光谱分析法概论

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1、第二章光谱分析法概论第一节　电磁辐射和电磁波谱第二节　电磁辐射与物质的相互作用第三节光学分析法的分类第四节原子光谱和分子光谱第五节光谱分析仪器第六节光谱分析法的发展概况光学分析方法（opticalanalysis）基于物质发射的电磁辐射(electromagneticradiation)或“辐射与物质相互作用”之后产生的辐射信号或发生的信号变化等光学特性，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

2、、粒子束（离子和电子）等与物质的作用。第一节电磁辐射和电磁波谱electromagneticradiationandelectromagneticspectrum一、电磁辐射电磁辐射：以巨大的速度(真空中为光速)通过空间、不需要任何物质作为媒介的一种能量(光量子流)。范围：包括从射线到无线电波的所有范围，光是电磁辐射的一部分。电磁辐射的性质:波粒二象性波动性电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，称之为电磁波。图2-1表示一束沿x轴方向传播的电磁波。电场矢量(E)在y轴方向周期性地变化，相应的磁场矢量(H)在z轴方向上周期性地变化

3、，均呈现出波动性质。因为电矢量同物质中的电子相互作用，所以，一般只用电矢量图来描述电磁辐射。图2-1波参数频率：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz。波长：是电磁波相邻两个同位相点之间的距离，单位有cm、m、nm。波速：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==3x1010cm•s-1波数:是单位长度内波的数目，常用单位为cm-1，SI制单位为m-1。=1/根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的光量子(或称光子)流。可以用每个光子所具有的能

4、量(E)来表征，单位为ev或J.微粒性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/E：每个光子的能量；h：普朗克常数=6.62610-34Js光子的能量可用J或eV表示：1eV=1.60210-19J，1J=6.2411018eV辐射的频率越高(波长越小)，光子的能量就越高。化学上常用J/mol为单位表示1mol物质所发射或吸收的能量E=hNA=hcNA=5.98105J/mol计算波长为530nm的绿色光的光子的能量、频率和波数[例1]：计算1mol的波长为200nm的光子的能量：20010

5、-7cm6.62610-34Js31010cm/s6.0231023/mol范围E=hc/==3.7510-19J=2.34eV6.62610-34Js31010cm/s53010-7cm=c/==5.651014Hz31010cm/s53010-7cm=1/==1.89104cm-1153010-7cm辐射的频率只决定于辐射源，与介质无关；传播速度和波长则与介质有关，随着辐射通过不同的介质而不同：v1/1=v2/2==c/=二、电磁波谱电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小

6、的顺序排列就得到电磁波谱。电磁波谱的排列具有明显的规律性：1.波长逐渐增大，频率和光子能量逐渐减小2.各种电磁辐射不仅波长不同，产生的机理也不同：高能辐射区光学光谱区波谱区表电磁波谱图电磁波谱第二节　电磁辐射与物质的相互作用reciprocityofelectromagneticradiationandmatter电磁辐射与物质的相互作用是复杂的物理现象。(1)吸收物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从基态跃迁到激发态的过程。(2)发射物质从激发态返回至基态，并以光的形式释放出吸收能量的过程。(3)散射入射光波长小于粒子的直径，光

7、子与试样分子发生碰撞所至。丁铎尔散射（溶胶1~100nm）瑞利散射——无能量交换，散射光频率不变，只是光子运动方向改变（弹性碰撞）拉曼散射——有能量交换，光子的能量减少或增加，在瑞利散射线的两侧可观察到高于或低于入射光的散射线(4)折射和反射折射是光在两种介质中的传播速度不同所引起的。反射是入射光波长小于粒子的直径，光在界面上改变方向返回第一种介质的现象。(5)干涉和衍射光波会相互作用，当两个波的相位相同时则产生波的叠加干涉，反之则产生波的减弱干涉现象。衍射是光绕过物体而弯曲地向它后面传播的现象。第三节光学分析法的分类typeo

8、fopticalanalysis光谱分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原子吸收光谱原子发射光谱原子荧光光谱X射线荧光光谱折射法圆二色谱法X射线衍射法干涉法旋光法紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法光谱法——利用能级