光学分析仪器光谱
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.
光谱分析仪器有哪些
光谱分析仪器有哪些光谱分析是一种利用光学原理来进行检测、分离和定量分析的方法。
光谱分析技术被广泛应用于化学、生物、环境科学等领域，可以对各种物质进行分析和鉴定。
光谱分析需要用到相应的仪器设备，下面将就几种光谱分析仪器进行介绍，主要包括紫外可见分光光度计、红外光谱仪、拉曼光谱仪和荧光光谱仪。
一、紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计（UV-Vis Spectrophotometer）是通过发射电磁波并测量样品反射、散射或透射光线的强度来获得样品的吸收谱的仪器。
这种仪器适用于吸收性变化比较明显的样品，如有机化合物、无机中间体和材料等。
紫外可见分光光度计主体部分由专门的光源系统、单色器、样品室、检测系统和计算机控制系统构成。
该仪器操作简便、分辨率高、速度快、灵敏度高且最小检测量低。
二、红外光谱仪红外光谱仪（Infrared Spectrometer）是一种检测物质的振动和旋转能级交互作用，从而确定样品分子结构和成分的仪器，适用于分析有机化合物、聚合物、大分子化合物、生物分子等。
这种仪器使用的光谱区域为4000-400cm^-1，所检测到的信号是样品分子的吸收能级信号。
红外光谱仪通常包括光源、样品室、单色仪和探测器。
其主要优点包括测试非破坏性、易于实施等特点。
三、拉曼光谱仪拉曼光谱仪（Raman Spectroscope）是一种通过测量样品散射的弱激发的光线来检测分子、化合物、晶体等物质结构信息的仪器。
在该仪器中，通过激发激光束与样品相互作用，使样品分子发生振动并产生散射光，在样品散射光束过程中捕获弱散射光，并通过光谱仪对弱散射光进行测量。
拉曼光谱仪适用于检测无色、无味、无毁坏性物质的结构，如高分子材料、生物大分子、有机/无机化合物等。
四、荧光光谱仪荧光光谱仪（Fluorescence Spectrometer）是一种通过制作激发光与样品相互作用导致样品吸收激发能而产生荧光的现象，然后进行检测的仪器。
测量样品在激发过程中释放出荧光，通过检测样品中的荧光信号来识别样品的不同成分和结构信息。
仪器分析(光学、电化学、色谱分析法)
5
电子能级
振动能级
转动能级 各能级是量子化的,电子跃迁也是量子化的 各能级是量子化的 电子跃迁也是量子化的 电子能级跃迁时伴随振动和转动能级的跃迁 ∆ E 总= ∆ E 电+∆ E振+ ∆ E转 ∆
E1
三种能级间能量差值的大小为 ∆ E=E2-E1=hν=hc/λ ν λ 电子能级间的能量差为1-20ev 电子能级间的能量差为
8
谷
λ max
λ /nm
4。偏离比尔定律的原因 。
1）单色光不纯 ） 要 求
半波宽
谱带宽∆λ 谱带宽∆λ
∆λ≤1/10吸收峰半高宽 吸收峰半高宽 ε测、ε邻，
假设测定波长为λ 另一波长为λ 假设测定波长为λ测，另一波长为λ邻 可以证明 0.01 当ε测=ε邻时，A=ε测bC，A与C之间是直线关系 ε ε ， 与 之间是直线关系 当ε测>ε邻=时，产生正偏差 ε 时 ε测<ε邻时，产生负偏差 ε 差值越大， ε测与ε邻差值越大，偏差越显著 测定时尽可能采用最大吸收波长 2）杂散光影响 ） 杂散光 ——与所需波长相隔较远的光 与所需波长相隔较远的光 产生的原因 影响 难以避免的瑕疵 仪器使用保养不当 影响
助色团— 助色团
279 nm ε = 1450
常见助色团助色效应的强弱: 常见助色团助色效应的强弱
-F<-CH3<-Cl<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<NHCH3<-N(NH2)2<-NHC6H5<-Oε >104 ,强带 强带 允许跃迁 ε <103 ,弱带 弱带 禁阻跃迁
吸收带 — 吸收峰在光谱中的位置 3。几种主要吸收带 。 1） n→σ∗跃迁的吸收带 →σ∗跃迁的吸收带 ） →σ∗ 产生
光谱分析仪器
光谱分析仪器光谱分析仪器是一种用于分析光谱的科学仪器，广泛应用于物理、化学、生物等领域的实验研究和工业应用中。
它通过对待测物质产生的光谱进行测量和分析，揭示物质的性质和组成。
光谱分析仪器主要由光源、光栅或光衍射装置、检测器和数据处理系统组成。
不同类型的光谱分析仪器适用于不同的光谱范围和应用领域。
光源是光谱分析仪器的重要组成部分，它提供了待测物质产生光谱所需要的光线。
常见的光源包括白炽灯、氘灯、钨灯、氙灯等。
不同的光源在不同的波长范围和亮度上有着不同的特点和应用。
光栅或光衍射装置是光谱分析仪器中的核心部件之一，它用于将进入仪器的光线按不同的波长进行分离。
其中，光栅是一种光学元件，可根据光线的入射角和纹片间距的大小来决定衍射角和衍射波长。
而光衍射装置则是一种利用衍射现象来分离光谱的技术。
检测器用于测量已分离的光谱，将光信号转化为电信号，并进行放大和测量。
常见的检测器类型包括光电二极管、光电倍增管、光电子倍增管等，它们具有不同的特点和适用范围。
数据处理系统是光谱分析仪器的重要组成部分，它用于接收和处理由检测器测得的信号，将光谱信号转化为可以被科学家或研究人员分析的数据。
数据处理系统通常由计算机和相应的分析软件构成，通过对光谱数据的处理和解析，可以获取有关物质性质和组成的详细信息。
光谱分析仪器具有许多优点，如高分辨率、高灵敏度、快速测量速度和广泛的应用范围。
它可以帮助科学家和研究人员更加深入地了解物质的结构、组成和性质，从而为科学研究和工业应用提供有力的支持。
光谱分析仪器的应用非常广泛。
在物理领域，光谱分析仪器可以用于研究光的特性、原子和分子结构等。
在化学领域，它可以用于分析和鉴定化合物的结构和组成。
在生物领域，它可以用于研究生物分子的结构和功能。
此外，光谱分析仪器还广泛应用于环境监测、食品安全检测、药物研发等领域。
光谱分析仪器在科学研究和工业应用中发挥着重要作用。
它不仅可以为科学家和研究人员提供全面准确的光谱数据，还可以为各行各业的工程师和技术人员提供可靠的分析结果和数据支持。
光学仪器中的光谱分析技术应用
光学仪器中的光谱分析技术应用光谱分析是一种重要的光学技术，广泛应用于各个领域，包括化学、物理、生物、环境科学等。
光谱分析技术通过将光源通过样品后，测量光的吸收、发射或散射特性，从而得到样品的组成、结构或性质信息。
在光学仪器中，光谱分析技术被广泛应用，为科学研究和工业生产提供了强大的工具。
一、紫外可见光谱分析技术紫外可见光谱分析技术是一种常用的光谱分析方法，通过测量样品在紫外可见光波段的吸收特性，可以确定样品的组成和浓度。
例如，紫外可见光谱分析技术在药物分析中有着广泛的应用。
药物的吸收峰位和吸收强度可以用来确定药物的结构和纯度，从而确保药物的质量和安全性。
此外，紫外可见光谱分析技术还可以用于环境监测、食品安全等领域。
二、红外光谱分析技术红外光谱分析技术是一种研究物质分子结构和功能的重要方法。
红外光谱分析技术通过测量物质在红外光波段的吸收特性，可以确定物质的化学键、官能团和分子结构。
红外光谱分析技术在化学、生物、医药等领域有着广泛的应用。
例如，在药物研发中，红外光谱分析技术可以用于药物的结构鉴定和纯度检测，为药物的研制提供重要的支持。
三、拉曼光谱分析技术拉曼光谱分析技术是一种非破坏性的光谱分析方法，可以用于物质的结构鉴定和分子振动信息的获取。
拉曼光谱分析技术通过测量样品散射光的频率差异，得到样品的拉曼光谱图。
拉曼光谱分析技术在材料科学、生物医学等领域有着广泛的应用。
例如，在材料科学中，拉曼光谱分析技术可以用于材料的相变研究和缺陷分析，为新材料的开发提供重要的参考。
四、质谱分析技术质谱分析技术是一种高灵敏度、高分辨率的光谱分析方法，可以用于物质的组成分析和结构鉴定。
质谱分析技术通过将样品分子离子化，然后根据样品离子的质量和电荷比，确定样品的组成和结构。
质谱分析技术在化学、生物、环境等领域有着广泛的应用。
例如，在环境监测中，质谱分析技术可以用于检测空气、水和土壤中的有害物质，为环境保护提供重要的数据支持。
仪器分析 3-光学分析-紫外可见光谱
1. 样品性质影响
第三章 紫外-可见分光光度法 (Ultraviolet and Visible Spectrophotometry, UV-Vis)
3.1 紫外-可见吸收光谱 3.2 吸收光谱的测量-----Lambert-Beer 定律 3.3 紫外-可见光度计仪器组成 3.4 分析条件选择 3.5 UV-Vis分光光度法的应用
• （3） 电子能级的能量差ΔΕe较大1～20eV。电子跃迁产生的吸收 光谱在紫外(200-400nm)—可见光区(400-800nm)，紫外—可见光 谱(或分子的电子光谱)
紫外-可见光谱用于定性和定量分析
不同物质结构不同或者说其分子能级的能量(各种能级能量总 和)或能量间隔各异，因此不同物质将选择性地吸收不同波长或能 量的外来辐射，这是UV-Vis定性分析的基础。
影响紫外－可见吸收光谱的因素有哪些呢？
1）共轭体系的存在----红移
如 CH2=CH2 的 -* 跃 迁 ， max=165~200nm ； 而 1,3- 丁 二 烯 ， max=217nm
2）异构现象：使异构物光谱出现差异。
如 CH3CHO 含 水 化 合 物 有 两 种 可 能 的 结 构 ： CH3CHO-H2O 及 CH3CH(OH)2; 已烷中，max=290nm，表明有醛基存在，结构为前者；
光学光谱各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法
各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法——牛人总结，留着备用来源：刘艳的日志紫外吸收光谱UV分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息荧光光谱法FS分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息红外吸收光谱法IR分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率拉曼光谱法Ram分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率核磁共振波谱法NMR分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息电子顺磁共振波谱法ESR分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息质谱分析法MS分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息气相色谱法GC分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关反气相色谱法IGC分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线提供的信息：探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数裂解气相色谱法PGC分析原理：高分子材料在一定条件下瞬间裂解，可获得具有一定特征的碎片谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合物的化学结构和几何构型凝胶色谱法GPC分析原理：样品通过凝胶柱时，按分子的流体力学体积不同进行分离，大分子先流出谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：高聚物的平均分子量及其分布热重法TG分析原理：在控温环境中，样品重量随温度或时间变化谱图的表示方法：样品的重量分数随温度或时间的变化曲线提供的信息：曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区热差分析DTA分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，由于二者导热系数不同产生温差，记录温度随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：温差随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息示差扫描量热分析DSC分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，记录维持温差为零时，所需能量随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：热量或其变化率随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息静态热―力分析TMA分析原理：样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化谱图的表示方法：样品形变值随温度或时间变化曲线提供的信息：热转变温度和力学状态动态热―力分析DMA分析原理：样品在周期性变化的外力作用下产生的形变随温度的变化谱图的表示方法：模量或tgδ随温度变化曲线提供的信息：热转变温度模量和tgδ透射电子显微术TEM分析原理：高能电子束穿透试样时发生散射、吸收、干涉和衍射，使得在相平面形成衬度，显示出图象谱图的表示方法：质厚衬度象、明场衍衬象、暗场衍衬象、晶格条纹象、和分子象提供的信息：晶体形貌、分子量分布、微孔尺寸分布、多相结构和晶格与缺陷等扫描电子显微术SEM分析原理：用电子技术检测高能电子束与样品作用时产生二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线等并放大成象谱图的表示方法：背散射象、二次电子象、吸收电流象、元素的线分布和面分布等提供的信息：断口形貌、表面显微结构、薄膜内部的显微结构、微区元素分析与定量元素分析等原子吸收AAS原理：通过原子化器将待测试样原子化，待测原子吸收待测元素空心阴极灯的光，从而使用检测器检测到的能量变低，从而得到吸光度。
光学光谱各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法
各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法一一牛人总结，留着备用来源：刘艳的日志紫外吸收光谱UV分析原理：吸收紫外光能量，弓I起分子中电子能级的跃迁谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息荧光光谱法FS分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息红外吸收光谱法IR分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率拉曼光谱法Ram分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率核磁共振波谱法NMR分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息电子顺磁共振波谱法ESR分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息质谱分析法MS分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息气相色谱法GC分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关反气相色谱法IGC分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线提供的信息：探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数裂解气相色谱法PGC分析原理：高分子材料在一定条件下瞬间裂解，可获得具有一定特征的碎片谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合物的化学结构和几何构型凝胶色谱法GPC分析原理：样品通过凝胶柱时，按分子的流体力学体积不同进行分离，大分子先流出谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：高聚物的平均分子量及其分布热重法TG分析原理：在控温环境中，样品重量随温度或时间变化谱图的表示方法：样品的重量分数随温度或时间的变化曲线提供的信息：曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区热差分析DTA分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，由于二者导热系数不同产生温差，记录温度随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：温差随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息示差扫描量热分析DSC分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，记录维持温差为零时，所需能量随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：热量或其变化率随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息静态热一力分析TMA分析原理：样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化谱图的表示方法：样品形变值随温度或时间变化曲线提供的信息：热转变温度和力学状态动态热一力分析DMA分析原理：样品在周期性变化的外力作用下产生的形变随温度的变化谱图的表示方法：模量或tg 3随温度变化曲线提供的信息：热转变温度模量和tg 3透射电子显微术TEM分析原理：高能电子束穿透试样时发生散射、吸收、干涉和衍射，使得在相平面形成衬度, 显示出图象谱图的表示方法：质厚衬度象、明场衍衬象、暗场衍衬象、晶格条纹象、和分子象提供的信息：晶体形貌、分子量分布、微孔尺寸分布、多相结构和晶格与缺陷等扫描电子显微术SEM分析原理：用电子技术检测高能电子束与样品作用时产生二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线等并放大成象谱图的表示方法：背散射象、二次电子象、吸收电流象、元素的线分布和面分布等提供的信息：断口形貌、表面显微结构、薄膜内部的显微结构、微区元素分析与定量元素分析等原子吸收AAS原理：通过原子化器将待测试样原子化，待测原子吸收待测元素空心阴极灯的光，从而使用检测器检测到的能量变低，从而得到吸光度。
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紫外-可见吸收 光由电子能级跃 迁的产生，但伴 随有振动和转动 能级间的跃迁。 红外光谱由振动 和转动能级跃迁 引起。它们都是 宽谱带吸收。
10.3.4 试样装置 光源与试样相互作用的场所 a.吸收池 紫外-可见分光光度法、荧光分析 法 ：石英比色皿。 红外分光光度法：将试样与溴化钾压 制成透明片。
b.特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化， 在火焰中，元素由离子态→原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰；
10.3.5 辐射的检测 a.光检测器 主要有以下几种： 硒光电池、光电二极管、光电倍增管、 硅二极管阵列检测器、半导体检测器； b.热检测器 主要有： 真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用 的一种；热释电检测器；
△λ：两条谱线的波长差； b ： 棱镜的底边长度； n ：棱镜介质材料的折射率。
分辨率与波长有关，长波的分辨率要比短波 的分辨率小，棱镜分离后的光谱属于非均排光 谱。
光栅 透射光栅，反射光栅； 光栅光谱的产生是多狭缝干涉与单狭缝衍 射共同作用的结果，前者决定光谱出现的位 置，后者决定谱线强度分布；
物质分子内部三种运动形式： （1）电子相对于原子核的运动； （2）原子核在其平衡位置附近的相对振动； （3）分子本身绕其重心的转动。 分子具有三种不同能级： 电子能级、振动能级和转动能级
三种能级都是量子化的，且各自具有相 应的能量。 分子的内能E =电子能量Ee+振动能量Ev +转动能量Er ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr
•
(二)红外光谱法 辐射能吸收用作一种分析工具的最大进展也许 是在红外光谱领域。1920年以前，利用波长在8000A到几 十分之一毫米光谱区的仪器就已经有了，但红外光谱研 究的真正进展却发生在 1940 年以后。这个光谱区含有象 分子振动所包括的那样一些频率的光。原子质量、键强 和分子构型这样一些重要因素与所吸收的能量有联系。 因此某些波段易与0H、NH、ClC和C＝0那样一些基团相对 应。 红外光谱的兴起靠的是发展热电堆以及辐射计 、放大器和记录器方面所取得的进展。许多年来，这些 仪器的光学部分比检测和记录机构要令人满意得多。
160-375nm 320-2500nm 250-700nm 6000-5000cm-1 之 间有最大强度 254-734nm 589.0nm， 589.6nm 也称元素灯
693.4nm 632.8nm 515.4nm， 488.0nm 电能
10.3.3 单色器
棱镜
棱镜对不同波长的光具有不同的折射率！
平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单 色光；经聚焦后在焦面上的不同位置上成 像，获得按波长展开的光谱；
棱镜的光学特性可用色散率和分辨率来表征 ； 色散率 a. 角色散率：用dθ/dλ表示，偏向角θ对 波长的变化率； α
dθ = dλ dn ⋅ 2 2 α dλ 1 − n sin 2 2 2 sin
将反射光栅的线槽加 工成适当形状能使有效强 度集中在特定的衍射角 上。 图所示反射光栅是由 与光栅表面成β角的小斜 面构成(闪耀光栅)，β角叫做闪耀角。 选择适宜的闪耀角，可以使90%的有效能量 集中在单独一级的衍射上。
光栅的分辨率R 光栅的分辨率 R 等于光谱级次（ n ）与 光栅刻痕条数（N）的乘积：
1940年以前，比色法一直是最直观的分析法，往往是以高度经验 为根据的——实际上依靠了奈斯勒管、杜波斯克比色计和拉维邦色调 计。色调计利用可叠加有色玻璃盘作为颜色比较的载片。某些测定甚 至是将颜色与彩纸和有色玻璃作比较来进行的。T．w．理查兹在有关 卤化银的测定方面，发明了一种散射浊度计，用通过微浊溶液来测量 光散射。 1940年初左右，分光光度计开始广泛使用，几种高质量、应用简 便的工业仪器使比色法更加普及，最著名的仪器，如蔡斯一普尔费利 希、希尔格、斯佩克尔、贝克曼和科尔曼分光光度计，采用滤波器、 棱镜和光栅，使光的波长限制在一个很窄的范围内。光吸收一般是用 光电管测量的。 典型的比色试剂是二苯基硫卡巴踪(diphenyl—thiocarbazone) 通常叫做双硫踪dithizone，是艾米尔·费歇尔在1882年发现的，他观 察到双硫踪很容易和金属离子形成有色化合物，但他没有继续这项研 究。1926年，海尔穆特·费歇尔研究了这个化合物，并报道了把它用于 分祈的可能性，这种可能性在30年代得到了最充分的利用。这种试剂 与大量阳离子所形成的有色整合物极易溶解于氯仿那样的有机溶剂 中。于是，这种络合物就可从大量的水溶液中萃取到少量的溶剂中， 从而使这种方法对痕量物质也非常灵敏。
线光源： 金属蒸气灯：汞灯（254～734nm）、 钠蒸气灯（有一对波长为589.0nm和 589.6nm的谱线）。 空心阴极灯：主要用于原子吸收光谱。
H2 灯 D2 灯 连续光 W灯 可见光源 源 氙灯 Nernst 灯 红外光源 硅碳棒 金属蒸汽灯 Hg 灯 Na 灯 空心阴极灯 空心阴极灯 高强度空心阴极 灯 线光源 红宝石激光器 激光* He-Ne 激光器 Ar 离子激光器 发 射光 谱 光 直流电弧 交流电弧 源 火花 ICP 紫外光源
10.2.1 光谱法与非光谱法 10.2.2 原子光谱法和分子光谱法 10.2.3 吸收光谱法与发射光谱法
光学分析法的分类
非光谱方法
光谱方法：
原子光谱
折光、旋光、衍射、比浊法
原子发射、吸收、原子荧光 及X射线荧光法 红外、紫外－可见吸收、分 子荧光、分子磷光
分子光谱
光谱法与非光谱法的区别： 光谱法：内部能级发生变化
10.3.2 分光系统 10.3.3 辐射的检测 §10.4 光谱分析的发展概况
光分析法： 基于物质发射的电磁辐射或物质与辐 射相互作用后产生的辐射信号或发生的信 号变化来测定物质的性质、含量和结构的 一类仪器分析方法，统称为光学分析法。
光分析的三个基本过程： （1）能源提供能量 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。
c
λ 注：λ ↓ ，E ↑
• 电磁波谱： 电磁辐射按波长顺序排列，称～。 γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光 →微波→无线电波
10.1.2 电磁辐射与物质的相互作 用 包括： 吸收 发射 散射 M + hv → M* M* → M + hv
折射 反射 干涉 衍射 偏振
光学分析法分类
吸收光谱法与发射光谱法
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 原 子 发 射 发射光谱法 X 射 线 荧 光
原 子 荧 光
分 子 荧 光
分 子 磷 光
化 学 发 光
光谱分析仪器
10.3.1 光谱分析仪器基本组成 光谱仪器通常包 括五个基本单元 辐射源 单色器 样品池 检测器 显示与数据处理
1729年，P·布古厄(Bouguer)观察到入射光被介质吸收的多 少与介质的厚度成正比。这后来又被J·H·兰贝特 (Lambert，1728—1777)所发现，他对单色光吸收所作的 论述得到了下列关系式： 上式中I是通过厚度为I的介质的光密度，a是吸收系 数。利用边界条件x=0时，I＝Io，积分得到： I＝Ioe-ax 1852年，A．比尔(Beer)证实，许多溶液的吸收系数a是 与溶质的浓度C成正比的。尽管比尔本人没有建立那个指 数吸收定律公式，但下列关系式 I＝Ioe-acx 仍被叫做比尔定律，式中浓度和厚度是作为对称变数出 现的。这个名称似乎是在1889年就开始使用了。
棱镜的顶角越大或折射率越大，角色散率越 大，分开两条相邻谱线的能力越强。
b. 线色散率： 用dl /dλ表示，两条相邻谱线在焦面上被 分开的距离对波长的变化率； c. 倒线色散率：用dλ/dl 表示。
分辨率：相邻两条谱线分开程度的度量：
λ dn = b⋅ R= ∆λ dλ
λ ： 两条相邻谱线的平均波长；
比色法借助仪器可用于波长短到2000A的紫外区。 向紫外区的进一步扩展是不可能的。因为容器、棱镜及 空气本身也会吸收光。记录方法(起初主要是照相记 录)，随着实用光电管的发展得到了明显的改进。紫外分 光光度法在测定芳香化合物，如苯酚、葱和苯乙烯方面 特别有价值。 紫外吸收在研究有机化合物的结构时也很有用，它 同束缚松散的电子缔合，如出现在双键中的电子。乙 烯、乙炔、碳基化合物和氰化物中的不饱和键吸收2000A 以下的光，因此处于紫外分光光度计可测范围之外。不 饱和键周围有取代基时，会使光的吸收向长波方向移 动，但仍远离实际可测的范围。偶氮基、硝基、亚硝酸 盐、硝酸盐和亚硝基的吸收光范围在2500—3000A之间。 不饱和键发生共扼现象会使吸收增强。引起光向长波方 向移动。芳香环具有一个特征吸收本领，可用于鉴定。
10.3.2 辐射源 依据方法不同，采用不同的光源：火 焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光 源性质不同，分为： 连续光源： 在较大范围提供连续波长的光源： 紫外光源：氢灯（150～400nm） 、氘灯 可见光源：钨丝灯（320～2500nm）、氙灯 （200~700nm） 红外光源：硅碳棒及Nernst灯
分析化学教程
第十章 光谱分析法概论
§10.1 电磁辐射及其与物质的相互作用 9.1.1 电磁辐射和电磁波谱 9.1.2 电磁辐射与物质的相互作用 §10.2 光学分析法的分类 10.2.1 光谱法与非光谱法 10.2.2 原子光谱法和分子光谱法 10.2.3 吸收光谱法与发射光谱法 §10.3 光谱分析仪器 10.3.1 辐射源
电磁辐射及其与物质的相互作用
10.1.1 电磁辐射和电磁波谱 • 电磁辐射： 以接近光速（真空中为光速）通过空间 传播能量的电磁波； 电磁辐射的性质：具有波、粒二向性。