1第1章光谱分析法概论定稿(1)资料

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1、光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2 2页页v教学内容：电磁辐射；电磁辐射的波粒二象性；电教学内容：电磁辐射；电磁辐射的波粒二象性；电磁波谱；原子光谱和分子光谱；辐射的吸收和发射磁波谱；原子光谱和分子光谱；辐射的吸收和发射，光谱分析基本原理，光谱分析法的分类和特点。光谱分析基本原理，光谱分析法的分类和特点。v教学要求：掌握电磁波谱，掌握光的波粒二象性，教学要求：掌握电磁波谱，掌握光的波粒二象性，原子光谱和分子光谱的产生、特点及区别；了解分原子光谱和分子光谱的产生、特点及区别；了解分子光谱成带光谱的原因。子光谱成带光谱的原因。重点：重点：光的波粒二象性，原子光谱和分子光谱的产生、光的波粒二

2、象性，原子光谱和分子光谱的产生、特点及区别，光谱分析基本原理，光谱分析法的分特点及区别，光谱分析基本原理，光谱分析法的分类类光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3 3页页vv1.1 1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介vv1.2 1.2 光谱分析法的分类和特点光谱分析法的分类和特点vv1.3 1.3 光谱分析法的实际应用光谱分析法的实际应用vv1.4 1.4 光谱分析的发展趋势光谱分析的发展趋势光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4 4页页vv最早关于光谱现象的科学研究著作最早关于光谱现象的科学研究著作最早关于光谱现象的科学研究著作最早关于光谱现象的科学研究著作 -光和彩光

3、的新理论光和彩光的新理论 牛顿牛顿,1672年年 光谱光谱:将光通过狭缝而形成的影像按波长或频率进行有序将光通过狭缝而形成的影像按波长或频率进行有序排列得到的排列得到的光带光带(图谱图谱)。 光谱分析法光谱分析法:基于基于测量物质的光谱测量物质的光谱而建立的分析方法称为而建立的分析方法称为光谱分析法光谱分析法。 1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介光分析化学光分析化学CQU CQU 第第5 5页页电磁辐射电磁辐射又称电磁波又称电磁波，是一种以极大的速度（在真空中，是一种以极大的速度（在真空中为为 C2.997921010cms-1）在空间（而不需要以任何）在空间（而不需要以任何物质

4、作为媒介）传播的交变电磁场。即物质作为媒介）传播的交变电磁场。即电磁辐射是在空电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场。间传播着的交变电磁场。图图1.11.1表示一束沿表示一束沿x x轴方向传播轴方向传播的电磁波。电场矢量的电磁波。电场矢量(E)(E)在在y y轴方向周期性地变化，相应轴方向周期性地变化，相应的磁场矢量的磁场矢量(H)(H)在在z z轴方向上周期性地变化，均呈现出波轴方向上周期性地变化，均呈现出波动性质。因为电矢量同物质中的电子相互作用，所以，动性质。因为电矢量同物质中的电子相互作用，所以，一般只用电矢量图来描述电磁辐射。一般只用电矢量图来描述电磁辐射。1.1 光谱分析基本原理简介光

5、谱分析基本原理简介1.1.1 电磁波与电磁波谱电磁波与电磁波谱v什么是电磁波什么是电磁波( (电磁辐射电磁辐射电磁辐射电磁辐射) )图图1.1 1.1 电磁波的传播电磁波的传播注注意意：是是一一种种能能量量形形式式！具具有有一一定定的的频频率率、强强度度和和速速度度。光是一种电磁波。光是一种电磁波。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第6 6页页 当光作用于两种物质的界面时，将发生折射和反射现象，光的折射和反射如图所示。图中AO为入射光，OB为反射光，OC为折射光，NN为法线，i为入射角，i为反射角，r为折射角。折射和反射折射和反射1.1.1 电磁波与电磁波谱电磁波与电磁波谱1.1 光谱分析

6、基本原理简介光谱分析基本原理简介vv电磁辐射的性质电磁辐射的性质电磁辐射的性质电磁辐射的性质: : : :波粒二象性。波粒二象性。波粒二象性。波粒二象性。电磁辐射：是一种以电磁辐射：是一种以巨大速度通过空间传播的光子流，具有波粒二象性。巨大速度通过空间传播的光子流，具有波粒二象性。1、波动性：波动性：光的折射、反射、衍射、干涉、偏振等光的折射、反射、衍射、干涉、偏振等为在介质的传播速度光分析化学光分析化学CQU CQU 第第7 7页页 当频率相同、振动相同、相位相等或相差保持恒定的波源所发射的两束光在传播过程 中，由于存在光程差，致使两束光在相遇时会产生波的叠加，波的叠加会出现光的加强（光程差

7、等于波长的整数倍）和消弱（光程差等于半波长的奇数倍），出现明暗相间的条纹，这种现象叫做光的干涉。单缝衍射示意图单缝衍射示意图 干涉和衍射干涉和衍射 光波绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象，称为波的衍射现象。平行光束通过狭缝AB，狭缝宽度为a，部分光将偏离入射方向，以方向传播，经聚焦后，入射线聚焦于P0，衍射线聚焦于P，由于通过狭缝聚焦于P的光束的光波之间存在光程差，在聚焦点产生光的干涉现象。光程差AC等于半波长的偶数倍，在P点出现亮条纹；光程差AC等于半波长的奇数倍，在P点出现暗条纹。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第8 8页页1、波动性波动性： 特征是每个光子或光量子具有一定的波特征

8、是每个光子或光量子具有一定的波长。长。波动性波动性可用频率、波长、波速表示可用频率、波长、波速表示 频率频率 每秒钟内电磁场振荡的次数，每秒钟内电磁场振荡的次数，Hz或或s-1 波长波长 电磁波相邻两个波峰或波谷间的距离，电磁波相邻两个波峰或波谷间的距离，cm/ m/nm 1m=100 cm=1000 mm=106m=109 nm=1012 波数波数 1 cm内波的数目，内波的数目，cm-1 =1/ ( 单位：单位：cm) 波速波速c电磁波传播的速度，电磁波传播的速度，在不同的介质中光传播在不同的介质中光传播的速度不同，的速度不同，只有在只有在真空中真空中所有的电磁波的传播速度所有的电磁波的传

9、播速度才相同。才相同。c= 31010 cms-1= 3108 ms-1 1.1.1 电磁波与电磁波谱电磁波与电磁波谱1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介光分析化学光分析化学CQU CQU 第第9 9页页1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介三者之间的关系为：C为常数，故波长为常数，故波长 越长，频率越低，二者成反比关系越长，频率越低，二者成反比关系v光的传播速度随介质而异，在真空中传播速度最大，光的传播速度随介质而异，在真空中传播速度最大，其他介质中的传播速度可根据折射率计算：其他介质中的传播速度可根据折射率计算： 不同电磁辐射在真空中传播速度：不同电磁辐射在真空中传播

10、速度：相相 同同 同一电磁辐射在不同介质中传播速度：同一电磁辐射在不同介质中传播速度：不不 同同 光分析化学光分析化学CQU CQU 第第1010页页例例1 钠钠原原子子发发射射波波长长为为589nm的的黄黄光光，其其频频率率是是多多少少？ 解：解：1nm=10-9m 例例2 2 波长波长=4m=4m的红外光，其波数为多少？的红外光，其波数为多少？ 解：若波长以解：若波长以m为单位，则波长与波数为单位，则波长与波数的换算关系为：的换算关系为： 光分析化学光分析化学CQU CQU 第第1111页页2、粒子性粒子性光电效应：光电效应： 光是由光量子或光子流所组成，每个光子或光量子光是由光量子或光子

11、流所组成，每个光子或光量子具有一定的动能，具有量子化的能量。光子能量与具有一定的动能，具有量子化的能量。光子能量与光波频率之间的关系为：光波频率之间的关系为： E= h =hc/ =hc 越长，越长，E越小越小 h：普朗克常数普朗克常数h=6.62610-34 Js= 4.13610-15ev.s E常用常用单位：位：eV（电子伏特）、子伏特）、J（焦耳）焦耳） 1eV=1.6010-19J1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介光分析化学光分析化学CQU CQU 第第1212页页3 、电电磁磁波波谱谱：电电磁磁辐辐射射按按波波长长顺顺序序排排列列得得到到了了电电磁磁波谱。它是物质内部

12、运动变化的客观反映。波谱。它是物质内部运动变化的客观反映。将电磁波谱分成若干区域，不同的波长区域对应着物质将电磁波谱分成若干区域，不同的波长区域对应着物质不同类型的能级跃迁不同类型的能级跃迁光分析化学光分析化学CQU CQU 第第1313页页1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介高能辐射区高能辐射区中中能能辐辐射射区区低能辐射区低能辐射区光分析化学光分析化学CQU CQU 第第1414页页v光谱线的发射是由于原子从高能级跃迁到低能级的光谱线的发射是由于原子从高能级跃迁到低能级的结果，因此，各能级能量之差表示跃迁时以电磁辐结果，因此，各能级能量之差表示跃迁时以电磁辐射形式所释放的能量射

13、形式所释放的能量 E = E2-E1= h = hc/ 1.1.2 原子的能级原子的能级1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介只要知道只要知道原子原子两能级的能量，就可以知道两能级的能量，就可以知道辐射跃迁所发生的波长。辐射跃迁所发生的波长。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第1515页页1.1.2 原子的能级原子的能级1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介v能级状态：描述核外电子的运动状态，常用四个量能级状态：描述核外电子的运动状态，常用四个量子数描述。子数描述。 电子组态只能简单描述原子中各个电子的微观状态，并不能完全说明原子整体的状态。 原子中，由于核外电子之间存

14、在着相互作用，其中包括电子轨道之间的相互作用，电子自旋运动之间的相互作用以及轨道运动与自旋运动之间的相互作用等，因此原子的核外电子排布并不能准确表征原子的能量状态。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第1616页页怎么办？怎么办？ 使使用用另另一一套套量量子子数数n、L、S、J来来表表述述原原子子整整体体运运动动状状态态，当当n、L、S、J确确定定后后，原原子子便便处处于某一确定的状态。于某一确定的状态。在光谱学上，常用光谱项或光谱支项在光谱学上，常用光谱项或光谱支项 n2S+1L 或或 n2S+1LJ 表示原子所处的状态，即原子所处的能表示原子所处的状态，即原子所处的能级。级。 各量子数各

15、量子数n、L、S、J的意义下章介绍。的意义下章介绍。v原子的能级原子的能级光分析化学光分析化学CQU CQU 第第1717页页1. 1. 吸收吸收 当电磁波作用于固体、液体和气体物质时，若电磁波的能量正好等于物质某两个能级（如第一激发态和基态）之间的能量差时，电磁辐射就可能被物质所吸收，此时电磁辐射能被转移到组成物质的原子或分子上，原子或分子从较低能态吸收电磁辐射而被激发到较高能态或激发态。v电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用光分析化学光分析化学CQU CQU 第第1818页页1.1.原子吸收原子吸收 当电磁辐射作用于气态自由原子时气态自由原子时, 电磁辐射将被原子所吸收。 原子

16、外层电子任意两能级之间的能量差所对应的频率基本上处于紫外或可见光区，气态自由原子主要吸收紫外或可见电磁辐射。 电子能级数有限，吸收的特征频率也有限。 原子通常处于基态，由基态向更高能级的跃迁具有较高的概率。 在现有的检测技术条件下，通常只有少数几个非常确定的频率被吸收，表现为原子中的基态电子吸收特定频率的电磁辐射后，跃迁到第一激发态、第二激发态或第三激发态等。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第1919页页光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2020页页2. 分子吸收 当电磁辐射作用于分子时，电磁辐射也将被分子所吸收。分子除外层电子能级外，每个电子能级还存在振动能级，每个振动能级还存在

17、转动能级，因此分子吸收光谱较原子吸收光谱要复杂得多。分子的任意两能级之间的能量差所对应的频率基本上处于紫外、可见和红外光区，因此, 分子主要吸收紫外、可见和红外电磁辐射，表现为紫外-可见吸收光谱和红外吸收光谱。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2121页页 由于分子中振动能级相同但转动能级不同的两个能级之间的能量差很小，由同一能级跃迁到该振动能级相同但转动能级不同的两个跃迁的能量差也很小，因此对应的吸收频率或波长很接近，通常的检测系统很难分辨出来，而分子能量相近的振动能级又很多，因此，表观上分子吸收的量子特性表现不出来，而表现为对特定波长段特定波长段的电磁辐射的吸收为连续光谱连续光谱，所

18、以分子光谱为带状光谱带状光谱。 分子的总能量分子通常包括三个部分： 分子电子振动转动光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2222页页3. 磁场诱导吸收 将某些元素原子放入磁场磁场，其电子和核受到强磁场的作用后，它们具有磁性质的简并能级磁性质的简并能级将发生分裂，并产生具有微小能量差的不同量子化的能级，进而可以吸收低频率吸收低频率的电磁辐射。 这种磁场诱导产生的不同能级间的能量差很小，对于原子核，一般吸收30500MHz（=100060 cm）的射频无线电波，而对于电子来讲，则吸收频率为9500 MHz（=3 cm）左右的微波，据此分别建立了核磁共振波谱法（NMR）和电子自旋共振波谱法（ES

19、R）。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2323页页 当原子、分子和离子等处于较高能态时，可以以光子形式释放多余的能量而回到较低能态，产生电磁辐射，这一过程叫做发射跃迁发射跃迁。2. 发射发射光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2424页页1. 原子发射原子发射 当气态自由原子处于激发态时，将发射电磁波而回到基态，所发射的电磁波处于紫外或可见光区。通常采用的电、热或激光的形式使样品原子化并激发原子，一般将原子激发到以第一激发态为主的有限的几个激发态，致使原子发射具有限的特征频率辐射，即特定原子只发射少数几个具有特征频率的电磁波。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2525页页2.

20、 分子发射分子发射 与分子外层电子能级、振动能级和转动能级相关。分子激发不能采用电热等分子激发不能采用电热等极端形式，而采用光激发极端形式，而采用光激发或化学能激发。或化学能激发。 基本上处于紫外、可见和红外光区，因此, 分子主要发射紫外、可见电磁辐射，据此建立了荧光光谱法、磷光光谱法和化学发光法。图分子发射示意图图分子发射示意图 光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2626页页由于物质的结构不同，能级结构也不相同，因而各物质的光由于物质的结构不同，能级结构也不相同，因而各物质的光由于物质的结构不同，能级结构也不相同，因而各物质的光由于物质的结构不同，能级结构也不相同，因而各物质的光谱不相

21、同而具有各自的特征。谱不相同而具有各自的特征。谱不相同而具有各自的特征。谱不相同而具有各自的特征。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2727页页由由原子原子产生光谱的叫产生光谱的叫原子光谱；原子光谱；由由分子分子产生产生的光谱的叫的光谱的叫分子光谱分子光谱。由于。由于原子结构和分子原子结构和分子结构不同，产生的光谱特征亦不同。结构不同，产生的光谱特征亦不同。无论哪无论哪种光谱其与原子或分子内能变化的关系服从种光谱其与原子或分子内能变化的关系服从 由由此此可可见见每每一一条条所所发发射射（或或吸吸收收）的的谱谱线的波长取决于跃迁前后的能量差。线的波长取决于跃迁前后的能量差。不论是原子光谱还

22、是分子光谱，都有具有一定的特征性，可以不论是原子光谱还是分子光谱，都有具有一定的特征性，可以不论是原子光谱还是分子光谱，都有具有一定的特征性，可以不论是原子光谱还是分子光谱，都有具有一定的特征性，可以通过其特征谱线来判断物质存在与否及研究物质的内部结构。通过其特征谱线来判断物质存在与否及研究物质的内部结构。通过其特征谱线来判断物质存在与否及研究物质的内部结构。通过其特征谱线来判断物质存在与否及研究物质的内部结构。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2828页页原原子子光光谱谱：具具有有线线光光谱谱的的特特征征，原原子子光光谱谱（包包括括离离子子光光谱谱），主主要要由由原原子子外外层层电电子

23、子在在不不同同能能级级间间跃跃迁迁产产生生的的辐辐射射或或吸吸收收，原原子子外外层层电电子子的的轨轨道道数数目目有有限限，原原子子的的能能级级只只能能取取数数目目有有限限的的固固定定值值，即即各各个个能能级级是是不不连连续续的的（量量子子化化），各各能能级级之之间间的的差差值值较较大大且且固固定定，原原子子的的电电子子跃跃迁迁也也是是不不连连续续的的，所所以以原原子子光光谱谱具具有有线线光光谱谱的的特特征征。即即原原子子光光谱谱为为线线光光谱谱。由由于于所所有有元元素素原原子子，其其价价电电子子跃跃迁迁引引起起的的能能量量变变化化一一般般在在220ev，所所以以原原子子光光谱谱的的波波长长多多

24、分分布布在在在在紫紫外外及可见光区，仅少数落在及可见光区，仅少数落在近红外近红外区。区。 光分析化学光分析化学CQU CQU 第第2929页页 如如Na 发黄光发黄光 由由3p跃迁至跃迁至3s产生两条谱线：产生两条谱线：588.9nm D1 589.5nm D2 光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3030页页分子光谱：具有带光谱的特征，分子光谱：具有带光谱的特征， 对于分子来讲，其外层电子能级和电子跃迁相对复杂，不仅存在不同的电子能级，而且存在不同的振动和转动能级，宏观上，在一定的波长范围内光谱为连续光谱，即带光谱。由分子中电子能级电子能级跃迁产生的分子光谱称为电子光谱电子光谱（紫外可见

25、区），振动能级跃迁产生的称为振动光振动光谱谱（近红外区），转动能级跃迁产生的称为转动光转动光谱谱（远红外区）。分子的内能E =电子能量Ee+振动能量Ev +转动能量Er evr 光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3131页页紫外-可见吸收光由电子能级跃迁的产生，但伴随有振动和转动能级间的跃迁。因此紫外-可见吸收光是由紧靠在一起的许多线光谱组成的带光谱。 红外光谱由振动和转动能级跃迁引起。振动能级改变的同时，转动能级也改变，所以分子红外光谱也显示带光谱的性质。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3232页页 射线射线 510510-3-3 0.14nm 核能级间（能量差大）跃迁核能级间

26、（能量差大）跃迁 X X射线射线 1010-3-3 10nm 内层电子跃迁内层电子跃迁 高能辐射区高能辐射区 远紫外远紫外 1010 200nm 外层电子跃迁外层电子跃迁 近紫外近紫外 200200 400nm 外层电子跃迁外层电子跃迁 可见光可见光 380380 780nm 外层电子跃迁外层电子跃迁 近红外近红外 0.780.78 3 m 分子振动分子振动转动能级跃迁转动能级跃迁 中红外中红外 3 3 30 m 分子振动分子振动转动能级跃迁转动能级跃迁 远红外远红外 3030 300 m 分子振动分子振动转动能级跃迁转动能级跃迁 中能辐射区中能辐射区(光谱光学区光谱光学区) 微波微波 0.1

27、0.1 100cm 分子转动、电子自旋能级跃迁分子转动、电子自旋能级跃迁 射频区射频区 1 1 1000m 核核自旋磁能级跃迁自旋磁能级跃迁 低能辐射区低能辐射区(波谱区波谱区) 射线波长最小射线波长最小,能量最大能量最大;射频区射频区波长最大波长最大,能量最小能量最小光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3333页页1.1.3 线光谱、带光谱和连续光谱线光谱、带光谱和连续光谱1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介线状光谱线状光谱：每条光谱只有很窄的波长范围。：每条光谱只有很窄的波长范围。带状光谱带状光谱：每条光谱在一定的波长范围内连续：每条光谱在一定的波长范围内连续 发射或吸收。

28、发射或吸收。连续光谱：连续光谱：光谱的分布在很大的波长范围内是光谱的分布在很大的波长范围内是 连续的，即分不开线光谱与带光谱。连续的，即分不开线光谱与带光谱。v依据光谱的外形，可分为依据光谱的外形，可分为线状光谱线状光谱、带状光谱带状光谱、连续光谱连续光谱光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3434页页连续光谱：固体在炽热状况下会产生黑体辐射，黑体辐射是通过热能激发凝聚体中无数原子和分子振荡所产生的辐射，其辐射波长范围随温度的升高向短波方向扩展。由于无数原子和分子振荡所产生辐射跃迁的能量非常接近，因而表现为连续光谱，这种连续光谱实际上是无数谱线紧密排列在一起所形成的。 一般来说，在原子光谱

29、分析中连续光谱是一种干扰因素。但是，黑体辐射所产生的连续光谱可以用做连续光源，典型的例子是生活中的白炽灯。连续光谱连续光谱固体加热到炽热会发射连续光固体加热到炽热会发射连续光谱，这种辐射称为黑体辐射。谱，这种辐射称为黑体辐射。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3535页页1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3636页页1.1.4 光谱强度光谱强度v光谱的光谱的3要素：要素：波长、强度和谱型波长、强度和谱型波长、强度和谱型波长、强度和谱型1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介 1）光谱的波长由两能级间能量之差来决定；）光谱的波长

30、由两能级间能量之差来决定； 根据特征谱线的波长可进行根据特征谱线的波长可进行定性分析定性分析。 2）光谱的强度与能级间的）光谱的强度与能级间的跃迁几率跃迁几率、粒子（原、粒子（原 子、离子或分子等）子、离子或分子等）数目数目及粒子在能级间的分及粒子在能级间的分 布布3者有关；者有关； 跃迁几率跃迁几率=0，强度，强度=0； 禁阻跃迁禁阻跃迁 能级之间跃迁是否允许的规律能级之间跃迁是否允许的规律-光谱选律光谱选律。 光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3737页页1.1 光谱分析基本原理简介光谱分析基本原理简介利用光谱的利用光谱的强度强度与浓度之间的关系可进行与浓度之间的关系可进行定量分析。

31、定量分析。3） 根据谱型可了解光谱产生的内在规律。根据谱型可了解光谱产生的内在规律。光谱定量分析的重要问题是选择好光谱定量分析的重要问题是选择好激发条件激发条件发射粒子数受两个因素影响：一是发射光谱物质发射粒子数受两个因素影响：一是发射光谱物质的总粒子数，另一个是在相同总粒子数下，发射的总粒子数，另一个是在相同总粒子数下，发射粒子的数目受激发条件变化的影响粒子的数目受激发条件变化的影响。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3838页页1光谱法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部光谱法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或散射辐射发生量子化能级跃迁而产生的

32、吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量分析等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量分析方法。方法。1.2.1 光谱法的分类光谱法的分类（一）光谱法与非光谱法（一）光谱法与非光谱法1.2 光谱分析法的分类和特点光谱分析法的分类和特点电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用包括： 吸收 发射 散射 M + hv M*M* M + hv光谱特征定性光谱特征定性光谱强度定量光谱强度定量光分析化学光分析化学CQU CQU 第第3939页页v瑞利散射：弹性碰撞，只改变方向，能量不变瑞利散射：弹性碰撞，只改变方向，能量不变v拉曼散射拉曼散射-拉曼光谱法拉曼光谱法 非弹性碰撞，方向改

33、变，能量也发生变化非弹性碰撞，方向改变，能量也发生变化 从分子获得一部分能量或给予分子一部分能量从分子获得一部分能量或给予分子一部分能量 散射散射光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4040页页发射光谱：发射光谱：吸收光谱：吸收光谱： 例：例：例：例：-射线；射线；射线；射线；x-x-x-x-射线；荧光射线；荧光射线；荧光射线；荧光例：原子吸收光谱，分子吸收光谱例：原子吸收光谱，分子吸收光谱例：原子吸收光谱，分子吸收光谱例：原子吸收光谱，分子吸收光谱1.2 光谱分析法的分类和特点光谱分析法的分类和特点光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4141页页拉曼光谱法：拉曼光谱法：频率为频率为0

34、 0的单色光照射到透明物质上，物质分子的单色光照射到透明物质上，物质分子会发生散射现象。会发生散射现象。 如果这种散射是光子与物质分子发生能量交如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换所产生，则不仅光子的运动方向发生变化，它的能换所产生，则不仅光子的运动方向发生变化，它的能量也发生变化，则称为量也发生变化，则称为RamanRaman散射，其散射光的频率散射，其散射光的频率与入射光的频率不同，产生与入射光的频率不同，产生RamanRaman位移。位移。 RamanRaman位移的大小与分子的振动和转动能级有位移的大小与分子的振动和转动能级有关，利用关，利用RamanRaman位移研究物质结构的方

35、法称为位移研究物质结构的方法称为RamanRaman光光谱法。与红外光谱并称为姐妹光谱。一般用激光作为谱法。与红外光谱并称为姐妹光谱。一般用激光作为光源。光源。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4242页页2非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定 电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基 本性质变化的分析方法本性质变化的分析方法 分类：折射法、旋光法、比浊法、分类：折射法、旋光法、比浊法、射线衍射法射线衍射法3光谱法与非光谱法的区别：光谱法与非光谱法的区别：光谱法：内部能级发生变化光谱法：内部能级发

36、生变化光谱法：内部能级发生变化光谱法：内部能级发生变化 原子吸收原子吸收原子吸收原子吸收/ / / /发射光谱法：原子外层电子能级跃迁发射光谱法：原子外层电子能级跃迁发射光谱法：原子外层电子能级跃迁发射光谱法：原子外层电子能级跃迁 分子吸收分子吸收分子吸收分子吸收/ / / /发射光谱法：分子外层电子能级跃迁发射光谱法：分子外层电子能级跃迁发射光谱法：分子外层电子能级跃迁发射光谱法：分子外层电子能级跃迁非光谱法：内部能级不发生变化，仅测定电磁辐射非光谱法：内部能级不发生变化，仅测定电磁辐射非光谱法：内部能级不发生变化，仅测定电磁辐射非光谱法：内部能级不发生变化，仅测定电磁辐射 性质改变性质改变

37、性质改变性质改变 1.2 光谱分析法的分类和特点光谱分析法的分类和特点光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4343页页 气态原子气态原子纯电子能级跃迁纯电子能级跃迁 线状光谱线状光谱 气态或溶液中分子气态或溶液中分子电子、振动、转动能级跃迁电子、振动、转动能级跃迁 带状光谱带状光谱 原子光谱原子光谱（二）原子光谱和分子光谱（二）原子光谱和分子光谱1.2 光谱分析法的分类和特点光谱分析法的分类和特点光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4444页页折折射射法法圆圆二二色色谱谱法法X射射线线衍衍射射法法干干涉涉法法旋旋光光法法光分析法光分析法光谱分析法光谱分析法非光谱分析法非光谱分析法原子光

38、谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法分子光谱分析法原原子子吸吸收收光光谱谱原原子子发发射射光光谱谱原原子子荧荧光光光光谱谱X射射线线荧荧光光光光谱谱紫紫外外光光谱谱法法红红外外光光谱谱法法分分子子荧荧光光光光谱谱法法分分子子磷磷光光光光谱谱法法核核磁磁共共振振波波谱谱法法1.2 光谱分析法的分类和特点光谱分析法的分类和特点光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4545页页光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光1.2 光

39、谱分析法的分类和特点光谱分析法的分类和特点光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4646页页1.2.2 光谱分析的特点光谱分析的特点v1、具有较好灵敏度、检出限和较快的分析速度。、具有较好灵敏度、检出限和较快的分析速度。v2、试样用量少，适合于微量和超微量分析。、试样用量少，适合于微量和超微量分析。v3、多元素同时测定。、多元素同时测定。v4、特别适合于远距离的遥控分析。、特别适合于远距离的遥控分析。v5、已从成分分析发展到特征分析。、已从成分分析发展到特征分析。1.2 光谱分析法的分类和特点光谱分析法的分类和特点特点：特点：光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4747页页v1、原子发射

40、光谱法对某些元素的测定还有困难。、原子发射光谱法对某些元素的测定还有困难。v2、基体效应要完全避免难度很大。、基体效应要完全避免难度很大。v3、光谱分析法是一种相对测定方法，一般需用标准、光谱分析法是一种相对测定方法，一般需用标准样品对照。样品对照。v4、大部分光谱分析法的仪器相对昂贵。、大部分光谱分析法的仪器相对昂贵。1.2 光谱分析法的分类和特点光谱分析法的分类和特点局限性：局限性：光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4848页页v地质找矿地质找矿v环境监测环境监测v化工化工v能源能源v钢铁冶金钢铁冶金v石油化工石油化工1.3 光谱分析法的实际应用光谱分析法的实际应用v轻工业轻工业v医

41、药学医药学v生物学生物学v农业科学农业科学v药理学药理学v原子发射光谱分析和原子吸收分析主要用于元素的定性和定量分析。v分子光谱分析既可用于化合物的定性和定量分析，也可用于元素的定量分析。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第4949页页v1、随着现代科学技术发展的需要，革新了一批原有的光谱、随着现代科学技术发展的需要，革新了一批原有的光谱分析方法，发展了一批新的分析方法。分析方法，发展了一批新的分析方法。v2、电子计算机在仪器中的应用，实现了自动化、数字化和、电子计算机在仪器中的应用，实现了自动化、数字化和连续化测定。连续化测定。v3、光谱法与其他方法互相渗透，光谱仪与其他仪器联机使、光谱

42、法与其他方法互相渗透，光谱仪与其他仪器联机使用。用。v4、新兴科学的发展推动了分析方法的发展，分析方法的发、新兴科学的发展推动了分析方法的发展，分析方法的发展又促进了新兴科学的发展。展又促进了新兴科学的发展。v5、光电转换的进步。、光电转换的进步。v6、分析方法的基础理论与应用基础研究，进一步发展和开、分析方法的基础理论与应用基础研究，进一步发展和开拓出一批新的分析方法。拓出一批新的分析方法。1.4 光谱分析的发展趋势光谱分析的发展趋势光分析化学光分析化学CQU CQU 第第5050页页具体体现在以下方面：具体体现在以下方面： 1. 1. 采用新光源，提高灵敏度采用新光源，提高灵敏度 级联光源

43、：电感耦合等离子体级联光源：电感耦合等离子体-辉光放电；激光蒸发辉光放电；激光蒸发-微微波等离子体波等离子体 2.2. 联用技术联用技术 电感耦合高频等离子体（电感耦合高频等离子体（ICP）质谱质谱 激光质谱：灵敏度达激光质谱：灵敏度达10-20 g 3. 3. 新材料新材料 光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强；光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强；光分析化学光分析化学CQU CQU 第第5151页页 4. 交叉 电致发光分析；光导纤维电化学传感器电致发光分析；光导纤维电化学传感器 5. 5. 检测器的发展检测器的发展 电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、线性范围电荷耦合阵列检测器光谱范围

44、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；宽、多道同时数据采集、三维谱图，将取代光电倍增管； 光二极激光器代替空心阴极灯，使原子吸收可进行多元素光二极激光器代替空心阴极灯，使原子吸收可进行多元素同时测定；同时测定；光分析化学光分析化学CQU CQU 第第5252页页作业作业1、解释下列名词：解释下列名词：（1）原子光谱和分子光谱；）原子光谱和分子光谱； （2）原子发射光谱和原子吸收光谱；）原子发射光谱和原子吸收光谱；（3）分子振动光谱和分子转动光谱；）分子振动光谱和分子转动光谱；光分析化学光分析化学CQU CQU 第第5353页页答：答：（1）由原子的外层电子能

45、级跃迁产生的光谱称为）由原子的外层电子能级跃迁产生的光谱称为原子光谱；由分子的各能级跃迁产生的光谱称为分原子光谱；由分子的各能级跃迁产生的光谱称为分子光谱。子光谱。（2）当原子受到外界能量（如热能、电能等）的）当原子受到外界能量（如热能、电能等）的作用时，激发到较高能级上处于激发态。但激发态作用时，激发到较高能级上处于激发态。但激发态的原子很不稳定，一般约在的原子很不稳定，一般约在10 8 s内返回到基态或内返回到基态或较低能态而发射出的特征谱线形成的光谱称为原子较低能态而发射出的特征谱线形成的光谱称为原子发射光谱；当基态原子蒸气选择性地吸收一定频率发射光谱；当基态原子蒸气选择性地吸收一定频率

46、的光辐射后跃迁到较高能态，这种选择性地吸收产的光辐射后跃迁到较高能态，这种选择性地吸收产生的原子特征的光谱称为原子吸收光谱。生的原子特征的光谱称为原子吸收光谱。（3）由分子在振动能级间跃迁产生的光谱称为分）由分子在振动能级间跃迁产生的光谱称为分子振动光谱；由分子在不同的转动能级间跃迁产生子振动光谱；由分子在不同的转动能级间跃迁产生的光谱称为分子转动光谱。的光谱称为分子转动光谱。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第5454页页2、电子能级间的能量差一般为电子能级间的能量差一般为1 20 eV，计算在，计算在1 eV，5 eV，10 eV和和20 eV时相应的波长（时相应的波长（nm）。）。光分析化学光分析化学CQU CQU 第第5555页页3.3.计算：（计算：（1 1）670.7 nm670.7 nm锂线的频率；（锂线的频率；（2 2）3300 3300 cmcm 1 1谱线的波长；（谱线的波长；（3 3）钠）钠588.99 nm588.99 nm共振线的激发共振线的激发电位。电位。