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1、*第二章第二章 光学分析基础光学分析基础第一节第一节 光分析基础光分析基础fundamental of optical analysis第二节第二节 光学分析法的分类光学分析法的分类type of optical analysis第三节第三节 光学光学光谱法所用仪器光谱法所用仪器instruments for spectrometry and optical partsan introduction to optical analysis *第二章第二章 光分析法导论光分析法导论一、一、光分析及其特点光分析及其特点optical analysis and its feature 二、电磁辐射的
2、基本性质二、电磁辐射的基本性质properties of electromagnetic radiation第一节第一节 电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质an introduction to optical analysis properties of electromagnetic radiation*一、一、光分析法及其特点光分析法及其特点 optical analysis and its characteristics 光光分分析析法法：基基于于电电磁磁辐辐射射能能量量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
3、建立起来的分析方法。建立起来的分析方法。 250 300 350 400nm1234e e*二、电磁辐射的基本性质二、电磁辐射的基本性质1. 光光（电电磁磁波波，电电磁磁辐辐射射） ：以以巨巨大大速速度度通通过过空空间间、不不需需要要任任何何物物质质作作为为传传播播媒媒介的一种介的一种能量能量。 2 2电磁辐射的性质：具有波、粒二象性。电磁辐射的性质：具有波、粒二象性。 波动性波动性 粒粒子子性性: :电电磁磁辐辐射射与与物物质质之之间间能能量量的的转移用粒子性来解释。转移用粒子性来解释。* E = h = h c /c：光速；光速；：波长；波长；：频率；频率；：波数：波数 ；E ：能量；：能
4、量； h：普朗克常数：普朗克常数 特征：特征： 辐射能是由一颗一颗不连续的粒子流辐射能是由一颗一颗不连续的粒子流传播的，这种粒子叫光量子，是量子化的。传播的，这种粒子叫光量子，是量子化的。*电磁辐射和物质的相互作用电磁辐射和物质的相互作用现象现象：当电磁辐射通过固体、液体、气：当电磁辐射通过固体、液体、气体时，具有一定频率（能量）的辐射将体时，具有一定频率（能量）的辐射将和这些物质发生相互作用。和这些物质发生相互作用。相互作用方式相互作用方式：发射、吸收、反射、折：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。射、散射、干涉、衍射等。*吸收和发射：吸收和发射： (1) (1) 吸收吸收 物质选择
5、性吸收特定频率的辐射能，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。并从低能级跃迁到高能级。 (2) (2) 发射发射 将吸收的能量以光的形式释放出。将吸收的能量以光的形式释放出。 *电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱：把电磁辐射按：把电磁辐射按波长长短波长长短顺序顺序排列起来，就称为电磁波谱。排列起来，就称为电磁波谱。*第二章 光分析导论 一、光谱法一、光谱法二、非光谱法二、非光谱法第二节 光分析法的分类an introduction to optical analysis *光分析法光谱分析法非光谱分析法原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
6、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折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法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*非光谱法非光谱法不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变仅改变传播方向等物理性质传播方向等物理性质；偏振法、；偏振法、干涉法、旋光法等。干涉法、旋光法等。* 光谱法光谱法 光谱法光谱法基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁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。而产生的发射、吸收或散射的波长或强
7、度进行分析的方法。 原子光谱、分子光谱。原子光谱、分子光谱。 原子光谱原子光谱（线性光谱）：（线性光谱）： 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（AAS）。 原子发射光谱（原子发射光谱（AES）、）、原子荧光光谱（原子荧光光谱（AFS）。 基于原子内层电子跃迁的基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（射线荧光光谱（XFS）。 *原子光谱与分子光谱图原子光谱与分子光谱图原子光谱图原子光谱图分子光谱图分子光谱图*分子光谱分子光谱（带状光谱）（带状光谱） 基于分子中电子能级、振基于分子中电子能级、振-转能级跃迁；转能级跃迁； 紫外光谱法（紫外光谱法（UV）；）； 红
8、外光谱法（红外光谱法（IR）；）； 分子荧光光谱法（分子荧光光谱法（MFS）；）； 分子磷光光谱法（分子磷光光谱法（MPS）；）； 核磁共振与顺磁共振波谱（核磁共振与顺磁共振波谱（N） 现象现象：当电磁辐射通过固体、液体、气：当电磁辐射通过固体、液体、气体时，具有一定频率（能量）的辐射将体时，具有一定频率（能量）的辐射将能量能量转移转移给处于基态的原子、分子和离给处于基态的原子、分子和离子，并子，并跃迁跃迁到高能级，从而使这些辐射到高能级，从而使这些辐射被被选择性选择性的吸收。的吸收。S2S1S0S3E2E0E1E3h 在在微观上微观上出现分子由较低的能级跃迁到较高出现分子由较低的能级跃迁到较
9、高的能级。的能级。在在宏观上宏观上则透射光的强度变小。则透射光的强度变小。若用一连续辐射的电磁波照射分子，将照射前若用一连续辐射的电磁波照射分子，将照射前后光强度的变化转变为电信号，并记录下来，后光强度的变化转变为电信号，并记录下来，然后以波长为横坐标，以电信号（吸光度然后以波长为横坐标，以电信号（吸光度 A A）为纵坐标，就可以得到一张光强度变化对波长为纵坐标，就可以得到一张光强度变化对波长的关系曲线图的关系曲线图分子吸收光谱图分子吸收光谱图。此时*吸收光谱定义吸收光谱定义 定义定义： 在不同波长下测不同波长下测定物质对光吸收的程度定物质对光吸收的程度( (吸光度吸光度A A),),以以波长
10、波长为横为横坐标，以吸光度为纵坐坐标，以吸光度为纵坐标所绘制的曲线，称为标所绘制的曲线，称为吸收曲线，又称吸收光吸收曲线，又称吸收光谱。谱。 250 300 350 400nm1234e e*1)1)物质不同物质不同, ,吸收曲线形吸收曲线形状和状和maxmax不同。不同。2)2)同一物质对同一物质对不同波长光不同波长光的吸光度不的吸光度不同。同。*3)不同浓度的同不同浓度的同一物质一物质, ,吸收曲吸收曲线形状相似，线形状相似，maxmax不变。不变。在一定波长下吸在一定波长下吸光度光度 A A 有异有异, ,定定量的依据。量的依据。*第三节第三节 光谱法仪器与光光谱法仪器与光学器件学器件一
11、、一、光谱法仪器的基本流程光谱法仪器的基本流程二、光谱仪器的基本器件二、光谱仪器的基本器件第二章第二章 光学分析法导光学分析法导论论 *一、一、光分析法仪器的基本流程光分析法仪器的基本流程光谱仪器通常包括五个基本单元：光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理。*二、二、光分析法仪器的基本单元光分析法仪器的基本单元1. 1. 光源光源 依依据据方方法法不不同同，采采用用不不同同的的光光源源：火火焰焰、灯灯、激激光光、电电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：火花、电弧等；依据光源性质不同，分为： 连连续续光光源源：在在较较大大范范围围提提供供连连续续波波长长的的光光源源，氢灯、氘灯、钨丝灯等。
12、氢灯、氘灯、钨丝灯等。 线线光光源源：提提供供特特定定波波长长的的光光源源，金金属属蒸蒸气气灯灯( (汞汞灯灯、钠钠蒸蒸气气灯灯) )、空空心心阴极灯、激光等。阴极灯、激光等。*2.2.单色器单色器 单单色色器器：获获得得高高光光谱谱纯纯度度辐辐射射束束的的装装置置，而而辐辐射射束束的的波波长长可可在很宽范围内任意改变；在很宽范围内任意改变； 主要部件主要部件：（1 1）进口狭缝；）进口狭缝；（2 2）准直装置）准直装置( (透镜或反射镜透镜或反射镜) )：使辐射束成为平行光线；：使辐射束成为平行光线； （3 3）色色散散装装置置( (棱棱镜镜、光光栅栅) )：使使不不同同波波长长的的辐辐射射
13、以以不不同同的的角角度进行传播；度进行传播；* （4 4）聚聚焦焦透透镜镜或或凹凹面面反反射射镜镜，使使每每个个单单色色光光束束在在单单色色器器的出口曲面上成像。的出口曲面上成像。*3.3.试样装置试样装置 光源与试样相互作用的场所光源与试样相互作用的场所（1 1）吸收池）吸收池 紫外紫外- -可见分光光度法：石英比色皿可见分光光度法：石英比色皿 荧光分析法：荧光分析法： 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片（2 2）特殊装置）特殊装置 原原子子吸吸收收分分光光光光度度法法：雾雾化化器器中中雾雾化化，在在火火焰焰中中，元素由离子态元素由离子态原子
14、；原子； 原子发射光谱分析：试样喷入火焰；原子发射光谱分析：试样喷入火焰； 详细内容在相关章节中介绍。详细内容在相关章节中介绍。*4. 4. 检测器检测器（1 1）光检测器）光检测器 主要有以下几种：主要有以下几种： 硒硒光光电电池池、光光电电二二极极管管、光光电电倍倍增增管管、硅硅二二极极管管阵列检测器、半导体检测器。阵列检测器、半导体检测器。（2 2）热检测器）热检测器 主要有：主要有： 真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用的一种；真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用的一种； 热释电检测器。热释电检测器。5. 5. 信号、与数据处理系统信号、与数据处理系统 现现代代分分析析仪仪器器多多配配有有计计算算机机完完成成数数据据采采集集、信信号号处处理理、数据分析、结果打印，工作站软件系统。数据分析、结果打印，工作站软件系统。
