第2章_光谱分析导论g

2.原子吸收光谱分析法
利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中 离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进 行的定量分析方法。
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3.原子荧光分析法
气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低 能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能态时，发射出 与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成90度的方向 上，测定荧光强度进行定量分析的方法。
第二节 原子光谱与分子光谱
atom spectrum and molecular spectrum
第三节 光谱法仪器与光学器件
instruments for spectrometry and optical parts
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第三节 光谱法仪器与光学器件 instruments for spectro-metry and optical parts
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三、光分析分类
type of optical analysis
基于原子核外电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）、 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）； 基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（XFS）； 基于原子核与射线作用的穆斯堡尔谱；
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（2）分子光谱（带状光谱）：
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（2）分子光谱（带状光谱）：
屏 幕 E a b (a) 屏 a′ 幕 E′
光源 单缝K S
(b)
b′
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三、光分析分类
type of optical analysis
光谱法—基于物质与辐射能作用时，分子或原子发生能级跃 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 原子光谱、分子光谱；非光谱法 （1）原子光谱（线性光谱）：
9.红外吸收光谱分析法
利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收光谱进 行定量和有机化合物结构分析的方法。
10.核磁共振波谱分析法
在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而裂分 为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级跃迁，根 据吸收光谱可进行有机化合物结构分析 。 20
11.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。
12.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。 电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物质 的内部组织结构。
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三种光分析 法测量过程 示意图
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Next…
第一节 光分析基础
fundamental of optical analysis
第二节 分子光谱与原子光谱
atom spectrum and molecular spectrum
4.分子荧光分析法
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定量 分析的方法。
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5.分子磷光分析法
当受激分子降至S1的最低振动能级后，如果经系间窜跃 至T1态，并经T1态的最低振动能级回到S0态的各振动能级， 通过测量分子磷光强度进行定量分析的方法。
紫 外 可 见
红 外 可 见
核 磁 共 振
原 子 发 射
原 子 荧 光
分 子 荧 光
四、各种光分析法简介
a brief introduction of optical analysis
1.原子发射光谱分析法
以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的 外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法。
电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播 的能量； c =λν =ν/σ E = hν = h c /λ
c：光速；λ：波长；ν：频率；σ：波数 ； E ：能量； h：普朗克常数
电磁辐射具有波动性和微粒性
（视频）
；
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辐射能的特性：
(1) 吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级 跃迁到高能级； (2) 发射 将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 散射 (4) 折射 (5) 干涉 (6) 衍射 (7) 偏振
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二、原子光谱
1.线光谱的产生
原子光谱是由原子的外层电子（价电子）在两个 能级之间跃迁而产生的线状光谱，光谱中呈现出 具有一定波长的非连续性的明亮的线条。各种元 素都具有其特征的线光谱。 谱线波长是定性分析的基础； 谱线长度是定量分析的基础。
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激发能：
原子外层电子由低能级跃迁到高能级所需要的能量。 原子外层电子吸收激发能后产生的谱线称为原子线，用 罗马数字I表示。如Mg(I)285.21nm为镁的原子线。
电离能：
原子外层电子获得足够大的能量，脱离原子，使原 子电离所需要的最小能量。 离子的外层电子从高能级跃迁到低能级时所发射的 谱线称为离子线，用罗马数字II表示。如
Ca(II)396.85nm,Ca(III)376.16分别为钙的一级电离线和二 级电离线。
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Next…
第一节 光分析基础
fundamental of optical analysis
第二章
光分析法导论
An introduction to optical analysis
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第一节 光分析基础
fundamental of optical analysis
第二节 原子光谱与分子光谱
atom spectrum and molecular spectrum
第三节 光谱法仪器与光学器件
instruments for spectrometry and optical parts
第三节 光谱法仪器与光学器件
instruments for spectrometry and optical parts
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第二节
原子光谱与分子光谱
atom spectrum and molecular spectrum 一、分子光谱 molecular spectrum 二、原子光谱 atom spectrum
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱分析法 原子光谱分析法 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 分子光谱分析法
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法
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紫 外 光 谱 法
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基本过程：
（1）能源提供能量； （2）能量与被测物之间的相互作用； （3）产生信号。
基本特点：
（1）所有光分析法均包含三个基本过程； （2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）； （3）涉及大量光学元器件。
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二、电磁辐射的基本性质
basic properties of electromagnetic radiation
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一、光分析法及其特点
optical analysis and its characteristics
光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生 的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法； 电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围； 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍 射等； 光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面 具有其他方法不可取代的地位；
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狭缝
单色器的进口狭缝起着单色器光学系统虚光源的作 用。复合光经色散元件分开后，在出口曲面上形成 相当于每条光谱线的像，即光谱。 转动色散元件可使不同波长的光谱线依次通过。 分辨率大小不仅与色散元件的性能有关，也取决于 成像的大小，因此希望采用较窄的进口狭缝。
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在原子发射光谱分析中， 定性分析时，减小狭缝宽度，使相邻谱线的分 辨率提高； 定量分析时，增大狭缝宽度，可使光强增加。 狭缝两边的边缘应锐利且位于同一平面上；
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一、分子光谱
原子光谱图——线状
分子光谱图——带状
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1.分子中的能量
E=Ee+ Ev + Er + En + Et + Ei
电子运动能： Ee 原子间相对振动能： Ev 分子转动能： Er 分子中原子的核能： En 分子的平移能：Et 基团间的内旋能： Ei
在一般化学反应中， En不变； Et 、 Ei较小； E=Ee+ Ev + Er 分子产生跃迁所吸收能量的辐射频率： ν=ΔEe / h + ΔEv / h + ΔEr / h
基于分子中电子能级、振-转能级跃迁； 紫外光谱法（UV）； 红外光谱法（IR）； 分子荧光光谱法（MFS）； 分子磷光光谱法（MPS）； 核磁共振与顺磁共振波谱（NMR）； （3）非光谱法： 不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向 等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；
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光分析法 光分析法 非光谱分析法 非光谱分析法 光谱分析法 光谱分析法
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棱镜
棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光，折 射率小；波长短的光，折射率大。 平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光；经聚焦后 在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱； 棱镜的分辨能力取决于 棱镜的几何尺寸和材料；
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光栅
透射光栅，反射光栅； 光栅光谱的产生是多狭缝干涉与 单狭缝衍射共同作用的结果，前 者决定光谱出现的位置，后者决 定谱线强度分布；
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第一节
光分析基础
Fundamental of optical analysis 一、光分析法及其特点 optical analysis and its feature 二、电磁辐射的基本性质 properties of electromagnetic radiation 三、光分析法的分类 classification of optical analysis 四、各种光分析法简介 a brief introduction of optical analysis 五、光分析的进展 development of optical analysis
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二、光分析法仪器的基本单元
1. 光源
main parts of spectrometry
依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电 火花、电弧等；依据光源性质不同，分为： 连续光源：在较大范 围提供连续波长的光源， 氢灯、氘灯、钨丝灯等； 线光源：提供特定波 长的光源，金属蒸气灯( 汞灯、钠蒸气灯)、空心 阴极灯、激光等；
6.X射线荧光分析法
原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征 X射线（ X射线荧光），测定其强度可进行定量分析。
7.化学发光分析法
利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态 时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性 关系进行定量分析的方法。
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8.紫外吸收光谱分析法
利用溶液中分子吸收紫外和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
核 磁 共 振 波 谱 法
原 子 发 射
原 子 吸 收
原 子 荧 光
Leabharlann Baidu
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
分子光谱法
光谱分析法
吸收光谱法 发射光谱法 X 分 化 射 子 学 线 磷 发 荧 光 光 光
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原 子 吸 收
光通过不均匀介质时，一部分光沿着其他方向传播，丁达尔散射和分子散射
折射是光在两种介质中的传播速度不同； 满足一定条件的两列相干光波相遇叠加，在叠加区 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。
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域某些点的光振动始终加强，某些点的光振动始终减弱。
光的衍射
光源 单缝K S 光波在传播过程中遇到障 碍物，能够绕过障碍物的 边缘前进这种偏离直线传 播的现象称为衍射现象。
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2.单色器
单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波 长可在很宽范围内任意改变； 主要部件： （1）进口狭缝； （2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线； （3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的 角度进行传播；
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（4）聚焦透镜或凹面反射镜。使每个单色光束在单色器 的出口曲面上成像。
一、光谱法仪器的基本流程 general process of spectrometry 二、光谱仪器的基本单元 main parts of spectrometry
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一、光分析法仪器的基本流程
general process of spectrometry
光谱仪器通常包括五个 基本单元： 1. 光源； 2. 单色器； 3. 试样装置； 4. 检测器； 5. 显示与数据处理；