自旋量子数m 多个价电子总自旋量子数是单个价电子自旋量子数 s的矢量 ms=±1/2 S = ∑ms,I 和. ± 若原子中有N个价电子, 可取下列数据: 若原子中有 个价电子,其S可取下列数据 个价电子 可取下列数据 0 ,1, 2,, N/ 2 (N为偶数) 为偶数) , , , 为偶数 为奇数) 或 = 1/2, 3/2 ,, N/2 (N为奇数) , , 为奇数 价电子组态3s 一个价电子,电子自旋取 例:Na价电子组态 1,一个价电子 电子自旋取 1/2; 价电子组态 一个价电子 S也为 也为1/2 也为 Zn激发态 4s14p1,二个价电子 电子自旋取±1/2; S为1,0 二个价电子,电子自旋取 激发态 二个价电子 电子自旋取± 为 碳原子,基态的电子层结构(1s)2(2s) 2(2p) 2 , 碳原子,基态的电子层结构 外层有两个2p电子: 外层有两个 电子: S =0 , 1 ; 电子
第二章 光学分析法导论
第一节 电磁辐射 第二节 原子光谱和分子光谱
光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或 光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与 物质发射的电磁辐射 物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法 而建立起来的一类分析化学方法. 物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法.这些电磁 射线到无线电波的所有电磁波谱范围, 辐射包括从 γ 射线到无线电波的所有电磁波谱范围,而不 只局限于光学光谱区. 只局限于光学光谱区.电磁辐射与物质相互作用的方式有 (1) 吸收:物质选择性吸收特定频率的辐射能,并从低能级 吸收:物质选择性吸收特定频率的辐射能, 跃迁到高能级; 跃迁到高能级; (2) 发射:将吸收的能量以光的形式释放出; 发射:将吸收的能量以光的形式释放出; (3) 散射:丁铎尔散射和分子散射; 散射:丁铎尔散射和分子散射; (4) 折射:折射是光在两种介质中的传播速度不同; 折射:折射是光在两种介质中的传播速度不同; (5) 反射 (6) 干涉:干涉现象; 干涉:干涉现象; (7) 衍射:光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象; 衍射:光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象; (8) 偏振:只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光 偏振: 光学分析法可分为光谱法 非光谱法两大类 光谱法和 两大类. 光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类.
每个量子数的取值分别为: 每个量子数的取值分别为: n =1,2,3 ,…; ; L=∑li ,l=0,1,2,…; ; L=|l1+l2|,|l1+l2-1|,… |l1-l2| S=∑ms,i ms=±1/2; =∑ 价电子为偶数时: = 价电子为偶数时:S=0,1,2,…S; S 价电子为奇数时: = 价电子为奇数时:S=1/2,3/2,…S S J=(L+S),(L+S-1),(L+S-2)…(L-S) ( L≥S,J 从 L+S 到 L-S 共有(2S+1)个. 共有( L<S,J 从 S+L 到 S-L共有(2L+1)个 共有(
光谱法是基于物质与辐射能作用时, 光谱法是基于物质与辐射能作用时,测量由物质 是基于物质与辐射能作用时 内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射, 内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射, 吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法. 吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时,测量辐 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时, 是基于物质与辐射相互作用时 射的某些性质,如折射,散射,干涉,衍射, 射的某些性质,如折射,散射,干涉,衍射,偏 振等变化的分析方法. 振等变化的分析方法. 非光谱法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 , 电磁 辐射只改变了传播方向,速度或某些物理性质. 辐射只改变了传播方向,速度或某些物理性质.
2010-5-12
光谱项与光谱支项
三个量子数确定之后, 当n, L, S三个量子数确定之后,原子能级就基本确定了 三个量子数确定之后 原子能级就基本确定了. 通常用光谱项符号表示 光谱项符号表示: 通常用光谱项符号表示:n2S+1L n:主量子数; :主量子数; M=2S+1:谱线多重性 多重性为 ,2,3的光谱项分别称 多重性为1, , 的光谱项分别称 : 谱线多重性,多重性为 为单重态,双重态,三重态. 为单重态,双重态,三重态. L:总角量子数; :总角量子数; 光谱支项符号 n2S+1LJ J :内量子数 2J+1:能级的简并度 数值上等于统计权重 能级的简并度,数值上等于统计权重 能级的简并度 数值上等于统计权重g 32S1/2; 如: 钠原子的光谱项符号 表示钠原子的电子处于n=3,M =2(S = 1/2),L =0, 表示钠原子的电子处于 , , , J = 1/2 的能级状态(基态能级); 的能级状态(基态能级)
第二节
原子光谱和分子光谱
根据光谱产生的机理, 根据光谱产生的机理,光学光谱可分为原子光谱 和分子光谱. 原子产生的光谱称为原子光谱; 产生的光谱称为原子光谱 和分子光谱.由原子产生的光谱称为原子光谱;由分 产生的光谱称为分子光谱 分子光谱. 子产生的光谱称为分子光谱.