现代仪器分析-紫外可见近红外吸收光谱ppt课件
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电磁波区域
NMR 微波分光
电磁波可分为高频、
中频及低频区。高频对 应放射线（g射线，C 射线），涉及原子核， 内层电子；而中等频率 指紫外-可见光，近红 外、中红外和远红外光 ，涉及外层电子能级的 跃迁，振动及转动。低 频指电波（微波，无线 电波），涉及转动，电 子自旋，核自旋等。
XPS
X射线荧光分析
- 10 -
能级跃迁：
电子能级间跃迁的同时， 总伴随有振动和转动能级间 的跃迁。即电子光谱中总包 含有振动能级和转动能级间 跃迁产生的若干谱线而呈现 宽谱带（带状光谱）。
- 11 -
带状分子吸收光谱产生的原因：---宏观表现
电子跃迁可以从基态激发到激发态的任一振动、转动能 级上。故电子能级跃迁产生的吸收光谱包含了大量谱线 ，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带。
-9-
分子的各能级：
转动能级间的能量差：0.005~0.05 eV，跃迁产生吸收 光谱位于远红外区（远红外光谱或分子转动光谱）；
振动能级的能量差：0.05~1 eV，跃迁产生的吸收光谱 位于红外区（红外光谱或分子振动光谱）；
电子能级的能量差较大，约为1~20 eV。电子跃迁产生 的吸收光谱在紫外-可见光区(紫外-可见光谱或分子的 电子光谱)。
3.1 电子跃迁与分子吸收光谱
物质分子内部三种运动形式：电子相对于原子核的运动 ；原子核在其平衡位置附近的相对振动；分子本身绕其 重心的转动。
分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能 级。
三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。 分子的内能：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er。
.— .— . . .
紫外-可见-近红外吸收光谱法
1
2
3
4
5
光 吸 收 的 基 础 知 识
有 机 化 合 物 的 吸 收 光 谱
半 导 体 与 纳 米 材 料 的 吸 收
紫
紫
外
外
可
可
见
见
分
吸
光
收
光
光
度
谱
计的Leabharlann 应光用谱
1
1. 光吸收的基础知识 1.1 电磁辐射的特性
光的本质是电磁辐射，光的基本特性是波粒二象性(wave and corpuscle duality)。 光的波 动性是指光可以用互相垂直的、以正弦波振荡的电场和磁场表示（图4.1）。电磁波具有速 度、方向、波长、振幅和偏振面等。光可有自然光、偏振光（线偏振或园偏振）、连续波 、调制波、脉冲波等。表示光的波动性有如下参数：
绝大多数的分子光谱分析，都是用液体样品，加之仪器 的分辨率有限，因而使记录所得电子光谱的谱带变宽。
- 12 -
3.2 光的吸收： 当一束光照射到某物质或其溶液时，组成该物质的分子、
原子或离子与光子发生“碰撞”。光子的能量被分子、原子 所吸收，由最低能态（基态）跃迁到较高能态（激发态）。
××√ ×
- 13 -
4. 紫外-可见吸收光谱的产生
E = Ee +Ev + Er hv = ΔE = E2 - E1 = ΔEe + ΔEv + ΔEr
n E h
l
c
n
hc E
- 14 -
分子、原子或离子具有不连续的量子化能级---微观 仅当光子能量与被照物质基态和激发态能量之差相等
时才能发生吸收
一定温度下，一定波长的单色光通过均匀的、 非散射的溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度 和液层厚度的乘积成正比。
入射光 I0
透射光 It
A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；
k：常数，与吸光物质的本性，入射光波长及温 度等因素有关
c：吸光物质浓度 l：透光液层厚度
朗伯(Lambert)
朗伯 Lambert（1728- 1777） Lambert被大家所熟悉的是他在π
I0= Ia+ It+ Ir 由于反射光强度很弱，其影响很小，上式可简化为：
I0= Ia+ It
吸光度: 为透光度倒数的对数，用A表示， 即 A=lg1/T=lgI0/It
透光度：透光度为透过光的强度It与入射光强度I0之比，用T表示： 即 T= It/I0
-6-
2.2 光吸收定律
朗伯-比耳定律
朗伯——比尔定律：A＝kcl
（1）入射光为非单色光 （2）溶液的不均性。
实际样品的混浊，加入的保护胶体，蒸馏水中的微生物，存在 散射以及共振发射等，均可吸光质点的吸光特性变化大。
（3）光程的不一致性。 光源不是点光源，比色皿光径长度不一致，光学元件的缺陷引起
的多次反射等，均造成光径不一致，从而与定律偏离。
-8-
3. 吸收过程的微观表现与原理
光的粒子性是指光可以看成 是由一系列量子化的能量子 （即光子）组成。光子能量 为 E＝hn= hc/nl= hc /n。h 为Plank常数， h=6.626×10-34Js。
光的波动性。光的传播以互相垂直的、以正弦 波振荡的电场和磁场在空间的传播表示。
-2-
1.1 电磁辐射与物质的相互作用
物质具有能量，是诱电体。物质与光的作用可看成是光子对能量的授受，即 hn=E1-E0, 该原理广泛应用于光谱解析。电磁辐射与物质的作用本质是物质吸收光能后发生跃迁。跃 迁是指物质吸收光能后自身能量的改变。因这种改变是量子化的，故称为跃迁。不同波长 的光,能量不同，跃迁形式也不同，因此有不同的光谱分析法。如下所示：
上的研究。第一位提供严谨证法来说 明π是无理数。他在物理学上对光和 热的研究有许多创新。Lambert在数学、 物理、天文均有重要的贡献。
当l以cm，c以g/L为单位，κ称为吸光系数，用 a表示。
A= a cl
-7-
偏离朗伯-比耳定律的因素 成立条件是:待测物为均一的稀溶液、气体等，无溶质、溶剂及悬浊物引起 的散射；入射光为单色平行光。
E E2 E1 hn
不同的物质由于其结构不同而具有不同的量子化能级 ，其能量差也不相同，物质对光的吸收具有选择性
物质对光的选择性吸收
吸收曲线
- 15 -
3. 3 吸收光谱解析
透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。有色溶液对各种波长的光的吸收情况， 常用光吸收曲线来描述。
XRD
放射分析
FTIR 电化学法
原子发射/吸收 可见吸收
紫外光电子谱 紫外吸收/发射
-3-
-4-
2.1 光吸收宏观表示 光谱示意
完全吸收
复合光 表观现象示意
完全透过 吸收黄色光
-5-
2.1 光吸收宏观表示
一、吸光度和透光度
设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia,透射光强度为 It，反射光强 度为Ir，则
NMR 微波分光
电磁波可分为高频、
中频及低频区。高频对 应放射线（g射线，C 射线），涉及原子核， 内层电子；而中等频率 指紫外-可见光，近红 外、中红外和远红外光 ，涉及外层电子能级的 跃迁，振动及转动。低 频指电波（微波，无线 电波），涉及转动，电 子自旋，核自旋等。
XPS
X射线荧光分析
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能级跃迁：
电子能级间跃迁的同时， 总伴随有振动和转动能级间 的跃迁。即电子光谱中总包 含有振动能级和转动能级间 跃迁产生的若干谱线而呈现 宽谱带（带状光谱）。
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带状分子吸收光谱产生的原因：---宏观表现
电子跃迁可以从基态激发到激发态的任一振动、转动能 级上。故电子能级跃迁产生的吸收光谱包含了大量谱线 ，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带。
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分子的各能级：
转动能级间的能量差：0.005~0.05 eV，跃迁产生吸收 光谱位于远红外区（远红外光谱或分子转动光谱）；
振动能级的能量差：0.05~1 eV，跃迁产生的吸收光谱 位于红外区（红外光谱或分子振动光谱）；
电子能级的能量差较大，约为1~20 eV。电子跃迁产生 的吸收光谱在紫外-可见光区(紫外-可见光谱或分子的 电子光谱)。
3.1 电子跃迁与分子吸收光谱
物质分子内部三种运动形式：电子相对于原子核的运动 ；原子核在其平衡位置附近的相对振动；分子本身绕其 重心的转动。
分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能 级。
三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。 分子的内能：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er。
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紫外-可见-近红外吸收光谱法
1
2
3
4
5
光 吸 收 的 基 础 知 识
有 机 化 合 物 的 吸 收 光 谱
半 导 体 与 纳 米 材 料 的 吸 收
紫
紫
外
外
可
可
见
见
分
吸
光
收
光
光
度
谱
计的Leabharlann 应光用谱
1
1. 光吸收的基础知识 1.1 电磁辐射的特性
光的本质是电磁辐射，光的基本特性是波粒二象性(wave and corpuscle duality)。 光的波 动性是指光可以用互相垂直的、以正弦波振荡的电场和磁场表示（图4.1）。电磁波具有速 度、方向、波长、振幅和偏振面等。光可有自然光、偏振光（线偏振或园偏振）、连续波 、调制波、脉冲波等。表示光的波动性有如下参数：
绝大多数的分子光谱分析，都是用液体样品，加之仪器 的分辨率有限，因而使记录所得电子光谱的谱带变宽。
- 12 -
3.2 光的吸收： 当一束光照射到某物质或其溶液时，组成该物质的分子、
原子或离子与光子发生“碰撞”。光子的能量被分子、原子 所吸收，由最低能态（基态）跃迁到较高能态（激发态）。
××√ ×
- 13 -
4. 紫外-可见吸收光谱的产生
E = Ee +Ev + Er hv = ΔE = E2 - E1 = ΔEe + ΔEv + ΔEr
n E h
l
c
n
hc E
- 14 -
分子、原子或离子具有不连续的量子化能级---微观 仅当光子能量与被照物质基态和激发态能量之差相等
时才能发生吸收
一定温度下，一定波长的单色光通过均匀的、 非散射的溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度 和液层厚度的乘积成正比。
入射光 I0
透射光 It
A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；
k：常数，与吸光物质的本性，入射光波长及温 度等因素有关
c：吸光物质浓度 l：透光液层厚度
朗伯(Lambert)
朗伯 Lambert（1728- 1777） Lambert被大家所熟悉的是他在π
I0= Ia+ It+ Ir 由于反射光强度很弱，其影响很小，上式可简化为：
I0= Ia+ It
吸光度: 为透光度倒数的对数，用A表示， 即 A=lg1/T=lgI0/It
透光度：透光度为透过光的强度It与入射光强度I0之比，用T表示： 即 T= It/I0
-6-
2.2 光吸收定律
朗伯-比耳定律
朗伯——比尔定律：A＝kcl
（1）入射光为非单色光 （2）溶液的不均性。
实际样品的混浊，加入的保护胶体，蒸馏水中的微生物，存在 散射以及共振发射等，均可吸光质点的吸光特性变化大。
（3）光程的不一致性。 光源不是点光源，比色皿光径长度不一致，光学元件的缺陷引起
的多次反射等，均造成光径不一致，从而与定律偏离。
-8-
3. 吸收过程的微观表现与原理
光的粒子性是指光可以看成 是由一系列量子化的能量子 （即光子）组成。光子能量 为 E＝hn= hc/nl= hc /n。h 为Plank常数， h=6.626×10-34Js。
光的波动性。光的传播以互相垂直的、以正弦 波振荡的电场和磁场在空间的传播表示。
-2-
1.1 电磁辐射与物质的相互作用
物质具有能量，是诱电体。物质与光的作用可看成是光子对能量的授受，即 hn=E1-E0, 该原理广泛应用于光谱解析。电磁辐射与物质的作用本质是物质吸收光能后发生跃迁。跃 迁是指物质吸收光能后自身能量的改变。因这种改变是量子化的，故称为跃迁。不同波长 的光,能量不同，跃迁形式也不同，因此有不同的光谱分析法。如下所示：
上的研究。第一位提供严谨证法来说 明π是无理数。他在物理学上对光和 热的研究有许多创新。Lambert在数学、 物理、天文均有重要的贡献。
当l以cm，c以g/L为单位，κ称为吸光系数，用 a表示。
A= a cl
-7-
偏离朗伯-比耳定律的因素 成立条件是:待测物为均一的稀溶液、气体等，无溶质、溶剂及悬浊物引起 的散射；入射光为单色平行光。
E E2 E1 hn
不同的物质由于其结构不同而具有不同的量子化能级 ，其能量差也不相同，物质对光的吸收具有选择性
物质对光的选择性吸收
吸收曲线
- 15 -
3. 3 吸收光谱解析
透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。有色溶液对各种波长的光的吸收情况， 常用光吸收曲线来描述。
XRD
放射分析
FTIR 电化学法
原子发射/吸收 可见吸收
紫外光电子谱 紫外吸收/发射
-3-
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2.1 光吸收宏观表示 光谱示意
完全吸收
复合光 表观现象示意
完全透过 吸收黄色光
-5-
2.1 光吸收宏观表示
一、吸光度和透光度
设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia,透射光强度为 It，反射光强 度为Ir，则