第一章 光学分析法导论(第一论)
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光学分析法导论全
总结词
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
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
仪器分析光学分析法导论
电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二象性）： （1） 光的波动性： 光的传播如光的折射、衍射、偏振和干扰等现象可以用光的波动性来解释。 描述波动性的重要参数是波长、频率和光速C，它们的关系是 ：
＝C ∕
波动性
波长
频率
c光速＝2.9979×108m·s-1 ＝2.9979×1010cm·s-1
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。
3.原子荧光分析法
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。
6.X射线荧光分析法
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。
三、光分析法分类 type of optical analysis
光分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是以光的吸收，发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多，是主要的光分析方法。 １．光谱法 光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质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。 １）吸收光谱法：它是利用物质吸收光后所产生的吸收光谱来进行分析的方法。 ２）发光光谱法：物质中的粒子用一定的能量（如光、电、热等）激发到高能级后，当跃迁回低能级时，便产生出特征的发射光谱，利用此发射光谱进行的分析的方法 ３）散射光谱法：利用物质对光的散射来进行分析的方法。
三、物质和光的作用
2、物质吸收和发光的过程示意图
不发光，发热
发光，波长最短，不发热
发光，波长最长，发热
发光，波长变长，发热
光学分析法基础
05:48:00
• 光的粒子性 • 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 • 证明：1916，Millikan（真空光电管）
05:48:00
5. 分子磷光分析法
处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入 第一三重激发态，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。
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
分子光谱法
发射光谱法
原原分分 X 化
子子子子 射 学
发
荧
荧
磷
线 荧
发
射光光光 光 光
1.1.4 各种光学分析方法简介
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。 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。
电磁辐射（电磁波）：以巨大速度（接近光速 真空中为光速）通过空间传播不需要以任何物质作 为 传播媒介的一种能量。
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；
第一章光分析导论
第一章 光分析导论1.1 电磁辐射和电磁波谱 1.1.1. 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 ν = h c / λ = h c σEL为能量，单位为J或ev，1ev = 1.602 × 10-19 J h为普朗克常数6.626 × 10-34J.s； ν为频率，单位为Hz,即s-1；c为光速3 × 1010 cm.s-1 ; λ为波长，单位nm或Å(10-10 m); σ为波数，单位cm-1。
[例] 某电子在两能级间跃迁的能量差为4.969 × 10-19 J，求其波长为多少纳米？其波数为多少？[解] 由 ΔE = h ν = h c / λ 得λ = h c / ΔE10-19= 6.626 × 10-34× 3 × 1010 / 4.969 ×= 4 × 10-5 cm= 400 nmσ = 1 / λ = 1 / 4 × 10-5 cm = 25000 cm-11.1.2. 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的能级变化（ΔE） 相对应，它们之间的关系为：ΔE = E1-E2 = EL = h ν = h c / λ表1-1 电磁波谱能量高低 高能辐射 中间部分长波部分典型的光谱学 γ射线 X射线 真空紫外 紫外可见 红外 微波电子自旋共振 核磁共振波长范围 0.005-1.4 Å 0.1-100 Å 10-180 nm 180-780 nm 0.78-300 um 0.75-3.75 mm3 cm 0.6-10 m跃迁类型 核能级 内层电子 价电子 价电子 分子的转动和振动 分子的转动 磁场中电子的自旋 磁场中核的自旋1.2 原子光谱和分子光谱1.2.1 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。
光学分析法概论
极谱分析法 电化学分析法
非光谱分析法
仪器分析
分离分析法
方法
其他仪器 分析法
GC HPLC
薄层色谱分析法 纸色谱法
河南大学药学院2011-2012学年
质谱分析法 热分析法 放射化学分析法
河南大学药学院
第一章 光学分析法概论
• 光学分析法：是基于物质发射的电磁辐射或物
质与辐射相互作用后产生的辐射信号或发生的信 号变化来测定物质的性质、含量和结构的一类分 析方法。
3．光谱法与非光谱法的区别： ➢ 光谱法：内部能级发生变化
河南h大：学P药la学nk院常20数11（-2061.26学26年210-34 J.s 焦耳. 秒）
河南大学药学院
例：波长为200nm的光，一个光子的能量是
E h hc
E
6.6262
1034
3.0 1010 200 107
9.91019(J )
6.2eV
1eV 1.61019(J ) 河南大学药学院2011-2012学年
河南大学药学院 单色光、复合光、光的互补
单色光 复合光
光的互补
单一波长的光
由不同波长的光组合而成的光
若两种不同颜色的单色光按一定的强度比 例混合得到白光，那么就称这两种单色光 为互补色光，这种现象称为光的互补。
蓝绿
绿 黄绿 黄
绿蓝
橙
蓝 河南大学药学院2011-2012学年 紫 紫红
红
河南大学药学院
河南大学药学院
3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
高能辐射区 γ射线 能量最高，来源于核能级跃迁
波长
χ射线 来自内层电子能级的跃迁
一章光学分析法引论
（5）水源调查6种元素定量分析。（ICP）
5.11 分析硅青铜中的铅，以基体铜为内标元素，实验测得数 据列于下表中，求硅青铜中铅的质量分数ω （Pb）（表略）
思路：此题用的是使用标准曲线法，根据 Δ S=blgc+ lgA 分析线对的黑度值都落在乳剂特性曲线直线部分，Δ S与lgc成正 比。做Δ S对lgc的曲线，可求出lgcx，进而求cx。
3.5 试预测红外吸收光谱中引起每一个吸收带的是什么键？
答：（1）－CH3和－CH2－中饱和C－H的伸缩
振动 约3000～2800cm-1
（2）饱和C －H的对称弯曲振动 约1375cm-1
（3）
中的C－H的伸缩振动 约2870，2720cm-1（双峰）
（4）
中C＝O双键伸缩振动 约1725cm-1
6.7 请简述空心阴极灯的工作原理及特点。
答：工作原理见课本P131~132 它的特点是：工作电流小，阴极温度低，辐射强度大，稳 定性高，背景小，Doppler变宽效应不明显， Lorentz变 宽（压力变宽）也可忽略，自吸现象小，能发射出半宽度 很窄的特征谱线。
。
6.9 石墨炉原子化法的工作原理是什么？有什么特点？为什么它比火 焰原子化法有更高的绝对灵敏度？
0 .500
将溶液稀释一倍后：
A 1 A 0 .215
2
即是 lg 1 0 .215 T
T 0 .610
2.15 CH3Cl分子中有几种类型的价电子？在紫外光辐照 下可发生何种类型的电子跃迁？
答：CH3Cl分子中有n电子和σ 价电子。在紫外光辐照下 可发生σ →σ *和n→σ *跃迁。
解：根据光栅公式： d (sin sin ) n 1 10 3 10 9 (sin 48 .2 sin 20 ) 1
5.11 分析硅青铜中的铅，以基体铜为内标元素，实验测得数 据列于下表中，求硅青铜中铅的质量分数ω （Pb）（表略）
思路：此题用的是使用标准曲线法，根据 Δ S=blgc+ lgA 分析线对的黑度值都落在乳剂特性曲线直线部分，Δ S与lgc成正 比。做Δ S对lgc的曲线，可求出lgcx，进而求cx。
3.5 试预测红外吸收光谱中引起每一个吸收带的是什么键？
答：（1）－CH3和－CH2－中饱和C－H的伸缩
振动 约3000～2800cm-1
（2）饱和C －H的对称弯曲振动 约1375cm-1
（3）
中的C－H的伸缩振动 约2870，2720cm-1（双峰）
（4）
中C＝O双键伸缩振动 约1725cm-1
6.7 请简述空心阴极灯的工作原理及特点。
答：工作原理见课本P131~132 它的特点是：工作电流小，阴极温度低，辐射强度大，稳 定性高，背景小，Doppler变宽效应不明显， Lorentz变 宽（压力变宽）也可忽略，自吸现象小，能发射出半宽度 很窄的特征谱线。
。
6.9 石墨炉原子化法的工作原理是什么？有什么特点？为什么它比火 焰原子化法有更高的绝对灵敏度？
0 .500
将溶液稀释一倍后：
A 1 A 0 .215
2
即是 lg 1 0 .215 T
T 0 .610
2.15 CH3Cl分子中有几种类型的价电子？在紫外光辐照 下可发生何种类型的电子跃迁？
答：CH3Cl分子中有n电子和σ 价电子。在紫外光辐照下 可发生σ →σ *和n→σ *跃迁。
解：根据光栅公式： d (sin sin ) n 1 10 3 10 9 (sin 48 .2 sin 20 ) 1
15 仪器分析复习
第15章 色谱法引论
色谱法分类：气相（气固、气液）、液相（液固、液液）
色谱分析理论基础 色谱流出曲线及其各参数的定义：死时间，（调整）保留值， 相对保留值，区域宽度。 塔板理论：理论（有效）塔板数与色谱参数（塔板高度，长度） 之间的关系： 速率理论 速率方程（也称范.弟姆特方程式）: H = A + B/u + C· u A，B/u，C· u分别代表什么？ 涡流扩散项，分子扩散项，传质阻力项 分离度及色谱分离方程：分离度与相对保留值和塔板数的关系 式
三、红外光谱仪 光源：能斯特灯、硅碳棒 样品室（吸收池）：玻璃、石英等对红外光均有吸收。 采用NaCl、KBr等材料
单色器：光栅
检测器：热电偶、测热辐射计、热释电检测器和碲镉汞
检测器 四、红外的定性分析 不饱和度的计算
n3 n1 1 n4 2
红外谱图的解析
第四章、分子荧光及磷光分析
思考题
1. 气相色谱的基本设备包括那几部分,各有什么作用? 2．试以塔极高度H做指标讨论气相色谱操作条件的选择。 3. 试述速率方程式中A、B、C三项的物理意义。 4. 为什么可用分辨率R作为色谱柱的总分离效能指标。 5. 能否根据理论塔板数来判断分离的可能性？为什么？ 6. 对载体和固定液的要求分别是什么? 7. 试比较红色担体和白色担体的性能,它们各使用在哪些方面? 8. 固定液可分为哪几类？为什么这样划分？如何选择固定液。 9. 色谱定性的依据是什么，主要有哪些定性方法。 10．色谱定量分析中为什么要用校正因子？在什么情况下可以 不用?
解:Ag的析出电位为 = øAg+/Ag+0.059 lg[Ag+] =0.80+ 0.059 lg 0.010 =0.68(V) Cu的析出电位为 = øCu+/Cu +0.059 lg[Cu2+] =0.35+ 0.059 lg 2.00 =0.359(V) 当Ag完全析出时 øAg+/Ag=0.80 +0.059 lg1.010-6=0.446V 能使Ag+与Cu2+完全分离，电位应控制在 0.4460.359V(s.SHE) 对饱和甘汞电极电位则为(0.446-0.244) (0.3590.244)V即0.202 0.115V。
光学分析法概要
2023/11/10
5
4 光谱分析法分类 （1）根据作用质点的不同分为原子光谱法和分子光谱法
(a) 原子光谱法：由原子外层或内层电子能级变化产 生的光谱来进行分析的一类方法。原子光谱的表现 形式为线光谱。 (b) 分子光谱法：由分子中电子能级、振动和转动能 级的变化产生的光谱来进行分析的一类方法。表现 形式为带光谱。
时所辐射的谱线称为第一共振线，一般也是元素的最灵敏线。
灵敏线： 指各种元素谱线中强度比较大的谱线。通常是激发电位较低的谱线。一
般来说灵敏线多是一些共振线。
最后线：随元素含量降低谱线强度减弱，甚至消失 ，最后消失的谱线称为最后线。
例 溶液中Cd2+含量
谱线条数
10%
14
0.1%
10
0.01%
7
0.001%
2023/11/10
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（1）结构 ICP由三部分组成： a.高频发生器和高频感应线圈； b.炬管和供气系统； c.雾化器及试样引入系统。
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（2）原理：感应线圈与高频发生器接通， 产生高频电流，电流流过负载线圈，并 在炬管的轴线方向产生一个高频磁场。 用电火花引燃，管内气体电离，电离出 来的正离子和电子受高频磁场的作用而 被加速，与其它分子碰撞，产生碰撞电 离，电子和离子的数目急剧增加。此时， 在气体中形成能量很大的环形涡流（垂 直于管轴方向），这个几百安培的环形 涡流瞬间就将气体加热到近万度的高温。 然后试样气溶胶由喷嘴喷入等离子体中 进行蒸发、原子化和激发。
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二、光谱仪 (摄谱仪)
作用 将光源发射的电磁辐射经色散后，得到按波长顺序排列的光谱， 并对不同波长的辐射进行检测与记录。
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
光学分析方法
即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生 能量跃迁时的能量差 E 可用 h 表示。
两个重要推论： 物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定
的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或 发射完全等于两个能级之间的能量差；
反之亦是成立的，即 E =E1-E0=h
2021/2/4
1
9
三、电磁波谱
分子光谱法是由 分子中电子能级、振动和转动能级 的变 化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外
-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR），分子荧 光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。
2021/2/4
1
12
非光谱法是基于物质与辐射相互作用时， 测量辐射的某些性质，如折射、散射、 干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。
轰击 能量
原子,离子, 激发 原子*, 离
分子
子*,分子*
基态
激发态
X 原子,离子, 发射 分子
基态
AFS, MFS, XFS
电磁辐射或者 光（一次光） 原子,离子, 激发 原子*, 离
化学反应
能量 分子
子*,分子*
基态
激发态
产生的辐射通称为发射光谱，以辐
射能对辐射频率或波长作图可得到发射 光谱图：
些辐射被选择性地吸收。
原子吸收：原子吸收光谱分析(AAS); 分子吸收：紫外可见光度分析(UV-Vis)； 分子吸收：红外光谱分析(IR)及拉曼光谱(Raman) ； 核吸收：核磁共振光谱(NMR)。
2021/2/4
1
19
Raman散射
频率为0的单色光照射到透明物质上，
物质分子会发生散射现象。如果这种散射是 光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光 子的运动方向发生变化，它的能量也发生变 化，则称为Raman散射。散射光的频率（νm ）与入射光的频率不同，称为Raman位移。 Raman位移的大小与分子的振动和转动的能 级有关，利用Raman位移研究物质结构的方 法称为Raman光谱法。
两个重要推论： 物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定
的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或 发射完全等于两个能级之间的能量差；
反之亦是成立的，即 E =E1-E0=h
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三、电磁波谱
分子光谱法是由 分子中电子能级、振动和转动能级 的变 化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外
-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR），分子荧 光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。
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非光谱法是基于物质与辐射相互作用时， 测量辐射的某些性质，如折射、散射、 干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。
轰击 能量
原子,离子, 激发 原子*, 离
分子
子*,分子*
基态
激发态
X 原子,离子, 发射 分子
基态
AFS, MFS, XFS
电磁辐射或者 光（一次光） 原子,离子, 激发 原子*, 离
化学反应
能量 分子
子*,分子*
基态
激发态
产生的辐射通称为发射光谱，以辐
射能对辐射频率或波长作图可得到发射 光谱图：
些辐射被选择性地吸收。
原子吸收：原子吸收光谱分析(AAS); 分子吸收：紫外可见光度分析(UV-Vis)； 分子吸收：红外光谱分析(IR)及拉曼光谱(Raman) ； 核吸收：核磁共振光谱(NMR)。
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Raman散射
频率为0的单色光照射到透明物质上，
物质分子会发生散射现象。如果这种散射是 光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光 子的运动方向发生变化，它的能量也发生变 化，则称为Raman散射。散射光的频率（νm ）与入射光的频率不同，称为Raman位移。 Raman位移的大小与分子的振动和转动的能 级有关，利用Raman位移研究物质结构的方 法称为Raman光谱法。
光学分析法导论
课程介绍一．教学内容1．电磁辐射及电磁波谱的概念、特性及相关物理量2．物质与电磁辐射相互作用及相关的光谱学3．光学分析法的分类及特点4．光学分析法的基本仪器二．重点与难点1．电磁辐射与电磁波谱的特殊2．各物理量的相互换算3．物质与电磁辐射相互作用的机制4．各种能级跃迁的概念及相应的光谱三．教学目标1．牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质2．熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算3．清楚理解物质与电磁辐射相互作用所产生的各种光谱4．清晰光学分析法分类的线索5．了解光谱法的基本仪器部件四．建议学时安排2 学时概述光学分析法是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。
它是仪器分析的重要分支。
这里需注意到几个问题：●电磁辐射包括从波长极短的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。
●电磁辐射与物质的相互作用方式很多，有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等等，各种相互作用的方式均可建立起对应的分析方法。
因此，光学分析法的类型极多。
●基于上述两点，光学分析法的应用之广为其它类型的分析方法所不能相比。
它在定性分析、定量分析、尤其是化学结构分析等方面起着极其重要的作用。
随着科学技术的发展，光学分析法也日新月异，许多新技术、新方法不断涌现。
电磁辐射的性质电磁辐射是一种以极大的速度（在真空中为2.99792×1010cm·s-1）通过空间，而不需要以任何物质作为传播媒介的能量形式（注意！是一个能量形式）。
它包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光以及X-射线和γ-射线等。
电磁辐射具有波动性和微粒性--称为电磁辐射的二象性。
1. 电磁辐射的波动性电磁辐射是一种电磁波，它可以用电场矢量和磁场矢量来描述，如图9-1所示，它是简单的单个频率的平面偏振电磁波。
平面偏振就是它的电场矢量E在一个平面内振动，磁场矢量H在另一个与电场矢量E在一个平面内振动，电场和磁场矢量H都是正弦波形，并且都垂直于波的传播方向。
《现代仪器分析》教学案
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《现代仪器分析》教案
第二讲
周 次 第二讲 第二章 紫外-可见分光光度法 一、紫外-可见吸收光谱 二、朗伯-比尔定律 三、紫外-可见分光光度计 理论课(√)；实验课()； 实习() 授课方式 板书（） ；多媒体（） ；板书+多媒体 （√） 教学时数 2
章节名称
课程类型
教学采用板书，以讲解课程内容为主，适当采用提问及引导讨论等方法， 帮助学生理解，并加深对各知识点的印象。
教材：仪器分析(面向 21 世纪教材),朱明华主编,高等教育出版社.2000,第 3 版 辅助资料：
教材及教 学辅助资 料
（1）仪器分析教程，北京大学化学系仪器分析教学组，北京大学出版社 （2）仪器分析, 武汉大学化学系编，高等教育出版社，2001. （3）仪器分析，赵藻藩等编，高等教育出版社，2000 （4）仪器分析，方惠群，于俊生，史坚，科学出版社，2002．
教学采用板书，以讲解课程内容为主，适当采用提问及引导讨论等方法， 帮助学生理解，并加深对各知识点的印象。
教材：仪器分析(面向 21 世纪教材),朱明华主编,高等教育出版社.2000,第 3 版 辅助资料：
教材及教 学辅助资 料
（1）仪器分析教程，北京大学化学系仪器分析教学组，北京大学出版社 （2）仪器分析, 武汉大学化学系编，高等教育出版社，2001. （3）仪器分析，赵藻藩等编，高等教育出版社，2000 （4）仪器分析，方惠群，于俊生，史坚，科学出版社，2002．
教学重点 与难点
提问 （讨论） 作业
教学手段 与 方法
教学采用板书，以讲解课程内容为主，适当采用提问及引导讨论等方法， 帮助学生理解，并加深对各知识点的印象。
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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
分子光谱法
发射光谱法
原 子 吸 收
紫 外 可 见
红 外 可 见
核 磁 共 振
原 子 发 射
原 子 荧 光
分 子 荧 光
分 子 磷 光
电磁辐射：是一种以巨大速度通过空间传播的 光子流，具有波粒二象性。 波动性（光的折射、衍射、反射、干涉、偏振 等）： 特征是每个光子或光量子具有一定的波长 ，可用速度、频率或波数等参数加以描述。
c
（ 1 ）波长（λ）：是指在波的传播方向上具 有相同振动位相的两点间的距离。也即是一次全 振动的距离。
分子光谱（带状光谱）：
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（N）； 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；
光分析法
第一章 光学分析导论
第一节：电磁辐射
什么是电磁辐射？
电磁辐射又称电磁波，是一种以极大的速 度（在真空中为 C＝2.99792×1010cm· s-1） 在空间（而不需要以任何物质作为媒介） 传播的交变电磁场。
注意：是一种能量形式！具有一定的频率、 强度和速度。光是一种电磁波。
一、电磁辐射的性质:波粒二象性
电磁辐射(电磁波)按其波长可分为不同区域-电磁波谱： 射线 5*10-30.14nm X射线 10-310nm 高能辐射区 远紫外 10200nm 近紫外 200400nm 可见光 400780nm 近红外 0.782.5m 中红外 2.550m 远红外 501000m 中能辐射区(光谱光学区) 微波 0.1100cm 射频区 11000m 低能辐射区(波谱区) 射线波长最小,能量最大;射频区波长最大,能量最小
吸收光谱分析法
原 子 吸 收 光 谱 法 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 X 红 外 吸 收 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
射 线 吸 收 光 谱 法
-
第三节 原子光谱和分子光谱
按产生光谱的基本粒子不同可分为原子光谱和 分子光谱。由于原子结构和分子结构不同，产 生的光谱特征亦不同。无论哪种光谱其与原子 或分子内能变化的关系服从
X 射 线 荧
光
化 学 发 光
（2）波数(σ)：为波长的倒数，单位为cm-1， 表示每厘米长度中波的数目。 若波长以μm为单位，则波长与波数的换算 关系为
1 10 (cm ) (cm) (um)
1
4
（3）频率（υ）：是指单位时间内电磁波 振动的次数，单位为赫兹（Hz）或s-1。
（4）速度（v或c）：每秒内辐射传播的距离， 单位cm/s。在不同的介质中光传播的速度不同
E E 2 E1 h
hc
由此可见每一条所发射（或吸收）的谱 线的波长取决于跃迁前后的能量差。
一、原子光谱
（1）原子发射光谱 当基态原子在外界能量（如热能、电能 等）的作用下，便跃迁到激发态后又返回 到基态并发射出特征谱线。这种由高能态 跃迁回基态而产生的光谱称为原子发射光 谱。
发射光谱分析法
原 子 发 射 光 谱 原 子 荧 光 光 谱 X 射 线 荧 光 光 谱 分 子 磷 光 分 析 法
分 子 荧 光
（二）物质对电磁辐射的吸收
当基态或低能态粒子受到电磁辐射的照射， 选择性地吸收其中某些频率的辐射能而跃 迁到激发态，这一现象称之为物质对电磁 辐射的吸收。 只有辐射大小等于两能级能量差（△E） 的能量才能被粒子吸收，太大或太小的能 量均不能被吸收，即任何粒子对电磁辐射 的吸收都是有选择性地。
（2）原子吸收光谱 当光辐射通过基态原子蒸气时，基态原 子吸收与其能级跃迁相等的能量，从基态 跃迁到激发态。由原子这种选择性吸收而 获得的特征光谱称为原子吸收光谱。 （3）原子荧光光谱 当激发态原子通过光辐射释放能量而跃 迁回到基态。这种光辐射叫原子荧光。
二、分子光谱
（1）分子吸收光谱 基态分子通过辐射能进行选择性地吸收 后跃迁到较高能态所产生的光谱叫分子光 谱。 根据分子跃迁类型的不同，可将分析吸 收光谱分为电子光谱、振动光谱和转动光 谱。
例2 波长λ=4μm的红外光，其波数为多少？
4 1 10 (cm1 ) 2500 (cm) 4(um)
由于在电磁波传播过程中，只有波参数频率始 终保持不会改变，即频率与介质无关，因此，用频 率能够表征电磁辐射的特性。
粒子性（光电效应）：其特征是每个光子或 光量子具有一定的动能，具有量子化的能量。 能量与波长和频率的关系为：
三、电磁辐射与物质的相互作用
激发态 h = E 辐射 E
吸收
发射
基态
（一）物质对电磁辐射的发射
粒子（原子、分子或离子）吸收外界能量 后，便从基态或低能态跃迁到高能态。若 以辐射的方式回落到基态或低能态，便得 到发射光谱。 由于跃迁能级的不同，得到的发射光谱各 部相同。因此，可以利用特征光谱进行定 性分析，利用强度进行定量分析。
非光谱分析法 光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱分析法 分子光谱分析法
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 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
v
只有在真空中所有的电磁波的传播速度才相同
c
c=2.99792×1010 cm/s≈3×1010 cm/s。 例1 钠原子发射波长为589nm的黄光，其频率是多 少？
解：1nm=10-7cm
589nm=5.89×10-5cm
3.001010 cm s 1 14 1 5 . 09 10 s 5 5.8910 cm c
E h
hc
h＝6.626×10-34J.s =4.136×10-15ev.s （1ev=1.602×10-19J）。
二、电磁波谱
电磁辐射按波长顺序排列得到了电磁波谱。它是 物质内部运动变化的射区
将电磁波谱分成若干区域，不同的波长区域对应 着物质不同类型的能级跃迁
（2）分子发光光谱 分子发光光谱包括分子荧光光谱、磷光 光谱和化学发光光谱。 化学发光是在化学反应中产生的光辐射。 它由参与化学反应的反应物或产物吸收该 反应释放的化学能而被激发并发射光子， 或者将化学能转移至受体分子，使受体分 子发射光子。
三、光分析分类
光谱法——基于物质与辐射能作用时，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、 原子光谱（线性光谱）：最常见的四种 基于原子外层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）
（一）波动性 电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，称之为电磁波。 图2-1表示一束沿x轴方向传播的电磁波。电场矢量(E) 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。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。 图2-1 电磁波的传播