光学分析法导论剖析ppt课件.ppt

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1、第十章光学分析法导论Opticalanalysis光学分析法是基于电磁辐射与物质相互作用后产生的辐射信号或发生的变化来测定物质的性质、含量、结构的一类分析方法。光学分析方法涉及到三个要素：①能源提供能量电磁辐射、声波、电子流、离子流②能量与物质的相互作用电场-物质、磁场-物质③分析信号的产生及其检测电磁辐射：以极大速度通过空间，不需要以任何物质作为传播媒介的一种电磁波（能量），电磁波是振荡并互相垂直的电场E和磁场M的结合。1.电磁辐射的性质这些电磁辐射包括从射线到无线电波的所有电磁波谱范围(不只局限于光

2、学光谱区)。波动性粒子性(1)波动性电磁辐射为正弦波（波长、频率、速度、振幅）。与其它波，如声波不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。磁场传播方向电场单色平面偏振光的传播y=Asin(t+)=Asin(2vt+)频率：一秒内电磁场振荡的次数，单位Hz或s-1。只决定于辐射源，与介质无关波长：是电磁波相邻两个同位相点之间的距离，单位有m、cm、m、nm、埃。波速c：电磁辐射传播的速度，电磁辐射在不同介质中传播速度是不同，只有在真空中所有电磁辐射的传播速度才相同，都等于光速。c==3×1

3、010cm•s-1波数K:是1cm内波的数目，单位为cm-1。K=1/(2)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。E--光子的能量J,焦耳υ---光子的频率Hz,赫兹---光子的波长cmC---光速2.99791010cm.s-1h---Planck常数6.625610-34J.s焦耳.秒光子的能量只与频率有关，与光强无关能态（Energystate）物质粒子总是处于特定的不连续的能量状

4、态，即能量是量子化的（电子能态，振动能态，转动能态）；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（3）电磁波谱电磁辐射按波长(或频率、波数、能量)大小顺序排列得到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

5、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

6、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吸收电磁辐射与物质相互作用的方式：发射、吸收粒子性反射、折射、透射、散射、干涉、衍射波动性2.光与物质的相互作用（1）吸收辐射能作用于物质后，物质选择性地接受一定波长（频率）的辐射能，从低能态跃迁至高能态(激发态)，这种现象称为吸收；基于这种现象建立起来的分析方法称为吸收光谱法。以能量（吸光度或透

7、过率）为纵坐标，波长（或频率）为横坐标的曲线为吸收光谱图（或吸收曲线）。Spectrumofozone吸收光谱法：利用物质吸收光后所产生的吸收光谱进行分析的方法比尔定律：当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比A=lg(1/T)=εbcA为吸光度T为透光度,是透射光强度/入射光强度c为吸光物质的浓度b为吸收层厚度注意单位！（2）发射处于高能态（激发态）的物质不稳定，通过约10-8s释放能量返回基态，若以发射光子的形式放出能量，则得到发射光谱。发射

8、光谱法：物质中的粒子用一定的能量（如光、电、热等）激发到高能级后，当跃迁回低能级时，便产生出特征的发射光谱，利用此发射光谱进行的分析的方法。1、热能激发发光，发射谱线强度与物质浓度的关系——赛伯-罗马金公式：a为比例系数，b为自吸系数原子发射光谱定量分析公式2、光致发光，发射谱线强度与物质浓度的关系：I=kc即在Io一定的情况下，光强度与被测物质的浓度成正比荧光光谱及磷光光谱吸收或发射过程的要素：①物质与光子发生碰撞；②E光子