光学分析法导论彭敬东

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1、光分析法导论基本要求：1.了解光与物质的相互作用特点及其与光学分析法的关系；2.了解光学分析法的基本分类；3.掌握光学分析仪器的基本构成单元及其作用。第一节光分析基础一、光分析法及其特点opticalanalysisanditscharacteristics光分析法：基于电磁辐射与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法；电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围；相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；光分析法在定性、定量和研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可取代的地位；三

2、个基本过程：（1）能源（电磁辐射：射线～无线电波）提供能量（辐射能-跃迁：电子跃迁-紫外，振动跃迁-红外，转动跃迁-微波）；（2）能量与被测物之间的相互作用（发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等）；（3）产生信号（辐射信号）。基本特点：（1）所有光分析法均包含三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；（3）涉及大量光学元器件。二、电磁辐射的基本性质basicpropertiesofelectromagneticradiation1、电磁辐射具有波动性和微粒性电磁辐射：以接近光速（真空中为光速）通过空间传播能

3、量的电磁波；c=λν=ν/σE=hν=hc/λc：光速；λ：波长；ν：频率；σ：波数；E：能量；h：普朗克常数电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二象性）：（1）光的波动性：光的传播如光的折射、衍射、偏振和干扰等现象可以用光的波动性来解释。描述波动性的重要参数是波长、频率（取决于辐射源，与介质无关）和光速C，它们的关系是：＝C∕波动性波长频率c光速＝2.9979×108m·s-1＝2.9979×1010cm·s-1（2）光的微粒性光电效应、光的发射和吸收等，只能用光的微粒性才能满意地解释。光是由带有能量的微粒组成的，这种微粒称为光子或光

4、量子。光子的能量与它的频率成正比，或与波长成反比，而与光的强度无关。被辐射激发的振动质点的能量是量子化的，当振子从一个允许的高能级向低能级跃迁时就有一个光子的能量发射出来粒子性普朗克常数h＝6.6262×10-34J·s电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。波数（σ）单位：cm-1，物理意义：1cm的间距内有多少个光波表电磁波谱区及常用光学分析方法光谱区域波长光学分析方法射线5*10-30.14nm射线光谱法X射线10-3nm~10nmX射线光谱法光学区10nm~1000nm原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、紫外吸收光

5、谱法、可见吸收光谱法、分子荧光光谱法、红外吸收光谱法微波0.1mm~1m微波光谱法无线电波1m以上核磁共振波谱法三、物质和光的作用当一束光照射到物体上时,除透过部分光与分子没有作用外,物质将吸收和散射一部分光。1.物质吸收光的过程分子吸收光能,吸收时间极短,只有10-15sec.,电子由基态跃迁到较高能态的激发态。X+hv→X*激发态的寿命很短,约为10-8sec.,然后以发生光物理和光化学反应后,以下列形式回到基态。(1)吸收M+hvM*当原子、分子或离子吸收光子的能量与它们的基态能量和激发态能量之差满足条件，将从基态跃迁至激发态。吸

6、收强度对波长或波数作图（吸收光谱）确定试样组成、含量和结构(2)发射M*M+hv激发方式：电激发（电子碰撞）、热激发（电弧或火焰）、光激发光激发所发射的第二次光子称为荧光或磷光。当吸收第一次光子与发射第二次光子之间的时间落后很短为荧光（fluorescence），时间落后较长为磷光（phosphorescence）。荧光和磷光最易在与激发光束成直角的方向观察到。2、物质吸收和发光的过程示意图第二激发态第一激发态h=△E三重态振动能级吸收无辐射退激荧光磷光共振发射基态不发光，发热发光，波长最短，不发热发光，波长最长，发热发光，波长变长，

7、发热(3)散射（Scattering）光通过不均匀介质时部分光偏离原方向传播的现象。丁铎尔（Tyndall）散射和分子散射.丁铎尔效应：散射光强度与入射光波长的平方成反比用于高聚物分子和胶体粒子的大小及形态结构研究瑞利（Rayleigh）散射介质分子比光的波长小光子与介质分子发射弹性碰撞，无能量交换，频率不变，散射光强度与入射光波长的4次方成反比拉曼（Raman）散射非弹性碰撞，运动方向和能量均变化频率高于入射光称为反斯托克斯（Stokes）线，频率低于入射光称为斯托克斯（Stokes）线，统称为拉曼谱线，用于结构研究(4)折射（Refra

8、ction）折射是光在两种介质中的传播速度不同；不同介质的折射率不同，同一介质对不同波长的光具有不同的折射率（棱镜分光原理）(5)反射（Reflection）光通过具有不同折射率