《光学分析法导论》PPT课件

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1、第二章光学分析法导论本章基本内容§2~1电磁辐射§2~2原子光谱和分子光谱§2~3光学分析法分类光学分析法——根据物质发射、吸收电磁辐射以及物质与电磁辐射的相互作用（如散射、偏振等）建立的一类分析方法。主要应用在物质组成和结构的研究，基团的识别，几何构型的确定，表面分析；定量分析等方面。§2~1电磁辐射一、电磁辐射的性质——波粒二象性（1）波动性用频率、波长、波数表示。频率()—每秒钟电磁场振荡的次数，Hz波长()—电磁波相邻两个同位相点间的距离，cm、m、nm波数()—1cm内波的数目，cm-1波速(v)—电磁波传播的速度，真空中等于光速cc==3×1010cm·s-1=1/

2、（2）微粒性电磁辐射是在空间高速运动的光量子（或称光子）流。可以用光子具有的能量表征。单位为eV或J，1eV=1.60×10-19J。光子能量与光波频率有关，普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起：E=h=hc/=hc越长，E越小，、越低（3）辐射能的特性吸收发射散射折射和反射干涉衍射偏振吸收：辐射能作用于粒子（原子、分子、离子）后，粒子选择性的吸收某些频率的辐射能，并从低能态跃迁至高能态。发射：粒子吸收能量后，从低能态跃迁至高能态。处于高能态的粒子是不稳定的，在短时间内（约10-8）内，又从高能态跃迁回低能态。此过程伴随辐射能的发射。散射散射丁铎尔散射分子散射颗粒直径与波

3、长同数量级瑞利散射(弹性)拉曼散射(非弹性)斯托克斯线反斯托克斯线（颗粒直径比入射光波长小得多）二、电磁波谱1.电磁波谱电磁辐射按波长大小顺序排列就得到电磁波谱0.005nm10nm200nm380nm780nm0.1cm100cm104cmγ、X射线区远紫外近紫外可见光红外微波无线电波长短波长长能量大光谱区能量小粒子性波动性2.电磁波谱与现代仪器分析方法波谱区-射线波长5~140pm跃迁类型核能级X-射线远紫外光10-3~10nm10~200nm原子内层电子莫斯鲍尔光谱法:-射线原子核-射线吸收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

4、法:X-射线原子内层电子特征X-射线发射远紫外光----真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收原子光谱：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、化学发光近紫外光可见光200~400nm400~780nm原子外层电子/分子成键电子波谱区近红外光中红外光波长0.78~2.5m2.5~50m跃迁类型分子振动远红外光微波射频50~1990m0.1~100cm1~100m分子转动电子、核自旋近红外光谱区:配位化学的研究对象红外吸收光谱法: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吸收核磁共振波谱法:射频原子核自旋吸

5、收§2~2原子光谱和分子光谱一、原子光谱能级：通常把电子在稳定状态所具有的能量称为能级。能级是不连续的，不同原子具有不同的能级，电子跃迁时伴随不同波长的电磁波的吸收或者发射。原子的能级可以用光谱项符号和能级图表示。（一）光谱项光谱项符号：n2S+1LJ（或nMLJ）n：主量子数；L：总角量子数；S：总自旋量子数；（M：谱线多重性符号，M=2S+1）J：内量子数。（1）n—主量子数与描述核外电子运动状态的主量子数意义相同，决定能量状态的主要参数，n=1,2,3,…（2）L—总角量子数L=

6、l1+l2

7、，

8、l1+l2-1

9、，…

10、l1-l2

11、由两个角量子数l1和l2之和递减1变到它们之差。【例】（1

12、）价电子组态为np1nd1的原子：l1=1，l2=2；L可取3、2、1。（2）C原子基态电子结构1s22s22p2，未满外层电子是2p2，l1=l2=1，L可取2、1、0。L的取值可为0,1,2,3,…,用大写字母S,P,D,F,…表示（3）总自旋量子数与谱线多重性符号①S—总自旋量子数各价电子自旋角动量耦合后所得总自旋角动量的量子数。S=∑ms，ims=±1/2若有N个价电子,S可取下列数值：N/2,N/2-1,N/2-2,‥‥‥1/2,0例:Na价电子组态3s1,一个价电子,电子自旋取1/2;S也为1/2。Zn激发态4s14p1,二个价电子,电子自旋取±1/2;S为1,0。②M—谱线多重性

13、符号M=2S+1L与S之间的电磁相互作用，可产生2S+1个能级稍微有所不同的分裂，通常以M表示，称为谱线的多重性。【例】（1）钠只有一个价电子，S=1/2，M=2×½+1=2,将产生双重线。（2）钙有二个价电子，①两电子同向自旋则S=1/2+1/2=1,M=2×1+1=3,为三重线；②若反向自旋，S=1/2－1/2=0，M=2×0+1=1,为单重线。（4）J—内量子数取决于总角量子数L和总自旋量子