原子光谱法和分子光谱法
2-2 原子光谱和分子光谱
三、能级图
2.原子谱线：原子在不同能级之间跃迁产生 的谱线，即为原子谱线。
3.能级间的能量差： 当电子在某两个能级之间跃迁时，要吸收
或放出等于这两个能级之间能量差的能量( 电磁辐射)。
E h h c hc
例如：钠原子，核外电子组成为： （1S）2（2S）2（2P）6（3S）1
N , N 1, N 2, , 1 或0
22 2
2
• 即由N/2变化到0或1/2，相邻的S间相差为1。
当 S 为偶数时，S 值为零或正整数； 当 S 为奇数时，S 值为正半整数。
例：
N
S
1
1
2
2
1, 0
3
3,1
22
4
2,1, 0
电子组态
S
np1nd1
1，0
np2
1，0
ns2
0
ns2np1
由于振动光谱的波长在近、中红外波谱 区，故又称红外吸收光谱法。
(3)转动光谱：分子在转动能级间跃迁产 生转动光谱。
由于转动光谱的波长位于远红外区和微 波区，故又称远红外吸收光谱和微波。
(二)分子发光光谱
1.定义：分子由激发态回到基态或较低激发 态所释放出的光辐射所形成的光谱。发光 光谱为发光强度与波长间的关系曲线。
此时光谱项为：
32S1/2 表示n=3 L=0 S=1/2 M=2 J=1/2, ------基态光谱项
第一电子 32P3/2
n=3 L=1 S=1/2 J=3/2
激发态
32P1/2
n=3 L=1 S=-1/2 J=1/2
钠谱线：5889.96 Å，32S1/2----32P3/2，D2线
5895.93 Å，32S1/2----32P1/2，D1线
名词解释-仪器分析
适用范围有限
不同的仪器分析方法有不同的适用范围， 对于某些特定类型的样品或特定组分的测 定可能不适用。
对操作人员要求高
仪器分析需要操作人员具备较高的专业知 识和技能，能够正确使用和维护仪器，保 证分析结果的准确性和可靠性。
05 仪器分析的发展趋势
高通量和高灵敏度仪器的发展
总结词
随着科学技术的发展，仪器分析的高通量和 高灵敏度已成为重要的发展趋势。
红外光谱法是通过测量样品对红外光的吸收程度，来确定样品中分子的结构和组成。紫外-可见光谱法则是通过测量样品对紫 外-可见光的吸收和反射程度，来确定样品中分子的结构和组成。拉曼光谱法则是通过测量拉曼散射光的波长和强度，来确定 样品中分子的结构和组成。
电化学分析法
电化学分析法是利用电化学反应进行分析的方法。根据电化学反应过程中电流、电压、电导等参数的 变化，可以确定样品中物质的种类和浓度。电化学分析法包括电位分析法、伏安分析法、电导分析法 等。
详细描述
高灵敏度仪器能够检测更低浓度的物质，有 助于发现和诊断早期疾病，保护环境和食品 安全。高通量仪器能够在短时间内处理大量 样本，提高分析效率，满足大规模筛查和个 性化医疗的需求。
微型化与便携式仪器的发展
要点一
总结词
要点二
详细描述
仪器分析的微型化和便携化使得检测更为便捷，特别适用 于现场快速检测和移动医疗。
多技术联用仪器将电化学、光学、质谱等多种检测技术 集成在一个仪器中，充分发挥各种技术的优势，提高检 测的准确性和可靠性。这种仪器可以同时检测多种指标 ，提供更全面的信息，适用于复杂样品的分析和跨学科 的研究领域。
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VS
原子吸收光谱法是通过测量样品中原 子对特定波长光的吸收程度，来确定 样品中元素的含量。原子发射光谱法 则是通过测量样品中原子发射出的光 子能量和数量，来确定样品中元素的 种类和含量。
原子光谱与分子光谱的不同
原子光谱和分子光谱是两种不同的光谱技术，它们在光谱的生成、检测和应用方面有着显著的区别。
以下是它们的不同之处：1．光谱生成：原子光谱是由原子中的电子跃迁产生的，而分子光谱则是由分子中电子和原子核的跃迁产生的。
因此，原子光谱的波长范围比分子光谱更宽，且包含的波长数目也更多。
2．光谱特征：原子光谱的特征性不强，不同原子的光谱可能会有相似之处，这使得原子光谱在鉴别和解析方面存在一定的困难。
而分子光谱则具有相对较强的特征性，不同分子的光谱通常具有明显的差异，这使得分子光谱在鉴别和解析方面更为准确。
3．光谱复杂性：由于分子中存在多个原子和电子，因此分子光谱比原子光谱更加复杂。
在分子光谱中，除了电子跃迁外，还存在振动和转动等运动模式，这些运动模式会产生额外的光谱线，使得分子光谱的解析更加困难。
4．应用范围：原子光谱在化学、材料科学、生物学等领域都有广泛的应用，尤其是在研究化学键和分子结构方面具有很高的价值。
而分子光谱则更多地应用于化学反应动力学、大气化学、环境科学等领域，可以用来研究化学反应历程和大气污染等问题。
5．检测技术：原子光谱的检测通常需要使用高分辨率的光谱仪器和复杂的实验设备，如原子发射光谱仪和原子吸收光谱仪等。
而分子光谱则可以使用更简单的实验设备，如红外光谱仪和拉曼光谱仪等，这些设备可以方便地用于现场检测和实时监测。
综上所述，原子光谱和分子光谱在光谱的生成、特征、复杂性、应用范围和检测技术等方面都存在明显的差异。
在实际应用中，需要根据具体的研究目标和实验条件选择合适的光谱技术。
各分子、原子光谱的比较
定完全相同的条件下， I = a c ①内标法
没有自吸： b=1 ②工作曲线法 ③标准加入法
定 量
特 点
①钨灯或碘钨灯> 350nm 可见光
发射红外光： 硅碳棒、 Nernst 灯
氙灯、高压汞灯、 激光
空心阴极灯； 高强度空心阴极灯； 无极放电灯
直流电弧 交流电弧 电火花 电感耦合等离 子体 微波诱导等离 子体
仪 器
光 源
②氢灯或氘灯： 150～400nm 紫外光 ③氙灯 200～700nm
单 色 器 样 品 池
无
元素的原子结 构不同时，产生 不同的光谱，也 就是说，通过谱 线存在否，确某 元素可否存在, 一般利用最后 线进行定性分 析 ①标准试样光 谱比较法 ②铁谱比较法
定 性
位置、 吸收谷及肩峰 所在的位置等； 分子 结构相同的化合物 应有完全相同的吸 收光谱
应 用
照核实 定量分析方法依据 Lambert-Beer 定律 单组份定量可用标 准曲线法和直接比 较法； 多组分定量通 过吸光度的加和性 定量分析方法依 据 Lambert-Beer 定律 吸收谱带的吸收 强度与分子组成 或化学基团的含 量有关，可用以进 行定量分析和纯 度鉴定 在极稀的溶液中 （溶液的吸光度 不超过 0.05） 情况 下，荧光强度与荧 光物质的溶度成 正比 1 校准曲线法 标准溶液与试样测 按浓度由低到高的顺 序测定吸光度值。 绘制 吸光度对浓度的校准 曲线。 2 标准加入法 分取几份相同量的 被测试液测定它们的 吸光度。 绘制吸光度对 浓度的校准曲线， 再将 该曲线外推至与浓度 轴相交。 即得到被测元 素经稀释后的浓度。 光谱定量分析 的基本关系式:
色散元件:光栅 狭缝 准光镜 聚焦元件 光学玻璃吸收池： 只 用于可见区 石英吸收池： 可用于 紫外及可见区 硒光电池
原子光谱是线光谱,分子光谱是带光谱的原因
原子光谱和分子光谱是光谱学中两种重要的光谱现象，它们在研究物质的结构和性质方面起着重要的作用。
其形成的原因有很多方面，需要对这两种光谱现象进行深入的探讨和分析。
一、原子光谱是线光谱的原因1. 原子内部结构的量子化原子的内部结构是由核和电子组成的，电子在原子的轨道上运动，每个轨道对应着一个特定的能量。
由于电子的运动受到量子力学的限制，电子只能在这些特定的能级上运动，不同能级之间的跃迁会释放出特定波长的光，形成线光谱。
2. 基态和激发态之间的跃迁当原子处于基态时，电子处于最低能级轨道上；而当原子受到激发时，电子会跃迁到较高能级的轨道上。
这种能级跃迁会导致释放出特定波长的光，形成线光谱。
3. 光谱线与原子结构的关系不同原子的内部结构和电子分布不同，因此它们放出的光谱线也是不同的，这为光谱学家提供了研究原子结构和性质的重要信息。
二、分子光谱是带光谱的原因1. 分子的振动和转动分子是由原子组成的，分子内部除了电子外还有振动和转动的运动。
这些振动和转动对应着不同的能级，因此分子光谱呈现出带状的特征。
2. 分子间相互作用的影响分子之间的相互作用会对分子的振动和转动产生影响，导致分子光谱的细微变化，因此分子光谱呈现出复杂的带状结构。
3. 分子结构的多样性不同的分子在结构上有所差异，因此它们的振动和转动特性也会有所不同，这导致了分子光谱的多样性和带状特征。
总结原子光谱和分子光谱是由于原子和分子内部结构的量子化特性、能级跃迁和分子振动转动等因素造成的。
这两种光谱现象对于研究物质的结构和性质具有重要意义，通过对其形成原因的深入研究，有助于深化对物质微观世界的认识，推动科学技术的发展。
4. 光谱分析的应用原子光谱和分子光谱的研究为光谱分析技术的发展提供了重要基础。
利用原子光谱和分子光谱的特性，科学家和工程师们可以从中获得大量有关物质结构和特性的信息，并应用于各个领域。
（1）材料分析领域在材料分析领域，原子光谱和分子光谱技术被广泛应用于金属材料、半导体材料、药品和食品等的成分分析。
第7章 原子发射光谱分析
光栅的参数
光栅的特性可用色散率和分辨率来表征。
光栅的角色散率可通过对光栅公式求导得到：
d n d d cos
其中dθ/dλ：入射角对波长的变化率，即光栅的角色散率； d：光栅常数； n：光谱级数。
当θ很小且变化不大时，cosθ≈1，光栅的角色散率决定于
光栅常数d和光谱级数n，为常数。因此光栅光谱是均排光
凹面光栅与罗兰圆
多道型光电直读光度仪多采用凹面光栅。凹面光栅既具有
色散作用也起聚焦作用(凹面反射镜将色散后的光聚焦)。
罗兰圆：Rowland发现在曲率半
径为R 的凹面反射光栅上存在着 一个直径为R的圆，不同波长的
光都成像在圆上，即在圆上形成 一个光谱带. 因此，将直读光谱 仪的出射狭缝做在凹面光栅的罗 兰圆上。
达到一定值时，放电盘G1击穿；G1-C1-L1构成振荡回路，产 生高频振荡；
(2) 振荡电压经B2的次级线圈升压到10kV，通过电容器C2 将电极间隙G的空气击穿，产生高频振荡放电；
(3) 当G被击穿时，电源的低压部
分沿着已造成的电离气体通道，通
过G进行电弧放电；
(4) 在放电的短暂瞬间，电压降
低直至电弧熄灭，在下半周高频再
ICP-AES
光电直读是利用光电法直接测定光谱线的强度。 两种类型：多道固定狭缝式和单道扫描式。
单道扫描式是转动光栅进行 扫描，在不同时间检测不同 谱线； 多道固定狭缝式则是安装多 个出射狭缝和光电倍增管， 同时测定多个元素的谱线； 全谱直读光谱仪可同时测定 试样中165-800nm波长范围 内的元素的所有谱线，对其 进行分析。
(3) 光电流∝原子光谱的强度，与基态原子浓度成正比。
7.4 光谱定性分析 定性依据： E = hν = h c /λ
原子光谱与分子光谱ppt课件
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
一、 原子光谱
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； 原子外层有多个电子时，其运动状态用总角量子数L；总 自旋量子数S；内量子数J 描述；
例：钠原子，一个外层电子， S =1/2；因此： M =2( S ) +1 = 2；双重线； 碱土金属：两个外层电子， 自旋方向相同时， S =1/2 + 1/2 =1， M = 3；三重线； 自旋方向相反时， S =1/2 － 1/2 =0， M = 1；单重线；
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元素由基态到第一激发 态的跃迁最易发生，需要的 能量最低，产生的谱线也最 强，该谱线称为共振线 ，也 称为该元素的特征谱线；
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原子光谱和分子光谱的原理和功能
文章标题：探索原子光谱和分子光谱的原理和功能一、引言原子光谱和分子光谱是化学分析和材料研究中的重要技术手段，它们通过研究物质与电磁波的相互作用来解析样品的成分和结构，为我们提供了丰富的信息。
本文将深入探讨原子光谱和分子光谱的原理和功能，帮助我们全面了解这两种光谱技术在化学和材料科学领域的重要性。
二、原子光谱的原理和功能1. 原子光谱的基本原理原子光谱是研究原子吸收、发射或散射电磁辐射的技术，其基本原理包括玻尔理论、能级结构和谱线特性。
在原子光谱中，我们常常能观察到离散的谱线，这些谱线对应着原子内部的能级跃迁，通过测量这些特征谱线的强度和位置，我们可以推断出样品中的元素种类和浓度。
2. 原子光谱的功能和应用原子光谱在化学分析中有着广泛的应用，比如火焰原子吸收光谱（FAAS）、原子荧光光谱（AAS）、电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）等技术可以用于分析样品中的元素成分及其含量。
原子光谱还可以用于研究原子的电子结构和性质，为我们理解物质的微观结构提供了重要的信息。
三、分子光谱的原理和功能1. 分子光谱的基本原理分子光谱是研究分子与电磁波相互作用的技术，其基本原理包括分子振动、转动和电子能级结构等。
在分子光谱中，我们可以观察到吸收、发射或散射的谱线，这些谱线的位置和强度与分子内部的振动、转动和电子跃迁等过程有关。
2. 分子光谱的功能和应用分子光谱在化学和材料科学中有着重要的应用价值，比如红外光谱（IR）、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）等技术可以用于分析样品中的化学键、功能团及其结构。
分子光谱还可以用于研究分子的结构和性质，为我们理解化学反应和材料性能提供了重要的信息。
四、总结与展望原子光谱和分子光谱作为重要的光谱分析技术，在化学和材料科学领域发挥着重要作用。
通过深入了解其原理和功能，我们可以更好地应用这些技术解决实际问题，推动科学研究和技术发展。
未来，随着光谱技术的不断创新和发展，相信原子光谱和分子光谱将会在更多的领域展现出强大的应用潜力，为人类社会的发展做出更大的贡献。
原子光谱与分子光谱
原子光谱和分子光谱
原子光谱反映原子或离子的性质而与原 子或离子来源的分子状态无关。确定试 样物质的元素组成和含量。不能给出物 质分子结构的信息。
原子光谱为线状光谱
原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
（一）核外电子运动状态
原子核外电子的运动状态可以用主量子数、角量子数、磁量 子数、自旋量子数来描述。
1、n决定电子的能量和电子离核的远近。
取值：K、L、M、N。。。。
2、L决定角动量的大小及电子轨道的形状。
符号: s, p, d, f
L=0,1,2,3…..,(n-1)
3、磁量子数m决定磁场中电子轨道在空间的伸展的方向。
4、自旋量子数ms决定电子自旋的方向，顺磁场和逆磁场
ms=1/2,-1/2
原子光谱和分子光谱
➢拉曼光谱法 (RS) Raman Spectroscopy
➢*核磁共振波谱法(NMR) Nuclear Magnetic Resonance
Spectroscopy ➢*质谱法 (MS)
Mass Spectroscopy
联用技术发展很电子相对于原子核的运动--电子能级; （△E=1～２０ｅＶ,紫外、可见、近红外） 2.原子核在其平衡位置附近的相对振动--振动能级;
第二节 原子光谱和分子光谱
（二）光谱项 原子的能量状态需要用光谱项来表征。
N2s+1LJ 其中n为主量子数，L为总角量子数
L=∑Li S为总自旋量子数，S=Σms , I J内量子数，是由于轨道运动和自旋运动的相互作 用，即轨道磁距与自旋磁距的相互影响而得出的。
第二节 原子光谱和分子光谱
J=L+S
➢*红外吸收光谱法(IR) Infrared Spectroscopy
分子吸收光谱和原子吸收光谱的区别
分子吸收光谱和原子吸收光谱的区别
分子吸收光谱和原子吸收光谱是两种不同的光谱学方法，它们的应用和原理也有所不同。
首先，分子吸收光谱是一种用于分析分子结构和化学反应的技术，它基于分子在特定波长的光线中的吸收能力来确定它们的组成和结构。
该技术通常使用紫外-可见吸收光谱仪来测量样品在紫外-可见光段吸收光线的程度。
这种方法可以用于分析许多类型的分子，包括蛋白质、DNA和多种有机分子。
相比之下，原子吸收光谱是一种以原子在特定波长的光线中的吸收能力为基础的技术，它通常用于确定样品中特定金属离子的含量。
原子吸收光谱可以通过火焰、火花和电弧等不同的方法实现。
这种技术的原理是，当样品被加热到足够高的温度时，其中的金属离子会被激发并吸收特定波长的光线，从而产生吸收线。
因此，分子吸收光谱和原子吸收光谱之间的主要区别在于它们的应用范围和原理。
分子吸收光谱广泛应用于分析有机分子和生物分子，而原子吸收光谱则主要用于分析特定金属离子的含量。
此外，分子吸收光谱是基于分子结构和化学反应的吸收能力，而原子吸收光谱则是基于金属离子在高温下的激发和吸收光线的能力。
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光谱(spectrum)
➢非光谱分析（一般光学分析）不以光的波长为特 征讯号，仅通过电磁辐射的某些基本性质的变化来 测量的方法。
原子光谱法和分子光谱法 ： 基于被测物质粒子类型
➢原子光谱法(atomic spectroscopy) 气态原子/离子→外层电子能级跃迁→
原子光谱(线光谱)→成分/定量分析
微粒性（光子）：吸收和发射
光子的能量： E h hc / hc
▪↑→E↓→波动性↑ ▪↓→E↑→微粒性↑ 紫外-可见 红外 1nm = 10-3m = 10-6mm = 10-7cm = 10-9m
电磁波谱（electromagnetic spectrum）
根椐《中华人民共和国无线电频率划分规定》，已
对9kHz～1000GHz频带内的无线电业务做出了规划： ◆长波：频率为100kHz～300kHz，波长处于
3km～1km之间。 ◆中波பைடு நூலகம்频率为300kHz～3MHz，波长处于1km～
100km之间。 ◆短波：频率为3MHz～30MHz，波长处于
100m～10m之间。 ◆超短波：频率为30MHz～300MHz，波长处于
Department of Pharmacy
第九章 光谱分析概论
熟悉光谱分析中常用术语的基本概 念及光谱分析法的分类。 掌握电磁射与物质的相互作用。 了解分光光度计的基本结构。
§1 概 述
光学分析法（optical analysis）： 是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。
➢发射光谱法
(Emission spectroscopy)
•荧光分析法(FLU) •磷光分析法 •原子发射光谱法(AES)
§4 光谱分析仪器
基本组成部分： 辐射源/光源(source) 单色器(monochromator) 检测器(detector)
辐射源
单色器
样品池
检测器
分光光度计组成方框图
10m～1m之间。 ◆微波：频率为300MHz～300GHz，波长处于
1m～1mm。
◆混合波段：指长、中、短波、超短波和微波中 有两种或两种以上波段混合在一起的电磁波。
§2.2 电磁辐射与物质的相互作用
✓吸收 absorption 微粒(原子、分子、离子、电子等) 吸收光子能量，从基态跃迁至激发态的过程。
① ② ③④⑤
棱镜
④ ②
①③ ⑤
光栅
➢色散原理： 棱镜
Cornu prism
➢特点：长波区密，短波区疏
Littrow prism
➢种类：
激发态
h=E 吸收
辐射
E 发射
基态
§3 光学分析法分类
光谱法与非光谱法 ： 基于物质与电磁辐射的相互作用机制
➢光谱分析法(spectroscopic analysis) 当辐射能作用于 物质时，通过测量能级跃迁而产生的吸收光谱或发 射光谱所建立的分析方法。
•吸收(absorption) •发射(emission) •散射(scattering)
➢分子光谱法(molecular spectroscopy)
分子→电子(n)-振动(v)-转动(J)能级跃迁→ 分子光谱(连续光谱) →定性/定量/结构分析
吸收光谱法和发射光谱法 ： 基于物质能级跃迁方向
➢吸收光谱法
(Absorption Spectrometry)
•紫外-可见分光光度法(UV) •红外吸收光谱法(IR) •原子吸收分光光度法(AAS) •核磁共振波谱法(NMR)
光学分析的主要过程： 1、能源提供； 2、能量与被测物质相互作用； 3、产生被检测信号。
§2 电磁辐射及其与物质的相互作用
§2.1 电磁辐射和电磁波谱
电磁辐射(electromagnetic radiation) ： 又称电磁波，是一种以巨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。
当带电系统的电荷或电流随时间变化，系统所 产生的电场和磁场也随时间变化，变化的电场在其周 围激起磁场，变化的磁场也在其周围激起电场，这种 变化的电场和磁场会向系统周围的空间传播，这种运 动着的电磁场就是电磁波。
电磁辐射的性质 波动性：反射、衍射、干涉、折射、偏振
频率 光速 波长 波数
(Hz) C / (cm1) 1/ /
讯号处理 及显示器
辐射源/光源(source)
➢作用：提供辐射能
➢要求：有一定强度和稳定性
➢种类： ▪ 连续光源(continuous source)：分子吸收
紫外光源：氘灯(160-375nm),比氢等光强I大，寿命长 可见光源：钨/卤钨灯(320-2500nm),卤钨灯更好 红外光源：惰性固体(Nernst灯/硅碳棒)电加热 ▪ 线光源(line source) ：原子吸收 金属蒸汽灯：汞(254~734nm),钠(589.0、589.6nm线光谱) 空心阴极灯：
✓发射 emission 物质从激发态返回基态，以光的形 式释放出能量的过程。
✓散射 scattering 光子与介质发生非能量交换的弹性 碰撞，光频率不变，但运动方向改变的现象。
✓拉曼散射 Raman scattering 光子与介质发生有能量 交换的非弹性碰撞，光频率改变，运动方向改变的 现象。
▪ 电弧、火花、等离子体光源：发射光谱
▪ 激光光源：固/气体/染料激光器
分光系统(wavelength selector)
➢作用：将复合光分解为单色光。
▪带通滤光器
滤光器(filter) ➢种类：
▪截止滤光器
单色器(monochromator)
▪棱镜 ➢色散元件： ▪光栅
➢组成：①进口狭缝、②准直镜、③色散元件、 ④聚焦透镜、⑤出口狭缝
✓折射 refraction 当光通过两介质的界面时，以一定 的折身角度进入另一介质的现象。
✓反射 reflection 当光通过两介质的界面时，一部分 光返回的现象。
✓干涉 interference 光在一不定期条件下相互作用，产 生一个加强或减弱的合成波的现象。
✓衍射 diffraction 光绕过障碍物或通过狭缝时，以 180°的角度向外辐射而方向发生弯曲的现象。