《光学分析法基础》PPT课件

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X 内层电子能级
• b. 光学光谱区 紫外
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可见
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红外
• c. 低能辐射区 微波区
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射频区
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1.1.3 光学分析法的分类
光谱法—基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃 迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方 法；
原子光谱、分子光谱、非光谱法 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种
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• 光的粒子性 • 当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质
吸收时，就会发生能量跃迁。此时，电磁辐 射不仅具有波的特征，而且具有粒子性，最 著名的例子是光电效应现象的发现。 • 1）光电效应（Photoelectric effect） • 现象：1887，Heinrich Hetz（在光照时， 两间隙间更易发生火花放电现象） • 解释：1905，Einstein理论，E=h • 证明：1916，Millikan（真空光电管）
第一章 光学分析法基础
Fundamental of optical analysis
第一节 光学分析法概述
Introduction to optical analysis
1.1 光学分析法及其特 点
1.2 电磁辐射的基本性质
1.3 光学分析法分类 1.4 各种光学分析方法 简介
1.5 光学分析法进展
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2)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。 • 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的能量差；反之亦是成立的， 即 E =E1-E0=h
拉曼位移是表征物质分子 振动、转动能级特性的一个物 理量，反映了分子极化率的变 化，可用于物质的结构分析。
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△ ν =ν-ν0 拉曼位移
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电磁波谱的排列从上到下随波长的逐渐增 大，频率和光量子的能量逐渐减小。（量变
→质变）
• a. 高能辐射区 γ 核能级跃迁
基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）； 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）； 基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（XFS）； 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱。
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分子光谱（带状光谱）：
基于分子中电子能级、振-转能级跃迁； 紫外光谱法（UV）； 红外光谱法（IR）； 分子荧光光谱法（MFS）； 分子磷光光谱法（MPS）； 核磁共振与顺磁共振波谱（N）。
电磁辐射（电磁波）：以巨大速度（接近光速 真空中为光速）通过空间传播不需要以任何物质作 为 传播媒介的一种能量。
c =λν =ν/σ E = hν = h c /λ c：光速；λ：波长；ν：频率；σ：波数 ； E ：能量； h：普朗克常数 电磁辐射具有波动性和微粒性；
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• (一) 光的波动性
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1.1 光学分析法及其特点
光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作 用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立 起来的分析方法。
电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围。 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散 射、干涉、衍射等。 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。
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光与物质的相互作用:
(1) 吸收：物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从 低能级跃迁到高能级；
(2) 发射：将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 散射：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：干涉现象； (7) 衍射：光绕过物体而弯曲地向后面传播的现象； (8) 偏振：只在一个固定方向有振动的光称为平面偏 振光。
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光学分析的三个基本过程：
（1）能源提供能量。 （2）能量与被测物之间的相互作用。 （3）产生信号。
基本特点： （1）所有光分析法均包含三个基本过程。 （2）选择性测量,不涉及混合物分离（不同于色谱 分析）。 （3）涉及大量光学元器件。
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1.1.2 电磁辐射的基本性质
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丁铎尔散射:
光通过含有许多大质点（其颗粒大小的数量级等于 光波的波长）的介质时产生的散射光。
乳浊液、悬浮物溶液、胶体溶液等所引起的散射。
分子散射（瑞利散射和拉曼散射）：
辐射能与比辐射波长小得多的分子或分子聚集体 之间的相互作用而产生的。
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(1) 瑞利散射
光子与分子间“弹性碰撞”。 入射光能量小，分子外层电子不跃迁，分子跃迁 到“受激虚态”(较高的振动能级)，不稳定，在10-15～ 10-12 s 回到基态，将吸收的能量以入射光同样的波长释 放，相当于光子改变了运动方向。
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（2）拉曼散射
光子与分子间“非弹性碰撞”，有能量变化，产 生与入射光波长不同的散射光。拉曼散射光。
波长短于入射光的称为“反斯托克线”；反之称 为“斯托克线。
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（3）拉曼位移
拉曼散射光与瑞利散射光 的频率差。
与物质分子的振动与转动 能级有关。
不同分子有不同的拉曼位 移。
非光谱法：
不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方 向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等。
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光学分析法
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 吸 收 光 谱
原 子 发 射 光 谱
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电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振
幅）。与其它波，如声波不同，电磁波不需传播介
质，可在真空中传输。
• 频率：为空间某点的电场每秒钟达到正极大值的
• 次数
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• 周期：两个相邻矢量极大（或极小）通过空间
• 某固定点所需的时间间隔叫做辐射的周期
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• 波长:电磁辐射转播的速度v=
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• 波数:是1cm内波的数目=1/