光学分析方法导论文稿演示

可见光
红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁
波谱区 微波
来自分子转动能级及电子自旋能级跃长迁
无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁
三、光谱仪器
组成：光源，单色器，样品容器，检测器（光电转换器、电子读 出、数据处理及记录）。
发射光谱与吸收光谱的区别
发射光谱
M* 发 光 释 放 能 量M h 发射光谱
激发态
基态 光
✓例：γ-射线；x-射线；荧光；原子发射光谱
吸收光谱
M h 吸 收辐射能量M* 吸收光 谱
基态 光
激发态
✓例：原子吸收光谱，分子吸收光谱
非光谱分析法
光分析法 光谱分析法
折 射 法
圆 二 色 性 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
电磁波的吸收
电磁辐射
光 能量
原子、离 子、分子
基态
激发 原子*、离 子*、分子*
激发态
吸收
原子、离 子、分子
基态
现象：当电磁辐射通过固体、液体或气体时，具一定
？天空为什么呈蓝色？
拉曼散射(Raman)：（非弹性碰撞，方向及波长均改变） 光照导致的分子内振动能级跃迁而产生的分子极化过程。分子极化
率越大，Raman散射越强。
2. 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。 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）
能态（Energy state） 量子理论(Max Planck，1900)：
物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，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。
频率(能量)的辐射将能量转移给处于基态的原 子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使这
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)。
3. 电磁波谱
1/1 1/1
1/()
频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波； 更多的正弦波叠加可形成方波
2）光波的衍射（Diffraction）
平行光束
单缝衍射
双缝衍射
衍射：当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象。
3） 光的干涉（Coherent interference） 4） 光的传输（Transmission） 5） 光的反射（Reflection） 6） 光的折射（Refraction） 7）光的偏振（Polarization） 8）光的散射（Scattering）
--
光、衍射光谱
内层电子
真空紫外吸收光谱 10-180 nm 1106-5104 外层键合电 子
UV-Vis 吸收、发射 180-780 nm 5104-1.3104 外层键合电
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
将各种电磁辐射按照波长或频率的大小顺序排列起来
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
x 射射 线线
紫红 外外 光光
微
无
波
线
电
波
可见光
光谱类型
波长范围 波数范围 量子跃迁类
型
-射线发射光谱
0.005-1.4A
--
核
X-吸收、发射、荧 0.1-100A
非光谱方法：利偏振等基本性质变化的分析方法。
折射法、旋光法、比浊法、χ射线衍射法等
光谱法与非光谱法的区别 光谱法：内部能级发生变化
原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁 分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁 非光谱法：内部能级不发生变化 仅测定电磁辐射性质改变
1. 光的波动性
电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与其它 波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。
电场 磁场
y = A sin(t + ) = A sin(2vt + )
单光色平面偏振光的传播
传播方向
1）波的叠加（Superposition）
y t
频率相同的正弦波叠加得相同频率的合 成正弦波
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
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 来自核能级的跃迁，能量最高
波长
χ射线 来自内层电子能级的跃迁
光学光谱区 紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁
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（优选）光学分析方法导论
分类
光谱方法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁 而产生的吸收、发射或散射、辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定
性、定量分析方法。
吸收光谱法
按能量交换方向分 发射光谱法
荧光光谱等
按作用结果不同分
原子光谱→线状光谱 分子光谱→带状光谱
X 射 线 衍 射 法
干 涉 法
旋 光 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
分子光谱分析法
核分分 紫红磁子子 外外共荧磷 光光振光光 谱谱波光光 法法谱谱谱
法法法
二、电磁辐射的性质
电磁辐射（电磁波，光）：以巨大速度（在真空中为 2.9979×1010cm·s-1）通过空间、不需要任何物质作为传播 媒介的一种能量
丁达尔散射(Tyndall)： 大分子（如胶体粒子和聚合物分子）尺寸与光的波长相近时所产生
的散射现象，此时散射光极强（与2成反比），可以肉眼观察到。
瑞利散射(Rayleigh)：（弹性碰撞， 方向改变，但 不变） 当分子或分子集合体的尺寸远小于光的波长时所发生的散射现象。
散射光强与光的波长的4、散射粒子的大小和极化率成反比。