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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紫外紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱UV-Vis红外吸收光谱红外吸收光谱IR原子发射光谱原子发射光谱AES原子吸收光谱原子吸收光谱AASOpticalAnalysis第二章第二章 光学分析法导论光学分析法导论2-1 光学分析法基础光学分析法基础2-2 光谱法仪器与光学器件光谱法仪器与光学器件22-1 光学分析法基础光学分析法基础一一、光学分析法及其特点、光学分析法及其特点l光学分析法定义光学分析法定义l基于物质发射的基于物质发射的电磁辐射电磁辐射或电磁辐射与物质相互或电磁辐射与物质相互作用建立起来的一种分析方法。作用建立起来的一种分析方法。l光学分析的三个
2、基本过程光学分析的三个基本过程l能源能源提供提供能量；能量与被测物间能量；能量与被测物间相互作用相互作用（发射、（发射、吸收、反射、折射、干涉、衍射等）；产生吸收、反射、折射、干涉、衍射等）；产生信号信号（辐射信号）。（辐射信号）。l光学分析的光学分析的基本特点基本特点l均均包含包含三个基本过程；三个基本过程；选择性选择性测量，不包含混合测量，不包含混合物分离（不同于色谱）；涉及大量物分离（不同于色谱）；涉及大量光学器件光学器件。32-1 光学分析法基础光学分析法基础二、电磁辐射的性质二、电磁辐射的性质l电磁辐射电磁辐射l波动性波动性 c =：频率。单位：频率。单位 赫兹；赫兹；c：光速：光速
3、2.9981010cms-1=2.998108ms-1。l波数波数1cm内波的数目，单位为内波的数目，单位为cm-1。l当当以以cm作单位时，两者的关系为：作单位时，两者的关系为： = 1/42-1 光学分析法基础光学分析法基础52-1 光学分析法基础光学分析法基础l微粒性微粒性l根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的光量子根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的光量子流，可以用每个光子所具有的能量（流，可以用每个光子所具有的能量（E）来表征，单）来表征，单位位ev或或J，1ev=1.6010-19JE = h = hc/=hc（为波数）为波数）E：光的能量。：光的能量。h：普氏常数：普氏常
4、数6.625610-34J.s或者或者4.13610-15ev.s。6l光谱的产生机理光谱的产生机理E = E2 E1 = h = hc/= hc（为波数）为波数）2-1 光学分析法基础光学分析法基础基态基态E激发态激发态热能热能 电能电能特征辐射特征辐射72-1 光学分析法基础光学分析法基础l例：计算例：计算589.0nm钠的光谱线的频率、波数及能钠的光谱线的频率、波数及能量。量。解：解：82-1 光学分析法基础光学分析法基础l电磁波谱：电磁波谱：l按不同波长分为：按不同波长分为： l射线：射线：0.005nm lX射线：射线：0.00510nm l光学光学区：区：10nm-1000ml微波
5、：微波：0.1cm-1m l无线电波：大于无线电波：大于1m1m=10-6m；1nm=10-9m；1pm=10-12m。92-1 光学分析法基础光学分析法基础l光学区又可以细分为光学区又可以细分为 ：远紫外区：远紫外区：10200nm 近紫外区：近紫外区：200380（400）nm 可见区：可见区： 380（400）780nm近红外区：近红外区：0.78-2.5m中红外区：中红外区：2.5-50m 远红外区：远红外区：50-1000m102-1 光学分析法基础光学分析法基础112-1 光学分析法基础光学分析法基础l电磁波谱区及常见光学分析方法电磁波谱区及常见光学分析方法光谱区域光谱区域 光学分
6、析方法光学分析方法 射射线线 射射线线光光谱谱法法X射线射线 X射线光谱法射线光谱法光学区光学区原子发射光谱、原子发射光谱、 原子吸收光原子吸收光谱、原子荧光光谱法、紫外谱、原子荧光光谱法、紫外-可见吸收光谱法、红外吸收光可见吸收光谱法、红外吸收光谱法、分子荧光光谱法谱法、分子荧光光谱法微波微波 微波光谱法微波光谱法无线电波无线电波 核磁共振光谱法核磁共振光谱法122-1 光学分析法基础光学分析法基础三、光学分析法分类三、光学分析法分类l光谱法光谱法l光谱法是以光谱法是以光的吸收、发射和拉曼散射光的吸收、发射和拉曼散射等作用建立起等作用建立起来的，涉及能级跃迁。来的，涉及能级跃迁。l原子吸收原
7、子吸收/发射光谱法：发射光谱法：原子原子外层电子能级的跃迁。外层电子能级的跃迁。l分子吸收分子吸收/发射光谱法：发射光谱法：分子分子外层电子能级的跃迁。外层电子能级的跃迁。l非光谱法非光谱法l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，仅仅改变传播方改变传播方向等物理性质。向等物理性质。l如：偏振法、干涉法、旋光法等。如：偏振法、干涉法、旋光法等。132-1 光学分析法基础光学分析法基础l光谱法分类光谱法分类l原子光谱（线性光谱）：原子光谱（线性光谱）：l由原子外层或内层电子能级的变化产生的。由原子外层或内层电子能级的变化产生的。基于原子外层电子跃迁基于原子外层电子跃迁
8、 : 原子发射光谱（原子发射光谱（AES)、原子吸收光谱（原子吸收光谱（AAS)、原子荧光光谱、原子荧光光谱(AFS)。基于原子内层电子跃迁基于原子内层电子跃迁: X射线荧光光谱射线荧光光谱(XFS)。l分子光谱（带状光谱）分子光谱（带状光谱）l由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的。由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的。 如：如： 紫外光谱法（紫外光谱法（UV)、红外光谱法（、红外光谱法（IR)、分子、分子荧光光谱法（荧光光谱法（MFS)、分子磷光光谱法（、分子磷光光谱法（MPS)。142-1 光学分析法基础光学分析法基础l光谱法与非光谱法的区别光谱法与非光谱法的区别l光谱法光
9、谱法l内部能级内部能级发生变化。发生变化。l非光谱法非光谱法l内部能级不发生变化，仅电磁辐射内部能级不发生变化，仅电磁辐射性质性质的改变。的改变。152-1 光学分析法基础光学分析法基础162-1 光学分析法基础光学分析法基础四、各种光学分析法简介四、各种光学分析法简介l原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法l以火焰、电弧、等离子炬等作为光源以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的，使气态原子的外层电子受激发，产生特征光谱进行定性、定量分析外层电子受激发，产生特征光谱进行定性、定量分析的方法。的方法。l原子吸收光谱法原子吸收光谱法l利用利用特殊光源特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中
10、发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子转变为气态原子，测定气态原子对共振线吸收而离子转变为气态原子，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分析方法。进行的定量分析方法。172-1 光学分析法基础光学分析法基础l原子荧光分析法原子荧光分析法l气态原子吸收气态原子吸收特征波长特征波长的辐射后，外层电子从基态或的辐射后，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，在低能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能态，后跃回基态或低能态，发射发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源与光源成成90度的方向度的方向上，测定荧光强度进行定量分析的方法。上，测定荧光强度进行定量
11、分析的方法。l分子荧光光谱法分子荧光光谱法l物质被物质被紫外光紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量分析的方法。定量分析的方法。182-1 光学分析法基础光学分析法基础l紫外吸收光谱法紫外吸收光谱法l利用溶液中分子吸收利用溶液中分子吸收紫外紫外和和可见光可见光产生跃迁所记录的产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。波长强度变化可进行定量分析。l红外吸收光谱红外吸收光谱l
12、利用分子中基团吸收利用分子中基团吸收红外光红外光产生的振动产生的振动-转动吸收光转动吸收光谱进行定量和有机化合物结构分析的方法。谱进行定量和有机化合物结构分析的方法。192-1 光学分析法基础光学分析法基础五五.光学分析法的特点光学分析法的特点l灵敏度高。灵敏度高。AES的最低检出限是的最低检出限是0.1ngmL-1。l使用试样量少。使用试样量少。l适用被测组分含量范围广泛。可用于微量、痕适用被测组分含量范围广泛。可用于微量、痕量甚至超痕量组分的分析。量甚至超痕量组分的分析。l分析速度快。分析速度快。l多元素可以同时测定。多元素可以同时测定。202-1 光学分析法基础光学分析法基础六、光学分析
13、法的应用六、光学分析法的应用l成分分析。成分分析。l化学、物理化学各种参数的测定。化学、物理化学各种参数的测定。l化学反应机理的研究。化学反应机理的研究。l分子结构的测定。分子结构的测定。l遥感分析遥感分析l特征分析等。特征分析等。21一、光谱法仪器的基本流程一、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2-2 光谱法仪器及光学器件光谱法仪器及光学器件222-2 光谱法仪器及光学器件光谱法仪器及光学器件232-2 光谱法仪器及光学器件光谱法仪器及光学器件二、光分析法仪器的基本器件二、光分析法仪器的基本器件242-2 光谱法仪器及光学器件光谱法仪器及光学器件2.单色器单色器252-2 光谱法仪器及光学器件光谱法仪器及光学器件262-2 光谱法仪器及光学器件光谱法仪器及光学器件272-2 光谱法仪器及光学器件光谱法仪器及光学器件28本章要点本章要点l电磁波谱的分类、波长与能量的转换。电磁波谱的分类、波长与能量的转换。l原子光谱和分子光谱原子光谱和分子光谱29
