《光学分析方法导论》PPT课件.ppt

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1、第二章光谱分析方法导论§2.1电磁辐射的描述1.光的波动性2.光的粒子性§2.2电磁波谱§2.3光谱仪器及其组成１．光源２．分光系统（棱镜和光栅、狭缝、光谱仪结构）３．吸收池４．光谱分析检测器５．信号处理器或读出器光谱分析方法的建立是以电磁辐射能与物质相互作用为基础。利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相互作用”之后的辐射强度等光学特性，进行物质的定性和定量分析的方法。§2.1电磁辐射的描述1.电磁辐射的波动性电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与其它波，如声波、水波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传

2、输。电磁波是在空间传播着的交变电场和磁场。不同的电磁波具有不同的波长λ或频率v。λ＝c/v(c=3×1010cm/s)磁场传播方向电场单光色平面偏振光的传播y=Asin(t+)=Asin(2vt+)yt1/11/11/()频率相同的正弦波叠加得相同频率的合成正弦波频率不同的正弦波叠加得不同频率的非正弦波；更多的正弦波叠加可形成方波1）波的叠加（Superposition）平行光束单缝衍射双缝衍射2）波的衍射（Diffraction）衍射：当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象。3）光的干

3、涉（Coherentinterference）4）光的传输（Transmission）5）光的反射（Reflection）6）光的折射（Refraction）7）光的偏振（Polarization）8）光的散射（Scattering）2.光的粒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

4、象）解释：1905，Einstein理论，E=h证明：1916，Millikan（真空光电管）2）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电子或者其它基本粒子原子,离子,分子轰击原子*,离子*,

5、分子*原子,离子,分子X激发激发态基态基态能量发射电弧,火花,火焰原子,离子,分子原子*,离子*,分子*原子,离子,分子UV,VIS,IR激发激发态基态基态能量发射电磁辐射原子,离子,分子原子*,离子*,分子*原子、离子、分子荧光激发激发态基态基态能量发射3）电磁波的发射产生的辐射通称为发射光谱，以辐射能对辐射频率或波长作图可得到发射光谱图：受激粒子(分子、原子和离子)弛豫回到低能态或基态时，常常以光子形式释放多余的能量，产生电磁辐射。激发可以通过如下途径实现：放热的化学反应能量原子,离子,分子基态激发原子*,离子*,

6、分子*激发态产生化学发光基态原子、离子、分子H2-O2火焰中海水的发射光谱图光谱组成线光谱(Linespectra):由处于气相的单个原子发生电子能级跃迁所产生的锐线，线宽大约为10-4A。带状光谱(Bandspectra):由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁所产生的光谱，由于这些振动能级叠加在分子的基态电子能级上，各能级间的能量差较小，因而产生的谱线不易分辨开而形成所谓的带状光谱，其带宽达几个至几十个nm)；线光谱带光谱连续光谱(Continuumspectra)：固体被加热到炽热状态时，无数原子和分子的运动或振

7、动所产生的热辐射，也称黑体辐射。通常产生背景干扰。温度越高，辐射越强，而且短波长的辐射强度增加得最快！另一方面，炽热的固体所产生连续辐射，它们是红外、可见及较长波长的重要辐射源（光源）。H2-O2火焰中海水的发射光谱图4）电磁波的吸收现象：当电磁辐射通过固体、液体或气体时，具一定频率(能量)的辐射将能量转移给处于基态的原子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使这些辐射被选择性地吸收。原子吸收：原子吸收光谱分析(AAS);分子吸收：紫外可见光度分析(UV-Vis)；分子吸收：红外光谱分析(IR)及拉曼光谱(Raman)；核

8、吸收：核磁共振光谱(NMR)。§2.2电磁波谱将电磁波按其波长（或频率、或能量）次序排列成谱，称为电磁波谱。§2.3光谱仪器光学光谱法是以吸收、荧光、磷光、散射、发射和化学发光六种现象为基础建立的。虽然测定这些的仪器在构造上略有不同，但其基本部件大致相同。典型的光谱仪由5部分组成：光源，样品容器，色散元件，检测器（光电转换器)、信