原 子 发 射
原 子 吸 收
原 子 荧 光
X 射 线 荧 光
紫 外 可 见
红 外 可 见
分 子 荧 光
分 子 磷 光
核 磁 共 振
化 学 发 光
原子光谱法 光谱分析法 吸收光谱法
分子光谱法
发射光谱法
原 子 吸 收
紫 外 可 见
红 外 可 见
核 磁 共 振
原 子 发 射
原 子 荧 光
分 子 荧 光
分 子 磷 光
电磁辐射：是一种以巨大速度通过空间传播的 光子流，具有波粒二象性。 波动性（光的折射、衍射、反射、干涉、偏振 等）： 特征是每个光子或光量子具有一定的波长 ，可用速度、频率或波数等参数加以描述。

c

（ 1 ）波长（λ）：是指在波的传播方向上具 有相同振动位相的两点间的距离。也即是一次全 振动的距离。
分子光谱（带状光谱）：
基于分子中电子能级、振-转能级跃迁； 紫外光谱法（UV）； 红外光谱法（IR）； 分子荧光光谱法（MFS）； 分子磷光光谱法（MPS）； 核磁共振与顺磁共振波谱（N）； 非光谱法： 不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传 播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；
光分析法
第一章 光学分析导论
第一节：电磁辐射
什么是电磁辐射？
电磁辐射又称电磁波，是一种以极大的速 度（在真空中为 C＝2.99792×1010cm· s-1） 在空间（而不需要以任何物质作为媒介） 传播的交变电磁场。
注意：是一种能量形式！具有一定的频率、 强度和速度。光是一种电磁波。
一、电磁辐射的性质:波粒二象性
电磁辐射(电磁波)按其波长可分为不同区域-电磁波谱： 射线 5*10-30.14nm X射线 10-310nm 高能辐射区 远紫外 10200nm 近紫外 200400nm 可见光 400780nm 近红外 0.782.5m 中红外 2.550m 远红外 501000m 中能辐射区(光谱光学区) 微波 0.1100cm 射频区 11000m 低能辐射区(波谱区) 射线波长最小,能量最大;射频区波长最大,能量最小
吸收光谱分析法
原 子 吸 收 光 谱 法 紫 外 可 见 分 光 光 度 法 X 红 外 吸 收 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
射 线 吸 收 光 谱 法
-
第三节 原子光谱和分子光谱
按产生光谱的基本粒子不同可分为原子光谱和 分子光谱。由于原子结构和分子结构不同，产 生的光谱特征亦不同。无论哪种光谱其与原子 或分子内能变化的关系服从
X 射 线 荧
光
化 学 发 光
（2）波数(σ)：为波长的倒数，单位为cm-1， 表示每厘米长度中波的数目。 若波长以μm为单位，则波长与波数的换算 关系为
1 10 (cm ) (cm) (um)
1
4
（3）频率（υ）：是指单位时间内电磁波 振动的次数，单位为赫兹（Hz）或s-1。
（4）速度（v或c）：每秒内辐射传播的距离， 单位cm/s。在不同的介质中光传播的速度不同
E E 2 E1 h
hc

由此可见每一条所发射（或吸收）的谱 线的波长取决于跃迁前后的能量差。
一、原子光谱
（1）原子发射光谱 当基态原子在外界能量（如热能、电能 等）的作用下，便跃迁到激发态后又返回 到基态并发射出特征谱线。这种由高能态 跃迁回基态而产生的光谱称为原子发射光 谱。
发射光谱分析法
原 子 发 射 光 谱 原 子 荧 光 光 谱 X 射 线 荧 光 光 谱 分 子 磷 光 分 析 法
分 子 荧 光
（二）物质对电磁辐射的吸收
当基态或低能态粒子受到电磁辐射的照射， 选择性地吸收其中某些频率的辐射能而跃 迁到激发态，这一现象称之为物质对电磁 辐射的吸收。 只有辐射大小等于两能级能量差（△E） 的能量才能被粒子吸收，太大或太小的能 量均不能被吸收，即任何粒子对电磁辐射 的吸收都是有选择性地。
（2）原子吸收光谱 当光辐射通过基态原子蒸气时，基态原 子吸收与其能级跃迁相等的能量，从基态 跃迁到激发态。由原子这种选择性吸收而 获得的特征光谱称为原子吸收光谱。 （3）原子荧光光谱 当激发态原子通过光辐射释放能量而跃 迁回到基态。这种光辐射叫原子荧光。
二、分子光谱
（1）分子吸收光谱 基态分子通过辐射能进行选择性地吸收 后跃迁到较高能态所产生的光谱叫分子光 谱。 根据分子跃迁类型的不同，可将分析吸 收光谱分为电子光谱、振动光谱和转动光 谱。
例2 波长λ=4μm的红外光，其波数为多少？
4 1 10 (cm1 ) 2500 (cm) 4(um)
由于在电磁波传播过程中，只有波参数频率始 终保持不会改变，即频率与介质无关，因此，用频 率能够表征电磁辐射的特性。
粒子性（光电效应）：其特征是每个光子或 光量子具有一定的动能，具有量子化的能量。 能量与波长和频率的关系为：
三、电磁辐射与物质的相互作用
激发态 h = E 辐射 E
吸收
发射
基态
（一）物质对电磁辐射的发射
粒子（原子、分子或离子）吸收外界能量 后，便从基态或低能态跃迁到高能态。若 以辐射的方式回落到基态或低能态，便得 到发射光谱。 由于跃迁能级的不同，得到的发射光谱各 部相同。因此，可以利用特征光谱进行定 性分析，利用强度进行定量分析。
非光谱分析法 光谱分析法
圆 折 二 射 色 法 性 法
X 射 干 线 涉 衍 法 射 法
原子光谱分析法 分子光谱分析法
旋 光 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 紫 外 光 谱 法 红 外 光 谱 法 分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法
v
只有在真空中所有的电磁波的传播速度才相同
c
c=2.99792×1010 cm/s≈3×1010 cm/s。 例1 钠原子发射波长为589nm的黄光，其频率是多 少？
解：1nm=10-7cm
589nm=5.89×10-5cm
3.001010 cm s 1 14 1 5 . 09 10 s 5 5.8910 cm c
E h
hc

h＝6.626×10-34J.s =4.136×10-15ev.s （1ev=1.602×10-19J）。
二、电磁波谱
电磁辐射按波长顺序排列得到了电磁波谱。它是 物质内部运动变化的射区
将电磁波谱分成若干区域，不同的波长区域对应 着物质不同类型的能级跃迁
（2）分子发光光谱 分子发光光谱包括分子荧光光谱、磷光 光谱和化学发光光谱。 化学发光是在化学反应中产生的光辐射。 它由参与化学反应的反应物或产物吸收该 反应释放的化学能而被激发并发射光子， 或者将化学能转移至受体分子，使受体分 子发射光子。
三、光分析分类
光谱法——基于物质与辐射能作用时，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； 原子光谱、分子光谱、 原子光谱（线性光谱）：最常见的四种 基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）； 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）； 基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（XFS）
（一）波动性 电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，称之为电磁波。 图2-1表示一束沿x轴方向传播的电磁波。电场矢量(E) 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。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。 图2-1 电磁波的传播