--第二章光谱分析法导论36

原子外层电子/分子成键电子
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光
微波
射频
波长 0.75~2.5m 2.5~50m 50~1990m 0.1~100cm 1~100 m
跃迁类型
分子振动
分子转动
电子、核自旋
2.1.4 电磁辐射与物质的相互作用
辐射能的基本特性:
(1) 吸收 (2) 发射 (3) 散射 (4) 折射 (5) 反射 (6) 干涉 (7) 衍射
当频率、振动相同，相位相等或相差恒定的波源所发射的波 相互迭加时，就产生干涉现象。
(7) 衍射 光绕过物体而弯曲地向其后面传播的现象.
2.2 光学分析法(Optical Analysis)
光分析法
非光谱分析法
光谱分析法
折 射 法
圆 二 色 性 法
X 射 线 衍 射 法
干 涉 法
旋 光 法
原子光谱分析法 分子光谱分析法
γx
紫外区 可见光区 红外区 ←波谱区
400nm 200nm
750nm
高频 辐射区
光学光谱区 图3-2
λ
电子自旋 核自旋能 级跃迁
整个电磁波谱由短到长可以分为：
波谱区 -射线
X-射线 远紫外光
波长 5~140 pm 10-3~10nm 10~200nm
跃迁类型 核能级
原子内层电子
近紫外光
可见光
200~400nm 400~750nm
素的共振线，并将溶液中离子转变成气态原子后，测定其对共 振线吸收而进行的定量分析方法。
❖ 原子发射光谱法（AES）：以火焰、电弧、等离子炬等
作为光源，使气态原子的外层电子受激，发射出特征光谱进行 定量分析的方法。
❖ 原子荧光光谱法（AFS）：气态原子吸收特征波长的辐射后， 外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态 时，发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，进行定量分 析的方法。
λ c
c
—波 长 （cm、µm、nm、A）
υ—频 率 （Hz sec-1）
σ—波 数 （cm-1）
σ=1/λ
【注】计算υ时，注意的单位换算
1m=106 µm=109nm=1010A=1012pm (P19)
2.1.2 电磁辐射的微粒性
普朗克(Planch)公式: E h hc hc
λ
E ---光子的能量 J, 焦耳
❖ 紫外可见吸收光谱法：利用溶液中分子吸收紫外和可见光产 生跃迁所记录的吸收光谱图，进行化合物结构分析，根据最 大吸收波长强度变化可进行定量分析。
❖ 分子荧光光谱法（MFS）/分子磷光光谱法（MPS）
❖ 化学发光分析法：利用化学反应提供能量，使待测分子被激 发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓 度之间的线性关系进行定量分析的方法。
2.1.4.1 吸收
❖
当电磁波作用于物质时，其能量正好等于物
质某两个能级的能量差时，电磁辐射便被吸收，原
子或分子从低能级跃迁到高能级, 即物质可以选择
性吸收特定频率的辐射能。
E=(n+1)hυ
M h 吸收辐射能量 M *
hυ
基态 光
激发态
E=nhυ
✓例：可建立原子吸收光谱，分子吸收光谱
1. 原子吸收特点
第二章 光谱分析法导论
Guide of Spectral Analytical Method
2.1 电磁辐射的性质 2.2 光学分析法 2.3 光谱分析仪器
﹡ 光分析法在研究物质组成、结构表征、表 面分析等方面具有其他方法不可取代的地位.
光分析法的三个基本过程：
（1） 能源提供能量 （2） 能量与被测物之间的相互作用 （3） 产生可检测信号
原 子 吸 收 光 谱
原 子 发 射 光 谱
原 子 荧 光 光 谱
X 射 线 荧 光 光 谱
分wenku.baidu.com核 紫红子子磁 外外荧磷共 光光光光振 谱谱光光波 法法谱谱谱
法法法
2.2.1 非光谱法
不涉及物质内部能级跃迁，物质与辐射作用时， 仅改变转播方向等物理性质；是不以光的波长为 特征讯号，而以光辐射的某些基本物理性质的变 化为特征信号的仪器分析方法。通过测定电磁辐
2.1 电磁辐射的性质
电磁辐射的波动性 电磁辐射的微粒性 电磁波谱 电磁辐射与物质的相互作用
2.1.1 电磁辐射的波动性
电磁辐射（电磁波，光）是一种高速度通过空间 传播的光量子流，它具有波粒二象性。波动性表现: 折射、散射、衍射、干涉、偏振。
电磁辐射传播速度为光速: c=2.998×108m/s.
2.2.2.2 基于分子转动、振动能级跃迁的光谱法
利用分子中基团吸收红外光产生的振动—转动吸收光 谱进行定量和结构分析的方法。红外吸收光谱法可给出有 机化合物各种官能团信息，是分子结构的有效分析手段。
2.2.2.3 基于原子内层电子跃迁的光谱法
射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本 性质变化进行分析的方法。
2.2.2 光谱法
光谱法基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部能级跃 迁而产生的发射、吸收或散射的波长和强度进行分析的方法。
原子光谱为线光谱，分子光谱为带光谱（p31)。
2.2.2.1 基于原子分子外层电子能级跃迁的光谱法
❖ 原子吸收光谱法（AAS）：利用特殊光源发射出待测元
❖ 气态原子主要吸收紫外及可见光区的电磁 辐射
❖ 原子吸收产生的特征频率少 ❖ 原子吸收光谱是线光谱
2.分子吸收特点 ❖ 光谱比原子吸收光谱复杂 ❖ 吸收紫外可见光区及红外区的电磁辐射 ❖ 吸收特定波长段的电磁辐射,光谱为连续光谱
可建立紫外可见吸收光谱法，红外吸收光谱法。
2.1.4.2 发射
❖ 当原子、分子、离子处于较高能态（激发态） 时，以光子形式释放出多余能量而回到较低能 态（基态），产生电磁辐射的过程。
hc hc
E E1 E0
吸收
M * 发光释放能量 M h
发
激发态
基态 光
射
原子发射 、分子发射的特点 p25 (3) 散射
按一定方向传播的光子与其他粒子碰撞时，发生不确定的方 向的改变。包括丁铎尔散射和分子散射；
(4) 折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同； (5) 反射 (6) 干涉
υ ---光子的频率 Hz, 赫兹
---光子的波长 cm
C ---光速
2.99791010 cm.s-1
h ---Planch常数 6.625610-34 J S 焦耳·秒
2.1.3 电磁波谱
电磁波谱--电磁辐射按波长顺序排列称为电磁波谱 反映了物质内能量的变化，任一波长光子的能量与物 质内的原子或分子的能级变化（ΔE）相对应.