《光谱基础知识》PPT课件.ppt

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1、光谱分析基础知识基本概念光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。1．电磁辐射电磁辐射是高速通过空间的光子流，通常简称为光。它具有二象性，即：波动性和粒子性。波动性表现在光的折射、衍射和干涉等现象；粒子性表现在光电效应等现象。每个光子的能量（EL）与其频率（）、波长（）及波数（）之间的关系为：EL=h=hc/=hc式中：h为普朗克常数（Planckconstant），其值为6.62610-34Js;c为光速，其值为31010cms-1；为波数（wav

2、enumber），其单位为cm-1；为波长（wavelength），单位为cm。由上式可知：电磁辐射的波长越短，其光子的能量就越高。普朗克认为：物质对辐射能的吸收和发射是不连续的、是量子化的。当物质内的分子或原子发生能级跃迁时，若以辐射能的形式传递能量，则辐射能一定等于物质的能级变化，即：E=EL=h=hc/[例]：某电子在能量差为3.37510-19J的两能级间跃迁，其吸收或发射光的波长为多少纳米？解：根据E=EL=h=hc/得：=hc/E=6.62610-34Js31010cms-1

3、/3.37510-19J=5.8910-5cm=589nm2.电磁波谱将各种电磁辐射按照波长或频率的大小顺序排列起来即称为电磁波谱。各波谱区所具有的能量不同，其产生的机理也各不相同。光谱的定义广义：各种电磁波辐射都叫做光谱。自然界的一切物质可以与各种频率的电磁波辐射发生相互作用，这种作用表现为对光的吸收或吸收光后再发射出各种波长的光，这取决于各自的特殊物质结构。根据各种不同的物质吸收或者发射出某一特征频率的光信号及信号强度的大小可以实现对物质的定性与定量分析。光谱分析，一般依其波长及其测定的方法可以分为：射线（

4、0.005~1.4Ả）；X射线（0.1~100Ắ）；光学光谱（100Ắ~1000m）；微波波谱（0.1~100cm）。狭义：通常所说的光谱，一般仅指光学光谱而言。根据辐射能传递的情况可以分为：吸收光谱发射光谱（包括：发光光谱）散射光谱（如：拉曼光谱）波长及其测定的方法：真空紫外光光谱：10~200nm近紫外光光谱：200~400nm可见光谱：400~800nm近红外光谱：800nm~2.5m中红外光谱：2.5~50m远红外光谱：50~1000m外形:线状带状连续电磁波辐射的本质：原子光谱和分子光谱a.吸收光谱

5、当电磁辐射通过某些物质时，物质的原子或分子吸收与其能级跃迁相对应的能量，由基态或低能态跃迁到较高的能态，这种基于物质对辐射能的选择性吸收而得到的原子或分子光谱为吸收光谱。能层理论：能层（英语：Energylevel）理论是一种解释原子核外电子运动轨道的一种理论。它认为电子只能在特定的、分立的轨道上运动，各个轨道上的电子具有分立的能量，这些能量值即为能级。电子可以在不同的轨道间发生跃迁，电子吸收能量可以从低能级跃迁到高能级或者从高能级跃迁到低能级从而辐射出光子。氢原子的能级可以由它的光谱显示出来。原子吸收光谱为一些暗线

6、，分子吸收光谱为一些暗带。根据物质对不同波谱区辐射能的吸收，建立了各种吸收光谱法，例如：紫外-可见分子吸收光谱法，红外光谱法等。b.发射光谱物质的分子、原子或离子接受外界能量，使其由基态或低能态跃迁到高能态(激发态)，再由高能态跃迁回低能态或基态，而产生的光谱称为发射光谱。常用的有：原子发射光谱和荧光光谱。对于原子发射光谱，由于每种元素的原子结构不同，发射的谱线各有其特征性，可以根据元素的特征谱线进行定性分析，根据谱线的强度与物质含量的关系进行定量分析。荧光光谱实质上是一种发射光谱，它的产生是由于某些物质的分子或原子

7、在辐射能作用下跃迁至激发态，在返回基态的过程中，先以无辐射跃迁的形式释放出部分能量，回到第一电子激发态，然后再以辐射跃迁的形式回到基态，由此产生的光谱称为荧光光谱。荧光光谱分为分子荧光光谱和原子荧光光谱。产生荧光的原因荧光物质的分子吸收了特征频率的光能后，由基态跃迁到能级较高的第一电子激发态或第二电子激发态，然后通过无辐射跃迁返回到第一电子激发态的最低振动能级上，再从该能级降落至基态的各个不同的振动能级上，同时放出相应能量的分子荧光，最后以无辐射形式回到基态的最低振动能级。图3-1吸收光谱和荧光光谱能级跃迁示意图需要

8、注意的是：（1）整个过程是在单线态之间进行的；（2）产生荧光的过程极快，约在10-8秒左右内完成；（3）荧光的产生是由第一电子激发态的最低振动能级开始，而与荧光分子被激发至哪一个能级无关。因此，荧光光谱的形状和激发光的波长无关。c.散射光谱当物质分子吸收了频率较低的光能后，并不足以使分子中的电子跃迁到电子的激发态，而只是上升到基态中较高的振动能