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1、仪仪 器器 分分 析析 陈少永2024/9/181光学分析法导光学分析法导论光学分析法导论2024/9/182光学分析法导光学分析光学分析（optical analysis）： 依据物质与电磁辐射相互作用后产生的辐射信号或发生的变化辐射信号或发生的变化而建立的分析方法。 概念2024/9/183光学分析法导1 电磁辐射的性质电磁辐射的性质电磁辐射：电磁辐射是高速通过空间传电磁辐射：电磁辐射是高速通过空间传 播能量的电磁波。播能量的电磁波。 电磁辐射包括从电磁辐射包括从 射线到无线电波的所射线到无线电波的所有电磁波谱范围。有电磁波谱范围。2024/9/184光学分析法导 1.1 波动性和微粒性波
2、动性和微粒性 电磁辐射具有波粒二象性，即波动性电磁辐射具有波粒二象性，即波动性和微粒性。和微粒性。波动性：波动性：光的折射、衍射、偏振和光的折射、衍射、偏振和 干涉等；干涉等；微粒性：微粒性：光电效应。光电效应。2024/9/185光学分析法导 每个光量子的能量每个光量子的能量(EL)与其频率与其频率()及波长及波长()之间的关系为之间的关系为: E EL L = h = hc/ = hc = h = hc/ = hc h为普朗克常数，其值为普朗克常数，其值6.62610-34 Js；c为为光速，其值约为光速，其值约为31010cm/s；为波数，其为波数，其单位为单位为cm-1；为波长，其单位
3、为为波长，其单位为nm。波长越短，光子的能量越大波长越短，光子的能量越大。2024/9/186光学分析法导 1.2 电磁波谱电磁波谱(electromagnetic spectrum) 电磁波按照波长或频率顺序排列所电磁波按照波长或频率顺序排列所绘成的图表，称为电磁波谱。绘成的图表，称为电磁波谱。P2022024/9/187光学分析法导 2 光与物质的作用光与物质的作用 光与物质相互作用的方式有吸收、发射、散射、反射、折射、干涉、衍射、偏振等。 2024/9/188光学分析法导3.1 非光谱法 3 光学分析法的分类 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍
4、射、偏振等变化的分析方法。概念2024/9/189光学分析法导 非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质。 属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。2024/9/1810光学分析法导 3.2 光谱法 光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的内部发生量子化的能级之间的跃迁能级之间的跃迁而产生的发射、吸收光谱的波长和强度进行分析的方法。概念2024/9/1811光学分析法导 物质对辐射能的吸收和发射是不物质对辐射能的吸收和发射是不连续的，量子化的。当物质内的分连续的，量子化的。当物质内的分子或原子
5、发生能级跃迁时，若以辐子或原子发生能级跃迁时，若以辐射能的形式传递能量，则射能的形式传递能量，则辐射能辐射能EL L一定等于物质的能级变化一定等于物质的能级变化 E 。即：。即： EL= EE：不同能级间能量差EL= h = hc/= hc = E2024/9/1812光学分析法导 一. 吸收光谱法1.吸收： 当辐射能通过某些吸光物质时，物质的原子或分子吸收与其能级跃迁相应的能量由低能态或基态跃迁至较高的能态的过程。2024/9/1813光学分析法导2. 吸收光谱： 物质对辐射能的选择性吸收 而得到的光谱。 3. 吸收光谱法： 利用吸收光谱对物质定性、 定量及结构分析的方法。2024/9/18
6、14光学分析法导4. 朗伯朗伯-比尔定律比尔定律 设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia，透射光强度为 It，反射光强度为Ir，则 I0= Ia+ It+ Ir由于测定条件下反射光强度基本相同，其影响可相互抵消，上式可简化为： I0= Ia+ It2024/9/1815光学分析法导透光度透光度： 透光度为透过光的强度It与入射光强度I0之比，用T表示。 即 T= It/I0 吸光度吸光度： 为透光度倒数的对数，用A表示。 即 A=lg1/T=lgI0/It2024/9/1816光学分析法导朗伯朗伯-比尔定律比尔定律： 当一束平行单色光通过含有吸光物质的均匀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层
7、厚度乘积成正比，总吸光度等于吸收介质内各吸光物质吸光度之和。 A= kcb A=A1+A2+A3+ 为比例常数为比例常数( (与吸光物质的本性，入射光波长与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关及温度等因素有关), ), c c为吸光物质浓度，为吸光物质浓度，b b为透光为透光液层厚度。液层厚度。 2024/9/1817光学分析法导 当当b以以cm，c以以g/L为单位，为单位， 称为称为吸光系数吸光系数，用，用 a表示。表示。 A= a cb a的单位为的单位为L/g.cm 当当b以以cm，c以以mol/L为单位，为单位， 称为称为摩尔吸光系数摩尔吸光系数， 用用 表示表示 A= cb 的
8、单位为的单位为L/mol .cm， 它表示物质的浓度为它表示物质的浓度为1mol/L，液层厚液层厚度为度为1cm时，溶液的吸光度。时，溶液的吸光度。2024/9/1818光学分析法导 例题：已知某化合物的摩尔质量为256.0，将其配制成0.965mg/L的浓度，用2cm的比色皿，在max为366nm处测定T值为50%，试求其1.吸光度A2.吸光系数a3.摩尔吸光系数 2024/9/1819光学分析法导解 ： 知 Mr=256.0 T=50% b =2cm C=0.965mg/ml 1 A = - lgT = - lg50% =0.301 2 由 A=abc a=A/(bc) = 0.301/(
9、20.96510-3) = 156L/(gcm) 3 = aMr = 156256.0 =3.99104 4 L/(molcm) 2024/9/1820光学分析法导 二二. 发射光谱法发射光谱法 物质在辐射能的作用下，其由低能态物质在辐射能的作用下，其由低能态或基态跃迁至高能态（激发态），再由或基态跃迁至高能态（激发态），再由高能态跃迁回低能态或基态，此时若以高能态跃迁回低能态或基态，此时若以光的形式放出能量，该过程称为光的形式放出能量，该过程称为发射发射。而产生的光谱称为而产生的光谱称为发射光谱发射光谱。 利用发射光谱分析物质的方法，称为利用发射光谱分析物质的方法，称为。 2024/9/18
10、21光学分析法导荧光光谱：荧光光谱： 某些物质的分子或原子在辐射能的作某些物质的分子或原子在辐射能的作用下跃迁至激发态，用下跃迁至激发态，部分部分分子或原子与分子或原子与其它粒子碰撞，把激发能转变为其它粒子碰撞，把激发能转变为热能消热能消耗掉耗掉；其余的其余的分子或原子以分子或原子以光光的形式散的形式散发出这部分能量而回到基态，由此产生发出这部分能量而回到基态，由此产生的光谱称为的光谱称为荧光光谱荧光光谱。 2024/9/1822光学分析法导 4 光谱分析的分类光谱分析的分类 依据物质对不同波谱区辐射能的吸收依据物质对不同波谱区辐射能的吸收或发射，可建立不同的光谱分析方法。或发射，可建立不同的
11、光谱分析方法。2024/9/1823光学分析法导 光光 谱谱 法法 的的 分分 类类 方法分类方法分类方法分类方法分类 被测物理性质被测物理性质被测物理性质被测物理性质 发射光谱分析、火焰光度分析发射光谱分析、火焰光度分析发射光谱分析、火焰光度分析发射光谱分析、火焰光度分析 辐射的辐射的辐射的辐射的发射发射发射发射 分子发光分析法分子发光分析法分子发光分析法分子发光分析法、放射分析法、放射分析法、放射分析法、放射分析法 紫外紫外紫外紫外- -可见分光光度法可见分光光度法可见分光光度法可见分光光度法 辐射的辐射的辐射的辐射的吸收吸收吸收吸收 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法
12、原子吸收分光光度法 红外光谱法、红外光谱法、红外光谱法、红外光谱法、核磁共振波谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法 比浊法、拉曼光谱法比浊法、拉曼光谱法比浊法、拉曼光谱法比浊法、拉曼光谱法 辐射的散射辐射的散射辐射的散射辐射的散射 折射法、干涉法折射法、干涉法折射法、干涉法折射法、干涉法 辐射的折射辐射的折射辐射的折射辐射的折射 X-X-射线衍射法、电子衍射法射线衍射法、电子衍射法射线衍射法、电子衍射法射线衍射法、电子衍射法 辐射的衍射辐射的衍射辐射的衍射辐射的衍射 偏振法偏振法偏振法偏振法 辐射的旋转辐射的旋转辐射的旋转辐射的旋转 2024/9/1824光学分析法导 5 光谱法仪器光谱法仪器 用来研究吸收、发射的电磁辐射强度和波长的关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计。这一类仪器一般包括五个基本单元：光光源、单色器、吸收池、检测器和源、单色器、吸收池、检测器和读出器件读出器件。 2024/9/1825光学分析法导吸收光谱仪吸收光谱仪光源光源光源光源单色器单色器单色器单色器样品样品样品样品检测器检测器检测器检测器读出器件读出器件读出器件读出器件2024/9/1826光学分析法导
