仪器分析 2 光学分析法导论课件.ppt

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1、第二章光学分析法导论第一节电磁辐射的性质第二节光与物质的作用第三节光学分析法的分类第四节光谱法仪器概述光学分析法:基于电磁辐射与待测物质的相互作用而建立的分析方法。种类和应用最多的一类分析方法基本特点：所有光学分析法均包含三个基本过程：能源提供能量；能量与被测物之间的相互作用；产生信号。选择性测量，不涉及混合物分离；涉及大量光学元器件。2光学分析法导论一、波动性和微粒性1.电磁辐射光=从γ射线到无线电波的整个电磁波范围2.波动性：体现在传输过程中c==/σ,频率是最基本的特征量波的叠加、衍射、干涉、反射、折射、偏振、散射→非光谱法3.微粒性：体现在与物

2、质的作用过程中E=h=hc/吸收和发射（伴随能量的变化）→光谱法第一节电磁辐射的性质2光学分析法导论二、电磁波谱2光学分析法导论2.1电磁辐射的性质第二节光与物质的相互作用量子理论(MaxPlanck，1900)物质粒子总是处于特定的、不连续的能量状态(能级)，即能量是量子化的；通常粒子处在能量最低的状态(基态)；较高的能量状态(激发态)是不稳定状态；当粒子的能量状态从一个能级变到另一个能级时(跃迁)，将吸收或发射完全等于两个能级之差的能量E=E1-E0，反之亦然；系统以电磁辐射的形式吸收(形成吸收光谱)或发射(形成发射光谱)能量时，有：E=h=h

3、c/2光学分析法导论一、吸收吸收：当原子、分子或离子吸收光子的能量与它们的基态能量和激发态能量之差满足E=h时，将从基态跃迁到激发态，这个过程称为吸收。吸收光谱：若将测得的吸收强度对入射光的波长或波数作图，即得到该物质的吸收光谱。吸收光谱法：对吸收光谱的研究可以确定试样的组成、含量以及结构；根据吸收光谱原理建立的分析方法称为吸收光谱法。2光学分析法导论2.2光与物质的相互作用二、发射发射：当物质吸收能量后从基态跃迁至激发态，激发态是不稳定的，大约经10-8s后将从激发态跃迁回基态，此时若以光的形式释放出能量，该过程称为发射。激发试样的方法：通过电子碰撞

4、的电激发电弧或火焰的热激发用适当波长的光激发2光学分析法导论2.2光与物质的相互作用自学内容三、散射四、折射和反射五、干涉和衍射2光学分析法导论2.2光与物质的相互作用光波谱区及能量跃迁相关图2光学分析法导论2.2光与物质的相互作用原子能级跃迁和分子能级跃迁2光学分析法导论2.2光与物质的相互作用第三节光学分析法的分类一、非光谱法非光谱法是基于光与物质相互作用时，测量光的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射和偏振等变化的分析方法。非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁，其分析方法有折射法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。二、光谱法光谱法是基于光与物

5、质相互作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射或吸收光谱的波长和强度进行分析的方法。2光学分析法导论光谱分析法分类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2光学分析法导论2.3光学分析法的分类原子光谱和分子光谱原子光谱(线光谱)：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10-5nm分子光谱(带状光谱)：由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁所产生的

6、光谱，由于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nm2光学分析法导论2.3光学分析法的分类第四节光谱法仪器光谱仪器通常包括五个基本单元：光源；单色器；吸收池；检测器；显示与数据处理2光学分析法导论一、光源1.对光源的要求：强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。2.依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等3.依据光源性质不同，分为：连续光源：在较大范围提供连续波长的光源，氢灯、氘灯、钨丝灯、加热的固体等；锐线光源：提供特定波长的光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等；

7、激光光源：单色性好、方向性强，高亮度及相干性好；有气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器等。2光学分析法导论2.4光谱法仪器4.不同波谱区所用的光源2光学分析法导论2.4光谱法仪器二、单色器功能：将由不同波长组成的复合光分开为一系列“单一”波长的“单色光”“单色光”具有一定的宽度（有效带宽）。有效带宽越小，分析的灵敏度越高、选择性越好、分析物浓度与光学响应信号的线性相关性也越好。主要部件：狭缝；准直装置(透镜或反射镜)：聚焦，并使辐射束成为平行光线；色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播2光学分析法导论2.4光谱法仪器续前其中

8、最主要的分光元件为棱镜和光栅。入射狭缝准直镜物镜棱镜