第九章光谱分析法概论

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1、1第九章光谱分析法概论21.光学分析法是基于物质发射的电磁辐射或物质与辐射相互作用后产生的辐射信号或信号变化来测定物质性质、含量、结构的一类仪器分析方法。2.光学分析法三个过程（1）能源提供能量（2）能量与被检测物质作用（3）产生被检测信号3.作用：测定物质的性质、含量、结构概述3第一节电磁辐射及其与物质的相互作用一、电磁辐射和电磁波谱1.电磁辐射(电磁波，光):以巨大速度通过空间不需要任何物质作为传播媒介的一种能量2.电磁辐射的性质：具有波、粒二象性波动性—用波长、波数、频率表示微粒性—光是由光量子流所组成43、电磁波谱把电磁辐射按波长大小顺序排列就得到电磁波谱0.005nm10nm

2、200nm400nm780nm0.1cm100cm104cmX射线区远紫外近紫外可见光红外微波区无线电波长短波长长能量大光谱分析法能量小粒子性波动性5电磁波谱区域与相应的光谱分析方法光谱区域波长范围跃迁类型光谱分析方法射线0.001~0.1Å核能级跃迁射线发射法X射线0.1~100Å原子內层电子能级跃迁X-荧光、衍射法电子能谱分析法紫外200~400nm外层电子及价电子能级紫外可见吸收光谱法可见400~800nm外层电子及价电子能级原子吸收、发射、荧光法分子荧光光谱法近红外0.8~2.5μm分子振动能级红外吸收光谱法中红外2.5~50μm分子振动能级拉曼光谱法远红外50~300m

3、分子转动能级微波0.3~1000mm分子转动、电子自旋能级微波吸收、电子顺磁共振谱无线电波1m~1000m核自旋核磁共振谱6二、电磁辐射与物质的相互作用（一）电磁辐射的能量与物质分子（原子）的基态与激发态间的能量差相等1.吸收辐射能基态→激发态（寿命10－8）2.释放能量激发态→基态3.释放能量的形式：热、光（荧光/磷光）化学变化高能态（激发态）Ei低能态（基态）E0吸收发射hh满足△E=h7（二）电磁辐射的能量与物质分子（原子）的基态与激发态间的能量差不相等1.散射：光子与物质分子弹性碰撞变：运动方向不变：能量不变，频率不变2.拉曼散射：光子与物质分子非弹性碰撞变：运动方向、能

4、量、频率83.折射和反射4.干涉频率相同、振动相同的波源发射的波相互叠加时产生干涉现象两波相位差180°时产生最大相消干涉暗条纹两波相位相同时发生最大相长干涉明条纹5.衍射光绕过障碍物而弯曲地向它后面传播的现象9物质辐射能相互作用为基础非光谱法——折射不涉及能级间的跃迁反射只改变传播方向、速度色散相应方法光学分析法或某些物理性质干涉衍射旋光光谱法——能级跃迁——波长和强度第二节光学分析法的分类一、光谱法与非光谱法10光谱法与非光谱法的区别：(1)光谱法：内部能级发生变化原子吸收/发射光谱法：原子电子能级跃迁分子吸收/发射光谱法：分子电子能级跃迁(2)非光谱法：内部能级不发生变化仅测定

5、电磁辐射性质改变11光学分析法光谱分析法非光谱分析法折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法原子光谱法分子光谱法吸收光谱法发射光谱法折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法12光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光13二、原子光谱法和分子光谱法（一）原子光谱法1.定义：测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的分析方法2.特点：（1）原子光谱是线状光谱（2）每条谱线对应一定波长（3）从谱线波

6、长可以得到元素种类（4）从谱线强度可以得到元素含量（5）原子光谱不能给出物质分子结构信息14（二）分子光谱法1.定义：以测量分子转动能级、分子中原子的振动能级（包括转动能级）和分子电子能级（包括振－转能级）跃迁所产生的分子光谱为基础的定性、定量和物质结构分析方法。特点：呈带状光谱15162.分子中的运动形式及能级（1）分子做为整体的运动——转动能级ΔEr＝0.005～0.05eV（250～25μm）相当于远红外光或微波的能量（2）分子中原子间的振动——振动能级ΔEv＝0.05～1eV（25000～1250nm）相当于红外光的能量（3）分子中电子的运动——电子能级ΔEe＝1～20eV（1

7、250～60nm）相当于紫外线和可见光的能量17苯的吸收紫外光谱(电子-振动-转动)（a:溶液b:蒸汽）18三、吸收光谱法和发射光谱法（一）吸收光谱法1.定义：利用物质的吸收光谱进行定性及结构分析的方法2.产生的条件：辐射的能量等于能级跃迁所需的能量3.分类：X射线吸收光谱法原子吸收光谱法紫外可见吸收光谱法红外吸收光谱法核磁共振波谱法19（二）发射光谱法1.产生原理：构成物质原子、离子、或分子受到辐射能、热能、电能或化学能的激发跃迁到激发态后，