光谱分析法引论PPT课件
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第二章 光谱分析法引论
2.1 概 述 2.2 电 磁 辐 射
2.3 光 与 物 质 相 互 作 用 2.4 光 学 分 析 法 分 类
2.5 光 谱 分 析 仪 器
.
1
2.1 概 述
实物 物质分为两大类
有实际质量的物体，包括天体， 地球，各种物品，也包括需借助 于仪器才能看的见的微观物体， 电子，原子，中子等。
光谱法: 化产生的，表现形式为线光谱。
光谱法
（基于产生光 谱的物质基础）
原子发射光谱法（AES） 原子吸收光谱法（AAS） 原子荧光光谱法（AFS） X射线荧光光谱法（XFS）等
分子 由 分子中电子能级、振动和转动能级 光谱法: 的变化产生，表现形式为带光谱。
紫外-可见分光光度法（UV-Vis）
红外光谱法（IR）
吸收光谱*——所需能量 1~20 ev，用紫外、可见光照
射。——电-振-转光谱。
.
16
ΔE转= 0.005ev~0.05ev 24.8um<λ转<248um 远 红 外 区
ΔE振=0.05ev~1ev 1.25um<λ振<25um 红 外 光 区
ΔEe=1ev~20ev
0.06um<λe<1.25um 紫外可见光区
Eh
h－普朗克(Planck)常数 6.626×10-34J·s
－频率
E－光量子具有的能量
单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)
1eV=1..602×10－19J
5
电磁波的波粒二象性 (3)
波粒二象性
E=h c =hV=h n
真空中:E h c
结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越长(频率越 低)，光量子的能量越低。
单色光：具有相同能量(相同波长)的光。
混合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在一起。例 如,白光。
.
6
2.2 .3 电磁波谱
.
7
0.0005nm γ射线 01.001nnmm
α射线 紫外光区
400nm
780nm
核能级跃迁 内层电子能级跃迁
原子和分子 外层电子 能级跃迁
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0um 红外光区
分子振动、转 动能级跃迁
.
17
光谱种类
原子光谱：吸收、发射、荧光
线状光谱
分子光谱：紫外、可见、红外等吸收光谱
带状光谱
I
黑体辐射：白炽灯、液、固灼热发光
连续光谱
.
18
2.4 光学分析法分类
光学分析法:以能量作用于被测物质后，检测其产生 的辐射信号或辐射性质所引起的变化的分析方法。
光学分析法
非光谱法 （折射法，浊度法，旋光法）
.
12
2.4.1 光谱产生的原理
E =h c /λ
跃
迁 光子
激发态 E1=23 基 态 E0=0
只有当光子的能量等于ΔE时才能被吸收 即 E 光子= Δ E
.
13
（以分子结构为例说明）
分子能级
分子有三种运动方式 ·分子沿某一轴转动 ·化学键振动 ·形成化学键的电子云形状变化
对应有三种能级 转动能级(Rotation energy level) 振动能级(Vibration energy level) 电子能级(Electron energy level)
分子.荧光光谱法（MFS）
20
分子磷光光谱法（MPS）等
物质通过电、热或光致激发等激发过
光谱法
发射光谱法: 程获得能量，变为激发态原子或分子 M* ，当从激发态过渡到低能态或基
态时产生发射光谱。通过测量物质的 发射光谱的波长和强度进行定性和定 量分析的方法叫做发射光谱分析法。
（基于产生光
谱的方式不同）
（不以光的波长为特征讯号，通过测量电磁 辐射的某些基本性质的变化的分析方法。）
分子光谱法 UV/Vis,IR,MFS,MPS 光谱法
原子光谱法 AAS,AES, AFS
（以光的吸收、发射等作用而建立的分析方法，
通过检测光谱的波长和强度来进行定性和定量
的方法。）
.
19
本章主要介绍光谱法
原子
由原子外层或内层电子 能级的变
2.3.1光能够被物质吸收和发射
基态
（E基态）
跃迁 “碰撞”
激发态 (E激发）
E=hυ=hc/λ=E激发-E基态
.
10
2.3.1光能够被物质吸收 Cu
Cu
.
11
2.3.2光不能够被物质吸收
通过透明介质时 ——光的透射； 通过不均匀介质时 ——光的散射； 从一种透明介质进入另一种透明介质——光的折射
当物质所吸收的电磁辐射能与该物
吸收光谱法：质的原子核、原子或分子的两个能
级间跃迁所需的能量满足△E = hv的
关系时，将产生吸收光谱。通过测
量物质的吸收光谱的波长和强度进
行定性和定量分析的方法叫做吸收
光谱分析法。
.
21
2.5 光谱分析仪器
光谱仪（或分光光度计）一般包括五
个基本单元：光源、单色器、样品容器、 检测器和读出器件。
n
c－真空中光速 2.99792458×108m/s
~3.0 ×108m/s λ－波长，单位：m,cm,mm,m,nm,Å
1m=10-6m, 1nm=10-9m, 1Å=10-10m
ν－频率，单位：赫芝（周）Hz 次/秒
n－折射率，真空中为1
.
4
电磁波的波粒二象性 (2)
微粒性 光量子，具有能量。
.
14
电子能级 振动能级 转动能级
.
15
分子光谱
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转动光谱，又叫红外 吸收光谱*——所需能量 0.05~1 ev，用红外光照 射。——振-转光谱。
❖ 电子能级跃迁产生的光谱为电子光谱，又叫紫外可见
光源
单色器 样品池 检测器
读出器件
.
22
光源
提供能量，使样品产生光谱。
（1）紫外光源
主要采用氢灯和或氘灯。
光谱范围为160~375 nm。
30m 微波
分子转动能级跃迁
无线电波
核. 自旋磁能级跃迁
8
核能级跃迁 内层电子跃迁
原子 分子 外层 电子 跃迁
分子振动 分子振动 分子转动 分子转动 核自旋
γ射线
α射线
能谱
远紫外
近紫外
紫
400nm
蓝
青
绿
可见光 光学区
黄 （光学
橙
光谱）
红
780nm
近红外
中红外
远红外
微波
波谱
无线电波.
电磁波谱
9
2.3 光与物质相互作用
无质量的客观存在，象电场，
场
磁场，以及由电场和磁场组成
的电磁波。
.
2
2.2 电 磁 辐 射 2.2 .1 基本了解
1. 由电场和磁场组成 2. 电场和磁场相互垂直且垂直于其 传播方向 3. 传播速度在真空中为光速
.
3
2.2.2 基本性质 电磁波的波粒二象性 (1)
波动性
光的传播速度:
V = c =
2.1 概 述 2.2 电 磁 辐 射
2.3 光 与 物 质 相 互 作 用 2.4 光 学 分 析 法 分 类
2.5 光 谱 分 析 仪 器
.
1
2.1 概 述
实物 物质分为两大类
有实际质量的物体，包括天体， 地球，各种物品，也包括需借助 于仪器才能看的见的微观物体， 电子，原子，中子等。
光谱法: 化产生的，表现形式为线光谱。
光谱法
（基于产生光 谱的物质基础）
原子发射光谱法（AES） 原子吸收光谱法（AAS） 原子荧光光谱法（AFS） X射线荧光光谱法（XFS）等
分子 由 分子中电子能级、振动和转动能级 光谱法: 的变化产生，表现形式为带光谱。
紫外-可见分光光度法（UV-Vis）
红外光谱法（IR）
吸收光谱*——所需能量 1~20 ev，用紫外、可见光照
射。——电-振-转光谱。
.
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ΔE转= 0.005ev~0.05ev 24.8um<λ转<248um 远 红 外 区
ΔE振=0.05ev~1ev 1.25um<λ振<25um 红 外 光 区
ΔEe=1ev~20ev
0.06um<λe<1.25um 紫外可见光区
Eh
h－普朗克(Planck)常数 6.626×10-34J·s
－频率
E－光量子具有的能量
单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)
1eV=1..602×10－19J
5
电磁波的波粒二象性 (3)
波粒二象性
E=h c =hV=h n
真空中:E h c
结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越长(频率越 低)，光量子的能量越低。
单色光：具有相同能量(相同波长)的光。
混合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在一起。例 如,白光。
.
6
2.2 .3 电磁波谱
.
7
0.0005nm γ射线 01.001nnmm
α射线 紫外光区
400nm
780nm
核能级跃迁 内层电子能级跃迁
原子和分子 外层电子 能级跃迁
3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0um 红外光区
分子振动、转 动能级跃迁
.
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光谱种类
原子光谱：吸收、发射、荧光
线状光谱
分子光谱：紫外、可见、红外等吸收光谱
带状光谱
I
黑体辐射：白炽灯、液、固灼热发光
连续光谱
.
18
2.4 光学分析法分类
光学分析法:以能量作用于被测物质后，检测其产生 的辐射信号或辐射性质所引起的变化的分析方法。
光学分析法
非光谱法 （折射法，浊度法，旋光法）
.
12
2.4.1 光谱产生的原理
E =h c /λ
跃
迁 光子
激发态 E1=23 基 态 E0=0
只有当光子的能量等于ΔE时才能被吸收 即 E 光子= Δ E
.
13
（以分子结构为例说明）
分子能级
分子有三种运动方式 ·分子沿某一轴转动 ·化学键振动 ·形成化学键的电子云形状变化
对应有三种能级 转动能级(Rotation energy level) 振动能级(Vibration energy level) 电子能级(Electron energy level)
分子.荧光光谱法（MFS）
20
分子磷光光谱法（MPS）等
物质通过电、热或光致激发等激发过
光谱法
发射光谱法: 程获得能量，变为激发态原子或分子 M* ，当从激发态过渡到低能态或基
态时产生发射光谱。通过测量物质的 发射光谱的波长和强度进行定性和定 量分析的方法叫做发射光谱分析法。
（基于产生光
谱的方式不同）
（不以光的波长为特征讯号，通过测量电磁 辐射的某些基本性质的变化的分析方法。）
分子光谱法 UV/Vis,IR,MFS,MPS 光谱法
原子光谱法 AAS,AES, AFS
（以光的吸收、发射等作用而建立的分析方法，
通过检测光谱的波长和强度来进行定性和定量
的方法。）
.
19
本章主要介绍光谱法
原子
由原子外层或内层电子 能级的变
2.3.1光能够被物质吸收和发射
基态
（E基态）
跃迁 “碰撞”
激发态 (E激发）
E=hυ=hc/λ=E激发-E基态
.
10
2.3.1光能够被物质吸收 Cu
Cu
.
11
2.3.2光不能够被物质吸收
通过透明介质时 ——光的透射； 通过不均匀介质时 ——光的散射； 从一种透明介质进入另一种透明介质——光的折射
当物质所吸收的电磁辐射能与该物
吸收光谱法：质的原子核、原子或分子的两个能
级间跃迁所需的能量满足△E = hv的
关系时，将产生吸收光谱。通过测
量物质的吸收光谱的波长和强度进
行定性和定量分析的方法叫做吸收
光谱分析法。
.
21
2.5 光谱分析仪器
光谱仪（或分光光度计）一般包括五
个基本单元：光源、单色器、样品容器、 检测器和读出器件。
n
c－真空中光速 2.99792458×108m/s
~3.0 ×108m/s λ－波长，单位：m,cm,mm,m,nm,Å
1m=10-6m, 1nm=10-9m, 1Å=10-10m
ν－频率，单位：赫芝（周）Hz 次/秒
n－折射率，真空中为1
.
4
电磁波的波粒二象性 (2)
微粒性 光量子，具有能量。
.
14
电子能级 振动能级 转动能级
.
15
分子光谱
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转动光谱，又叫红外 吸收光谱*——所需能量 0.05~1 ev，用红外光照 射。——振-转光谱。
❖ 电子能级跃迁产生的光谱为电子光谱，又叫紫外可见
光源
单色器 样品池 检测器
读出器件
.
22
光源
提供能量，使样品产生光谱。
（1）紫外光源
主要采用氢灯和或氘灯。
光谱范围为160~375 nm。
30m 微波
分子转动能级跃迁
无线电波
核. 自旋磁能级跃迁
8
核能级跃迁 内层电子跃迁
原子 分子 外层 电子 跃迁
分子振动 分子振动 分子转动 分子转动 核自旋
γ射线
α射线
能谱
远紫外
近紫外
紫
400nm
蓝
青
绿
可见光 光学区
黄 （光学
橙
光谱）
红
780nm
近红外
中红外
远红外
微波
波谱
无线电波.
电磁波谱
9
2.3 光与物质相互作用
无质量的客观存在，象电场，
场
磁场，以及由电场和磁场组成
的电磁波。
.
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2.2 电 磁 辐 射 2.2 .1 基本了解
1. 由电场和磁场组成 2. 电场和磁场相互垂直且垂直于其 传播方向 3. 传播速度在真空中为光速
.
3
2.2.2 基本性质 电磁波的波粒二象性 (1)
波动性
光的传播速度:
V = c =