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1、第二章第二章 光学分析法导论光学分析法导论1中小学 光光学学分分析析法法：基基于于电电磁磁辐辐射射与与待待测测物物质质相相互互作作用用后后所所产产生生的的辐辐射射信信号号与与物物质质组组成成及及结结构构关关系系所所建建立立起起来的分析方法。来的分析方法。 可分为可分为 光谱法光谱法和和非光谱法非光谱法两大类。两大类。光光谱谱法法：测测量量光光与与物物质质相相互互作作用用时时由由物物质质内内部部量量子子化化能能级级跃跃迁迁而而产产生生的的发发射射、吸吸收收或或辐辐射射的的波波长长和和强强度来进行分析的方法。度来进行分析的方法。非非光光谱谱法法：基基于于光光与与物物质质相相互互作作用用时时所所产产
2、生生的的折折射射、散射、干涉等变化的分析方法。散射、干涉等变化的分析方法。2中小学第一节第一节 电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射是一种电磁辐射是一种以极大的速度通过空间，不需要任何物质作为传播媒介的能量能量。电磁辐射范围：射线无线电波所有范围；电磁辐射范围：射线无线电波所有范围；但是但是 射线、射线、X射线以及微波和射频辐射很射线以及微波和射频辐射很少被人们所认识，用的较少。少被人们所认识，用的较少。3中小学4中小学5中小学 电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量；光速）传播的能量；电磁辐射具有波动性和微粒性电磁辐射具有波动
3、性和微粒性 c：光速，：光速，2.9971010cms-1；：波长：波长, m,cm,m,nm,；1m=102cm= 106m= 109 nm=1010：频率：频率,Hz；：波数：波数,cm-1 ； E ：能量：能量, J , ev,1ev=1.602 10-19J ； h：普朗克常数：普朗克常数,6.626 10-34 Js 一、电磁辐射的基本性质一、电磁辐射的基本性质6中小学例例1、计算下列辐射的频率（、计算下列辐射的频率（Hz）和波数和波数（cm-1）1）0.25cm的微波束的微波束2）324.7nm铜的发射线铜的发射线解：1)c/=31010/0.25=1.21011 （Hz）=1/
4、=1/0.25=4.0 （cm-1）2)324.7nm=3.24710-5cmc/=31010/(3.24710-5)=9.241014 （Hz）=1/ =3.1104 （cm-1）7中小学例例2 、计算频率为、计算频率为4.471014Hz的可的可见见光波光波长长（cm为单为单位）。位）。解： c/=31010 /(4.471014) =6.71110-5(cm)例例3 、计算、计算5889.95的的Na线线相相应应的能量是的能量是多少多少电电子伏特。子伏特。解：E=h =h c/ 6.62610-3431010 /(5889.9510-8) =3.37410-19(J)(3.37410-1
5、9 )/(1.60210-19)=2.11 (ev)8中小学第二节 光与物质的相互作用 (1) 吸收吸收 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) 发射发射 将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 透射透射 光通过透明介质时传播速度发生变化而频率不变； (4) 散射散射 光通过不均匀介质时，一部分光改变了传播方向； (5) 折射折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同；光前进方向发生变化。 (6) 反射反射 以与入射角相同的角度将光反射出去 (7) 干涉干涉 频率相同、周相相等或相差恒定的波相互叠加； (8) 衍射衍射 光绕过物体而弯曲地向其后面传播的现象； 9中小学三
6、个基本过程：三个基本过程：（1）能源提供能量；）能源提供能量；（2）能量与被测物之间的相互作用；）能量与被测物之间的相互作用；（3）产生信号。）产生信号。三个基本特点：三个基本特点：（1）所有光分析法均包含三个基本过程；）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）选择性测量，不涉及混合物分离（3）涉及大量光学元器件。）涉及大量光学元器件。第三节第三节 光谱产生原理及光谱法分类光谱产生原理及光谱法分类10中小学一、 光谱产生的原理光谱产生的原理1.1.1.1.物质的能态物质的能态物质的能态物质的能态2.2.2.2.电磁辐射的吸收与发射电磁辐射的吸收与发射电磁辐射的吸收与
7、发射电磁辐射的吸收与发射原子、离子原子、离子原子、离子原子、离子 分子分子分子分子A. A. A. A. 原子光谱原子光谱原子光谱原子光谱 线光谱线光谱线光谱线光谱 Line spectraLine spectraE E2 2E E0 0E E1 1E E3 3h i波长波长波长波长半宽度半宽度半宽度半宽度10101010-2-2-2-21010-5-5Na 5890Na 5890Na 5890Na 5890、5896589658965896原子吸收光谱原子吸收光谱原子吸收光谱原子吸收光谱原子发射光谱原子发射光谱原子发射光谱原子发射光谱11中小学B. B. B. B. 分子光谱分子光谱分子光谱
8、分子光谱 带光谱带光谱带光谱带光谱 Band spectra 有机、无机分子有机、无机分子有机、无机分子有机、无机分子E E2 2E E1 1E E0 0半宽度半宽度半宽度半宽度20202020 100nm100nm100nm100nm分子吸收光谱分子吸收光谱分子吸收光谱分子吸收光谱分子发射光谱分子发射光谱分子发射光谱分子发射光谱h i波长波长波长波长/nm/nm/nm/nmA(T)A(T)波长波长波长波长/nm/nm/nm/nmI I半宽度半宽度半宽度半宽度20202020 100nm100nm100nm100nm12中小学按光谱产生方式：按光谱产生方式：吸收光谱：吸收光谱：将频率一定电磁辐
9、射通过一层固体、液体或气体将频率一定电磁辐射通过一层固体、液体或气体物质，而电磁波的能量正好等于物质的基态和某一激发态物质，而电磁波的能量正好等于物质的基态和某一激发态之间的能量时，物质就会吸收辐射。由于不同物质其跃迁之间的能量时，物质就会吸收辐射。由于不同物质其跃迁的能级差不同，所以对吸收频率的研究可提供一种表征物的能级差不同，所以对吸收频率的研究可提供一种表征物质试样组成的方法。以吸光度对波长或频率作图，得吸收质试样组成的方法。以吸光度对波长或频率作图，得吸收光谱图。光谱图。发射光谱：发射光谱：当受激粒子当受激粒子弛豫弛豫回到低能级或基态时，常常以光回到低能级或基态时，常常以光子形式释放多
10、余的能量，产生电磁辐射，以该辐射的相对子形式释放多余的能量，产生电磁辐射，以该辐射的相对强度对波长或频率作图，得发射光谱图。强度对波长或频率作图，得发射光谱图。 二、光谱法分类二、光谱法分类13中小学 原子光谱原子光谱（线光谱）：由一系列有确定峰位的锐线组（线光谱）：由一系列有确定峰位的锐线组成，它是激发单个气态原子所产生。成，它是激发单个气态原子所产生。可以利用的四种：可以利用的四种：基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AASAAS）；原子发射）；原子发射光谱（光谱（AESAES）、原子荧光光谱（）、原子荧光光谱（AFSAFS）；）； 基于原子内层电子跃迁
11、的基于原子内层电子跃迁的 X X射线荧光光谱（射线荧光光谱（XFSXFS）；）； 按产生光谱的物质类型：按产生光谱的物质类型：按光谱的性质和形状：按光谱的性质和形状：14中小学分子光谱（带状光谱）：分子光谱（带状光谱）：由几组线光谱组成，由于由几组线光谱组成，由于他们排列紧密，以至于仪器不能分辨它们。他们排列紧密，以至于仪器不能分辨它们。基于分子中电子能级、振转能级跃迁；基于分子中电子能级、振转能级跃迁；紫外光谱法（紫外光谱法（UVUV）；分子荧光光谱法（）；分子荧光光谱法（MFSMFS）；）； 红外光谱法（红外光谱法（I RI R）；分子磷光光谱法（）；分子磷光光谱法（MPSMPS）；）；连续光谱：固体被加热至炽热会发射连续光谱。连续光谱：固体被加热至炽热会发射连续光谱。15中小学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光谱核磁共振紫外可见红外光谱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16中小学17中小学
