南大仪器分析课件第10章 光学分析法导论new

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1、第十章光学分析法导论Opticalanalysis光学分析方法涉及到三个问题：光学分析法是基于检测能量（电磁辐①能源提供能量（包括辐射能）；射）作用于待测物质后产生的辐射信号或②能量与物质的相互作用；所引起的变化的分析方法。③分析信号的产生及其检测。1.电磁辐射的性质(1)波动性电磁辐射：以巨大速度通过空间，不需要以任何电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与其它物质作为传播媒介的一种电磁波（能量），电磁波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。波是振荡并互相垂直的电场和磁场的结合。电场y=Asin(ωt+ϕ)=Asin(2πvt+ϕ

2、)这些电磁辐射包括从γ射线到无线电波的所有电磁波谱范围(不只局限于光学光谱区)。磁场电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。传播方向单光色平面偏振光的传播•频率ν：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz或s-1。•波长λ：是电磁波相邻两个同位相点之间的距离，单位有m、cm、μm、nm、埃。•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，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。•c=λν=3×1010cm•s-1•波数K:是1cm内波的数目，单位为cm-1。•K=1/λ散射折射与反射衍射

3、干涉偏振1(2)粒子性当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象的发现。E--光子的能量J,焦耳hcE=hυ=υ---光子的频率Hz,赫兹λλ---光子的波长cmC---光速2.9979×1010cm.s-1h---Planch常数6.6256×10-34J.s焦耳.秒能态（Energystate）（3）电磁波谱物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，即能电磁辐射按波长(或频率、波数、能量)大小顺序排列得到电磁波谱量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生能

4、量跃迁时的能量差ΔE可用hν表示。两个重要推论：物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等于两个能级之间的能量差；反之亦是成立的，即ΔE=E-E=hν10电磁波谱的排列从上到下随波长的逐渐增大，频率和光量子的能量逐渐减小。（量变→质变）a.高能辐射区{γ核能级跃迁X内层电子能级b.光学光谱区紫外{可见红外c.低能辐射区{微波区射频区2电磁波谱与现代仪器分析方法波谱区γ-射线X-射线远紫外光近紫外光可见光波谱区近红外光中红外光远红外光微波射频波长5~14010-10~200n200~400nm400

5、~750nm波长0.75~2.5μ2.5~50μ50~1990μ0.1~100c1~100mpm3~10nmmmmmm原子外层电子/分子成键电子跃迁类型核能级原子内层电子分子转动跃迁类型分子振动电子、核自旋莫斯鲍尔光谱法:γ-射线→原子核→γ-射线吸收近红外光谱区:配位化学的研究对象远紫外光----真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收红外吸收光谱法:红外光→分子→吸收远红外光谱区电子自旋共振波谱法:微波→分子未成对电子→吸收X-射线吸收光谱法:X-射线/放射源→原子内层电子（n>10)→X-射线吸收X-荧光光谱法:X-射线→原子内层电子→特征X-射线发

6、射核磁共振波谱法:射频→原子核自旋→吸收原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光2.光与物质的相互作用（2）发射处于高能态（激发态）的物质不稳定，（1）吸收辐射能作用于物质后，物质选择性地接受通过约10-8s释放能量返回基态，若以发射光子的形一定波长（频率）的辐射能，从低能态跃迁至高能态式放出能量，则得到发射光谱。(激发态)，这种现象称为吸收；基于这种现象建立起来的分析方法称为吸收光谱法。以能量（吸光度或透过率）为纵坐标，波长（或频率）为横坐标的曲线为吸收光谱图（或吸收曲线）。吸收或

7、发射产生的条件是：（3）散射①物质与光子发生碰撞；②E=△E；瑞利散射当介质的分子比光的波长小时发生Rayleigh散射。光子M*/M光子与介质分子产生弹性碰撞，只改变传播方向而没有能量③E光子与物质的△EM*/M是量子化的；交换的分子散射。散射光强与波长的四次方成反比I∝λ－4。④吸收与发射分别产生吸收或发射光谱。吸收拉曼散射光子与介质产生非弹性碰撞，有能量交换，产生+与入射光不同波长的散射光（Raman散射）。这种散射与物hν*基态M-M激发态质分子的振动和转动能级有关，可以表征分子振动和转动能hν级的特性。发射3（4）折射和反射：3.光学分析法

8、的分类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。波长越长，折射率越小——棱镜分光原理光学