第二章光谱分析导论(修改)

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1、第二章光谱分析法导论光分析法的基础包括两个方面：其一为能量作用于待测物质后产生光辐射，该能量形式可以是光辐射和其他辐射能量形式，也可以是声、电、磁或热等能量形式；其二为光辐射作用于待测物质后发生某种变化，这种变化可以是待测物质物理化学特性的改变，也可以是光辐射光学特性的改变。基于此，可以建立一系列的分析方法，这些分析方法均可称为光分析法。教学要求一、了解光谱分析法的分类，掌握光学分析法的基本特性。二、掌握光谱分析法的组成仪器。本章主要介绍光谱法。如果按照电磁辐射和物质相互作用的结果，可以产生发射、吸收和散射三种类型的光谱。电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量；

2、c=λν=ν/σE=hν=hc/λc：光速（m/s）；λ：波长；ν：频率（1/s）；σ（cm）：波数＝1/λ；E：能量；h：普朗克常数＝6.6256×10-34J·s电磁辐射具有波动性和微粒性；2.1电磁辐射的性质电磁辐射具有波动性，其许多性质可以用经典的正弦波加以描述，通常用周期（T）、波长（λ）、频率（ν）和波数（б）等进行表征。电磁波按所处波长或频率的不同区域，分为无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线等。电磁辐射可以在空间进行传播，传播速率等于光速c（2.998×108m·s-1）。电磁波具有波的性质：散射、干涉、折射、反射、衍射等现象。2.1.1电磁辐射的波动性

3、按电磁波波长次序排列成谱，则为电磁波谱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/分子成键电子波

4、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2.1.2电磁辐射的微粒性电磁辐射具有微粒性，表现为电磁辐射的能量不是均匀连续分布在它传播的空间，而是集中在辐射产生的微粒上。因此，电磁辐射不仅具有广泛的波长（或频率、能量）分布，而且由于电磁辐射波长和频率的不同而具有不同的能量和动量，通常用eV表示电磁辐射的能量

5、，1eV为一个电子通过1V电压降时所具有的能量。光的粒子性也就是光是量子化的。光子或光量子。光电效应就是光的粒子性的一个表观，光的能量集中在光子上。E=hν=hc/λ波长越长，频率越小，能量越低2.1.3电磁波谱电磁辐射具有广泛的波长（或频率、能量）分布，将电磁辐射按其波长（或频率、能量）顺序排列，即为电磁波谱。与不同量子跃迁对应的电磁辐射具有不同的波长（或频率、能量）区域，而且产生的机理也不相同。通常以一种量子跃迁为基础可以建立一种电磁波谱方法，不同的量子跃迁对应不同的波谱方法。吸收；发射；共振。2.1.4.1吸收当电磁波作用于固体、液体和气体物质时，若电磁波的能量正好等于物质

6、某两个能级（如第一激发态和基态）之间的能量差时，电磁辐射就可能被物质所吸收，此时电磁辐射能被转移到组成物质的原子或分子上，原子或分子从较低能态吸收电磁辐射而被激发到较高能态或激发态。2.1.4电磁辐射与物质的相互作用辐射吸收引起能级跃迁示意图当电磁辐射作用于气态自由原子时,电磁辐射将被原子所吸收。原子通常处于基态，由基态向更高能级的跃迁具有较高的概率。原子吸收：原子光谱，跟所可能跃迁的高能态少，因而它的谱图相对比较简单（线光谱）。在现有的检测技术条件下，通常只有少数几个非常确定的频率被吸收，表现为原子中的基态电子吸收特定频率的电磁辐射后，跃迁到第一激发态、第二激发态或第三激发态等

7、。1.原子吸收原子吸收跃迁示意图当电磁辐射作用于分子时，电磁辐射也将被分子所吸收。分子除外层电子能级外，每个电子能级还存在振动能级，每个振动能级还存在转动能级，因此分子吸收光谱较原子吸收光谱要复杂得多。分子的任意两能级之间的能量差所对应的频率基本上处于紫外、可见和红外光区，因此,分子主要吸收紫外、可见和红外电磁辐射，表现为紫外-可见吸收光谱和红外吸收光谱。2.分子吸收由于振动能级相同但转动能级不同的两个能级之间的能量差很小，由同一能级跃迁到该振动能级相同但转动能级不同的两个跃迁的