仪器分析作业02(第二章光谱分析法引论) 华南理工大学仪器分析
仪器分析练习题(第2章 光谱分析法导论)
仪器分析练习题第2章光谱分析法导论一.选择题1. 在1900～3600Å区域测量某一分子的吸收光谱，使用光源的最佳选择是（B ）A. 钨灯B. 氘灯（中山大学2011年：分析化学基础）C. 汞灯D. 空心阴极灯2. 欲分析165～360nm的波谱区的原子吸收光谱，选用的光源为（C）A. 钨灯B. 能斯特灯（南开大学2007年）C. 空心阴极灯D. 氘灯3. 下列色散元件中，色散均匀、波长范围广且色散率大的是（D）？（厦门大学2010年）A. 滤光片B. 玻璃棱镜C. 石英棱镜D. 光栅4. 棱镜或光栅可作为（C）（中国海洋大学2011年博士研究生）A. 滤光元件B. 聚焦元件C. 分光元件D. 感光元件5. 用光电倍增管检测光强度时，增大检测信号值的方法是（B）？（厦门大学2010年）A. 增大光源电压B.增大光电倍增管电压C. 增大采光狭缝宽度D. 以上方法均可6. 下列两种光源均是线光源的是（B）（东北大学2010年）A. W灯和空心阴极灯B. 激光和空心阴极灯C. 氘灯和能斯特灯D. ICP光源和硅碳棒7. 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（B ）A. 精密度高，检出限低B. 用于测定无机元素（南京大学2006年）C. 线性范围宽D. 多元素同时测定8. 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（B）A. 光谱线干扰B. 背景（华中师范大学2007年）C. 杂散光D. 化学干扰9. 如果设定一个单色器（采用光栅为分光元件）使其能允许600nm的光通过，则下列光线中还有哪条也能通过该单色器？（D）（中国海洋大学2011年、2013年）A. 1000nmB. 800nmC. 400nmD. 300nm10.某摄谱仪刚好可以分辨310.030nm及309.9920nm的两条谱线，则用该摄谱仪可以分辨出的谱线组还有（D）（中国海洋大学2012年）A. Si 251.61 -Zn 251.58nmB. Ni 337.56 -Fe 337.57nmC. Mn 325.40 -Fe 325.395nmD. Cr 301.82 -Ce301.88nm11. 以下分析方法适宜用于定性分析的是（A）？（中国海洋大学2011年）A. 原子发射光谱法B. 原子吸收光谱法C. 紫外可见光谱法D. 荧光光谱法12. 关于原子光谱分析，下列说法错误的是（C）？（中国海洋大学2012年）A. 在原子发射光谱的光源中，激发温度最高的是高压电火花B. 与原子荧光光谱法相比，光谱线干扰对原子发射光谱法影响更严重C.原子发射光谱法可以测定待测元素的存在状态D. 采用原子吸收法测定待测元素，其灵敏度、准确度主要取决于原子化系统二.填空题1. 理论上原子光谱产生的是线状光谱。
仪器分析第2章光谱分析导论教材
❖ 系间窜越：单重态电子能级向能量相近的三重态电 子能级间的非辐射跃迁
振动弛豫
S2
内转移
系间窜越
S1
T1
外转移
S0
S0为基态，S1为第一激发态，S2为第二激发态， T1为第一激发三重态
2.辐射弛豫 ❖ 以发光的形式释放能量的过程
❖ 荧光(单重态)和磷光(三重态)弛豫：它是通过原子、 分子吸收电磁辐射后激发至激发态，返回基态时， 以辐射能的形式释放能量。
❖ 不同晶体具有不同的衍射图，可作为确定晶 体化合物结构的依据。
❖ 电子衍射法：基于电子束与晶体物质作用产 生的衍射现象。
❖ 电子衍射原理是透射电子显微技术的基础。 透射电子显微术已成为对物质表面形貌和内 部组织结构进行研究的强有力工具。
❖ 二、光谱法
❖ 基于原子、分子外层电子能级跃迁的光谱法
❖ 1.原子吸收光谱法
❖ 原子通常激发到以第一激发态为主的有限的 几个激发态，所以原子发射有限的特征频率 辐射，为线光谱。
分子发射
❖ 分子发生与电子能级、振动能级和转动能级 相关，所以发射光谱复杂，为带光谱。
❖ 分子发射的电磁辐射处于紫外、可见和红外 光区，据此建立荧光光谱法、磷光光谱法和 化学发光法。
线光谱
带光谱
弛豫过程
A
2
r C
N
❖ 反射光和折射光的能量分配是由介质的性质 和入射角度大小来决定的。
❖ 光从空气照射水面：
入射角30，反射光能大约2.2% 入射角60，反射光能大约6% 入射角90，反射光能大约100% ❖ 反射光能随入射角的增大而增大。
❖ 光学仪器中要考虑由于反射作用造成的光损 失
❖ 5.干涉 ❖ 当频率相同、振动相同、周相相等或周相差保持恒定的波源
仪器分析2(紫外可见光分光光度)
白光除了可由所有波长的可见光复 合得到外，还可由适当的两种颜色的 光按一定比例复合得到。能复合成白 光的两种颜色的光叫互补色光。
/nm 400-450 450-480 480-490 490-500 500-560 560-580 580-610 610-650 650-760
颜色 紫 蓝
绿蓝 蓝绿
改变溶剂的极性，会引起吸收带形状
的变化。改变溶剂的极性，还会使吸收带
的最大吸收波长发生变化。下表为溶剂
对一种丙酮紫外吸收光谱的影响。
正己烷 CHCl3 CH3OH H2O
* 230
238
237 243
n * 329
315
309 305
由于溶剂对电子光谱图影响很大， 因此，在吸收光谱图上或数据表中必 须注明所用的溶剂。与已知化合物紫 外光谱作对照时也应注明所用的溶剂 是否相同。在进行紫外光谱法分析时， 必须正确选择溶剂。
电子的跃迁吸收光的波长主要在
真空紫外到可见光区，对应形成的光 谱，称为电子光谱或紫外-可见吸收光 谱。
三．有机化合物的紫外—可见吸收 光谱
（一）、跃迁类型 主要有σ→σ*、n→σ*、n→π* 、 π→π*
n
E*
* n*
* n *
a.σ→σ* 跃迁主要发生在真空紫外区。 b. π→π* 跃迁吸收的波长较长，孤立
ε（480nm）=A/ cb
= -lg0.398/0.150×10-3 ×2.00 =1.33 ×103 ( L ·mol-1 ·cm-1)
由ε=aM , 得: a= ε/M
= ε /251=5.30(L ·g-1 ·cm-1)
三．实际溶液对吸收定律的偏离及原因： （一）偏离：被测物质浓度与吸光
仪器分析第2章光谱分析法导论讲解课件
太阳光谱
折射和反射
• 当光线从介质 1 射到介质 2 的界面上，一部 分在介质 1 中改变其传播方向（反射），另 一部分在介质 2 中改变其传播方向（折射）。
• 反射光和折射光的能量分配是由介质的性质和 入射角的大小来决定的。
• 对于垂直于界面的光束，反射光部分可由下式 计算：
Ir I0
(n2 n1)2 (n2 n1)2
• 原子或分子的最低能态称为基态，较高能态 称为激发态。
光学分析法
非光谱法 光谱法
非光谱法
• 折射法：基于测量物质折射率的方法。 • 旋光法：利用光学活性物质的旋光性质进行
定量测定或纯度检验。 • 比浊法：测量光线通过胶体溶液或悬浮液后
的散射光强度来进行定量分析。 • 衍射法：基于光的衍射现象而建立的方法
分子发射
吸收辐射而被激发的原子和分子处在 高能态的寿命很短，它们一般要通过不同 的弛豫过程返回到基态
非辐射弛豫 辐射弛豫
非辐射弛豫
以非发光的形式释放能量的过程，此时 激发态分子与其他分子发生碰撞而将部分激 发能转变成动能并释放出少量的热量。结果 使体系的温度有微小的升高。
非辐射弛豫包括振动弛豫、内转移、外 转移和系间窜越等。
• 这些粒子只具有少数几个可能的能态。 • 激发作用是通过一个或几个电子跃迁到较高能
级实现的。
如 Na 蒸汽
589.30 nm 589.60 nm 3s→3p
285 nm
3s→5p
紫外和可见光区的能量足以引起外层电子或
价电子的跃迁。
分子吸收
分子的总能量E分子可以用下式表示: E分子= E电子+ E振动 + E转动
• 核磁共振波谱法（NMR） • 电子自旋共振波谱法（ESR）
（完整版）仪器分析习题答案-光谱分析部分
（完整版）仪器分析习题答案-光谱分析部分仪器分析部分作业题参考答案第⼀章绪论1-21、主要区别：（1）化学分析是利⽤物质的化学性质进⾏分析；仪器分析是利⽤物质的物理或物理化学性质进⾏分析；（2）化学分析不需要特殊的仪器设备；仪器分析需要特殊的仪器设备；（3）化学分析只能⽤于组分的定量或定性分析；仪器分析还能⽤于组分的结构分析；（3）化学分析灵敏度低、选择性差，但测量准确度⾼，适合于常量组分分析；仪器分析灵敏度⾼、选择性好，但测量准确度稍差，适合于微量、痕量及超痕量组分的分析。
2、共同点：都是进⾏组分测量的⼿段，是分析化学的组成部分。
1-5分析仪器与仪器分析的区别：分析仪器是实现仪器分析的⼀种技术设备，是⼀种装置；仪器分析是利⽤仪器设备进⾏组分分析的⼀种技术⼿段。
分析仪器与仪器分析的联系：仪器分析需要分析仪器才能达到量测的⽬的，分析仪器是仪器分析的⼯具。
仪器分析与分析仪器的发展相互促进。
1-7因为仪器分析直接测量的是物质的各种物理信号⽽不是其浓度或质量数，⽽信号与浓度或质量数之间只有在⼀定的范围内才某种确定的关系，且这种关系还受仪器、⽅法及样品基体等的影响。
因此要进⾏组分的定量分析，并消除仪器、⽅法及样品基体等对测量的影响，必须⾸先建⽴特定测量条件下信号与浓度或质量数之间的关系，即进⾏定量分析校正。
第⼆章光谱分析法导论2-1光谱仪的⼀般组成包括：光源、单⾊器、样品引⼊系统、检测器、信号处理与输出装置。
各部件的主要作⽤为：光源：提供能量使待测组分产⽣吸收包括激发到⾼能态；单⾊器：将复合光分解为单⾊光并采集特定波长的光⼊射样品或检测器；样品引⼊系统：将样品以合适的⽅式引⼊光路中并可以充当样品容器的作⽤；检测器：将光信号转化为可量化输出的信号。
信号处理与输出装置：对信号进⾏放⼤、转化、数学处理、滤除噪⾳，然后以合适的⽅式输出。
2-2：单⾊器的组成包括：⼊射狭缝、透镜、单⾊元件、聚焦透镜、出射狭缝。
各部件的主要作⽤为：⼊射狭缝：采集来⾃光源或样品池的复合光；透镜：将⼊射狭缝采集的复合光分解为平⾏光；单⾊元件：将复合光⾊散为单⾊光（即将光按波长排列）聚焦透镜：将单⾊元件⾊散后的具有相同波长的光在单⾊器的出⼝曲⾯上成像；出射狭缝：采集⾊散后具有特定波长的光⼊射样品或检测器 2-3棱镜的分光原理是光的折射。
仪器分析课后习题答案
仪器分析课后习题答案第二章光学分析法导论(书后习题参考答案)1. 已知1电子伏特=1. 602×10-19J ，试计算下列辐射波长的频率（以兆赫为单位），波数（以cm -1为单位）及每个光子的能量（以电子伏特为单位）：（1）波长为900pm 的单色X 射线；（2）589.0nm 的钠D 线；（3）12.6μm 的红外吸收峰；（4）波长为200cm 的微波辐射。
解：已知1eV=1.602×10-19J, h =6.626×10-34J·s, c =3.0×108m·s -1 ①λ=900pm 的X 射线1712810333.310900100.3?=??==-λcv Hz ，即3.333×1011MHz 71010111.11090011?=?==-λσcm -11617341008.210333.310626.6--?===hv E J用eV 表示，则319161910378.110602.11008.210602.1?=??=?=---hv E eV②589.0nm 的钠D 线149810093.5100.589100.3?=??==-λcv Hz ，即5.093×108MHz 4710698.1100.58911?=?==-λσcm -119143410375.310093.510626.6--?===hv E J用eV 表示，则107.210602.11075.310602.1191919=??=?=---hv E eV③12.6μm 的红外吸收峰136810381.2106.12100.3?=??==-λcv Hz ，即2.381×107MHz 2410937.7106.1211?=?==-λσcm -120133410578.110381.210626.6--?===hv E J用eV 表示，则219201910850.910602.110578.110602.1----?=??=?=hv E eV④波长为200cm 的微波辐射8281050.110200100.3?=??==-λcv Hz ，即1.50×102MHz 31000.520011-?===λσcm -12683410939.91050.110626.6--?===hv E J用eV 表示，则719261910204.610602.110939.910602.1----?=??=?=hv E eV2. 一个体系包含三个能级，如果这三个能级的统计权重相同，体系在300K温度下达到平衡时，试计算在各能级上的相对分布（N i /N ）．能级的相对能量如下。
仪器分析课件02 光学分析法引论
连续光源
基本特征：能在很大波长范围内发射强度平稳的 连续光谱。
常用光源
氘灯、氢灯 氙灯 碘钨灯 Nernst灯、碳硅棒
波长范围/nm 165375 250-700 320-2500 最强区1600-2000
UV光源：D2 Vis光源：WI
氘
灯
Xe
D2
示
WI
H2
意
图
UV-Vis光源：D2+WI or Xe IR光源：Nernst灯、碳硅棒
透射光栅 平面反射光栅（闪耀光栅）
反射光栅 凹面反射光栅
光栅光谱产生的原因：
多狭缝干涉：决定光谱线出现的位置 单狭缝衍射：决定光谱线的强度分布
透射光栅 反射光栅
光栅公式
光栅（2）
光栅法线 入射光
d si n si n n
：入射角 ：衍射角（与在光栅法线 同侧取正，异侧取负）
衍射光
d
d：光栅常数
采用多道检测器，可同时检测整个光谱区，无需扫描。
分子光谱 分子的外层电子能级、振动、转动能级跃迁
X射线能谱 原子内层电子能级跃迁
射线能谱 原子核能级
按照能量传递形式划分
发射光谱：E 0 热 能 E 、 i1 ,2 .. 电 . v E 能 /h E i(0 ,1 ...)
基态
激发态
荧光光谱 E 0 v E /h ( 光 ) 能 E i(1 ,2 .. .)v E /h E i(0 ,1 ...)
吸收光谱 E 0 v E /h( 光 I0)能 E i(1,2... )I t(光 强 ) 减 弱
拉曼光谱 v i(1 ,2 ... )v 入 -v 射 i(1 ,2 ..(.散 ) )射
有能量损失的散射
仪器分析第2章PPT
δ3 δ2 δ1 λ3
λ2 λ1
棱镜的单色性远优于滤光片，其半宽度约为5~10 nm； 玻璃棱镜：400~750 nm的可见光； 石英棱镜：400 nm以下的紫外光。
（3）光 栅
第2章 吸光光度法
10000 1 cm
光程差
光谱级数:0,1, 2, ….
d sin n
入射波长
波长越短，衍射角越小，光谱越靠近0级光谱； 玻璃光栅：400~750 nm的可见光； 石英光栅：400 nm以下的紫外光。
例 在λmax=508 nm，b=2 cm下测定C=500 µg/L，Fe2+与邻菲罗啉生成的橙色络合物的吸光度A=0.20，
计算表观摩尔吸光系数ε和吸光系数a？
二、偏离朗伯比尔定律的原因
入射光的总强度
1、单色光不纯引起的偏离
I0总 I0' I0"
透射光的总强度
I总 I' I"
IO总 I' 10 'bc I" 10 "bc 10 'bc[I' I"10( "- ')bc ]
二、高组分含量的测定—示差分光光度法
区别
普通法：空白试液作参比。 示差法：比待测溶液浓度稍低的已知标准溶液作参比。
第2章 吸光光度法
T% 0
20 %
40 %
60 % 80 % 100 %
0
20 %
40 %
60 % 80 % 100 %
=± 0.5%
cx 0.434 T
cx
Tr lgTrTs
标尺扩展后试样透光度的读数
吸收池
检测系统
要求：1）能发出400~750 nm的可见光 2）光源发出的光要有足够的强度和稳定性
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班级____________姓名________________作业编号____________教师评定_______________ 1. 请按能量递增的方式对下列电磁辐射或能级跃迁所对应能量进行排列
（1）a. γ射线、b. 红外光、c. 无线电波、d. 可见光、e. 紫外光、f. X射线、g. 微波
_______________________________________________________________________________ （2）a. 原子内层电子跃迁、b. 电子自旋能级跃迁、c. 原子外层电子跃迁、d. 分子的振动能级跃迁、e. 分子的价电子跃迁、f. 分子的转动能级跃迁（若能量相近，用“≈”）
_______________________________________________________________________________
2. 请按对下列所给出的单位进行换算（写出简单计算过程）
（1）150 pm X射线的波数：________________cm-1
（2）588.995 nm Na线频率：________________Hz
（3）2500 cm-1红外线的波长：________________μm
（4）670.7 nm Li线对应的能量：________________eV
（5）频率=5⨯1014 Hz的电磁辐射所属的光谱区：________________
3. 已知某原子吸收分光光度计的倒线色散率为1.0 nm/mm。
若欲将元素钾的两条特征谱线40
4.4 nm和404.7 nm分开，应如何选择出射狭缝的宽度？
4. 若光栅的宽度为4.00 mm，每mm刻有1250条刻线，那么（1）光栅第一级光谱的分辨率为多少？（2）对波数为2000 cm-1的红外光，光栅能分辨的最小波长差为多少nm？
5. 一束多色光射入含1250条⋅mm-1刻线的光栅，光束对于光栅法线的入射角为45.0︒，试计算一级光谱中衍射角为20︒和-11.2︒的光的波长是多少nm？
6. 有一光栅，当波长为500 nm的光以50︒入射时，其一级光谱的衍射角-30︒，试问该光栅的刻线密度为多少？
7. 采用单道检测器（光电管、光电倍增管）和多道检测器（二极管阵列、电荷转移器件）的光谱仪器测定光谱图（即光信号对波长的曲线）的方式有什么区别？（简单说明即可）。