第二章 光学分析法

二、非光谱法
非光谱法是基于光辐射与物质相互作用时，测量 光的某些性质如折射，旋光、散射、偏振等发生变化 的分析方法。
非光谱法中常用的有旋光法，比浊法、折射法、 衍射法、散射法及偏振法等。例如，利用试液的旋光 性鉴定物质的化学结构和纯度，这是由于溶液的旋光 性与分子的非对称结构密切相关。
§2－2 电磁辐射的基本特征
辐射在真空中的传播速度与频率无关，该速度用 C表示，即光速，其数值为 2.99792×1010 cm·s-1。
第二章 光学分析法引论
Chapter 2 An Indroduction to Photochemical Analysis
§2－1 光学分析法的分类 §2－2 电磁辐射的基本特征 §2－3 §2－4 光学分析法仪器及装置
本章知识点：
电磁辐射的基本特征；电磁辐射与电磁波谱； 电磁辐射与物质的相互作用；光化学分析法概论； 光学仪器方框图
某一固定点的波峰或波谷的数目，也即单位时间内 电磁振动的次数。频率的单位为赫兹（ Hz）。
波数（ ? ）是波长的倒数，即单位长度（常用每
厘米）中所含波的数目，单位为 cm-1。波长与波数 的换算式如下：
? ＝1/λ(cm) ＝104/λ(μm)
辐射的传播 速度（? ）等于频率与波长的乘积，即
? = νλ
方法名称 原子发射光谱
法 原子荧光光谱
法
X荧光光谱法
荧光光度法 磷光光度法 化学发光法 生物发光法
激发能源
电孤、电火花、火焰、 ICP
高强度紫外-可见光
X光管（0.01～0.25nm） X射线
紫外、可见光 紫外、可见光
化学能 生化能
被测粒子
检测讯号
气态原子
紫外可见光
气态原子
原子荧光
气态原子 二次X射线（荧光）
液态分子
检测讯号 透射的紫外、可 见光 透射的紫外、可 见光
透射的红外光
原子核对射频 辐射的吸收 吸收 声压
吸收
（三）散射光谱分析法
该类分析方法主要是以拉曼散射为基础的拉曼 散射光谱分析法。
由于激光光源的使用，加速了拉曼散射光谱分 析方法的发展，使其具有用样量少，分辨能力强等优 点，与红外吸收光谱互为补充成为有机结构分析的强 有力的手段，也可用于无机物晶体结构分析。
X射线荧光光谱法（XFS） 紫外-可见分光光度法(UV－VIS) 红外吸收光谱法（IR） 分子荧光光谱法（MFS） 化学发光法（CL） 分子磷光光谱光（MPS）
分子光谱 则是分子中电子能 级、振动和转动能级的变化
形成的，其光谱为带状光谱
一、光谱法
光谱法一般分为三种基本类型：发射光谱法、 吸收光谱法及联合散射光谱法。
紫外－可见分光 光度法
红外吸收光谱法
核磁共振波谱法
激光吸收光谱法 激光光声光谱法 电子自旋共振波 谱法
辐射能源 紫外、可见光
待测粒子状态 气态原子
紫外、可见光
液态分子或基团
2.5～15μm红外光
液态、气态、固 态分子
4～600MHz 高磁场射频
液态有机物分子 的质子
激光
液态分子
激光
气态分子
10.4～8×105 MHz 微波
在非光谱法中，电磁辐射只改 变了传播方向及速度等，而
物质的内能不发生变化。
原子光谱是 原子外层或 内层电子产 生能级跃迁 而形成的，
其光谱为线 状光谱。
光谱法
光 学 分 析 法
非光谱法
原子光谱
分子光谱 折射法 浊度法 旋光法 散射
原子发射光谱法（AES）
原子吸收光谱法（AAS）
原子荧光光谱法（AFS）
式中E为电能或热能， M和M*分别代表基态的和 激发态的原子或分子。
2．光致激发发光
待测粒子吸收光辐射后被激发，当 从高能态跃 回到基态或较低能态时，便又 以光的形式产生辐射，
即发射光谱，属于此类的发射光谱方法有原子荧光、 分子荧光、 X射线荧光和磷光等。
另外，还有化学发光与生物发光。
表2－1 各种发射光谱法
分子 分子 分子 分子
荧光（紫外、可见光） 磷光（紫外、可见光）
可见光 可见光
（二）吸收光谱分析法
吸收光谱分析是根据物质对不同波长光的吸收 程度对物质进行定性和定量的分析方法。
辐射能不同，建立的分析方法也不同。各种吸收 光谱分析的特点见表 2－2
表2－2 常见吸收光谱分析法
方法名称
原子吸收光谱法
教学要求：
了解电磁辐射的基本特征、电磁辐射与电磁波谱； 电磁辐射与物质的相互作用，光化学分析法的分类特 点及仪器方框图 .
光学分析法是一类极其重要和最常用的仪
器分析方法之一。 它是基于电磁辐射与物质相互作 用后产生的物理现象—辐射、吸收或散射等建立起 来的分析方法。
它既可以进行 定性，也可以进行 定量和结构分 析，其应用范围非常广泛，是现代分析化学的重要
（一）发射光谱分析法
发射光谱分析法是利用试样中原子或离子所 发射
的特征线光谱或某些分子所发射的 特征带光谱的波长 或强度，对物质进行检测的方法。
1．电或热能激发发光
此种激发方式主要用电孤、电火花、等离子体焰 炬（ICP）等电能及火焰等热能激发待测粒子产生光 谱，其过程如下：
M + E → M* M* → M + h
组成部分。
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§2－1 光学分析法的分类
光学分析法
光谱法
光谱法是基于光和物质相互作用 时，测量由物质内部发生量子化 的能级间的跃迁所产生的发射、
吸收或散射光谱的波长和强度
进行分析的方法。
非光谱法
非光谱法是基于光与物质相互作 用时，通过测量电磁辐射的诸如 折射、干涉、散射、衍射及偏振 等基本性质发生变化的分析方法。
可以用频率?、波长?、波数 v 和传播速度υ
波长（λ）是两个相邻的波峰或波谷之间的距离。电磁波谱
区不同，所采用波长单位也不同。波长较短时用μm，nm和? ， 波长较长时用cm和m表示。它们之间的换算关系如下：
1m＝10 2cm＝106μ m＝10９nm=10 10?
图2－1
频率（ν）是指单位时间内辐射波通过传播方向上
电磁辐射是一种能以极高速度在空间传播能量的电磁波。 它包括很宽的频率范围，从短波（波长最短的 ?射线，波长小 于0.005nm）到长波（波长最长的无线电波，其波长大于 300 mm，高达几千米）波长相差极大。电磁辐射具有波动性和微 粒性，即光的波粒二象性。
一、光的波粒二象性
电磁辐射象光波一样，在空间传播中往往会产生光的折射、 反射、衍射、偏振和干涉等现象。这体现了光的波动性。它