光谱分析导论ppt课件
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➢ 当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等 于两个能级之间能量差的能量；反之亦是成立的，即：
E = E1-E0 = h
9
电磁辐射的基本性质
五 电磁辐射与物质的相互作用
——几个基本概念
什么是能级 ？ 粒子在稳定状态所具有的能量 什么是基态和激发态 ？
未受激发的电子所处的能级（规定为零）称为基态； 高于基态的所有能量状态称为激发态 。
450 ～ 480 480 ～ 490 490 ～ 500 500 ～ 560 560 ～ 580 580 ～ 610 610 ～ 650 650 ～ 760
颜色 紫
蓝 绿蓝 蓝绿
绿 黄绿
黄 橙 红
电磁辐射的基本性质
互补光 黄绿
黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
12
五 电磁辐射与物来自百度文库的相互作用
电磁辐射的基本性质
2、电磁波谱
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm
0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
射 x射 紫外 红外
微
线线
光
光
波
无线 电波
可见光 7
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
★ 吸收 ★ 发射 ★ 散射 ★ 非辐射弛豫 ★ 偏振
★ 透射
★ 折射 ★ 反射 ★ 干涉 ★ 衍射
光
第二电子激
强
发态（E2) 第一电子激
产生 光谱
度
发态（E1)
h=E
波长 (nm)
电子基态 （E0)
基态原子
电子基态 （E0)
激发态原子
原子吸收光谱 （线光谱）
原子外层电子的跃迁：吸收紫外-可见光，产生原子吸收光谱法
原子内层电子的跃迁：吸收 x 射线，产生x 射线吸收光谱法 原 子 核 的 跃 迁： 吸收 射线，产生Mössbauer谱 14
1、波动性的主要描述参数
参数 符号
单位
备注
波长 nm、Å (10-1nm)等 用于大部分光谱中
波数
cm-1
常用于红外光谱中
频率
Hz； s-1
常用于核磁共振谱中
各参数之间的关系： c 1
C = 3.0×1010 cm/s
5
三 描述电磁辐射的基本参数
电磁辐射的基本性质
2、微粒性的主要描述参数
450
500
550
600
第二章 光谱分析法导论
主要内容与重点
电磁辐射及其与物质的相互作用 吸收与发射的原理、种类及应用
各类光谱分析方法产生的基本原理 光谱的分类依据
各类光谱分析仪器的基本结构 常用光源的基本种类
单色器的结构；棱镜与光栅的分光原理；光栅的性能 指标；狭缝的概念以及狭缝的选择
常用检测器及其基本原理与应用 1
什么方法称为光分析方法呢？
2
§2-1 电磁辐射的基本性质
一、电磁辐射
所谓电磁辐射是指一种以极大的速度通过空间转播 能量的电磁波
光就是一种电磁波
二、电磁辐射的基本性质 ———波粒二象性
➢ 波动性指电磁波以正弦波的形式向前传播，可以叠加， 并具有折射、衍射、干涉等波的现象。
波 的 叠y 加
频率相同的正 弦波叠加得相 同频率的合成 t 正弦波
光的吸收与物质的颜色
有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所致。 物质所显示的颜色是吸收光的互补色。
各种光的互补性
KMnO4的颜色 及吸收光谱
13
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
（1）原子的吸收
原子的能级主要由电子能级构成，电子能级间的能量差较
大，但随电子层数的增加而缩小
第第发一二态电电（子子E2)激激（h辐v=射E激能-E0) 发态（E1) 吸收光
8
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
1、几个基本概念
什么是能态（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。
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。
什么是单重态和三重态？
两个电子具有不同自旋方向时所处的能量状态称为单重态； 两个电子具有相同自旋方向时所处的能量状态称为三重态
受激
单重态 （设为基态）
激发单重态
激发三重态
10
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
2、辐射的吸收
当入射辐射的能量正好等于目标物（原子、 分子或离子等）的基态与激发态的能级差时 ，目标物将吸收能量，并从基态跃迁到激发 态的过程
A 基态
吸光 收能
A* 激发态
光 辐射的吸收
光 强 度
(nm)
波长
0.5
0.4
光 0.3
强 度0.2
0.1
0.0
400
450
500
550
600
650
波长
吸收光谱图 吸收电磁辐 射的强度对 电磁辐射波 长或频率的 函数图
吸收光谱图
11
五 电磁辐射与物质的相互作用
不同颜色的可见光波长及其互补光
/nm 400 ～ 450
3
二 电磁辐射的基本性质
电磁辐射的基本性质
波
1/1
的
叠
1/1
加
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
➢ 粒子性是指电磁波具有一定的能量，且其能量是量子化 的，当物质发射电磁波或者电磁波被物质吸收时，就会 发生能量跃迁。
4
三 描述电磁辐射的基本参数
电磁辐射的基本性质
利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相互作 用”之后的辐射强度等光学特性的改变，进行物质的定 性、定量和结构分析的方法。
历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用， 这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光谱方法已扩展 到其它各种形式的能量与物质的相互作用，如声波、粒子 束（离子和电子）等与物质的作用。
——能量 （E），单位主要有 J、eV
* 1eV=1.602210-19J
3、波动性与微粒性之间的关系
——Einstein理论（1905年提出）
电磁波的频率
E = h =hc/
电磁波的波长
Planch常数。h=6.626×10-34 J.S 6
四 电磁波谱
电磁辐射的基本性质
1、何谓电磁波谱 ？
电磁波以波长（或频率或能量）的次序（从高到低或相 反）排列的谱线
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
（2） 分子的吸收 E分子=E电子+E振动+E转动 E电子> E振动> E转动
振动 能级
辐射能
第一电子激 h=E 发态（E1) 吸收光
转动
电子基态
能级
（E0)
基态分子
电子 能级 间的 跃迁
激发态 分子
0.5
0.4
光 0.3
强 度0.2
转动能级 0.1
间的跃迁 0.0 400
E = E1-E0 = h
9
电磁辐射的基本性质
五 电磁辐射与物质的相互作用
——几个基本概念
什么是能级 ？ 粒子在稳定状态所具有的能量 什么是基态和激发态 ？
未受激发的电子所处的能级（规定为零）称为基态； 高于基态的所有能量状态称为激发态 。
450 ～ 480 480 ～ 490 490 ～ 500 500 ～ 560 560 ～ 580 580 ～ 610 610 ～ 650 650 ～ 760
颜色 紫
蓝 绿蓝 蓝绿
绿 黄绿
黄 橙 红
电磁辐射的基本性质
互补光 黄绿
黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
12
五 电磁辐射与物来自百度文库的相互作用
电磁辐射的基本性质
2、电磁波谱
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm
0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
射 x射 紫外 红外
微
线线
光
光
波
无线 电波
可见光 7
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
★ 吸收 ★ 发射 ★ 散射 ★ 非辐射弛豫 ★ 偏振
★ 透射
★ 折射 ★ 反射 ★ 干涉 ★ 衍射
光
第二电子激
强
发态（E2) 第一电子激
产生 光谱
度
发态（E1)
h=E
波长 (nm)
电子基态 （E0)
基态原子
电子基态 （E0)
激发态原子
原子吸收光谱 （线光谱）
原子外层电子的跃迁：吸收紫外-可见光，产生原子吸收光谱法
原子内层电子的跃迁：吸收 x 射线，产生x 射线吸收光谱法 原 子 核 的 跃 迁： 吸收 射线，产生Mössbauer谱 14
1、波动性的主要描述参数
参数 符号
单位
备注
波长 nm、Å (10-1nm)等 用于大部分光谱中
波数
cm-1
常用于红外光谱中
频率
Hz； s-1
常用于核磁共振谱中
各参数之间的关系： c 1
C = 3.0×1010 cm/s
5
三 描述电磁辐射的基本参数
电磁辐射的基本性质
2、微粒性的主要描述参数
450
500
550
600
第二章 光谱分析法导论
主要内容与重点
电磁辐射及其与物质的相互作用 吸收与发射的原理、种类及应用
各类光谱分析方法产生的基本原理 光谱的分类依据
各类光谱分析仪器的基本结构 常用光源的基本种类
单色器的结构；棱镜与光栅的分光原理；光栅的性能 指标；狭缝的概念以及狭缝的选择
常用检测器及其基本原理与应用 1
什么方法称为光分析方法呢？
2
§2-1 电磁辐射的基本性质
一、电磁辐射
所谓电磁辐射是指一种以极大的速度通过空间转播 能量的电磁波
光就是一种电磁波
二、电磁辐射的基本性质 ———波粒二象性
➢ 波动性指电磁波以正弦波的形式向前传播，可以叠加， 并具有折射、衍射、干涉等波的现象。
波 的 叠y 加
频率相同的正 弦波叠加得相 同频率的合成 t 正弦波
光的吸收与物质的颜色
有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所致。 物质所显示的颜色是吸收光的互补色。
各种光的互补性
KMnO4的颜色 及吸收光谱
13
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
（1）原子的吸收
原子的能级主要由电子能级构成，电子能级间的能量差较
大，但随电子层数的增加而缩小
第第发一二态电电（子子E2)激激（h辐v=射E激能-E0) 发态（E1) 吸收光
8
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
1、几个基本概念
什么是能态（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。
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。
什么是单重态和三重态？
两个电子具有不同自旋方向时所处的能量状态称为单重态； 两个电子具有相同自旋方向时所处的能量状态称为三重态
受激
单重态 （设为基态）
激发单重态
激发三重态
10
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
2、辐射的吸收
当入射辐射的能量正好等于目标物（原子、 分子或离子等）的基态与激发态的能级差时 ，目标物将吸收能量，并从基态跃迁到激发 态的过程
A 基态
吸光 收能
A* 激发态
光 辐射的吸收
光 强 度
(nm)
波长
0.5
0.4
光 0.3
强 度0.2
0.1
0.0
400
450
500
550
600
650
波长
吸收光谱图 吸收电磁辐 射的强度对 电磁辐射波 长或频率的 函数图
吸收光谱图
11
五 电磁辐射与物质的相互作用
不同颜色的可见光波长及其互补光
/nm 400 ～ 450
3
二 电磁辐射的基本性质
电磁辐射的基本性质
波
1/1
的
叠
1/1
加
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
➢ 粒子性是指电磁波具有一定的能量，且其能量是量子化 的，当物质发射电磁波或者电磁波被物质吸收时，就会 发生能量跃迁。
4
三 描述电磁辐射的基本参数
电磁辐射的基本性质
利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相互作 用”之后的辐射强度等光学特性的改变，进行物质的定 性、定量和结构分析的方法。
历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用， 这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光谱方法已扩展 到其它各种形式的能量与物质的相互作用，如声波、粒子 束（离子和电子）等与物质的作用。
——能量 （E），单位主要有 J、eV
* 1eV=1.602210-19J
3、波动性与微粒性之间的关系
——Einstein理论（1905年提出）
电磁波的频率
E = h =hc/
电磁波的波长
Planch常数。h=6.626×10-34 J.S 6
四 电磁波谱
电磁辐射的基本性质
1、何谓电磁波谱 ？
电磁波以波长（或频率或能量）的次序（从高到低或相 反）排列的谱线
五 电磁辐射与物质的相互作用
电磁辐射的基本性质
（2） 分子的吸收 E分子=E电子+E振动+E转动 E电子> E振动> E转动
振动 能级
辐射能
第一电子激 h=E 发态（E1) 吸收光
转动
电子基态
能级
（E0)
基态分子
电子 能级 间的 跃迁
激发态 分子
0.5
0.4
光 0.3
强 度0.2
转动能级 0.1
间的跃迁 0.0 400