仪器分析2光学导论

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1、第二章光谱分析法导论1原子光谱和分子光谱电磁辐射2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；定量分析等方面光分析法光谱分析法非光谱分析法待测物质与光辐射作用后发生能级跃迁待测物质与光辐射作用后不发生能级跃迁3电磁辐射：以巨大速度通过空间，不需要以任何物质作为传播媒介的一种能量。这些电磁辐射包括从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)。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。42.1.1电磁辐射的波动性电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振

2、幅）。与其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。磁场传播方向电场图2.1单光色平面偏振光的传播y=Asin(t+)=Asin(2vt+)2.1电磁辐射的性质5频率：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz或s-1。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==3×1010cm•s-1波数:是1cm内波的数目，单位为cm-1。=1/62.1.2电磁辐射的粒

3、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。1）光电效应（Photoelectriceffect）现象：1887，HeinrichHetz（在光照时，两间隙间更易发生火花放电现象）解释：1905，Einstein理论，E=h证明：1916，Millikan（真空光电管）72）能态（Energystate）量子理论(MaxPlanck，1900)：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

4、子之间发生能量跃迁时的能量差E可用h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E=E1-E0=h82.1.3电磁波谱图2.2电磁辐射波谱图9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

5、谱法: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200~400nm400~750nm原子外层电子/分子成键电子10波谱区近红外光中红外光波长0.75~2.5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

6、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吸收112.2原子光谱和分子光谱一、原子光谱（一）核外电子的运动状态（二）光谱项原子核外电子的运动状态可以用主量子数n、角量子数l、磁量子数m和自旋量子数s来描述。原子的能量状态需要用以n、L、S、J四个量子数为参数的光谱项来表征。122.2.1原子光谱1、原子发射光谱激发态的原子返回基态或较低能态而发射出特征谱线，产生发射光谱。基态原子吸收热、电、光能激发态原子发射特征谱线基态或较低能态气态原子发生能级跃迁时，能发射或吸收一定频率的电磁辐射，经过光谱

7、仪得到的一条条分立的线状光谱—原子光谱2.2原子光谱和分子光谱132、原子吸收光谱光辐射通过基态原子蒸发时，原子蒸气选择性的吸收一定频率的光辐射，原子基态跃迁到较高能态。这种选择性的吸收产生原子特征的吸收光谱。基态原子选择吸收一定频率的光激发态原子14A.原子光谱线光谱LinespectraE2E0E1E3hi波长半宽度10-2~10-5Na5890、5896原子吸收光谱原子发射光谱153、原子荧光光谱物质的气态原子吸收光辐射后，由基态跃迁到激发态。激发态原子通过辐射跃迁回到基态或较低的能态产生的二次光辐射叫做原子荧光。形

8、成的光谱叫原子荧光光谱。气态原子吸收光激发态原子原子荧光基态或较低能态162.2.2分子光谱（一）分子能级分子光谱产生于分子能级的跃迁。分子能级较复杂，因而分子光谱也比较复杂。分子中不但存在成键电子跃迁所确定的电子能级，而且还存在着由原子在其平衡位置，相对振动所确定的振动能级，以及由分子饶