第2章 光分析法导论.ppt

第二章光分析法导论2-1概述
一、光分析法
1.光分析法定义
基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后,所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.电磁辐射范围
射线～无线电波所有范围。
3.相互作用方式
发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。4.三个基本过程
（1）能源提供能量；
（2）能量与被测物之间的相互作用；
（3）产生信号。
二、光分析法的基本特点
（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。2-2光（电磁辐射）的性质及其与物
质的相互作用
一、光（电磁辐射）的基本性质
1.电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）
传播的能量。
c=λν=ν/σ
E=hν=hc/λ
c--光速；λ--波长；ν--频率；σ--波数
E--能量；h--普朗克常数。
电磁辐射具有波动性和微粒性。■波长（λ）
相邻两个波峰或波谷之间的直线距离，
单位为米（m）、厘米（cm）、微米
（μm）、纳米（nm）。
1m＝102cm＝106μm＝109nm。
■频率（v）
单位时间内通过传播方向某一点的波峰
或波谷的数目，即单位时间内电磁场振
动的次数称为频率，单位赫兹。
（Hz，即s-1）■波数（σ）
每厘米长度内所含的波长的数目，是
波长的倒数，即
■传播速度（c）
辐射传播速度c等于频率v乘以波长λ，
即c＝vλ。在真空中辐射传播速度与频
率无关，并达到最大数值，c值准确测定
为2.99792×1010cm/s
■h为普朗克（Plank）常数，
h=6.626×10-34J·s2.光与物质的相互作用
(1)光的吸收与发射
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—光的吸收。发射：当物质受激（热、电等）后，再从高能态回到
低能态，将吸收的能量以光的形式释放出
来—光的发射。
(2)光的透射、散射和折射
透射：光通过透明介质时，没有能量和频率的变化，
只是传播速率减慢。
散射：光通过不均匀介质时，有一部分光发生传播方
向的改变。
丁铎尔散射、瑞利散射和拉曼散射等。
折射：光从一种透明介质到另一透明介质，在两种介
质中的传播速度不同。“色散”—物质对光的折射率随频率的变化
而变化。
利用色散现象进行分光—“单色器”
(3)光的干涉和衍射
干涉：当频率、振动方向相同的光源发射的
光波相互叠加时，产生明暗相间的条纹。
衍射：光绕过物体而弯曲地向其后面传播的
现象。二、电磁波谱的分类2-3光谱分析法分类
一、光谱法
基于物质与辐射能作用时，原子或分子内部发生能级跃迁，产生光的发射、吸收或散射等波长与强度的变化关系为基础的光分析方法。
分类：原子光谱、分子光谱
1.光谱产生的原理
（1）物质分子内部三种运动形式
（与光谱产生有关的运动）
①分子中电子相对于原子核的运动
②分子中原子间的相对振动
③分子本身绕其质量重心的转动
（2）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（总）能：
电子能量Ee
振动能量Ev
转动能量Er
即E＝Ee+Ev+Er
发生能级跃迁时：
△E=hγ=E2-E1
=ΔΕr+ΔΕv+ΔΕe
ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr2.原子光谱（线状光谱）
基于原子外层电子受辐射后在不同能级间跃迁而产生的各种光谱线的集合，每条线代表一种跃迁。
线状光谱：由于产生原子光谱的物质是处于气态的原子，只有电子能级跃迁，原子没有振动和转动能级，不会产生能级叠加，发射或吸收的能量为量子化的、不连续的、分立的线光谱。原子光谱图（线状光谱）3.分子光谱（带状光谱）
基于气态或溶液中的分子，当发生能级跃迁时，分子中的电子能级跃迁与振-转动次能级跃迁相互叠加而产生的光谱。
带状光谱：电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线相互叠加而呈现宽谱带。常见的：紫外-可见光谱法（UV-Vis）、
红外光谱法（IR）、分子荧光光谱
法（MFS）、分子磷光光谱法
（MPS）、核磁共振波谱（NMR）。二、非光谱法
不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，
仅改变传播方向等物理性质。
如折射、散射、干涉、衍射、偏振等
变化的分析方法。
本课程主要介绍光谱法。光分析法光谱分析法三、光分析法仪器的基本流程
包括五个基本单元：2024/10/32024/10/3