第2章 光谱分析法导论解析
第 2章光谱分析法导论
2.1 内容提要
2.1.1 基本概念
光分析法—以物质的光学性质为基础建立的分析方法,称为光学分析法,简称光分析法。
光谱分析法—以测量光与物质相互作用,引起原子、分子内部量子化能级之间跃迁产生的发射、吸收、散射等波长与强度的变化关系为基础的光分析法,称为光谱分析法。
非光谱分析法—利用光与物质作用时所产生的折射、干涉、衍射和偏振等基本性质的变化来达到分析测定目的的光分析法, 主要有折射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二色性法等。
光发射—受激粒子由高能态跃迁回到低能态(包括基态时,以光辐射形式释放多于能量的现象。
光吸收—当光与物质接触时,某些频率的光被选择性的吸收并使其强度减弱,这种现象被称为物质对光的吸收。
光散射—光通过不均匀介质时, 如果有一部分光沿着其他方向传播, 这种现象称为光的散射。
光折射—当光从一种透明介质进入另一种透明介质时,光束的前进方向发生改变的现象,称为光的折射。
光衍射—光波绕过障碍物而弯曲向后传播的现象,称为光的衍射。光偏振—天然光通过某些物质后, 变为只在一个固定方向有振动的光,称为平面偏振光,这种现象称为偏振。
光的旋光色散—平面偏振光进入旋光活性物质时,使得构成偏振光的左、右两圆偏振光的传播速度变得不一样,这种现象称为旋光色散。光的圆二色性—偏振光与物质相互作用后,由于对左、右圆偏振光的吸收情况不同导致两圆偏振光的振幅和能量也不相同,并形成一个沿着椭圆运动的椭圆偏振光,这种现象称为圆二色性。
光的波粒二象性—指光既有波动性又有粒子性。
吸收光谱—物质的粒子吸收某特定的光子后,由低能级跃迁到较高能级,当把物质对光的吸收情况按照波长的次序排列记录下来,就得到
吸收光谱。
发射光谱—吸收了能量(光能、热能、电能或其他能量的粒子, 由高能级跃迁到底能级时,如果以光辐射形式释放出多余的能量,当把光的辐射按波长次序排列记录下来,就得到发射光谱。
分子光谱 (带状光谱—处于气态或溶液中的分子 ,当发生能级跃迁时,所发射或吸收的是一定频率范围的电磁辐射组成的带状光谱,称为分子光谱。
原子光谱 (线状光谱—气态原子发生能级跃迁时,能发射或吸收一定频率(波长的电磁辐射,经过光谱仪所得到的一条条分立的线状光谱,称为原子光谱。
固体光谱—炽热的固体物质及复杂分子受激后, 发射出波长范围相当广阔的连续光谱,称为固体光谱。
连续光谱—有连续分布的波长的光组成的光谱,称为连续光谱。转动光谱—反映分子纯转动能级跃迁引起的转动能量的变化的这部分光谱称为转动光谱。
振动光谱—反映分子纯振动能级跃迁引起的振动能量的变化的这部分光谱称为振动光谱。
电子光谱—反映分子纯电子能级跃迁引起的电子能量的变化的这部分光谱称为电子光谱。
复合光—包含多种频率(或波长成分的光,称为复合光。
单色光—含有一种频率(或波长成分的光,称为单色光。
色散—物质对光的折射率随着光的频率的变化而变化,这种现象称为色散。
分光—利用色散现象可以将波长范围很宽的复合光分散开来,成为许多波长范围狭小的“单色光” ,这种作用称为“分光” 。
2.1.2 基本内容
1. 光的基本性质及电磁波谱的分类
光是一种电磁辐射 (或电磁波 ,具有波粒二象性。电磁辐射按照波长的长短排列起来,称为电磁波谱,根据其波长 (及能量的不同,可以分为几个不同的辐射类型或波谱区。
2. 光的能量、频率、波长和波数之间的关系
光的波动性可用光的波长λ(或波数σ 和频率ν来描述; 光的粒子性可用光量子(简称光子的能量 E 来描述。它们之间的关系遵循下式: E =hv =hc /λ=hcσ
式中 , c 为光速 (在真空中 c =3×108m ·s -1 ; h 为普朗克常数 (6.63×10-34J ·s 。式左端体现了光的粒子性,右端体现了光的波动性,它把光的波粒二象性联系和统一起来 , 并由此看出 :不同波长的光 (辐射具有不同的能量,波长越长 (频率、波数越低 ,能量越低;反之,波长越短, 能量越高。
3. 光与物质间的相互作用
光与物质相互接触时,就会与物质相互作用,作用的性质随光的波长 (能量即物质的性质而异。通常包括:
(1光的吸收、发射;
(2光的透射、散射和折射;
(3光的干涉、衍射和偏振。
4. 光分析法的分类
光分析法以能源与物质相互作用引起原子、分子内部量子化能级之间跃迁所产生的光吸收、发射、散射等波长与强度的变化关系为基础的光分析法。
非光谱法是利用光与物质作用时所产生的折射、干涉、衍射和偏振等基本性质的变化来达到分析测定目的的分析方法。主要有折射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二色性法等。
5. 光谱的产生
通常,物质的分子处于稳定的基态。当它受到光照或其他能量激发时,将根据分子所吸收能量的大小,引起分子转动、振动或电子能级的跃迁,同时伴随着光子的吸收或发射,当物质的粒子吸收或放出某特定的光子后,发生能级之间的跃迁,如果把物质对光的吸收或发射情况按照波长的次序排列记录下来,就得到了光谱。
按照产生光谱的物质类型的不同,可以分为原子光谱、分子光谱、固体光谱;按照产生光谱的方式不同,可以分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱;按照光的性质和形状,又可分为线光谱、带光谱和连续光谱。 6. 光谱分析仪器的组成
信号发生系统,色散系统,检测系统,信息处理系统。
信号发生系统:包括光源和样品容器。光源有连续光源和线光源等。一般连续光源主要用于分子吸收光谱法,线光源用于原子荧光、原子吸收和拉曼光谱法。
色散系统:其作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。一般色散系统由棱镜或光栅等组成。
检测系统:一般以光电转换器作为检测器。检测器可分为对光子有响应的光检测器和对热有响应的热检测器。
信息处理系统:由检测器将光信号转换为电信号后,可用检流计、微安表、记录仪、数字显示器或阴极射线显示器等显示和记录测定结果。
2.2 思考题与习题解答
1. 原子光谱与分子光谱,吸收光谱与发射光谱有什么不同?
答:原子光谱是一条条彼此分离的线光谱。产生原子光谱的是处于稀薄气体状态的原子 (相互之间作用力小 ,由于原子没有振动和转动能级,因此原子光谱的产生主要是电子能级跃迁所致。
分子光谱是一定频率范围的电磁辐射组成的带状光谱。产生分子光谱的是处于气态或溶液中的分子,分子光谱分三个层次:转动光谱、振动光谱、电子光谱。
当物质受到光辐射作用时,物质中的分子或原子以及强磁场中的原子核吸收了特定的光子之后,由低能态 (一般为基态被激发跃迁到高能态 (激发态 ,此时如将吸收的光辐射记录下来,得到的就是吸收光谱。按其产生的本质可分为:分子吸收光谱(包括紫外与可见吸收光谱, 红外吸收光谱、原子吸收光谱及核磁共振波谱等。
吸收了光能处于高能态的分子或原子,其寿命很短, 当它们回到基态或较低能态时,有时以热的形式释放出所吸收的能量,由于这种热量很小,一般不易觉察出来; 有时重新以光辐射形式释放出来,由此获得的光谱就是发射光谱。发射光谱按其产生的本质, 通常分为:原子 (离子发射光谱、分子发射光谱和 X 射线发射光谱。
发射光谱的特征是在暗背景上有明亮的谱线或谱区,吸收光谱的特征则是在连续的亮背景上有暗线或暗区。
2. 什么是复合光和单色光?光谱分析中如何获得单色光?
答:包含多种频率成分的光,称为复合光。
只包含一种频率成分的光称为单色光。
在光谱分析中,广泛利用棱镜 (折射现象及光栅 (衍射和干涉现象来获得单色光。
3. 光谱分析法是如何分类的?
答:光谱的分类:按照产生光谱的物质类型不同, 可以分为原子光谱、分子光谱、固体光谱;按照产生光谱的方式不同,可以分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱;按照光的性质和形状,又可分为线光谱、带光谱和连续光谱。
光谱法的分类:主要有原子光谱法和分子光谱法。原子光谱法有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法及 X 射线荧光光谱法等。分子光谱法有紫外 -可见吸收光谱法、红外吸收光谱法、分子荧光光谱法及分子磷光光谱法等。
4. 如何由光的频率计算光的能量及波长、波数?已知钾原子共振线的激发能为 1.62 eV , 试计算该共振线的波长、频率和波数 ? (1 eV =1.602×10-19J
解:因为E =hv =hc /λ=hcσ
已知 E ,据上式可求出光的v , λ及σ。由 h =6.63×10-34J ·s
得 1.62×1.602×10-19J=6.63×10-34J ·s ×v
v =3.91×1014 s-1
λ=c /v =3×108m·s -1/(3.91×1014 s-1=7.67×10-7m
σ=v /c =3.91×1014 s-1/(3×108m ·s -1=1.30×106m -1
光谱分析法导论
第二章光谱分析法导论 一.教学内容 1．电磁辐射及电磁波谱的概念、特性及相关物理量 2．物质与电磁辐射相互作用及相关的光谱学 3．光学分析法的分类及特点 4．光学分析法的基本仪器 二．重点与难点 1．电磁辐射与电磁波谱的特殊 2．各物理量的相互换算 3．物质与电磁辐射相互作用的机制 4．各种能级跃迁的概念及相应的光谱 三.教学要求 1．牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质 2．熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算 3．清楚理解物质与电磁辐射相互作用所产生的各种光谱 4．清晰光学分析法分类的线索 5．了解光谱法的基本仪器部件 四．学时安排2学时 第一节光学分析法及其分类 光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。 这些电磁辐射包括从 射线到无线电波的所有电磁波谱范围
(不只局限于光学光谱区)。电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。 光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量 子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。 光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。 原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（A AS），原子荧光光谱法（A FS）以及X射线荧光光谱法（X FS）等。 分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分 光光度法（U V-Vi s），红外光谱法（IR），分子荧光光谱法（M F S）和分子磷光光谱法（M P S）等。 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。 本章主要介绍光谱法。 一、发射光谱法 物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，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。 M* ?→M +hv 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。 根据发射光谱所在的光谱区和激发方法不同，发射光谱法分为： 1.γ射线光谱法
第九章 光学分析法概论
. 第九章光学分析法概论 1、光学分析法有哪些类型。 基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法；基睛辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。 2、吸收光谱法和发射光谱法有何异同？ 吸收光谱法为当物质所吸收的电磁辐射能由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到的光谱发射光谱法为物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生的光谱。 3、什么是分子光谱法？什么是原子光谱法？ 原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生的光谱，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法、原子吸收光谱法，原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法等。 分子光谱法：是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的光谱，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。 4、简述光学仪器三个最基本的组成部分及其作用。 辐射源（光源）：提供电磁辐射。 波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。 检测器：将光信号转换成电信号。 5、简述常用的分光系统的组成以及各自作用特点。 分光系统的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。分光系统又分为单色器和滤光片。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。 棱镜：色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。 光栅：利用多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用产生光栅光谱。 干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉图。 滤光器是最简单的分光系统，只能分离出一个波长带或只能保证消除给定消长以上或以下的所有辐射。 6、简述常用辐射源的种类典型的光源及其应用范围。 1 / 1'.
光谱分析法导论题库
光谱分析法导论 1．在下列激发光源中,何种光源要求试样制成溶液？( 1 ) (1)火焰(2)交流电弧(3)激光微探针(4)辉光放电 2．发射光谱法用的摄谱仪与原子荧光分光光度计相同的部件是( 3 ) (1)光源(2)原子化器(3)单色器(4)检测器 3．在光学分析法中, 采用钨灯作光源的是( 3 ) (1)原子光谱(2)分子光谱(3)可见分子光谱(4)红外光谱 可见光源通常使用钨灯 5. 原子光谱(发射、吸收与荧光)三种分析方法中均很严重的干扰因素是( 2 ) (1)谱线干扰(2)背景干扰(3)杂散干扰(4)化学干扰 6. 三种原子光谱(发射、吸收与荧光)分析法在应用方面的主要共同点为( 2 ) (1)精密度高,检出限低(2)用于测定无机元素(3)线性范围宽(4)多元素同时测定7. __紫外__和__可见_辐射可使原子外层电子发生跃迁. 原子发射光谱法 1. 几种常用光源中，产生自吸现象最小的是( 2 ) (1) 交流电弧(2) 等离子体光源（即为ICP）(3) 直流电弧(4) 火花光源 2. 闪耀光栅的特点之一是要使入射角α、衍射角β和闪耀角θ之间满足下列条件( 4 ) (1) α=β(2) α=θ(3) β=θ(4) α=β=θ 3. 当不考虑光源的影响时，下列元素中发射光谱谱线最为复杂的是( 4 ) (1) K (2) Ca (3) Zn (4) Fe 所以选择铁谱作为标准 4. 矿物中微量Ag、Cu的发射光谱定性分析应采用的光源是 (1) I CP光源(2) 直流电弧光源(3) 低压交流电弧光源(4) 高压火花光源直流电弧光源用于矿石难溶物中低含量组分的定量测定 5. 下列哪种仪器可用于合金的定性、半定量全分析测定 (1)极谱仪(2)折光仪(3)原子发射光谱仪(4)红外光谱仪(5)电子显微镜6. 发射光谱摄谱仪的检测器是( ) (1) 暗箱(2) 感光板(3) 硒光电池(4) 光电倍增管 7. 对原子发射光谱法比对原子荧光光谱法影响更严重的因素是( ) (1) 粒子的浓度(2) 杂散光(3) 化学干扰(4) 光谱线干扰 8. 原子发射光谱激发源的作用是提供足够的能量使试样____蒸发________ 和__激发__。 9. 影响谱线强度的内因是______各元素的激发电位统计权重____________ ，外因是__被测元素浓度和弧焰温度________________ 。 10. 自吸：原子在高温下被激发而发射某一波长的辐射, 但周围温度较低的同种原子(包括低能级原子或基态原子)会吸收这一波长的辐射 11. (1)海水中的重金属元素定量分析___高频电感耦合等离子体____________ (2)矿物中微量Ag、Cu的直接定性分析_____直流电弧_________ (3)金属锑中Sn、Bi的直接定性分析______电火花________
光学分析法概论
第九章光学分析法概论 1、光学分析法有哪些类型。 基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法；基睛辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。 2、吸收光谱法和发射光谱法有何异同 ; 吸收光谱法为当物质所吸收的电磁辐射能由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到的光谱发射光谱法为物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生的光谱。 3、什么是分子光谱法什么是原子光谱法 原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生的光谱，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法、原子吸收光谱法，原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法等。 — 分子光谱法：是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的光谱，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。 4、简述光学仪器三个最基本的组成部分及其作用。 辐射源（光源）：提供电磁辐射。 波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。 & 检测器：将光信号转换成电信号。 5、简述常用的分光系统的组成以及各自作用特点。 分光系统的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。分光系统又分为单色器和滤光片。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。 棱镜：色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。 光栅：利用多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用产生光栅光谱。 干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉图。 滤光器是最简单的分光系统，只能分离出一个波长带或只能保证消除给定消长以上或以下的所有辐射。 6、简述常用辐射源的种类典型的光源及其应用范围。
光谱分析法概述
光谱分析法概论 ~ 第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用 （一）电磁辐射和电磁波谱 光是一种电磁辐射（又称电磁波），是一种以强大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光量子流，它具有波粒二象性 1 光的波动性：用波长、波数、频率作为表征 波长是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点之间的线性距离，常用nm作为单位 波数是每厘米长度中波的数目，单位cm-1 频率是每秒内的波动次数，单位Hz 在真空中波长、波数和频率的关系 C是光在真空中的传播速度，C=2.997925*10 10cm*s 所有电磁辐射在真空中的传播速度均相同 在其他透明介质中，由于电磁辐射与介质分子的相互作用，传播速度比在真空中稍小一些 2 光的微粒性：用每个光子具有的能量E作为表征 光子的能量与频率成正比，与波长成反比 H是普朗克常数，其值等于6.6262*10-34 J*s 能量E的单位常用电子伏特（eV）和焦耳（J）表示 电磁辐射与物质的相互作用包括以下两种： 1 涉及物质内能变化的：吸收、产生荧光、磷光、拉曼散射 2 不涉及物质内能变化的：透射、折射、非拉曼散射、衍射、旋光 当辐射通过固体、液体或气体等透明介质时，电磁辐射的交变电场导致分子（或原子）外层电子相对其核的震荡，造成这些分子（或原子）周期性的变化 1如果入射的电磁辐射能量正好与介质分子（或原子）基态与激发态之间的能量差相等，介质分子（或原子）就会选择性地吸收这部分辐射能，从基态跃迁到激发态（激发态的寿命很短） 处于激发态的分子（或原子）通常以（1）热的形式（2）发生化学变化（光化学变化）（3）以荧光及磷光的形式发射出所吸收的能量并回到基态 2 如果入射的电磁辐射能量与介质分子（或原子）基态与激发态之间的能量差不相等，则电磁辐射不被吸收，分子（或 原子）极化所需的能量仅被介质分子（或原子）瞬间保留，然后被再发射，从而产生光的透射、非拉曼发射、反射、折射等物理现象 第二节 光学分析法的分类 一、常用的光学分析方法
光学分析法导论发射光谱习题
第二章光学分析法导论习题（P223） 1、光谱法的仪器由哪几部分组成？它们的作用是什么？ 2、单色器由几部分组成？它们的作用是什么？ 3、简述光栅和棱镜分光的原理。 4、影响光栅色散率（线色散率）的因素有哪些？线色散率的单位是什么？ 5、波长为500nm和520nm的光谱线垂直照射到光栅上，经焦距为两米的成像物镜系统进 行光谱测量，若光栅刻线数分别为600条/mm，1200条/mm，问一级光谱和二级光谱中这两条线之间的距离为多少？ 6、一台配有长63.5mm，刻线数为600条/mm光栅的光谱仪，理论上至少要用哪一级光谱 才能分辨开309.990nm和309.997nm的铁双线？ 7、某光谱仪光栅长5cm，刻线数为1000条/mm，暗箱物镜焦距为1m，光线垂直光栅入射， 问分别用一、二级光谱时在衍射为30°处的波长各为多少？在此波长下所能分辨开的最小波长差各为什么？此时的倒线色散率为多大？ 第三张原子发射光谱法习题（P242） 1、光谱项的意义是什么？ 2、光谱分析常用的激发光源有哪几种？比较它们各自的特点？ 3、发射光谱分析中，如何选择分析线和分析线对？ 补充题 1、原子发射光谱是怎样产生的？其特点是什么？ 2、原子发射光谱仪由哪几部分组成？其主要作用是什么？ 3、名词解释：（1）激发电位；（2）电离电位；（3）原子线；（4）；离子线；（5）共振线；（6） 灵敏线（7）等离子体；（8）自吸；（9）基体效应 4、简述ICP的形成原理及其特点。 5、光谱定性分析摄谱时，为什么要使用哈特曼光阑？为什么要同时摄取铁光谱？ 6、光谱定量分析的依据是什么？为什么要采用内标法？简述内标法的原理。 7、为什么原子发射光谱可采用内标法来消除实验条件的影响？ 8、采用原子发射光谱分析下列试样时，选用什么光源为宜？ （1）矿石中组分的定性、半定量分析； （2）合金中铜的质量分数（10-2数量级） （3）钢中锰的质量分数（10-4~10-3数量级） （4）污水中的Cr、Mn、Cu、Fe等的质量分数（10-6~10-3数量级） 9、某合金中Pb的光谱的定量测定，以Mg作为内标，实验测得数据如下：根据下面数据，（1） 绘制工作曲线； （2）求溶液中A、B、C的质量浓度。 溶液黑度计读数（透光率）Pb的浓度（mg mL-1） Mg Pb 1 7.3 17.5 0.151 2 8.7 18.5 0.201 3 7.3 11.0 0.301 4 10.3 12.0 0.402 5 11. 6 10.4 0.502 A 8.8 15.5 B 9.2 12.5 C 10.7 12.2
第2章 光谱分析法概论
第2章 光谱分析法概论 根据物质发射的电磁辐射或物质与辐射的相互作用建立起来的一类仪器分析方法，统称 为光学分析法。 光是电磁辐射(又称电磁波)，是一种不需要任何物质作为传播媒介就可以以巨大速度通 过空间的光子流（量子流），具有波粒二象性（波动性与微粒性）。 光的波动性体现在反射、折射、干涉、衍射以及偏振等现象。波长λ 、波数σ 和频率υ 相互关系为：λν/c = 和c //1νλσ==，c =2.997925×1010cm/s 。 光的微粒性体现在吸收、发射、热辐射、光电效应、光压现象以及光化学作用等方面， 用每个光子具有的能量E 作为表征。光子的能量与频率成正比，与波长成反比，关系为： σλνhc hc h E ===/ 从γ 射线一直至无线电波都是电磁辐射，光是电磁辐射的一部分，若把电磁辐射按照波 长或频率的顺序排列起来，就可得到电磁波谱（electromagnetic spectrum ）。 波长在360～800nm 范围的光称为可见光，具有同一波长、同一能量的光称为单色光，由 不同波长的光组合成的称为复合光。 复合光在与物质相互作用时，表现为其中某些波长的光被物质所吸收，另一些波长的光 透过物质或被物质所反射，透过物质的光（或反射光）能被人眼观察到的即为物质所呈现的颜色。不同波长的光具有不同的颜色，物质的颜色由透射光（或发射光）的波长所决定。 当物质与辐射能相互作用时，其内部的电子、质子等粒子发生能级跃迁，对所产生的辐 射能强度随波长(或相应单位)变化作图，所得到的谱图称为光谱（也称波谱）。 利用物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱分析法或光谱法。 以测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的成分分析方 法为原子光谱法， 由分子中电子能级（n ）、振动能级（v ）和转动能级（J ）的变化而产生的光谱为基础的 定性、定量和物质结构分析方法为分子光谱法。有紫外-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 ）和分子磷光光谱法（MPS ）等。 物质吸收相应的辐射能而产生的光谱为吸收光谱。利用物质的吸收光谱进行定性、定量 及结构分析的方法称为吸收光谱法。 物质受激，跃迁到激发态M*后，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，而产生 的光谱为发射光谱。物质发射的光谱有三种：线状光谱、带状光谱和连续光谱。 利用测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性、定量的方法称为发射光谱法。 用于研究吸收、发射或荧光的电磁辐射强度和波长关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计， 一般包括五个基本单元：光源、单色器、样品池、检测器和读出器。 单色器的主要作用是将来自光源的连续光谱（复合光）分解并分离出所需要的单色光（即 仅含特定波长的光）或有一定宽度的谱带，由入射狭缝和出射狭缝、准直镜、聚焦镜以及色散元件（如棱镜或光栅）等组成，分色散型和干涉型。 当一束波长为λ 的平行单色光（强度为I 0）通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体 介质时，光的强度由I 0减弱为I t ，定义I t 与I 0的比值为透光率（transmittance ，0t I I T = ），其
关于光谱分析法导论.doc
第二章光谱分析法导论 一 .教学内容 1 ．电磁辐射及电磁波谱的概念、特性及相关物理量 2 ．物质与电磁辐射相互作用及相关的光谱学 3 ．光学分析法的分类及特点 4 ．光学分析法的基本仪器 二．重点与难点 1 ．电磁辐射与电磁波谱的特殊 2 ．各物理量的相互换算 3 ．物质与电磁辐射相互作用的机制 4 ．各种能级跃迁的概念及相应的光谱 三 .教学要求 1 ．牢固掌握电磁辐射和电磁波谱的概念及性质 2 ．熟练掌握电磁辐射各种物理量之间的换算 3 ．清楚理解物质与电磁辐射相互作用所产生的各种光谱 4 ．清晰光学分析法分类的线索 5 ．了解光谱法的基本仪器部件 四．学时安排2学时 第一节光学分析法及其分类 光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。 这些电磁辐射包括从射线到无线电波的所有电磁波谱范
( 不只局限于光学光谱区 ) 。电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。 光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部 发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐 射的波长和强度进行分析的方法。 光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。 原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法 （AES ）、原子吸收光谱法（ A AS ），原子荧光光谱法（ A FS ）以及 X 射线荧光光谱法（X FS）等。 分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的 变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫 外 - 可见分光光度法（ U V - Vi s），红外光谱法（ IR ），分子荧光光谱法（ M FS）和分子磷光光谱法（ M PS）等。 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些 性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。 本章主要介绍光谱法。 一、发射光谱法 物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程 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。 M *M + hv 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。 根据发射光谱所在的光谱区和激发方法不同，发射光谱法分为： 1.射线光谱法
第2章 光谱分析法导论
第2章光谱分析法导论 2.1 内容提要 2.1.1 基本概念 光分析法—以物质的光学性质为基础建立的分析方法，称为光学分析法，简称光分析法。 光谱分析法—以测量光与物质相互作用，引起原子、分子内部量子化能级之间跃迁产生的发射、吸收、散射等波长与强度的变化关系为基础的光分析法，称为光谱分析法。 非光谱分析法—利用光与物质作用时所产生的折射、干涉、衍射和偏振等基本性质的变化来达到分析测定目的的光分析法，主要有折射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二色性法等。 光发射—受激粒子由高能态跃迁回到低能态（包括基态）时，以光辐射形式释放多于能量的现象。 光吸收—当光与物质接触时，某些频率的光被选择性的吸收并使其强度减弱，这种现象被称为物质对光的吸收。 光散射—光通过不均匀介质时，如果有一部分光沿着其他方向传播，这种现象称为光的散射。 光折射—当光从一种透明介质进入另一种透明介质时，光束的前进方向发生改变的现象，称为光的折射。 光衍射—光波绕过障碍物而弯曲向后传播的现象，称为光的衍射。 光偏振—天然光通过某些物质后，变为只在一个固定方向有振动的光，称为平面偏振光，这种现象称为偏振。 光的旋光色散—平面偏振光进入旋光活性物质时，使得构成偏振光的左、右两圆偏振光的传播速度变得不一样，这种现象称为旋光色散。 光的圆二色性—偏振光与物质相互作用后，由于对左、右圆偏振光的吸收情况不同导致两圆偏振光的振幅和能量也不相同，并形成一个沿着椭圆运动的椭圆偏振光，这种现象称为圆二色性。 光的波粒二象性—指光既有波动性又有粒子性。 吸收光谱—物质的粒子吸收某特定的光子后，由低能级跃迁到较高能级，当把物质对光的吸收情况按照波长的次序排列记录下来，就得到
第2章 光谱分析法导论解析
第 2章光谱分析法导论 2.1 内容提要 2.1.1 基本概念 光分析法—以物质的光学性质为基础建立的分析方法,称为光学分析法,简称光分析法。 光谱分析法—以测量光与物质相互作用,引起原子、分子内部量子化能级之间跃迁产生的发射、吸收、散射等波长与强度的变化关系为基础的光分析法,称为光谱分析法。 非光谱分析法—利用光与物质作用时所产生的折射、干涉、衍射和偏振等基本性质的变化来达到分析测定目的的光分析法, 主要有折射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二色性法等。 光发射—受激粒子由高能态跃迁回到低能态(包括基态时,以光辐射形式释放多于能量的现象。 光吸收—当光与物质接触时,某些频率的光被选择性的吸收并使其强度减弱,这种现象被称为物质对光的吸收。 光散射—光通过不均匀介质时, 如果有一部分光沿着其他方向传播, 这种现象称为光的散射。 光折射—当光从一种透明介质进入另一种透明介质时,光束的前进方向发生改变的现象,称为光的折射。 光衍射—光波绕过障碍物而弯曲向后传播的现象,称为光的衍射。光偏振—天然光通过某些物质后, 变为只在一个固定方向有振动的光,称为平面偏振光,这种现象称为偏振。
光的旋光色散—平面偏振光进入旋光活性物质时,使得构成偏振光的左、右两圆偏振光的传播速度变得不一样,这种现象称为旋光色散。光的圆二色性—偏振光与物质相互作用后,由于对左、右圆偏振光的吸收情况不同导致两圆偏振光的振幅和能量也不相同,并形成一个沿着椭圆运动的椭圆偏振光,这种现象称为圆二色性。 光的波粒二象性—指光既有波动性又有粒子性。 吸收光谱—物质的粒子吸收某特定的光子后,由低能级跃迁到较高能级,当把物质对光的吸收情况按照波长的次序排列记录下来,就得到 吸收光谱。 发射光谱—吸收了能量(光能、热能、电能或其他能量的粒子, 由高能级跃迁到底能级时,如果以光辐射形式释放出多余的能量,当把光的辐射按波长次序排列记录下来,就得到发射光谱。 分子光谱 (带状光谱—处于气态或溶液中的分子 ,当发生能级跃迁时,所发射或吸收的是一定频率范围的电磁辐射组成的带状光谱,称为分子光谱。 原子光谱 (线状光谱—气态原子发生能级跃迁时,能发射或吸收一定频率(波长的电磁辐射,经过光谱仪所得到的一条条分立的线状光谱,称为原子光谱。 固体光谱—炽热的固体物质及复杂分子受激后, 发射出波长范围相当广阔的连续光谱,称为固体光谱。 连续光谱—有连续分布的波长的光组成的光谱,称为连续光谱。转动光谱—反映分子纯转动能级跃迁引起的转动能量的变化的这部分光谱称为转动光谱。 振动光谱—反映分子纯振动能级跃迁引起的振动能量的变化的这部分光谱称为振动光谱。