光谱分析法概论
仪器分析-光谱分析法概论(第十章)
三个主要过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物
质相互作用；（3）产生被检测信号。
第一节
电磁辐射及其物质的相互作用
一、电磁辐射和电磁波谱
1. 波动性（干涉、衍射、反射和折射） 用波长(nm)、波数(cm-1)和频率(Hz)表示。 =c/ = 1 / = /c
波长是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点间的线性距
光学分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原子吸收光谱原子发射光谱原子荧光光谱x射线荧光光谱折射法圆二色性法x射线衍射法干涉法旋光法紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光x射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光x射线荧光化学发光第三节光谱分析仪器光学分析法三个基本过程
原 子 发 射
原 子 吸 收
原 子 荧 光
X 射 线 荧 光
紫 外 可 见
红 外 可 见
分 子 荧 光
分 子 磷 光
核 磁 共 振
化 学 发 光
原子光谱法 光谱分析法 吸收光谱法 原 子 吸 收 紫 外 可 见 红 外 可 见 核 磁 共 振
分子光谱法
发射光谱法
原 子 发 射
原 子 荧 光
分 子 荧 光
离；波数是每厘米长度中波的数目； 频率是每秒内的波动次数。
※ 频率与波长成反比, 即波长越长, 频率越低, 波数越小
2. 微粒性（光电效应、光的吸收和发射） 用每个光子具有的能量E作为表征。 E = h =h c / = h c h (普朗克常数) ， h=6.6262×10-34J•s ※ 光量子的能量(E)与波长成反比, 而与频率（或波数） 成正比.
第二章-光谱分析法概论
E单位：电子伏（eV）或焦耳（J） h －普朗克常数，h＝6.626×10-34 J·s-1； C为光速。
例：波长为200nm的电磁波，其能量是多少电子伏特（eV）？ 解：
电磁波谱
13
二、电磁辐射与物质相互作用
电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。 涉及能量变化：吸收、发射； 不涉及能量变化：反射、散射、折射、衍射。
第二章 光谱分析法概论
1
本章主要内容：
一、电磁辐射及其与物质的相互作用 二、光学分析法的分类 三、光谱分析仪器
概述
光学分析法是基于电磁辐射与物质相互作用后，电磁辐 射发生某些变化或被作用物质的某些性质发生改变而产 生各种信号，利用这些信号对物质的性质、组成及结构 进行分析的一种方法。
光学分析法的原理主要包含三个过程： （1）能源提供能量； （2）能量与被测物质相互作用； （3）产生被检测的信号。
3
第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用
4
电磁辐射的性质：波粒二象性
1.波动性
电磁辐射的传播以及反射、折射、散射、衍射及 干涉等现象表现出电磁辐射具有波的性质。
图2-1 电磁波的传播
6
波动性参数描述
（1）周期 T 相邻两个波峰或波谷通过某一固定点所需要的时间间隔称为周期。单 位:s(秒)。
（2）频率ν 单位时间内电磁波振动的次数称为频率。单位：Hz或周/秒。 ν ＝1/T
范围的谱带。
2.组成：
单色器
入射狭缝 色散元件 准直镜
棱镜 光栅
分光系统
出射狭缝
滤光器
47
（1）狭缝 狭缝为光的进出口， 狭缝宽窄直接影响分 光质量。狭缝过宽， 单色光不纯，将使吸 光度变大；过窄，则 通光量变小，灵敏度 降低。因此狭缝宽度 要适当。
光谱分析法概论
一、 原子光谱
原子光谱产生于原子外层电子能级的跃迁 ，它不但取决于外层电子的运动状态，也取 决于电子间的相互作用。
原子的能级通常用光谱项符号来表示
1.光谱项符号
原子外层有一个电子时，其能级可由四个量子数决定： 主量子数 n；角量子数 l；磁量子数 m；自旋量子数 s；
镧系和锕系元素的离子对紫外和可见光的 吸收是基于内层f 电子的跃迁而产生的。其 紫外可见光谱为一些狭长的特征吸收峰， 这些峰几乎不受金属离子的配位环境的影 响。
2） d电子跃迁吸收光谱
过渡金属的电子跃迁类型为d电子在不同d轨 道间的跃迁，吸收紫外或可见光谱。这些 峰往往较宽。 例如 cu2+以水为配位体，吸收峰在794nm 处，而以氨为配位体，吸收峰在663nm处。 此类光谱吸收强度弱，较少用于定量分析。
单重态分子具有抗磁性； 三重态分子具有顺磁性； 跃迁至单重激发态的几率 大，寿命长；
3.跃迁类型与分子光谱
分子光谱复杂，电子跃迁时伴有振动和转动能级跃迁；
分子的紫外-可见吸收光谱是由电子跃迁引起的，故又 称电子光谱，谱带比较宽；
分子的红外吸收光谱是由于分子中基团的振动和转动能 级跃迁引起的，故也称振转光谱；
吸收带—吸收峰在吸收光谱上的波带位置
（1）R 吸收带： n→π*跃迁 特点：a 跃迁所需能量较小，吸收峰位于
200~400nm b 吸收强度弱， ＜102 （2）K 吸收带： 共轭双键中π→π*跃迁 特点：a 跃迁所需能量较R带大，吸收峰位
于210~280nm b 吸收强度强， 104 随着共轭体系的增长，K 吸收带长移， 210 ~ 700nm 增大。
光谱分析法概论 一磁辐射和波谱 ◆波谱性质：
第九章 光谱分析法概论
X射线
真空紫外 紫外 可见 红外 微波 无线电波
波长
0.1～10nm
10～200nm 200～400nm 400～800nm 0.8～1000m 0.1～100cm 1～1000cm
分子运动
内层电子跃迁
外层电子跃迁 外层电子跃迁 外层电子跃迁 振动与转动跃迁 转动、自旋跃迁 核自旋跃迁
光谱类型
T(%)
苯酚的红外光谱
核磁共振波谱 分子具有核磁矩的原子核1H、13C（或 15N、19F、31P等）在外加磁场中，通过射频电磁波的照射， 吸收一定频率的电磁波能量，由低能级跃迁到高能级，并产 生核磁共振信号。
质谱分析法 是用具有一定能量的电子流去轰击被分析 物质的气态分子，使之离解成正离子，部分正离子会进一步 碎裂成各种不同质荷比（m/z）的粒子，在外加静电场和磁场 的作用下，按质量大小将它们逐一分离和检测。
100 相对丰度 55 83
41 50
98
29
69
20
40
60
80
100
m/e
比较：
UV、IR、 NMR、 MS已成为测定有机化合物分子结构的主 要工具。依据所用方法的灵敏度、使用仪器的昂贵程度、获 取信息的多寡程度、实验所需理论背景的深浅程度。 （1）测定方法的灵敏度： MS > UV > IR > 1H-NMR > 13CNMR （2）仪器的昂贵程度差距很大， NMR、 MS 远比UV、IR 昂贵，FTIR要比普通IR昂贵。 （3）从获取信息的多寡程度看，不仅要考虑获取信息的数量， 还要考虑对获取信息的解析能力。综合比较： NMR > MS > IR > UV （4）从实验所需的理论背景知识看： NMR》 MS >IR ～UV
光谱分析法概论定稿资料课件
光谱分析法的应用领域
• 总结词：光谱分析法的应用领域广泛，包括化学、物理、地质、环境科学、医学和生物学等领域，可用于研究 物质的组成、结构和性质等。
光谱分析法分类
原子光谱法
原子吸收光谱法（AAS）
利用原子吸收特定波长的光辐射，测量吸收线位置和强度，确定 元素种类和浓度。
原子发射光谱法（AES）
通过测量原子发射的特定波长的光辐射，确定元素种类和浓度。
原子荧光光谱法（AFS）
利用原子吸收特定波长的光辐射后，通过测量荧光辐射的波长和强 度，确定元素种类和浓度。
结合光学显微镜技术，实现对微观结 构和成分的高分辨率光谱分析。
人工智能与机器学习
利用人工智能和机器学习技术，实现 光谱数据的自动解析和模式识别。
提高光谱分析的精度和灵敏度
高精度光谱仪器的研制
研发更高精度的光谱仪器，提高光谱分析的分辨率和准确性。
化学计量学方法
利用化学计量学方法，优化光谱数据处理和分析过程，提高光谱分 析的灵敏度和可靠性。
品的完整性。
多元素同时分析
光谱分析法可以同时检测样品 中的多种元素，提高分析效率。
应用广泛
光谱分析法可以应用于各种领 域，如化学、生物学、医学、
环境监测等。
缺点
样品准备要求高
光谱分析法对样品的准备要求 较高，需要将样品进行均匀混
合、研磨等处理。
仪器成本高
光谱分析法需要使用高精度的 仪器，因此仪器成本较高。
分析化学 第九章 光谱分析法概论
散射
③运动方向改变
Raman散射 ①非弹性碰撞
Stokes线λ散＜λ入
②有能量交换,光的频率改变
③运动方向改变
反Stokes线λ散＞λ入
散射光强 I ∝ 1/λ λ散-λ入 为拉曼位移，与分子的振动频率有关。
h
10
三、电磁辐射与物质的相互作用
4.折射和反射
反射：当光从介质1照射到与介质2时，一部分 光在界面上改变方向返回介质1的现象。
Planck常数：h = 6.626 × 10 -34 J . S 光速：c = 2.997925×1010cm/s
h
5
⒋波长越小、频率越大，能量越大。 ⒌单色光：
单波长的光（由具有相同能量的光子组成）
⒍能量常用单位：eV erg J ⒎能量换算关系：
1 e V 1 .6 1 0 1 9 J 1 .6 0 2 2 1 0 1 2 e r g
2.发射
2
样品
1
E 21h21hC / 21 E2h2hC/2
火焰或电弧
0
E1h1hC/1
λ2 λ1
λ21
λ
火焰、电弧激发的发射光谱示意图
2
I0
样品
I
E 21h21hC / 21 2hC/2
E1h1hC/1
光致发光示意图
λ2 λ1
λ21
h
9
三、电磁辐射与物质的相互作用
3.散射
Rayleigh散射①弹性碰撞 ②无能量交换，光的频率不变
λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形 状和λmax不同。
h
15
h
16
③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质 定性分析的依据之一。
光谱分析法概论(共76张PPT)全
(2) 红外非活性振动：振动过程中分子偶极矩不发生变化。
（或说偶极矩变化为0），正负电荷重心重合 r = 0 因为µ= q·r = 0 ，Δµ= 0；红外线是个交替磁场，若
Δµ= 0，则不产生吸收。
(3) 仪器分辨率太弱。 (4) 峰太弱。
☆产生红外光谱两个必要条件：
苯环和发色团相连，使E2和B带均长移, ε大 E2，K 带合并，有的就称为K带
基本原理和基本概念
苯的乙醇溶液
基本原理和基本概念 (四)影响因素 溶剂效应 ① n→π* 极性 短移 π→π* 极性 长移 ②影响吸收强度
③影响精细结构：苯在乙醇中（极性） 精细结构消失
基本原理和基本概念
基本原理和基本概念
3080-3030 cm-1 re 平衡位置原子间距离 差频峰： ν1-ν2 亚甲基的伸缩振动形式示意图
即：不对称分子，Δµ大
质谱法
确定分子的原子组成、相对分子质量、分子
式和分子结构。经常与UV、IR及NMR等配合 运用。
光学分析仪器的基本组成
紫外光谱 Ultraviolet absorption spectra
3. n→π* :含有杂原子的不饱和基团，近紫外区， ε很小 例如：-C=O: ,-C≡N:
4. n→σ* :远紫外区，含有杂原子的饱和基团， 例如：-OH,-NH2,-X,-S
σ→σ*> n→σ*≥π→π*> n→π*
基本原理和基本概念
（二）紫外光谱中常用术语
生色团 — 结构中有π→π*或 n→π*的基团，
50 ~ 500 µm 远红外(far-infrared)
红外光区的划分与跃迁类型
注意波数和波长的换算关系
icp原理完整版
ICP/OES原理概论一、ICP/OES分析特点ICP光谱法ICP为发射光源的光谱分析法,其全称为感应耦合电浆发射光谱仪(inductively couple plasma optical emission spectrometry,简称ICP/OES).由于ICP/OES具有良好的检出限和分析精度,基质干扰小,线性动态范围宽,分析者可以用标准物资配置一系列的标准,以及样品处理简单快捷等优点,因此它被广泛运用于地质、冶金、机械制造、环境保护、生物医学等领域.ICP/OES分析的特点(1)测定元素范围广,从原理上讲它可以用于测定除氩以外所有已知光谱的元素.(2)线性分析范围广,工作曲线的直线范围可达到5~6个数量级,待测元素的质量浓度在1ppm以下一般都呈现良好的线性关系.(3)大多数元素都有良好的检出限,电浆的高温和环形结构,使分析物在一个直径约1~3mm狭窄的中间通道内充分的预热去溶,挥发,原子化,电离和激发；致使元素周期表内大部分元素在水溶液中的检出限达到0.01~10ppm.(4)可供选择的波长多,每个元素都有好几个灵敏度不同的波长供测定,因此ICP/OES适用于超微量分析到成分的测定.(5)分析的精度高,分析物由载气带入中间通道内,相当于在一个静电屏蔽区内进行原子化,电离和激发,分析物组的变化不会影响到电浆能量的变化,保证了具有较高的分析精度.当分析物浓度大于等于检测限的100倍时,测定的标准偏差(RSD)一般在1~3%的范围内.在相同情况下,其精度高于其它仪器.(6)干扰较少.在氩气电浆光源中,分析物原子化,激发,基本上没有什么化学干扰和电离干扰,基质干扰也较小,因此,一般不使用内标法.低的干扰水平和高的分析准确度,是ICP/OES最主要的优点之一.(7)同时和顺序元素的能力强.同时多元素能力是发射光谱法的共同特点,非ICP发射法特有.但是由于ICP具有低干扰和时间分布的高度稳定性以及宽的线性分析范围,因而可以更好的进行同时或顺序多元素分析.ICP/OES的局限性和不足之处是,设备费用和操作费用较高,一般需要转化为溶液,有的放射性元素以及人造元素的测试不是很适用,基质干扰仍然存在,光谱干扰不可避免,氩气消耗量大.二、电浆简介电浆是一种原子或分子大部分已经电离的气体.是电的良导体,因其中的正、负电荷密度几乎相等,所以从整体上来看它是电中性的.ICP属高温等离子体,温度可高达5000k~10000k.如图示,被测定的溶液首先进入雾化系统,并在其中转化为气溶胶,一部分细微颗粒被氩气载入电浆的环形中心,另一部分颗粒较大的则被排出.进入电浆的气溶胶高温的作用下,经过蒸发、干燥、分解、原子化和电离的过程,所产生的原子和离子被激发,并发射出各种特定波长的光,这些经光学系统让我们需要的波长的光照射到探测器上,产生电信号到计算机中,计算机其与标准电信号相比较,从而计算溶液的浓度.ICP产生的离子通过锥被引入四极杆质谱仪,进行质谱分析,则为ICP/MS.等离子体光源是六十年代发展的一类新型光谱分析用光源.出ICP外,还有直流等离子体(direct current plasma,简称DCP),微波感因等离子体(microwave induced plasma,简称MIP),其中ICP因其突出的优点而在分析中获得广泛应用.三、ICP的产生ICP光源是由高频感应电流产生的类似火焰的激发光源.仪器主要由高频产生器、电浆炬管、雾化器等三部分组成. 高频产生器的作用是产生高频电磁场供给电浆能量.频率多为27~50MHz,最大输出功率通常是2~4kW.ICP的主体部分是高频线圈内的炬管,是一个层同心的石英炬管,感应线圈S为2~5匝空心铜管.石英炬管分为三层.最外层通氩气作为保护气体,沿切线方向吹入,流量一般为10~15L/min,它的作用是把等离子体和石英炬管隔离开,可保护石英炬管不被烧毁.由于它的保护作用使电浆的扩大受到抑制而被“包裹”在炬管内.中层管通入辅助气体,用于点燃电浆.中心层以氩气为载气,把经过雾化的样品以气溶胶的形式引入到电浆中,流量一般为1.0~1.5L/min.高频产生器接通电源后,高频电流通过线圈,即在炬管中产生变化的电磁场, 炬管中若有导体就会产生感应电流.这种电流的流线呈闭合的涡旋状即涡电流.它的电阻很小,电流很大(可达几百安培),释放出大量的热能(达10000k).电流接通后, 石英炬管中内为氩气,它不导电,用高压火花点燃使炬管内气体电离.由于电磁感应和高频磁场,在时间变化上成正比例的电场在石英炬管随之产生.电子和离子被电场加速,同时和气体分子、原子等碰撞,使更多的气体电离,电子和离子各在相反的方向上在炬管内沿闭合回路流动,形成涡流,在管口形成火炬状的稳定的等离子焰炬.电浆外观象火焰,但它不是化学燃烧火焰而是气体放电.它分为3个区域：a.焰心区.感应线圈区域内,白色不透明的焰心,高频电流形成的涡流区,温度最高达10000k,电子密度也高.它发射很强的连续光谱,光谱分析应避开这个区域.样品在这里被预热,蒸发,又称预热区b.内焰区.在感应圈上10~20mm左右处,淡蓝色半透明的炬焰,温度约为6000~8000k.样品在此停留约0.002s,经历原子化、激发、电离过程,然后发射很强的原子线和离子线.这是光谱分析所利用的区域,称为观测区.观光时在感应线圈上的高度称为观测高度.这区间光谱背景低,分析元素时可获得最高的信背比.c.尾焰区.在内焰区前方,温度低于6000k,只能发射激发电位较低的谱线.四、进样系统进样系统的作用是利用载气流将液体样品雾化成细微的气溶胶状态并输入到电浆中.进样系统由雾化器、混合腔和注入管组成.1、雾化装置最常用的雾化器有气动雾化器和超音波雾化器(1)同心气动雾化器又叫麦恩哈德(Meinhard) 雾化器,它由硼硅酸盐玻璃吹制而成的,该雾化器利用通过小孔的高速气流产生的低压提升液体,并将其粉碎成细微的雾滴.这种雾化器的气体约为1L/min,线性压力比大气压高300kPa,水的提升量为1.6mL/min(指不接毛细管且没有水头压力下工作), 雾化率(已提升的液体注入电浆的比例)为1~3%.同心气动雾化器是一种常用的雾化器.液体的提升可以直接自吸喷雾,也可以利用蠕动泵输入.用此雾化器喷雾阳离子质量浓度小于4mg/mL的稀水溶液,可以长期保持稳定.但溶液盐类浓度过大时易产生“盐析”而导致部分堵塞.为避免“盐析”可采取两个措施,一是以水湿润氩气载气,二是每个样品喷雾10~20s的1mol/L HCl溶液.待测溶液一定要经过过滤才能测定.耐氢氟酸腐蚀的雾化器系由聚三氟氯化乙烯制成外管,由铂-铱合金制成毛细管,雾化器装在聚四氟乙烯制的雾室中. (2)交叉式气动雾化器其成雾机理与同心气动雾化器原理相同.对于玻璃同心雾化器,毛细管与外管之间的间隙不应大于0.1mm；而交叉式雾化器,两个喷嘴之间的垂直距离不应大于0.1mm.毛细管容易被堵塞,这是各类气动雾化器存在的主要问题,特别对于高盐分溶液或悬浮液雾化时更是如此.一般认为交叉式雾化器相对具有较强的抗高盐分和悬浮体溶液的能力.(3)超音波雾化器由超音频电发生器、进样器和混合室三部分组成,频电发生器的电磁震荡通过高频电缆与混合室中的换能器相连接.芯片在高频电压作用下产生同频率的机械震动,将电磁能转换为机械能而产生超声波.当超声波连续到液体中时,将产生周期性的压缩相位和稀疏相位.在稀疏相位时,液体被拉伸而出现细小的空穴,形成气泡；而在压缩相位时,空穴将受到迅速的冲击而闭合,气泡附近因而形成强烈的激波.超声波雾化就是利用这种液体与空气接口间的空化作用,使液体形成气溶胶.与气动雾化器相比,超声波雾化器具有许多诱人的优点,其一是换能器上气溶胶产生速率与载气流量无关,因而气溶胶产生速率及载气可以独立选择,以便ICP性能更优化；其二是所得气溶胶数量较气动雾化器约大10倍,且雾化效果更加理想；其三是气溶胶颗粒的平均大小与超声波频率有关,增大频率可产生较细的雾滴,因而分析物运输效率将提高,去溶和原子化将更容易进行；其四是可用于高盐分和悬浮液的雾化.但是超声波雾化器记忆效应大,精密度降低,这是超声波雾化器不及气动雾化器应用广泛的重要原因.2、混合腔混合腔的作用是将较大的雾滴(直径>10um)从细微的雾滴中分离出来,且阻止它们进入电浆中.各种气动雾化器产生的雾滴,其直径在0.1~100um的范围内,较大液滴进入电浆会使电浆发射信号的噪音非常大,并且能引入过多的水分将降低电浆的温度.混合腔可以使载气突然改变方向,让比较小的液滴跟随载气进入电浆中,而较大液滴由于惯性的作用,不能迅速转向而撞击到混合室壁上,聚集在一起向下流,通过最低点的管道排出.有以下几种不同类型的混合腔.3、注入管经过混合腔的分离,小颗粒的液滴将通过注入管进到电浆里,注入管有以下几种五、石英炬管炬管的结构形状对ICP光谱分析性能有直接的关系, 炬管为三管同轴式石英管(如图). 炬管的主要作用是电浆与负载线圈隔离开,并借助通入的保护气体带走电浆的热量和限制电浆大小.在ICP光谱法中,一般要求炬管易点燃、能够获得稳定的具有环状结构的电浆、氩气消耗少、功耗低以及具有良好的耦合效率,即功率转换率高.传统的炬管是垂直安装的,在侧向进行光谱观测(ICP轴与观测方向垂直,称为垂直观测),这种垂直观测主要局限于光程较短,检出能力受到一定影响,但对较高浓度组分的测定有较高的准确性和精密度,有利于金属样品,高盐分样品,有机样品或悬浮液样品中主、次和痕量元素的测定.采用轴向观测装置(即ICP轴与观测方向水平,称为轴向观测或水平观测),是最近几年推出的提高ICP灵敏度的新技术.观测光程加大,检测限下降,适合测试痕量元素.但要用气体将电浆的尾焰吹开,防止过高温度对观测设备的损坏.双向观测方式,具有同时进行垂直与水平观测的能力,可实现样品中痕量、低含量及主量元素的同时分析测试,且无须进行样品稀释,极大的扩展了测定的动态范围.。
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=
53010-7cm
= 3.75 10-19 J = 2.34 eVm/s 53010-7cm
= 5.65 1014 Hz
= 1 / =
1
= 1.89 104 cm-1
53010-7cm
辐射的频率只决定于辐射源，与介质无关； 传播速度和波长则与介质有关，随着辐射通过不同的介 质而不同：
法法法
第四节 原子光谱和分子光谱
原子光谱
原子光谱——气态原子(离子)外层电子(次外层电子) 能级跃迁所产生的光谱。
取决于： （1）外层电子的运动状态：原子核外电子的运动状态可以用主
量子数n，角量子数l、磁量子数m和自旋量子数s表示。 （2）核外电子之间的相互作用：包括电子轨道运动之间的相互
作用、电子自旋运动之间的相互作用以及轨道运动与自旋运 动之间的相互作用等。
表 电磁波谱
图 电磁波谱
第二节 电磁辐射与物质的相互作用
reciprocity of electromagnetic radiation and matter
电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。
(1) 吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从基 态跃迁到激发态的过程。
(2) 发射 物质从激发态返回至基态，并以光的形式释 放出吸收能量的过程。
v1 / 1 = v2 / 2 = = c / =
二、电磁波谱
电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列 就得到电磁波谱。
电磁波谱的排列具有明显的规律性： 1.波长逐渐增大，频率和光子能量逐渐减小 2.各种电磁辐射不仅波长不同，产生的机理也不同： 高能辐射区 光学光谱区 波谱区
第二章 光谱分析法概论
光学分析方法（optical analysis）
基于物质发射的电磁辐射(electro－mageneticradiation ) 或“辐射与物质相互作用”之后产生的辐射信号或发生的信号 变化等光学特性，进行物质的定性和定量分析的方法。
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。
(3) 散射 入射光波长小于粒子的直径，光子与试样分子 发生碰撞所至。
丁铎尔散射（溶胶1~100nm） 瑞利散射——无能量交换 ，散射光频率不变，只是光子运动方向改变（弹性碰撞）
拉曼散射——有能量交换，光子的能量减少或增加，在瑞利 散射线的两侧可观察到高于或低于入射光的散射线
(4) 折射和反射 折射是光在两种介质中的传播速度 不同所引起的。反射是入射光波长小于粒子的直径，光在界 面上改变方向返回第一种介质的现象。
图2-1
波参数
频率：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz。
波长：是电磁波相邻两个同位相点之间的距离，单位有 cm、m、nm。
波速 ：电磁辐射传播的速度，电磁辐射在不同介质中传 播速度是不同，只有在真空中所有电磁辐射的传播速度 才相同，都等于光速。
c = = 3x1010 cm•s-1
不是原子中任何两个能级之间都能够发生跃迁。只 有符合光谱选择定则的跃迁才是允许的。各能级都有确 定的能量，两能级的能量差必然具有确定的数值，不同 能级之间跃迁产生的原子光谱是波长确定、相互分隔的 谱线，原子光谱称作线光谱。
第一节 电磁辐射和电磁波谱
electromagnetic radiation and electromagnetic spectrum
一、电磁辐射
电磁辐射：以巨大的速度(真空中为光速)通过空间、 不需要任何物质作为媒介的一种能量(光量子流)。
范围：包括从射线到无线电波的所有范围，光是电 磁辐射的一部分。
(5) 干涉和衍射 光波会相互作用，当两个波的相位相 同时则产生波的叠加干涉，反之则产生波的减弱干涉现象。 衍射是光绕过物体而弯曲地向它后面传播的现象。
光谱法和非光谱法
光谱法——利用能级跃迁所产生的辐射能强度随波长变化 的图谱（光谱图）来进行定性、定量或结构分析的方法。吸 收、发射、散射光谱等等。 非光谱法——不涉及物质内部能级的跃迁，不以光的波长 为特征讯号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质（反射、 折射、干涉、衍射、偏振）的变化的分析方法。
波数: 是单位长度内波的数目，常用单位为cm-1，SI制 单位为m-1 。
= 1/
微粒性
根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的 光量子(或称光子)流。可以用每个光子所具有的能 量(E)来表征，单位为ev或J.
普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。
E=h=h c/
[例1]：计算1mol的波长为200nm的光子的能量：
6.626 10-34J s 31010cm/s 6.0231023/mol范围 20010-7cm
= 5.98105J/mol
计算波长为530nm的绿色光的光子的能量、频率和波数
E = h c /
6.626 10-34J s 31010cm/s
第三节 光学分析法的分类
光谱分析法
非光谱分析法
光谱分析法
折 射 法
圆 二 色 谱 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
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
分分核 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
电磁辐射的性质:波粒二象性
波动性 电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，称之为电磁 波。图2-1表示一束沿x轴方向传播的电磁波。电场矢 量(E)在y轴方向周期性地变化，相应的磁场矢量(H)在 z轴方向上周期性地变化，均呈现出波动性质。因为电 矢量同物质中的电子相互作用，所以，一般只用电矢 量图来描述电磁辐射。
E：每个光子的能量； h：普朗克常数=6.626 10-34J s
光子的能量可用 J 或 eV 表示： 1 eV=1.60210-19 J， 1 J=6.241 1018 eV 辐射的频率越高(波长越小)，光子的能量就越高。 化学上常用J/mol为单位表示1mol物质所发射或吸收的能 量
E = h NA = h c NA