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1、第2章光谱分析法导论第一节光分析基础anintroductiontoopticalanalysisfundamentalofopticalanalysis2021/6/12概述 光分析法及其特点opticalanalysisanditscharacteristics1.光分析法：基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法；电磁辐射范围：γ射线～无线电波所有范围；相互作用方式：吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；2021/6/122．光分析法
2、分类:光谱分析法与非光谱分析法其区别在:光谱分析法中能量作用于待测物质后产生光辐射,以及光辐射作用于待测物质后发生某种变化与待测物质的物理化学性质有关,并且为波长或波数的函数.这些均涉及物质内部能级的跃迁.非光谱分析法中能量作用于待测物质后发生干涉、衍射、散射、折射、反射等现象,这些现象只是与待测物质的物理性质有关,不涉及能级跃迁.2021/6/123.三个基本过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物之间的相互作用；（3）产生信号。4.基本特点：（1）一般光分析法均包含三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及
3、混合物分离（不同于色谱分析）；（3）涉及大量光学元器件。2021/6/12一、电磁辐射的基本性质basicpropertiesofelectromagneticradiation电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量；1、波动性:c=λν=ν/σ,σ=1/λ2、微粒性:E=hν=hc/λc：光速(3.0×1010cm·s-1)；λ：波长；ν：频率；σ：波数（cm-1)；E：能量；h：普朗克常数(6.63×10-34J·s)3、电磁波谱—将电磁辐射按其波长（或频率、能量）顺序排列即为电磁波谱。2
4、021/6/122021/6/122021/6/124、电磁辐射与物质的相互作用（一）吸收---由电磁辐射提供能量使量子从低能级向高能级的跃迁过程。1、原子吸收当一束紫外或可见辐射通过气态自由原子时，将只有少数几个非常确定的频率被吸收,跃迁到第一激发态、第二激发态或第三激发态.紫外和可见光区的能量足以引起外层电子或价电子的跃迁。---原子吸收光谱法2021/6/122、分子吸收分子吸收也涉及电子跃迁，由于存在许多振动能级和能级差更小的转动能级，使每个电子的跃迁都有几条靠的很近的吸收线。分子主要吸收紫外、可见和红
5、外的电磁辐射,表现为紫外-可见吸收光谱和红外吸收光谱.2021/6/123、磁场的诱导吸收当将某些元素放入磁场中时,其电子和核受到强磁场作用后,它们具有磁性质的简并能级将发生分裂，并产生具有微小能量差的不同量子化能级，进而可以吸收低频率的电磁辐射。----核磁共振波谱法2021/6/12（二）发射由高能级向低能级跃迁并发射电磁辐射的过程。1、原子发射---当气态自由原子处于激发态时,将发射电磁波而回到基态,所发射的电磁波处于紫外或可见光区.通常采用电、热或激光的形式使原子激发.2、分子发射分子发射光谱比原子发射
6、光谱复杂,为保持分子的形态,分子的激发采用光激发或化学能激发.分子主要发射紫外、可见电磁辐射----荧光光谱法,磷光光谱法,化学发光法.2021/6/12吸收辐射而被激发的原子和分子处在高能态的寿命很短,要通过不同的弛豫过程返回到基态.(1)非辐射弛豫—以非发光的形式释放能量，激发态的分子与其他分子发生碰撞而将部分激发能转变成动能，并释放出少量的热量。(2)荧光和磷光弛豫---以发光的形式释放能量。通过原子、分子吸收电磁辐射后激发至激发态,当返回基态时,分别发射荧光和磷光.2021/6/12(三)散射—当入射光
7、的光子与试样粒子碰撞时会改变其传播方向,称为散射.有丁达尔散射和分子散射两种；(四)折射和反射(五）干涉和衍射2021/6/12二、光分析分类typeofopticalanalysis根据物质与辐射能作用的性质不同，光学分析法基本上可以分为光谱法和非光谱法。1.非光谱法：不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；折射法、比浊法、衍射法、干涉法、旋光法等；2021/6/122.光谱法——物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射或吸收,对其光谱的波长或强度进行分析的方法。(1)原子光谱（线
8、光谱）：当辐射物质是单个气态原子时,产生紫外、可见光区的线光谱.谱线由一系列宽度约10-5的nm锐线组成。原子外层电子跃迁:原子吸收光谱（AAS）原子发射光谱（AES）原子荧光光谱（AFS）原子内层电子跃迁:X射线荧光光谱（XFS）X射线吸收法（XAS）2021/6/12(2)分子光谱（带光谱）：由许多量子化的振动能级叠加在分子的基态电子能级上而形成的。由一系列靠的很近的线光谱组成，因
