《光学分析法概述》PPT课件

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1、光学分析法凌连生Email:cesllsh@mail.sysu.edu.cn光学分析方法：利用光电转换或其它电子器件测定“光辐射与物质相互作用”之后的辐射强度等光学特性，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，这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，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用。1850年，傅科用实验测出光在水中速度比空气中小，表明光波与声波的不同。1865年，麦克斯韦提出了电磁场理论，并预言了电磁波。进而指出光波是一种电磁波，即提出光的电磁说。1888年，赫兹在实验室证实

2、了电磁波的存在。之后，又进一步证明电磁波跟光波一样能发生放射、折射、干涉、折射和偏振现象；光波和电磁波在真空中可以传播，且传播速度相等为c=3×108m/s。光是什么?1.光的波动性光是什么?2.光的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。HeinrichRudolfHertz(1857-1894)光电效应,电磁发射,1887年爱因斯坦(1879-1955)1905年提出理论解释光电效应1921年获Nobel物理学奖光电效应:E=hv两个重要推论：物质粒子存在不连续的

3、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E=E1-E0=h2）能态（Energystate）量子理论(MaxPlanck，1900,首次提出)：物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态，即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生能量跃迁时的能量差E可用h表示。1918年获Nobel物理学奖.(1858-1947)电磁波的发射-光谱图原子离子电弧,火花,火焰,ICP原子,离子UV,VIS,IR原子,离子发射AES分子光子或化学反应能分子FluorescencePhosphorescenceC

4、LorECL分子发射光子产生的辐射通称为发射光谱，以辐射能对辐射频率或波长作图可得到发射光谱图：光谱组成线光谱(Linespectra):由处于气相的单个原子发生电子能级跃迁所产生的锐线，线宽大约为10-4A。带状光谱(Bandspectra):由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁所产生的光谱，由于各能级间的能量差较小，因而产生的谱线不易分辨开而形成所谓的带状光谱，其带宽达几个至几十个nm)；线光谱带光谱在仪器分析的光谱方法中哪些光谱是带光谱？哪些是线光谱？连续光谱(Continuumspectra)：固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的运动或振动所产生的热辐射，也称黑

5、体辐射。通常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短波长的辐射强度增加得最快！另一方面，炽热的固体所产生的连续辐射是红外、可见及较长波长的重要辐射源（光源）。现象：当电磁辐射通过固体、液体或气体时，具一定频率(能量)的辐射将能量转移给处于基态的原子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使这些辐射被选择性地吸收。原子吸收：原子吸收光谱分析(AAS);分子吸收：紫外可见光度分析(UV-Vis)；核吸收：核磁共振光谱(NMR)。电磁辐射原子、离子、分子原子、离子、分子光能量吸收激发基态激发态4）电磁波的吸收二、光谱仪器组成：光源，单色器，样品容器，检测器（光电转换器、电子读出、数据处理

6、及记录）。光源或炽热固体样品容器分光系统光电转换信号处理器光源灯或激光样品容器分光系统光电转换信号处理器光源+样品分光系统光电转换信号处理器吸收荧光发射1、光源对光源的要求：强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。Laser=lightamplificationbystimulatedemissionofradiation2.分光系统（monochromator,wavelengthselector）定义：将由不同波长的“复合光”分开为一系列“单一”波长的“单色光”的器件。理想的100%的单色光是不可能达到的，实际上只能获得的是具有一定“纯度”的单色光，即该“单色光具有

7、一定的宽度（有效带宽）。有效带宽越小，分析的灵敏度越高、选择性越好、分析物浓度与光学响应信号的线性相关性也越好。构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。入射狭缝准直镜物镜棱镜焦面出射狭缝f入射狭缝准直镜光栅物镜出射狭缝f其中最主要的分光原件为棱镜和光栅。1）棱镜（Prism）：棱镜的色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。波长大的折射率小，波长小的折射率大。即能量小的折射率小，能量大的折射率大。Cornu棱镜bLittrow棱镜（左旋+右旋----消除双像）（镀膜反射