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光谱分析法概论


E = hν NA = h cν NA
的波长为200nm的光子的能量: 的光子的能量: [例1]:计算1mol的波长为 1]:计算 的波长为 的光子的能量
6.626 ×10-34J s × 3×1010cm/s ×6.023×1023/mol范围 × × 范围 200×10-7cm × = 5.98×105J/mol ×
吸收光谱法与发射光谱法
Absorption spectrometry and emission spectrometry
吸收光谱是物质吸收相应的辐射能而产生的光谱,其 吸收光谱是物质吸收相应的辐射能而产生的光谱, 是物质吸收相应的辐射能而产生的光谱 产生的必要条件是所提供的辐射能量恰好满足该吸收物质 两能级间跃迁所需的能量。 两能级间跃迁所需的能量。利用物质的吸收光谱进行定性 定量及结构分析的方法称为吸收光谱法。 定量及结构分析的方法称为吸收光谱法。根据物质对不同 波长的辐射能的吸收,建立了各种吸收光谱法。 波长的辐射能的吸收,建立了各种吸收光谱法。
图2 - 1
波参数
频率ν 一秒内电磁场振荡的次数,单位 。 频率ν:一秒内电磁场振荡的次数,单位Hz。 波长λ 是电磁波相邻两个同位相点之间的距离, 波长λ:是电磁波相邻两个同位相点之间的距离,单位有 cm、µm、nm。 、 、 。 电磁辐射传播的速度, 波速 υ:电磁辐射传播的速度,电磁辐射在不同介质中传 播速度是不同, 播速度是不同,只有在真空中所有电磁辐射的传播速度 才相同,都等于光速。 才相同,都等于光速。 c = λ ν = 3x1010 cm•s-1 波数σ 是单位长度内波的数目,常用单位为cm 波数σ: 是单位长度内波的数目,常用单位为 -1,SI制 制 单位为m 单位为 -1 。 σ = 1/ λ
红外吸收光谱法
透射的红外光
电子自旋共振波谱 法 核磁共振波谱法
10000~800000MHz 微波 60~500MHz射频
磁共振信号 磁共振信号
发射光谱是指构成物质的原子、 发射光谱是指构成物质的原子、离子或分子受到各种方式 是指构成物质的原子 的激发而产生的光谱,利用物质的发射光谱进行定性定量的方 的激发而产生的光谱, 法称发射光谱法。常见的发射光谱法有原子发射(atomic 法称发射光谱法。常见的发射光谱法有原子发射 原子发射 emission spectrometry)、原子荧光 、原子荧光(atomic fluorospectrometry)、 、 分子荧光(molecular fluoro-spectrometry)和磷光光谱法 分子荧光 和 (phosphorometry)等。 等
二、电磁波谱
电磁辐射按照波长 或频率 波数、能量)大小的顺序排列 电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量 大小的顺序排列 波长 或频率、 就得到电磁波谱。 就得到电磁波谱。 电磁波谱的排列具有明显的规律性: 电磁波谱的排列具有明显的规律性: 规律性 1.波长逐渐增大,频率和光子能量逐渐减小 波长逐渐增大, 波长逐渐增大 2.各种电磁辐射不仅波长不同,产生的机理也不同: 各种电磁辐射不仅波长不同,产生的机理也不同: 各种电磁辐射不仅波长不同 高能辐射区 光学光谱区 波谱区
微粒性 根据量子理论,电磁辐射是在空间高速运动的 根据量子理论, 光量子(或称光子) 光量子(或称光子)流。可以用每个光子所具有的能 光子 量(E)来表征,单位为ev或J. (E)来表征,单位为ev或 来表征 ev
普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。 普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。 将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起 E=hν=h c/λ ν λ E:每个光子的能量; h:普朗克常数=6.626 ×10-34J s 每个光子的能量; :普朗克常数 表示: 光子的能量可用 J 或 eV 表示: 1 eV=1.602×10-19 J, 1 J=6.241 ×1018 eV × , 辐射的频率越高(波长越小 ,光子的能量就越高。 辐射的频率越高 波长越小),光子的能量就越高。 波长越小 化学上常用J/mol为单位表示 为单位表示1mol物质所发射或吸收的能 化学上常用 为单位表示 物质所发射或吸收的能 量
电磁辐射的性质: 电磁辐射的性质:波粒二象性
波动性 电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场,称之为 电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场, 交变电磁场 电磁波。图2-1表示一束沿 轴方向传播的电磁波。电 表示一束沿x轴方向传播的电磁波 电磁波。 表示一束沿 轴方向传播的电磁波。 场矢量(E)在 轴方向周期性地变化 轴方向周期性地变化, 场矢量 在y轴方向周期性地变化,相应的磁场矢量 (H)在z轴方向上周期性地变化,均呈现出波动性质。 在 轴方向上周期性地变化 均呈现出波动性质。 轴方向上周期性地变化, 因为电矢量同物质中的电子相互作用,所以, 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。 用电矢量图来描述电磁辐射。
分子光谱分析法
分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
紫 外 光 谱 法

红 外 光 谱 法
光谱法和非光谱法
spectrum and non spectrum
光谱法——利用能级跃迁所产生的辐射能强度随波长变化 利用能级跃迁所产生的辐射能强度随波长变化 光谱法 利用能级跃迁 的图谱(光谱图)来进行定性、定量或结构分析的方法。 的图谱(光谱图)来进行定性、定量或结构分析的方法。吸 收、发射、散射光谱等等。 发射、散射光谱等等。 非光谱法——不涉及物质内部能级的跃迁,不以光的波长 不涉及物质内部能级的跃迁, 非光谱法 不涉及物质内部能级的跃迁 为特征讯号,仅通过测量电磁辐射的某些基本性质(反射、 为特征讯号,仅通过测量电磁辐射的某些基本性质(反射、 折射、干涉、衍射、偏振)的变化的分析方法。 折射、干涉、衍射、偏振)的变化的分析方法。
第一节 电磁辐射和电磁波谱
electromagnetic radiation and electromagnetic spectrum
一、电磁辐射
电磁辐射:以巨大的速度(真空中为光速)通过空间、 电磁辐射:以巨大的速度(真空中为光速)通过空间、 不需要任何物质作为媒介的一种能量(光量子流) 不需要任何物质作为媒介的一种能量(光量子流)。 范围:包括从γ射线到无线电波的所有范围, 范围:包括从γ射线到无线电波的所有范围,光是电 的所有范围 磁辐射的一部分。 磁辐射的一部分。
第三节 光学分析法的分类
type of optical analysis
光谱分析法 非光谱分析法 光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 谱 法
X 射 干 旋 线 涉 光 衍 法 法 射 法
原子光谱分析法
原 子 吸 收 光 谱 原 子 发 射 光 谱 原 子 荧 光 光 谱 X 射 线 荧 光 光 谱
物质选择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,并从基 物质从激发态返回至基态, 物质从激发态返回至基态,并以光的形式释
态跃迁到激发态的过程。 态跃迁到激发态的过程。 放出吸收能量的过程。 放出吸收能量的过程。 入射光波长小于粒子的直径, (3) 散射 入射光波长小于粒子的直径,光子与试样分子 发生碰撞所至。 发生碰撞所至。 丁铎尔散射(溶胶1~100nm) 丁铎尔散射(溶胶1~100nm) 1~100nm 瑞利散射——无能量交换 无能量交换 瑞利散射 ,散射光频率不变,只是光子运动方向改变(弹性碰撞) 散射光频率不变,只是光子运动方向改变(弹性碰撞) 拉曼散射——有能量交换,光子的能量减少或增加,在瑞利 有能量交换,光子的能量减少或增加, 拉曼散射 有能量交换 散射线的两侧可观察到高于或低于入射光的散射线
方法名称 莫斯鲍尔(γ射线)光 谱法 X射线吸收光谱法 原子吸收光谱法 紫外可见吸收光谱 法
辐射源 γ射线 X射线 紫外可见光 远紫外光5~200nm 近紫外光200~360nm 200 360nm 可见光360~760nm 近红外光760~2500nm (13000~4000cm-1) 中红外光4000~400cm-1 远红外光50~500µm
第二章 光谱分析法概论
第一节 电磁辐射和电磁波谱 第二节 电磁辐射与物质的相互作用 第三节 第四节 第五节 第六节 光学分析法的分类 原子光谱和分子光谱 光谱分析仪器 光谱分析法的发展概况
光学分析方法( 光学分析方法(optical analysis) )
基于物质发射的电磁辐射(electromagnetic radiation )或“辐射 基于物质发射的电磁辐射 或 与物质相互作用” 与物质相互作用”之后产生的辐射信号或发生的信号变化等光 学特性,进行物质的定性和定量分析的方法。 学特性,进行物质的定性和定量分析的方法。 历史上,此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用, 历史上,此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用,这 也是目前应用最为普遍的方法。现在, 也是目前应用最为普遍的方法。现在,光谱方法已扩展到其它各 种形式的能量与物质的相互作用, 声波、粒子束(离子和电子) 种形式的能量与物质的相互作用,如声波、粒子束(离子和电子) 等与物质的作用。 等与物质的作用。

电 磁 波 谱

电 磁 波 谱
第二节 电磁辐射与物质的相互作用
reciprocity of electromagnetic radiation and matter
电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。 电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。 复杂的物理现象
(1) 吸收 (2) 发射
原子发射光谱法(atomic emission spectroscopy)气态金属原 原子发射光谱法 气态金属原 与高能量粒子碰撞受激发, 子 与高能量粒子碰撞受激发 , 使 分子外层电子由基态跃迁到激 发态。 激发态的电子在极短时间内便返回到基态或其他较低的 发态 。 激发态的电子在 极短时间内便返回到基态或其他较低的 能级。 在返回过程中 , 原子可 发射出一系列特征光谱线 , 它们 发射出一系列特征光谱线, 能级 。 在返回过程中,原子可发射出一系列特征光谱线 按一定的顺序排列,保持一定强度比例 一定强度比例, 按一定的顺序排列 , 保持 一定强度比例 , 通过这些谱线的特征 来识别元素,测量谱线的强度来进行定量。 来识别元素,测量谱线的强度来进行定量。 金属原子和物质分子受电磁辐射激发 受电磁辐射激发后 金属原子和物质分子 受电磁辐射激发 后 , 以发射辐射释放 能量返回基态,这种二次辐射称为荧光或磷光, 二次辐射称为荧光或磷光 能量返回基态 , 这种 二次辐射 称为荧光或磷光 , 根据所测量的 是由原子或分子发射的荧光、磷光谱线的波长和相应的强度, 是由原子或分子发射的荧光 、 磷光谱线的波长和相应的强度 , 相应的技术分别叫原子荧光、分子荧光和分子磷光光谱法。 相应的技术分别叫原子荧光、分子荧光和分子磷光光谱法。
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