2 光学分析法导论-1

远紫外 近紫外 可见光 红外
微波区 射频区
原子核 内层电子能级
原子的外层电子或 分子的成键电子能级
分子振动能级
分子转动能级
电子或
核自旋能级
波长短 能量大 粒子性 光谱分析法
波长长 能量小 波动性
电磁波谱的排列从上到下随波长的逐渐增大， 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 。（量变 质变） 和光量子的能量逐渐减小。（量变 质变） a. 高能辐射区
发射特 征谱线 基态或较 激发态原子 低能态
2. 原子吸收光谱
选择吸收一 定频率的光 激发态原子
基态原子
3. 原子荧光光谱
吸收光 基态原子 原子荧光 基态或较 激发态原子 低能态
二、 分子光谱
光谱产生的原理 分子平动—整个分子的平动，不产生光谱；连续 可能引起 分子转动—分子围绕质量中心的转动 分子转动 分子围绕质量中心的转动 分子振动—整个分子内原子之间的相对运动 偶极矩的 分子振动 整个分子内原子之间的相对运动 变化—— 电子运动—分子中电子相对运动 电子运动 分子中电子相对运动 产生光谱
的条件
每一种运动形式都有一定的能量，用E转、E振、E电 表示 每一种能量都是量子化的，是不连续的
能级跃迁示意图
第一电子激发态 电子能级跃迁 电子能级 振动能级 转动能级 转动能极跃迁 振动能级跃迁
Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱
525 545 MnO4-
1.0 0.8 Absorbance 0.6 0.4 0.2 300
350 Cr2O72-
350
400
500
600
700
λ/nm
电子能级上有许多振动能级，而振动能级上有 许多能量不同的转动能级 基态 →激发态，按波长大小排列起来称为吸收 吸收 光谱 激发态 →基态以光辐射形式释放出来，把释放 的光辐射按波长排列下来称为发射光谱 发射光谱 吸收或发射的光子的能量 E光 = h ν = E2-E1=∆E= ∆E转+ ∆E振+ ∆E电 ∆E转﹤∆E振﹤ ∆E电
能态（ state） 2） 能态（Energy state） 量子理论(Max Planck，1900) 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， 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； 即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发 表示。 生能量跃迁时的能量差 ∆E 可用 hν 表示。 两个重要推论： 两个重要推论： 物质粒子存在不连续的能态， 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， 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； 或发射完全等于两个能级之间的能量差；反之亦是 成立的， 成立的，即 ∆E =E1-E0=hν
• 粒子性
光是由光量子或光子流所组成，光 子能量与光波、频率之间的关系为： • E= hν = hc/ λ = hcσ •
•
λ越长，E越小，ν、σ 越低
二、电磁波谱
• 把电磁辐射按波长大小顺序排列就得到电磁波谱
0.005nm 10nm 200nm
γ射线 X射线区
400nm 780nm
0.1cm
100cm 104cm
{ {
γ 核能级跃迁 X 内层电子能级 紫外 可见 红外 微波区 射频区
b. 光学光谱区
{
c. 低能辐射区
§ 2~2 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱 气态原子外层电子发生能级跃迁时， 能发射或吸收一定频率的电磁辐射， 经过光谱仪得到的一条条分立的线状 光谱—原子光谱
1. 原子发射光谱
基态原子
吸收热、 电、光能
2、分子发光光谱
• 光致发光：基态分子吸收一定波长的 光激发到激发态再回到基态产生的二 次辐射 • 单重激发态 基态：荧光 • 三重激发态 基态：磷光 • 化学发光：受化学反应释放的化学能 的激发 而产生的光辐射
总结： 总结：吸收光谱和发射光谱
吸收光谱法
分子吸收光谱法 原子吸收光谱法
wenku.baidu.com光谱法
分子发光分析法 原子发射光谱法
（首都师范大学） 首都师范大学）
B.
红外区 C. 无线电波 D. 可见光区 E. 紫
2.下列电磁辐射区的能量递增顺序为（） 下列电磁辐射区的能量递增顺序为（ 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 、 射线 B、 射频 微波 红外 X射线 、 射线 C、 微波 红外 X射线 射频 、 射线 D、 X射线 红外 、 射线
（南开大学） 南开大学）
微波 射频
3.射频区的电磁辐射的能量相当于（ 射频区的电磁辐射的能量相当于（ A.核能级的跃迁 B.核振动能级的跃迁 C.内层电子的跃迁 D.电子自旋能级的跃迁
（南开大学） 南开大学）
）
4.光量子的能量正比于辐射的 （ ） 光量子的能量正比于辐射的 (A) 频率 (B) 波长 (C) 光速 (D) 周期
1、分子吸收光谱
• 分子转动能级跃迁产生的光谱为转动光谱——所 需能量最小 0.05 eV，微波或远红外照射 • 分子振动能级跃迁产生的光谱为振动光谱，又叫 红外吸收光谱——所需能量 0.05~1 eV，用红外 红外吸收光谱 光照射。——振-转光谱。 • 电子能级跃迁产生的光谱为电子光谱，又叫紫外 紫外 可见吸收光谱——所需能量 1~20 eV，用紫外、 可见吸收光谱 可见光照射。——电-振-转光谱。
(二) 光的粒子性 电磁辐射不仅具有波的特征， 电磁辐射不仅具有波的特征，而且具有 粒子性， 粒子性，最著名的例子是光电效应现象的发 现。 1）光电效应 现象： 1887， Hetz（ 在光照时， 现象 ： 1887 ， Heinrich Hetz （ 在光照时 ， 两间隙间更易发生火花放电现象） 两间隙间更易发生火花放电现象） 解释：1905，Einstein理论 理论， 解释：1905，Einstein理论，E = hν 证明：1916，Millikan（真空光电管） 证明：1916，Millikan（真空光电管）
第二章 光学分析法导论
• 电磁辐射 • 原子光谱 • 分子光谱
§ 2~1 电磁辐射
一、电磁辐射的性质 电磁辐射：以巨大速度通过空间， 电磁辐射：以巨大速度通过空间， 不需要以任何物质作为 传播媒介的 一种能量。 一种能量。
(一) 光的波动性 一 电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。 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， 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。 真空中传输。
发射光谱法
原子荧光光谱法 火焰光度分析法
1.下面五个电磁辐射区域：A. X射线 下面五个电磁辐射区域： 下面五个电磁辐射区域 射线 外光区 （1）能量最大者 ）能量最大者_______ （2）波长最短者 ）波长最短者_______ （3）波数最小者 ）波数最小者_______ （4）频率最小者 ）频率最小者_______
（郑州大学） 郑州大学）
电场
y = A sin(ωt + ϕ) = A sin(2πvt + ϕ) ω π
磁场
传播方向
图2.1 单色光的传播
波动性—用频率、波长、波数表示 波动性 频率ν—每秒钟内电磁场振荡的次数：Hz 波长λ—电磁波相邻两个波峰或波谷间的距离 单位：cm；µm；nm 波数σ—1 cm内波的振动次数— cm-1 σ =1/ λ 波速υ—电磁波传播的速度，真空中等于光速 c= λν =2.99792×1010cm·s-1