第08章 光学分析法导论
光学分析法导论(3)
200~400nm
6.2~3.1
400~780nm
3.1~1.7
中能辐射区〔光学光谱区〕
0.78~2.5 μm
1.7~0.5
2.5~50 μm
0.5 ~0.025
原子的电子能级或 分子的成键电子能级
分子振动能级
远红外区 微波区
射频区
50~1000 μm 2.5 ×10-2~1.2 ×10-4
低0.1能~1辐00c射m 区〔1.2波×谱10-区
1~1000m 1.2 ×10-7~1.2 ×10-9 电子自旋能级或核自旋能级
2.3 光谱法仪器
可见分光光度计
紫外分光光度计
红外分光光度计
原子吸收分光光度计
ICP原子发射分光光度计
2.3 光谱法仪器
试样系统 信号发生器 检测器 信号处理器 显示器
光学光谱仪：1. 光源〔辐射源〕2. 单色器 3.样品池 4. 检测器 5. 显示系统
根据光谱产生的机理，光学光谱可分为原子光谱和分子光谱 光学分析法
非光谱分析法
光谱分析法
折 射 法
圆 二 色 性 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
紫 外
红 外
分 子 荧
倒线色散率 = dλ/dl (单位nm/mm), 棱镜的倒线色散率随波长数的增加而增加，即分光能力下降.
分辨率〔resolving power): 摄谱仪的光学系统能够正确分辨出紧邻两条谱线的能力。 可用两条可分辨开的光谱线波长的平均值λ与其波长差△λ 之比值来表示。即：
光学分析法导论
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
2）按电磁辐射本质分类
原子光谱（涉及离子光谱）——由原子或离子外层电子 旳跃迁产生，具有明显 旳线光谱特征
分子光谱——由分子中电子能级及分子旳振动、转动能 级旳跃迁产生，大多具有带光谱特征
第二节 光学分析法旳分类
二、光谱法
3）按辐射能传递方式分类 发射光谱——处于激发态旳原子分子或离子由高 能级跃迁回低能级或基态发射出相应旳光谱
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数( n )：描述核外电子是在那个电子壳层上运动。 n = 1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
符号 K、L、M、N、O、P、Q、••••••••
角量子数( l )：描述核外电子云旳形状。
l = 0、1、 2、 3、 4、••••••••
第三节 原子光谱和分子光谱
一、原子光谱
主量子数(n)：
n =1、 2、 3、 4、 5、 6、7、••••••••
总角量子数(L)：
L= l,
对于2个价电子： L = ( l1+ l2)、 ( l1+ l2-1)、•••、 ( l1- l2)
总自旋量子数(S)：对于N个价电子：N/2, N /2 -1, N /2 -2,..,1/2,0
>2.5*105
X一射线 0.005-10nm 2.5*105 -1.2*102
高能辐射区
远紫外 10200nm 1.2*102-6.2
近紫外 200
可见光 400
近红外 0.782.5
中红外 2.550
远红外 501000m 2.5*10-2-1.2*10-4
中能辐射区
微波 0.1100cm 1.2*10-4-1.2*10-7
光学分析法导论
2、光谱项
原子的能量状态用n、L、S、J四个 量子数为参数的光谱项来表征。
n---- 主量子数 L ----总角量子数 S ----总自旋量子数 J ----内量子数
L ----总角量子数 其数值为外层价电子角量子数的
矢量和，L = l 其加和规则为：
共2L+1个不同的值。 通常用S、P、D、F……依次表示L
例如：Na只有1个外层电子，S=1/2，M=2， 所以产生双重线。
若是碱土金属，有2个外层电子，它们有两 种可能：1）向同一方向自旋，则S=1/2+1/2=1， M=3，为三重线。2）向相反方向自旋，则S=1/21/2=0，M=1，为单重线。
J ----内量子数
取决于L和S，是它们的矢量和：J = L + S。 若LS，J = (L+S)，(L+S-1)……(L-S) 共2S+1个值 若L<S，J = (S+L)，(S+L-1)……(S-L) 共2L+1个值
例如：
Hg 184.96 nm 谱线 ，它相应于光谱 项61S0--- 61P1的跃迁，其中： △n = 0 ， △L = 1 ，△J = -1 ，△S =0，完全符合 上述选律。
实际上Hg还有一条很弱的253.65 nm谱 线，是相应于光谱项 61S0--- 63P1的跃迁, 其中： △S =1(△M =2) ,即△S 0，不符 合上述选律。
AES AAS AFS
5、原子光谱
二、分子光谱
1分子能级
分子光谱产生于分子能级的跃迁。分子能 级比较复杂包括电子能级、振动能级和转动能 级。
2、分子吸收光谱和分子发光光谱
光学分析法导论习题
光学分析法导论习题班级姓名学号一．填空题1. 光速c≈3×1010cm·s-1是在中测得的。
2．原子内层电子跃迁的能量相当于光,原子外层电子跃迁的能量相当于光和。
3．分子振动能级跃迁所需的能量相当于光,分子中电子跃迁的能量相当于光。
4．钠的基态光谱项为,钠的共振谱线以表示。
5．，和三种光分析方法是利用线光谱进行检测的。
二．选择题1．电磁辐射的微粒性表现在下述哪种性质上A. 能量B. 频率C. 波长D. 波数2.当辐射从一种介质传播到另一种介质中时,下述哪种参量不变?A. 波长B.频率C.速度D.方向3.镁的L=2光谱项可具有几个J值?A.1B.2C.3D.44.下述哪种分析方法是基于发射原理的?A.红外光谱法B.荧光光度法C.核磁共振波谱法D.分光光度法5.带光谱是由于A 炽热固体发射的结果B 受激分子发射的结果C 受激原子发射的结果D 简单离子发射的结果三．计算题1. 1.50A0的X射线其波数(σ)应为多少?2. 670.7nm的锂线其频率(υ)应为多少?3. 波数为3300cm-1。
其波长应为多少纳米?4．铜的共振线激发电位为3.824eV，其波长应为（h=6.63×10-34J·s；c=3.0×1010cm·s-1；1eV=1.602×10一19J）多少埃(A0)?5．可见光相应的能量范围应为多少电子伏特?四．解释下列名词：1．发射光谱和吸收光谱2．原子光谱和分子光谱3．分子振动光谱和分子转动光谱4．统计权重和简并度五．写出镁原子基态和第一激发态的光谱支项。
6．用次甲基蓝－二氯乙烷光度法测定试样中硼时，为制作标准曲线，配制一系列质量浓度的标准溶液，测得相应的吸光度如下βB/（mg.L-1）0.5 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0A 0.140 0.160 0.280 0.380 0.410 0.540试写出该标准曲线的一元线性回归方程，并求出相关系数。
分析化学第三版下册答案
2 第一章绪论5 第二章光学分析法导论7 第三章紫外－可见吸收光谱法9 第四章红外吸收光谱法11 第五章分子发光分析法13 第六章原子发射光谱法21 第七章原子吸收与原子荧光光谱法27 第八章电化学分析导论30 第九章电位分析法34 第十章极谱分析法37 第十一章电解及库仑分析法41 第十二章色谱分析法第一章绪论1．解释下列名词：（1）仪器分析和化学分析；（2）标准曲线与线性范围；（3）灵敏度、精密度、准确度和检出限。
答：（1）仪器分析和化学分析：以物质的物理性质和物理化学性质（光、电、热、磁等）为基础的分析方法，这类方法一般需要特殊的仪器，又称为仪器分析法；化学分析是以物质化学反应为基础的分析方法。
（2）标准曲线与线性范围：标准曲线是被测物质的浓度或含量与仪器响应信号的关系曲线；标准曲线的直线部分所对应的被测物质浓度（或含量）的范围称为该方法的线性范围。
（3）灵敏度、精密度、准确度和检出限：物质单位浓度或单位质量的变化引起响应信号值变化的程度，称为方法的灵敏度；精密度是指使用同一方法，对同一试样进行多次测定所得测定结果的一致程度；试样含量的测定值与试样含量的真实值（或标准值）相符合的程度称为准确度；某一方法在给定的置信水平上可以检出被测物质的最小浓度或最小质量，称为这种方法对该物质的检出限。
2． 对试样中某一成分进行5次测定，所得测定结果（单位μg ⋅mL -1）分别为 0.36，0.38，0.35，0.37，0.39。
（1） 计算测定结果的相对标准偏差；（2） 如果试样中该成分的真实含量是0.38 μg ⋅mL -1，试计算测定结果的相对误差。
解：（1）测定结果的平均值37.0539.037.035.038.036.0=++++=x μg ⋅mL -1 标准偏差122222120158.015)37.039.0()37.037.0()37.035.0()37.038.0()37.036.0(1)(-=⋅=--+-+-+-+-=--=∑m Lg n x x s n i iμ相对标准偏差 %27.4%10037.00158.0%100=⨯=⨯=x s s r （2）相对误差 %63.2%10038.038.037.0%100-=⨯-=⨯-=μμx E r 。
10光学分析法导论
热检测器是吸收辐射并根据吸收引起的 热效应来测量入射辐射的强度，包括真空 热电偶、热电检测器、热电偶等。
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光电倍增管
一个光电子可产生 106~108个电子
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五、读出装置
由检测器将光信号转换成电信 号后，通过模数转换器送计算机 处理或用记录仪、数字显示器、 显示屏等显示和记录结果。
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§3 光学分析法的分类
3.1 非 光 谱 法
非光谱法是基于物质与辐射相互 作用时，测量辐射的某些性质（如折 射、散射、干涉、衍射、偏振等）变 化的分析方法。
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非光谱法不涉及物质内部能级的跃 迁，电磁辐射只改变了传播方向、速 度或某些物理性质。
属于这类分析方法的有折射法、偏 振法、光散射法、干涉法、衍射法、 旋光法和圆二向色性法等。
利用发射光谱分析物质的方法，称为~。
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荧光光谱：
某些物质的分子或原子在辐射能的作 用下跃迁至激发态，部分分子或原子与 其它粒子碰撞，把激发能转变为热能消 耗掉；其余的分子或原子以热和光的形 式散发出这部分能量而回到基态，由此 产生的光谱称为荧光光谱。
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§ 4 光谱分析的分类
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1.2 电 磁 波 谱 (electromagnetic spectrum)
电磁波按照波长或频率顺序排列 所绘成的图表，称为电磁波谱。 P202表10-2。
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§2 光与物质的作用
光与物质相互作用的方式有吸收、 发射、散射、反射、折射、干涉、 衍射、偏振等。
光分析法导论PPT课件
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原子的能级通常用光谱项符号表示：nMLJ
n：主量子数；M：谱线多重性符号；
L：总角量子数； J ：内量子数 钠原子的光谱项符号 32S1/2；
表示钠原子的电子处于n=3，M =2(S = 1/2)，L =0，
J = 1/2 的能级状态（基态能级）；
2. 联用技术
电感耦合高频等离子体（ICP）—质谱 激光质谱：灵敏度达10-20 g
3. 新材料
光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强；
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4. 交叉
电致发光分析；光导纤维电化学传感器
5. 检测器的发展
电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、线性范围宽、多道同时数据 采集、三维谱图，将取代光电倍增管；
干涉现象； 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。
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三、光分析分类
type of optical analysis
光谱法——基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸 收或散射的波长或强度进行分析的方法；
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• （3）磁量子数m
磁量子数m决定原子轨道在空间的取向。
某种形状的原子轨道，可以在空间取不同方
向的伸展方向，从而得到几个空间取向不同
的原子轨道。这是根据线状光谱在磁场中还
能发生分裂，显示出微小的能量差别的现象
得出的结果。
磁量子数可以取值：m=0,+/-1,+/-
01 光学分析法导论(讲课版)
五、读出装置
由检测器将光信号转换成电信号后，可用检流计、微安 计数字显示器、计算机等显示和记录结果。 现代分析仪器多配有计算机完成数据采集、信号处理、 数据分析、结果打印，工作站软件系统。
教学要求
掌握光学分析法的分类 掌握光学分析法的基本特性 掌握光谱分析法的仪器结构
了解单色器的分光特征
二、吸收光谱法
分类： 1. Mōssbauer（莫斯鲍尔）谱法
由与被测元素相同的同位素作为射线的发 射源，使吸收体（样品）原子核产生 无反冲 的射线共振吸收 所形成的光谱。光谱波长 在射线区。
第一节
光学分析法及其分类
2. 紫外-可见分光光度法 利用溶液中的分子或基团在紫外和可见光 区产生分子外层电子能级跃迁所形成的吸收 光谱。根据吸收光谱用于定性和定量测定。 3. 原子吸收光谱法
第一节 光学分析法及其分类
5. 分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射后，物质分子吸收辐射 而成为激发态分子，然后回到基态的过程中发射出 比入射波长更长的荧光。测量荧光的强度进行分析 的方法称为荧光分析法。 6. 分子磷光分析法 物质吸收光能后，基态分子中的一个电子被激 发跃迁至第一激发单重态轨道，由第一激发单重态 的最低能级，经系统间交叉跃迁至第一激发三重态 （系间窜跃），并经过振动弛豫至最低振动能级， 由此激发态跃迁回至基态时，便发射磷光。
紫外-可见分光光度法（UV-VIS）、红外光谱法（IR）、 分子荧光光谱法（MFS）、分子磷光光谱法（MPS）等。
分子光谱
分子能级
电子能级
能级差
反映的信息
反映价电子能量状况等信息可给 △E 1--20 eV 出物质的化学性质的信息。(主 紫外可见波区 要用于定量测定) △E 0.05--1 eV 红外波区 △E 0.050.005eV 远红外区 反映价键特性等结构信息。主要 用于定性，定量比UV/Vis 差。 反映分子大小、键长度、折合质 量等分子特性的信息。
1.光学分析法导论
1.光学分析法导论第一章光学分析法导论（An Introduction to Optical Analysis ）1.1 电磁辐射的性质电磁辐射（electromagnetic radiation ）是一种以极大的速度（在真空中为2.9979×1010cm ·s －1）通过空间，不需要任何物质作为传播媒介的能量。
它包括无线电波、微波、红外光、紫外-可见光以及X 射线和γ射线等形式。
电磁辐射具有波动性和微粒性。
1.1.1 电磁辐射的波动性根据Maxwell 的观点，电磁辐射的波动性可以用电场矢量E 和磁场矢量M 来描述，如图1.1.1所示。
它是最简单的单个频率的平面偏振电磁波。
平面偏振就是它的电场矢量E 在一个平面内振动，而磁场矢量M 在另一个与电场矢量相垂直的平面内振动。
电场和磁场矢量都是正弦波形，并且垂直于波的传播方向。
与物质的电子相互作用的是电磁波的电场，所以磁场矢量可以忽略，仅用电场矢量代表电磁波。
波的传播以及反射、衍射、干涉、折射和散射等现象表现了电磁辐射具有波的性质，可以用以下波参数来描。
图1.1.1 电磁波的电场矢量E 和磁场矢量M1）周期T相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔称为周期，单位为s （秒）。
2）频率ν单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，它等于周期的倒数1/T ，单位为1/s （1/秒），称为赫兹，以Hz 表示。
电磁波的频率只取决于辐射源，与通过的介质无关。
3）波长λ相邻两个波峰或波谷的直线距离。
若电磁波传播速度为c ，频率为ν，那么波长λ为：νλ1=c （1.1.1）不同的电磁波谱区可采用不同的波长单位，可以是m ，cm ，μm 或nm ，他们之间的换算关系为1m=102cm=106μm=109nm 。
4）波数每厘米长度内含有波长的数目，即波长的倒数：c νλ==1 （1.1.2）单位为cm －1（厘米－1），将波长换算成波长的关系式为：（cm －1）)(10)(14m cm μλλ== （1.1.3） 5）传播速度υ辐射的速度等于频率ν乘以波长λ，即υ=νλ。