包括原子发射光谱分析红外吸收光谱分析
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蓝 H 434.1 0.691 紫 H 410.2 0.731
/109m /1015s1
氢原子发射光谱
把n1 = 2 ，n2 = 3、4、5、6分别代入里德伯光谱 经验式，可算出4条谱线的频率。如n2 = 4时， = (1.097×107) × (2.998×108 )
原子发射光谱仪
原子发射光谱仪由激发光源、分光系统和检测器组成。
原子发射光谱仪装置示意图
原子发射光谱仪
激发光源：高温燃烧（如电感偶合等离子光源）、 放电（如电弧光源）、激光等使试样分子分解、原子 化、电子激发。如用电弧光源时，可将固体待测样品 直接作为电极，或将样品粉碎后放入电极小孔中；溶 液样品可蒸发浓缩后滴入电极小孔；有机物可通过干 燥灰化后放置在电极上。 分光系统：将光源发射的（含试样辐射光线）光束， 按波长大小分开的装置。有棱镜分光或光栅分光两种 类型。棱镜分光后的光谱是非匀排，光栅分光色散率 高，光谱匀排，效果好。
1 1 × 2 2 4 2
= 0.617 × 1015 s1 ，与图中的Hβ线相符。 当n1 = 1，n2 1或n1 = 3，n2 3时，可分别求得 在紫外区或红外区氢原子发射光谱谱线的波长。
原子发射光谱的产生机理
分子吸收电磁波后解离（原子化），原子中的电子从低 能级状态（基态）跃迁到高能级状态（激发态）。如氢 原子的电子从n1 = 2 跃迁至n2 =4，吸收波长486nm 激发态的样品不稳定，经约10-8秒电子返回基态，并辐 射出与激发时同样波长的电磁波。如氢原子的电子从n1 = 4返回至n2 =2时，辐射486nm的电磁波，即发射光谱 图中的Hβ线。
物理性质在仪器分析中的应用-2
物理性质
电势 电量 电流 电阻 质量 电位分析 库仑分析 安培分析，极谱分析 电导分析 石英微晶天平分析 热重分析，差热分析、差示扫描量热分析、 热电导分析 稳定同位素稀释分析
仪器分析方法
质量/电荷比 质谱分析 热性质 同位素放射
二、原子发射光谱分析
光是电磁波，具有波粒二象性，可用以下两式描述：
=c
其中c为光速，真空中为2.998×108m· s-1
E =h =h c/ 其中h(普朗克常数)为6.626 × 10-34J·s 原子发射光谱：当物质中原子或离子受到热、电或光的 能量激发后，能发射出一些特征电磁辐射。 原子发射光谱分析：测量特征辐射的频率（波长）和强 度，可以分析物质中元素的种类和含量。
最简单原子-------氢原子发射光谱
十九世纪末，里德伯总结的氢原子的发射光谱经验式：
1 1 R c 2 2 n1 n2
红 H 656.3 0.457 绿 H 486.1 0.617
其中n1、n2为正整数，且n2 > n1； R∞(里德伯常量) 为1.097 107 m1。
无线电波（射频）
1~1000m
核的自旋
物理性质在仪器分析中的应用-1
物理性质 仪器分析方法
发射光谱（X-射线、紫外、可见、电子能谱、俄 电磁波发射 歇电子谱）分析，荧光、磷光、发光（X-射线、 紫外、可见）分析 吸收光谱和光度（X-射线、紫外、可见、红外） 电磁波吸收 分析，光声光谱分析，核磁共振分析，顺磁共振 分析 电磁波散射 拉曼光谱分析、浊度分析 电磁波折射 折光分析、干涉分析 电磁波衍射 X-射线和电子衍射分析 电磁波旋转 旋光分析，旋光色散分析，圆二色光谱分析
外层电子跃迁的频率范围为200~750nm，处于近紫外 和可见光区，按波长顺序排列即为原子光谱。
一些原子在可见光区域的发射光谱。
Biblioteka Baidu
钠 氢
钙
镁
氖
定性和定量分析
定性分析：不同元素的核外电子的能级不同，每种 元素的原子或离子可产生一系列特定波长的特征谱 线，通过测量元素的原子发射光谱，根据特征谱线 可以判断样品中存在什么元素。 定量分析：谱线的强度与试样含量成正比。在固定 的条件下，通过比较同一谱线的强度，可以分析样 品中元素的含量。
仪器分析
使用仪器研究试样的性质达到分析目标的方 法。包括光谱分析、电分析、质谱分析、色 谱分析等。 各类别还包含多种不尽相同的分析方法，如 光谱分析。
光谱分析的类型
按对象，可分为分子光谱和原子光谱； 按分析对象与光的相互作用，可分为吸收光谱、发 射光谱、散射光谱等； 按光或电磁波谱范围，可从x射线能谱到紫外-可见 光谱，再从红外光谱到射频等； 从测定系列波长下信号分布情况、还是测定单一波 长下的特定信号强度，可分为光谱分析和分光光度 分析等。
分析化学可分为定性分析、定量分析和结构分析三 个层次；以及化学分析和仪器分析两大类方法。
化学分析
化学分析：基于试样的化学反应以及反应物之间定 量关系达到分析目标的方法，主要包括重量分析和 容量分析，分别通过测定相关物质的重量或体积进 行分析。 化学分析主要应用于无机元素和无机化合物的定性 、定量分析。目前渐渐被仪器分析所取代。
棱镜分光和光栅分光
棱镜分光
光栅分光
仪器装置
检测器：接受样品辐射的电磁波，将其转变 为电信号并记录。 检测器有摄谱仪、单道光子检测器、多道光 子检测器等。其中多道光子检测器，如电荷 耦合阵列检测器（CCD）等已成为主流检测 器，可实现全光谱多元素的同时定量测定。
第9章 仪器分析基础
概述分析化学、仪器分析。 介绍几种常见的仪器分析方法的基本原理 、仪器组成和适用范围；包括原子发射光谱 分析、红外吸收光谱分析、紫外－可见光吸 收光谱、电位分析、色谱和质谱分析等。
一、分析化学、仪器分析概述
分析化学：通过实验测量来研究物质的组成、含量 和结构的学科。获得物质化学组成和结构信息，即 物质中有哪些组分，这些组分在物质中如何存在以 及各组分的含量等。
电磁波谱范围与分子、电子能级的对照关系表
光谱名称
X射线 远紫外光 近紫外光 可见光 近红外光 中红外光 远红外光 微波
波长范围
0.01~10nm 10~200nm 200~400nm 400~750nm 0.75~2.5μm 2.5~5.0μm 5.0~1000μm 0.1~100cm
跃迁类型
n=1和2层电子 中层电子 外层电子 外层电子 分子振动 分子振动 分子转动和振动 分子转动
/109m /1015s1
氢原子发射光谱
把n1 = 2 ，n2 = 3、4、5、6分别代入里德伯光谱 经验式，可算出4条谱线的频率。如n2 = 4时， = (1.097×107) × (2.998×108 )
原子发射光谱仪
原子发射光谱仪由激发光源、分光系统和检测器组成。
原子发射光谱仪装置示意图
原子发射光谱仪
激发光源：高温燃烧（如电感偶合等离子光源）、 放电（如电弧光源）、激光等使试样分子分解、原子 化、电子激发。如用电弧光源时，可将固体待测样品 直接作为电极，或将样品粉碎后放入电极小孔中；溶 液样品可蒸发浓缩后滴入电极小孔；有机物可通过干 燥灰化后放置在电极上。 分光系统：将光源发射的（含试样辐射光线）光束， 按波长大小分开的装置。有棱镜分光或光栅分光两种 类型。棱镜分光后的光谱是非匀排，光栅分光色散率 高，光谱匀排，效果好。
1 1 × 2 2 4 2
= 0.617 × 1015 s1 ，与图中的Hβ线相符。 当n1 = 1，n2 1或n1 = 3，n2 3时，可分别求得 在紫外区或红外区氢原子发射光谱谱线的波长。
原子发射光谱的产生机理
分子吸收电磁波后解离（原子化），原子中的电子从低 能级状态（基态）跃迁到高能级状态（激发态）。如氢 原子的电子从n1 = 2 跃迁至n2 =4，吸收波长486nm 激发态的样品不稳定，经约10-8秒电子返回基态，并辐 射出与激发时同样波长的电磁波。如氢原子的电子从n1 = 4返回至n2 =2时，辐射486nm的电磁波，即发射光谱 图中的Hβ线。
物理性质在仪器分析中的应用-2
物理性质
电势 电量 电流 电阻 质量 电位分析 库仑分析 安培分析，极谱分析 电导分析 石英微晶天平分析 热重分析，差热分析、差示扫描量热分析、 热电导分析 稳定同位素稀释分析
仪器分析方法
质量/电荷比 质谱分析 热性质 同位素放射
二、原子发射光谱分析
光是电磁波，具有波粒二象性，可用以下两式描述：
=c
其中c为光速，真空中为2.998×108m· s-1
E =h =h c/ 其中h(普朗克常数)为6.626 × 10-34J·s 原子发射光谱：当物质中原子或离子受到热、电或光的 能量激发后，能发射出一些特征电磁辐射。 原子发射光谱分析：测量特征辐射的频率（波长）和强 度，可以分析物质中元素的种类和含量。
最简单原子-------氢原子发射光谱
十九世纪末，里德伯总结的氢原子的发射光谱经验式：
1 1 R c 2 2 n1 n2
红 H 656.3 0.457 绿 H 486.1 0.617
其中n1、n2为正整数，且n2 > n1； R∞(里德伯常量) 为1.097 107 m1。
无线电波（射频）
1~1000m
核的自旋
物理性质在仪器分析中的应用-1
物理性质 仪器分析方法
发射光谱（X-射线、紫外、可见、电子能谱、俄 电磁波发射 歇电子谱）分析，荧光、磷光、发光（X-射线、 紫外、可见）分析 吸收光谱和光度（X-射线、紫外、可见、红外） 电磁波吸收 分析，光声光谱分析，核磁共振分析，顺磁共振 分析 电磁波散射 拉曼光谱分析、浊度分析 电磁波折射 折光分析、干涉分析 电磁波衍射 X-射线和电子衍射分析 电磁波旋转 旋光分析，旋光色散分析，圆二色光谱分析
外层电子跃迁的频率范围为200~750nm，处于近紫外 和可见光区，按波长顺序排列即为原子光谱。
一些原子在可见光区域的发射光谱。
Biblioteka Baidu
钠 氢
钙
镁
氖
定性和定量分析
定性分析：不同元素的核外电子的能级不同，每种 元素的原子或离子可产生一系列特定波长的特征谱 线，通过测量元素的原子发射光谱，根据特征谱线 可以判断样品中存在什么元素。 定量分析：谱线的强度与试样含量成正比。在固定 的条件下，通过比较同一谱线的强度，可以分析样 品中元素的含量。
仪器分析
使用仪器研究试样的性质达到分析目标的方 法。包括光谱分析、电分析、质谱分析、色 谱分析等。 各类别还包含多种不尽相同的分析方法，如 光谱分析。
光谱分析的类型
按对象，可分为分子光谱和原子光谱； 按分析对象与光的相互作用，可分为吸收光谱、发 射光谱、散射光谱等； 按光或电磁波谱范围，可从x射线能谱到紫外-可见 光谱，再从红外光谱到射频等； 从测定系列波长下信号分布情况、还是测定单一波 长下的特定信号强度，可分为光谱分析和分光光度 分析等。
分析化学可分为定性分析、定量分析和结构分析三 个层次；以及化学分析和仪器分析两大类方法。
化学分析
化学分析：基于试样的化学反应以及反应物之间定 量关系达到分析目标的方法，主要包括重量分析和 容量分析，分别通过测定相关物质的重量或体积进 行分析。 化学分析主要应用于无机元素和无机化合物的定性 、定量分析。目前渐渐被仪器分析所取代。
棱镜分光和光栅分光
棱镜分光
光栅分光
仪器装置
检测器：接受样品辐射的电磁波，将其转变 为电信号并记录。 检测器有摄谱仪、单道光子检测器、多道光 子检测器等。其中多道光子检测器，如电荷 耦合阵列检测器（CCD）等已成为主流检测 器，可实现全光谱多元素的同时定量测定。
第9章 仪器分析基础
概述分析化学、仪器分析。 介绍几种常见的仪器分析方法的基本原理 、仪器组成和适用范围；包括原子发射光谱 分析、红外吸收光谱分析、紫外－可见光吸 收光谱、电位分析、色谱和质谱分析等。
一、分析化学、仪器分析概述
分析化学：通过实验测量来研究物质的组成、含量 和结构的学科。获得物质化学组成和结构信息，即 物质中有哪些组分，这些组分在物质中如何存在以 及各组分的含量等。
电磁波谱范围与分子、电子能级的对照关系表
光谱名称
X射线 远紫外光 近紫外光 可见光 近红外光 中红外光 远红外光 微波
波长范围
0.01~10nm 10~200nm 200~400nm 400~750nm 0.75~2.5μm 2.5~5.0μm 5.0~1000μm 0.1~100cm
跃迁类型
n=1和2层电子 中层电子 外层电子 外层电子 分子振动 分子振动 分子转动和振动 分子转动