光化学分析概述
14-光化学分析法
基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；
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）；
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
(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(瑞利）；
(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他后面传播的现象； (8) 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面 偏振光。
各种光分析法简介
1.原子发射光谱分析法
以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的 外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法。 2.原子吸收光谱分析法 利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中 离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而 进行的定量分析方法。
3.原子荧光分析法 气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态
向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；
散射光谱法
拉曼散射光谱法
拉曼散射：当激发光的光子与作为散射中心
的分子相互作用时，大部分光子只是发生改 变方向的散射，而光的频率并没有改变，大 约有占总散射光的10-10-10-6的散射，不光改 变了传播方向，也改变了频率。这种频率变 化了的散射就称为拉曼散射。
7. 化学发光分析法 利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返 回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测 物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。 8.紫外光谱分析法 利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记
光化学分析
1光化学分析：基于电辐射能量与待测物质相互作用后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。
2原子吸收光谱：利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中的离子转变为气态原子后测定气态原子对共振线吸收而进行定量分析。
3分子荧光分析法：某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过荧光强度进行定量分析。
4原子荧光分析法：气态原子吸收特性波长后，外层电子由基态或低能态跃迁到高能态，返回基态时发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在于光源成90°方向上测荧光强度，进行定量分析。
5分子磷光：最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第一、三重激发态，再跃迁返回基态，发出磷光，测定磷光强度进行定量分析。
6化学发光：利用化学反应提供能量，待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，其强度与待测浓度之间有线性关系，进行定量分析。
7分子信标技术：一种基于荧光共振能量转移现象与碱基互补配对原则建立起来的一种技术。
8分子振动能量转移：一对合适的荧光物质可以构成一个能量供体和能量受体时，其中供体的发射光谱与受体的吸收光谱重叠，当它们在空间上相互接近到一定距离时，激发供体而产生的荧光能量正好被附近的受体吸收，使得供体发射的荧光强度下降，受体荧光分子的荧光强度上升。
9核酸适体：从人工合成的DNA/RNA文库中筛选得到的能够高亲和性、高特异性与靶标分子结合的单链寡核苷酸。
10化学发光剂：在化学反光反应中参与能量转移并最终以发射光子形式释放能量的化合物。
1分子信标设计原理：①序列长度（环状序列比茎杆序列长两倍以上，茎杆序列不能过长或过短。
过长，过于稳定，假阴性；过短，不稳定，假阳性）②茎杆序列中G和C的含量不能太高。
③5’端的第一个碱基最好不要选择G。
④由于被测对象DNA或RNA是大分子，存在扭曲现象，因此要选择被测对象的外围碱基序列，即容易接近的那段序列来设计信标。
2波长转移分子的信标工作原理在分子信标的一末端连接两个不同的荧光基团：荧光收集基团和荧光发射基团，另一端连接淬灭基团。
光化学知识点总结
光化学知识点总结一、光化学基本原理1. 光的性质光是一种电磁波，具有波粒二象性。
光的波长和频率决定了光的颜色和能量。
光的电磁波特性将在后文中对光的分子间作用和光合作用等方面有重要应用。
2. 光的吸收物质吸收光的能量后，电子会被激发到一个较高的能级，形成激发态。
激发态的电子具有较高的能量，可以参与化学反应。
光的吸收将在光合作用和光敏化合物中有着重要应用。
3. 光的辐照当物质受到光的辐照时，光的能量将被转化为物质的化学能。
光的辐照对光催化反应、光解反应等过程有着重要作用。
4. 光的作用光能激活分子，促进化学反应的进行。
光化学反应是指光能激活分子，使其发生化学变化的过程。
二、光合作用光合作用是光能转化成化学能的重要过程，是植物生长和生活的基础。
1. 光合色素叶绿素是植物中最重要的光合色素之一，它具有吸收光的能力，可以将光能转化成化学能。
光合色素会在光的作用下发生光合作用，将二氧化碳和水转化成葡萄糖和氧气。
2. 光合作用的过程光合作用是一个复杂的生物化学过程，包括光反应和暗反应两个阶段。
光反应发生在叶绿体中的类囊体内，叶绿体中的光合色素将光能转化成化学能，产生ATP和NADPH。
这些能量将在暗反应中用于合成葡萄糖和其他有机物。
3. 光合作用的意义光合作用能够将光能转化成化学能，是植物生长和生活的基础。
光合作用产生的葡萄糖和氧气为植物提供能量，也为其他生物提供食物和氧气。
三、光催化反应光催化反应是指在光的作用下催化剂促进化学反应的进行。
光催化反应具有高效、温和、环保等特点，在环境保护、能源转化等领域有着广泛的应用。
1. 光催化剂光催化剂是一类可以吸收光能的物质，它可以将光能转化成化学能，促进化学反应的进行。
光催化剂在光解反应、有机合成、环境净化等方面有着重要的应用。
2. 光解反应光解反应是一类光催化反应，通过光的能量将化学键断裂，产生离子、自由基等反应物。
光解反应在环境净化、水处理、氢能源等方面有着重要应用。
化学反应的光化学分析
化学反应的光化学分析光化学反应是指在光的作用下发生的化学反应。
它具有选择性强、速度快、反应条件温和等特点，因而应用十分广泛。
其中光化学分析技术是一种将光化学反应应用于分析领域的方法。
通过分析反应中光化学特性的变化，来确定反应物的含量、测定环境条件等。
下面将从光化学反应的基本原理出发，介绍光化学分析的基本原理和应用。
一、光化学反应的基本原理光化学反应是指在光的作用下，化学物质发生变化的反应。
光的能量能够激发分子中的电子，使其跃迁到激发态，从而产生化学反应。
光化学反应具有选择性强、速度快、反应条件温和等特点。
它主要应用于有机合成、环境污染监测、生物医学等领域，得到了广泛的应用和发展。
而光化学分析则是光化学反应在分析领域中的应用。
二、光化学分析的基本原理1、光化学系统的选择在光化学分析中选择合适的光化学系统非常关键。
光化学反应需要光源的激发才能进行，因此需要考虑所用分析物质的吸收波长和光源的发射波长是否匹配。
此外还需要考虑光学系统是否能够将光源产生的光经过合适的滤波器、单色仪等装置，使其能够精确地照射到分析体系中。
2、光化学反应条件的优化光化学反应需要优化反应条件，以保证反应的稳定性和灵敏度。
反应的反应时间、温度、光照强度等条件都会影响反应的稳定性和灵敏度。
需要通过实验找到最佳的反应条件，以使其能够满足实际分析的需求。
3、反应物质的选择光化学分析需要选择合适的反应物质。
在光化学分析的过程中，反应物质的种类和浓度都会对反应结果产生影响。
需要选择合适的反应物质，并控制其浓度范围，来达到更好的分析结果。
4、充分利用光化学反应的特征光化学反应具有选择性强、速度快、反应条件温和等特点，这些特点为光化学分析提供了更多的选择空间。
可以根据反应体系的不同特点，设计出合适的分析方法和技术流程，来达到更好的分析效果。
三、光化学分析的应用1、水质分析水质分析是光化学分析应用的一个重要领域。
水中的溶解物质、有机物、无机物等各种成分均可通过光化学反应进行测定。
光谱学和光化学分析
Part Two
光化学分析原理
光化学定义
光化学分析是利用 物质吸收光能后发 生化学反应或产生 光谱变化来进行分 析的方法。
光化学分析原理基 于物质对光能的吸 收、传递和转换等 过程，通过测量光 能被吸收或发射的 特性来进行分析。
光化学分析可以应 用于多个领域，如 环境监测、生物医 学、化学分析等。
Part One
光谱学基础知识
光谱学定义
光谱学是研究 物质与电磁辐 射相互作用的
科学
光谱学通过分 析物质发射或 吸收的光谱来 推断其组成和
性质
光谱学涉及的 电磁辐射范围 从伽马射线到
无线电波
光谱学在物理 学、化学、生 物学等领域有
广泛应用
光谱学分类
吸收光谱学：研究物质吸收 电磁辐射的学科
发射光谱学：研究物质发射 电磁辐射的学科
未来光谱学和光化学分析的发展趋势将更加注重智能化与自动化的融合，实现更高效、更准确、 更便捷的分析。
多技术联用与交叉学科发展
光谱学与光化学分析的结合，推动 了多技术联用的趋势，提高了分析 的准确性和灵敏度。
新型材料和技术的涌现，如纳米材 料、量子点等，为光谱学和光化学 分析提供了新的应用领域和前景。
光化学反应的 应用：在能源、 环境、生物等 领域中的应用
光化学反应类型
激发态分子反应：分子吸收光能后进入激发态，发生化学反应 光致电子转移反应：分子间的电子转移导致化学键断裂或形成 光致质子转移反应：光作用下发生的质子转移反应 光化学氧化还原反应：光能驱动的氧化还原反应，用于物质检测和转化
光化学分析应用
检测农产品质量
Hale Waihona Puke 监测土壤和灌溉 水的质量预测农作物病虫 害
光化学中的反应机理和产物分析
光化学中的反应机理和产物分析光化学反应是指在光照下发生的化学反应，是物质与能量相互转化的过程。
光化学反应的研究在化学、生命科学等领域具有重要作用，常用于生命体系中的光合作用、合成有机化合物等领域。
本文将重点探讨光化学反应的反应机理和产物分析。
一、光化学反应的反应机理光照下发生的光化学反应通常需要光子能量撞击分子的匀速转化为化学能量。
这种一次性的过程需要符合一定的物理化学条件才能实现光化学反应。
下面将从光化学反应的基本原理、发生机制和各种因素对光化学反应的影响等方面进行探讨。
1. 光化学反应的基本原理光化学反应是指在光照下某些物质分子间发生的化学反应，在吸收光的过程中，分子原子或笃基电子发生激发跃迁而产生高能态分子。
其中，对激发的物质（分子或离子）称为“光度”，激发所产生的高能态物质称为“激发态”。
而当激发态分子再次降至基态时，为了达到更稳定的能量状态，光度分子和激发态分子之间就可能有所赠接，引起一系列的化学反应，如单一电子转移、双电子转移、加成反应、消除反应等。
2. 光化学反应的发生机制光化学反应的发生机制符合化学反应的基本要求，即要满足反应物分子之间的碰撞、能量传递和电子转移等过程。
在光化学反应中，光子能量击中了分子，激发其能量，使得反应物分子产生不平衡态，从而引起了一系列电子转移反应。
这些电子转移反应涉及到电离、电荷转移、双电子转移、单电子转移和分子中心反应等过程。
3. 光化学反应的影响因素光化学反应的影响因素较多，主要包括光照强度、波长、光反应体系及反应器条件等。
光照强度是光化学反应中最重要的影响因素之一，光照强度越强，光子的能量越大，反应速度也越快。
波长影响反应速度的原理与光子的能量存在直接关系。
光反应体系包括反应物浓度、pH值、光化学试剂等，会对光化学反应速率至关重要。
反应器内部条件，如反应器容积、温度、氧气浓度等，也会对光化学反应反应速率造成一定的影响。
二、光化学反应的产物分析光化学反应产物分析是光化学反应研究的重要内容之一，其目的是确定光化学反应的产物种类、数量、反应特性和反应过程等。
光化学反应机理研究分析方法概述
光化学反应机理研究分析方法概述光化学反应是指在光照条件下，分子之间的化学反应。
光化学反应机理的研究对理解化学反应的本质、开发光催化反应以及环境保护具有重要意义。
本文将概述光化学反应机理研究的一些常见分析方法。
一、光谱学分析方法光谱学是研究物质与光之间相互作用的学科。
光化学反应机理的研究中，通过测量吸收光谱、发射光谱、荧光光谱等光学性质的变化，可以推测反应中的物种及其浓度的变化，从而获得反应机理的线索。
1. 紫外-可见吸收光谱紫外-可见吸收光谱是研究物质吸收或透过不同波长光线时产生的吸收变化的方法。
在光化学反应机理的研究中，通过监测反应物的吸收峰位、吸光度和浓度随时间的变化，可以推断反应过程中吸收物种的生成或消失，从而揭示反应机理。
2. 红外光谱红外光谱是利用物质在红外辐射下吸收光能并表现出不同频率振动的一种分析手段。
在光化学反应机理研究中，红外光谱可以用来研究反应物的功能团、键的变化以及生成的中间体和产物的结构。
3. 荧光光谱荧光光谱是研究物质在激发态与基态之间跃迁时产生的荧光现象的光谱学方法。
在光化学反应机理研究中，荧光光谱可以用来研究反应物、中间体和产物之间的电子能级变化，从而推断反应机理。
二、动力学分析方法动力学研究反应速率和反应物浓度、温度、压力等因素之间的关系，可以揭示反应机理的一些细节。
1. 变温研究通过在不同温度下观察反应速率的变化，可以揭示反应中的能垒和反应路径。
常见的变温研究方法有恒温器法、热电偶法、恒温颗粒沉积法等。
2. 催化剂研究光催化反应常使用催化剂来增强反应速率。
通过研究催化剂的种类、浓度以及在反应中的作用，可以推断催化剂对反应机理的影响。
3. 变频研究通过改变光的频率，可以研究光对反应速率的影响。
变频研究可用于研究光化学反应的激发态性质、反应机理以及可能涉及的中间体和产物。
三、计算化学方法计算化学方法适用于从理论上研究光化学反应的机理。
通过建立数学模型和计算方法，计算化学方法可以模拟和预测反应速率常数、反应路径以及生成物的结构和性质。
光化学分析概述范文
光化学分析概述范文光化学分析是一种利用光化学过程进行化学分析的方法。
光化学过程是指分子或物质在光的作用下发生的化学反应。
通过光化学分析，可以测定种类繁多的物质，如有机化合物、无机离子、药物、生物分子等，具有广泛的应用领域。
其中，吸收光谱法是最常用的光化学分析方法之一、它基于物质吸收特定波长的光而发生的电子激发过程，通过测定溶液吸光度的变化来确定目标物质的含量。
吸收光谱法又分为分光光度法和比色法。
分光光度法适用于多种物质的测定，可以通过选择不同的光谱特征进行分析；比色法则是利用染色反应使目标物质产生可见光吸收，改变溶液的颜色，再通过光度计测定溶液吸光度来测定目标物质的含量。
荧光法是利用分子在吸收光能后，在电子激发态上通过非辐射过程返回基态放出发光的一种分析方法。
荧光的强度与目标物质的浓度成正比，因此可以通过荧光强度的测定来测定目标物质的含量。
荧光法具有高灵敏度、高选择性和高特异性等优点，广泛应用于环境、食品、生物等领域。
磷光法是利用物质在光激发下，通过电子激发态到磷光激发态的过程而发射光的方法。
磷光法对于一些物质具有较高的选择性和灵敏度，适用于测定含磷化合物、一些荧光猝灭物质等。
除了上述方法，光化学分析还可以与其他分析方法结合使用，如色谱法、电化学分析法、质谱法等。
这些方法的结合可以提高光化学分析的灵敏度和选择性，解决一些复杂样品的分析问题。
光化学分析在环境监测、制药工业、食品安全、医学诊断等领域有着广泛的应用。
比如，通过测定水中有机污染物的光化学降解速率，可以判断水体中有机污染物的含量和其对环境的危害程度；通过荧光法可以测定一些药物在血液中的浓度，对药物治疗效果进行监测；通过吸收光谱法可以测定食品中添加剂的含量，保证食品的安全性等。
总之，光化学分析是一种基于光化学反应的化学分析方法，具有灵敏度高、选择性好、操作简便等优点，广泛应用于各个领域。
随着科技的不断发展，光化学分析方法也在不断更新和改进，为我们提供更加准确和全面的化学分析手段。
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2.分子光谱法(molecular spectroscopy)
由分子中电子能级、振动和转动能级的变化 产生，为带光谱。
CZ、
h 20
三、按辐射能转换方向分类
(一) 吸收光谱法
选择性吸收
定义：物质吸收相应的辐射能而产生的光谱。
1. 原子吸收光谱法(第十三章)
➢ 原子外层电子跃迁的两个能级之间的能量差
➢可确定试样的元素组成和含量，但不能给出分 子结构的信息。
CZ、
h 21
2. 分子吸收光谱法
(1) 紫外-可见分光光度法(第十章)
价电子能级跃迁而产生，伴随振动能级 等跃迁，带状光谱。电子能级间隔1～20eV， 波长200～760nm。
五、质谱法(第十五章)
质谱是分子离子和碎片离子依其质荷比(m/z)
大小依次进行排列所成的质量谱(mass spectrum)。
根据质谱的分析，来确定分子的原子组成、分子量、
(Spectroscopic analysis)
光学分析法
➢ 物质与辐射能作用时内部发生 能级跃迁→光谱
非光谱法
➢ 物质与辐射能作用时不发生
能级跃h迁
10
CZ、
(一) 物质内部发生能级跃迁
吸收 (Absorption) 辐射能量恰好满足
物质两能级间跃迁所需的能量。
X+h→X
发射(Emission) 物质受到激发而跃迁到激发态
(波长≠入射光波长)
CZ、
h 12
(二) 不发生能级跃迁
➢折射和反射 当光从介质1照射到介质2界面时，一 部分光返回介质1，称为光的反射，另一部分光则改变 方向，以一定折射角度进入介质2，称为光的折射。
➢干涉和衍射 在一定条件下光波会相互作用。当叠 加时，将产生一个其强度视各波的相位而定的加强或 减弱的合成波，称为干涉。光波绕过障碍物或通过狭 缝时，以约180的角度向外辐射，波前进的方向发生 弯曲，称为衍射。
1
CZ、
吸 光 度 (A)
1
(nm)
1 2 3 4 5 6 … n
h 15
光谱的不同形式
带状光谱
线状光谱
CZ、
nm
h 16
➢连续光谱：由炽热的固体或液体发射。
太阳连h 续光谱 17 CZ、
2.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 射和偏振)的变化, 主要有折射法，旋光法， 浊度法，X-射线衍射法和圆二色法等。
CZ、
h 5
光学分析法的应用
1.结构鉴定
专属性强; 样品用量少; 不改变混合体系的组成就能快速分析。
2.环境和大气研究
主要是原子光谱的应用，也有分子光谱。
3.药物分析
鉴别、检查、含量测定。 h 6 CZ、
7
8
第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用
一、电磁辐射的性质
1.波动性 2.微粒性
=c/ = 1 / = /c
后，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量。
X →X X→ X+h
h 11
CZ、
散射(Scattering) 光子与物质分子之间发生 碰撞，使光子的运动方向发生改变而向不同角度 散射。
瑞利散射 光子与物质分子发生弹性碰撞，不发 生能量交换，仅光子运动方向发生改变。
(波长=入射光波长)
拉曼散射 光子和介质分子发生非弹性碰撞，光 子运动方向和能量均发生改变。
CZ、
h 18
X-射线衍射法 (X-ray diffraction analysis, XRD)
➢利用X-射线能够绕过障碍物而弯曲地向后面 传播的现象，是测定晶体结构的重要手段。
DNA晶体的X射线衍射照片 h
CZ、 (by Rosalind Franklin)
19
二、按照作用物不同分类
1.原子光谱法(atomic spectroscopy)
(2) 红外分光光度法(第十二章)
属于分子振-转光谱，能量差为0.05～1eV
，波长1250～25000nm。
CZ、
22
(3) 核磁共振波谱法(第十四章) 是原子核自旋能级跃迁，激发波长是在
60～900MHz的电磁波。
(4) 拉曼光谱法 利用拉曼散射获得结果。
CZ、
h 23
(二)发射光谱法
原子或分子受激发后，电子由激发态回至 基态以辐射的形式释放能量所产生的光谱为 发射光谱。
1．原子发射光谱法 气态金属原子与高能量粒子(电子、原子或分子)碰撞
而使外层电子激发，十分不稳定回到基态，发射出的特征 线状光谱。
2．原子荧光光谱法 气态金属原子受电磁辐射(一次辐射)激发后，以发射辐射 的形式（二次辐射）回到基态h ，二次辐射称为荧光光谱。
24 CZ、
3. 分子荧光(第十二章)和磷光光谱法
E = h =h c / = h c
例如：计算1mol (6.022171023个)波长为200nm的光子的
能量E
hc 6.621 63 0 2 42.997 1910 2 06.0 52 211 2037
E
20 100 7
h
CZ、 5.9 8150()J
9
二、电磁辐射与物质的相互作用
光谱分析法
物质分子受辐射激发后其外层电子由基态 跃迁到激发态，当它们返回基态时，以辐射的 形式释放出能量。
4. 化学发光分析
在一些特殊的化学反应中，由于吸收了 反应所释放出的化学能而处于电子激发态的 反应中间体或反应产物，由激发态回到基态 时所产生的一种光辐射。
h 25
CZ、
四、按照跃迁类型不同分类
电子光谱（紫外-可见光谱） 振-转光谱（红外光谱)
光学分析法概述
Spectroscopic analysis
CZ、
h
FXHX
1
1672年 光谱
(Spectrum)
1800年 红外光(Infrared)
1801年 紫外光(Ultraviolet)
CZ、
h 2
CZ、
h 3
CZ、
h 4
光学分析法
(Optical analysis)
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。
h 13
CZ、
第二节 光学分析法分类
一、按照电磁辐射与物质的相互作用分类
1.光谱法 物质内部发生能级跃迁，记录由能
级跃迁所产生的辐射能强度随波长的变化，所
得的图谱称为光谱，利用光谱进行定性定量和
结构分析，包括吸收光谱法，发射光谱法和散
射光谱法。
CZ、
h 14
吸收光谱 (absorption spectrum)