光谱分析及应用

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1、光谱分析及应用简介物理0902班赵光谱主要内容：一.光谱的基本概念及原理二.原子光谱与分子光谱三.吸收光谱•发射光谱与拉曼光谱四•线状光谱，带状光谱以及连续状光谱五•光谱分析的方法和仪器装置六，光谱分析的应用及前景光谱的基本概念及原理光谱（spectrum）是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分，在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。（光谱并没有包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色，譬如褐色和粉红色。）各种光谱都是基于物质与电磁幅射

2、的相互作用。1、作用的方式有吸收和发射两种。其中原子吸收光谱分析、紫外光谱分析、红外光谱分析都是吸收光谱；（其定量基础都是朗伯比耳定律。）荧光光谱是发射光谱（光致发光）。2、根据研究对象不同，可分为原子光谱和分子光谱。原子光谱一线光谱；分子光谱一带光谱（紫外光谱分析、红外光谱分析）。3、从分析仪器来看，所有的光谱分析仪一般由五部分组成：光源、单色器、吸收池、检测器和显示系统。4、主要应用：原子吸收单一元素（主要是金属元素）分析紫外——含共觇双键（体系）有机化合物的分析红外——分子中官能团的分析荧光——平面刚性结构性好的共觇体系化合物的分析1・原子光谱与分子光谱第

3、一电子激发态原子光谱原子的电子运动状态发生变化时发射或吸收的有特定频率的电磁频谱。原子光谱是一些线状光谱,发射谱是一些明亮的细线，吸收谱是一些暗线。氢原子光谱比较]能级跃迁示意图电子能级跃迁单，其他原子光谱较为复杂,复杂的是铁原子光谱。用色散率和分辨率较大的摄谱仪拍摄的原子光谱还显示光谱线有精细结构和超精细结构，所有这些原子光谱的特征，反映了原子内部电子二二•一^一I电子基态'Q:杠養迁振动能级跃迁电子能级上有许多振动能级，而振动能级上有许多能量不同的转动能级运动的规律性。阐明原子光谱的基本理论是量子力学。原子按其内部运动状态的不同，可以处于不同的定态。每一定

4、态具有一定的能量，它主要包括原子体系内部运动的动能.核与电子间的相互作用能以及电子间的相互作用能。能量最低的态叫做基态，能量高于基态的叫做激发态，它们构成原子的各能级（原子能级）。高能量激发态可以跃迁到较低能态而发射光子，反之，较低能态可以吸收光子跃迁到较高激发态，发射或吸收光子的各频率构成发射谱或吸收谱。量子力学理论可以计算出原子能级跃迁时发射或吸强度。分子光谱分子从一种能态改变到另一种能态时的吸收或发射光谱（可包括从紫外到远红外宜至微波谱）。分子分子光谱彷子吸收光谱I吨子光谱-Uv-visI振动光谱]转动光谱【RT4L分子光谱＜「分子荧光分子发射光谱」分子磷

5、光L匕学发光光谱三=sOJr"一一6420j」J=纯电子2跃迁拉曼光谱（分子散射）8（光谱非常丰富，可分为纯収原子分子的三种能级跃迁于意图AE=E,~EI=/?v=—-A(1)rotation:JEr：0.005~0.050eV,248•25gm(2)vibration:J£v：0.05〜125・1.2pni(3)electron:JEe:l〜2UcV,1200-62nm分子光谱是在辐射能作用下曾因分子内能级间的跃迁而产生的光谱。分子光谱比原子光谱复杂的多E=Ee+Ev+Er+En+Et+Ei分子中原子的核能：En分子的平移能：a电子运动能：Ee原子间相对振动能

6、：Ev分子转动能：Er基团间的内旋能：Ei转动光谱、振动-转动光谱带和电子光谱带。分子的纯转动光谱由分子转动能级之间的跃迁产生，分布在远红外波段，通常主耍观测吸收光谱；振动-转动光谱带由不同振动能级上的齐转动能级之间跃迁产生，是一些密集的谱线，分布在近红外波段，通常也主耍观测吸收光谱；电子光谱带由不同电子态上不同振动和不同转动能级Z间的跃迁产生，可分成许多带，分布在可见或紫外波段，可观测发射光谱。非极性分子由于不存在电偶极矩，没有转动光谱和振动-转动光谱带，只有极性分子才有这类光谱带［1］。分子光谱是提供分子内部信息的主要途径，根据分子光谱可以确定分子的转动惯量

7、、分子的键长和键强度以及分子离解能等许多性质，从而可推测分子的结构。分子的内部运动状态发生变化所产生的吸收或发射光谱（从紫外到远红外直至微波谱）。分子运动包括整个分子的转动，分子中原子在平衡位置的振动以及分子内电子的运动，因此，分子光谱一般有三种类型：转动光谱、振动光谱和电子光谱。分子中的电子在不同能级上的跃迁产生电子光谱。由于它们处在紫外与可见区，又称为紫外可见光谱。电子跃迁常伴随能量较小的振转跃迁，所以它是带状光谱。与同一电子能态的不同振动能级跃迁对应的是振动光谱，这部分光谱处在红外区而称为红外光谱。振动伴随着转动能级的跃迁，所以这部分光谱也有较多较密的谱线

8、，故又称振转光谱。纯粹由