分析化學(xué)二第二章光譜分析導(dǎo)論第1頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月利用光電轉(zhuǎn)換或其它電子器件測(cè)定“輻射與物質(zhì)相互作用”之后的輻射強(qiáng)度等光學(xué)特性的改變，進(jìn)行物質(zhì)的定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法。歷史上，此相互作用只是局限于電磁輻射與物質(zhì)的作用，這也是目前應(yīng)用最為普遍的方法?，F(xiàn)在，光譜方法已擴(kuò)展到其它各種形式的能量與物質(zhì)的相互作用，如聲波、粒子束（離子和電子）等與物質(zhì)的作用。什么方法稱為光分析方法呢？第2頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、電磁輻射§2-1電磁輻射的基本性質(zhì)所謂電磁輻射是指一種以極大的速度通過(guò)空間轉(zhuǎn)播能量的電磁波光就是一種電磁波二、電磁輻射的基本性質(zhì)———波粒二象性波動(dòng)性指電磁波以正弦波的形式向前傳播，可以疊加，并具有折射、衍射、干涉等波的現(xiàn)象。yt頻率相同的正弦波疊加得相同頻率的合成正弦波波的疊加第3頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二電磁輻射的基本性質(zhì)1/11/11/()頻率不同的正弦波疊加得不同頻率的非正弦波；更多的正弦波疊加可形成方波粒子性是指電磁波具有一定的能量，且其能量是量子化的，當(dāng)物質(zhì)發(fā)射電磁波或者電磁波被物質(zhì)吸收時(shí)，就會(huì)發(fā)生能量躍遷。波的疊加電磁輻射的基本性質(zhì)第4頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、波動(dòng)性的主要描述參數(shù)參數(shù)符號(hào)單位備注波長(zhǎng)nm、?(10-1nm)等用于大部分光譜中波數(shù)cm-1常用于紅外光譜中頻率Hz；s-1常用于核磁共振譜中各參數(shù)之間的關(guān)系：C=3.0×1010cm/s三描述電磁輻射的基本參數(shù)電磁輻射的基本性質(zhì)第5頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月E=h三描述電磁輻射的基本參數(shù)2、微粒性的主要描述參數(shù)——能量（E），單位主要有J、eV3、波動(dòng)性與微粒性之間的關(guān)系——Einstein理論（1905年提出）Planch常數(shù)。h=6.626×10-34J.S電磁波的頻率=hc/電磁波的波長(zhǎng)

1eV=1.602210-19J電磁輻射的基本性質(zhì)第6頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四電磁波譜1、何謂電磁波譜？電磁波以波長(zhǎng)（或頻率或能量）的次序（從高到低或相反）排列的譜線2、電磁波譜射線x射線紫外光紅外光微波無(wú)線電波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可見(jiàn)光電磁輻射的基本性質(zhì)第7頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)★吸收★發(fā)射★

非輻射弛豫★

散射★透射★折射★反射★干涉★衍射★

偏振第8頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月量子理論(MaxPlanck，1900)：什么是能態(tài)（Energystate）物質(zhì)粒子總是處于特定的不連續(xù)的能量狀態(tài)，即能量是量子化的；處于不同能量狀態(tài)粒子之間發(fā)生能量躍遷時(shí)的能量差E可用h表示。兩個(gè)重要推論：物質(zhì)粒子存在不連續(xù)的能態(tài)，各能態(tài)具有特定的能量。當(dāng)粒子的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，該粒子將吸收或發(fā)射完全等于兩個(gè)能級(jí)之間能量差的能量；反之亦是成立的，即：E=E1-E0=h五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)1、幾個(gè)基本概念第9頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電磁輻射的基本性質(zhì)五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用——幾個(gè)基本概念什么是能級(jí)？粒子在穩(wěn)定狀態(tài)所具有的能量什么是基態(tài)和激發(fā)態(tài)？未受激發(fā)的電子所處的能級(jí)（規(guī)定為零）稱為基態(tài)；高于基態(tài)的所有能量狀態(tài)稱為激發(fā)態(tài)。什么是單重態(tài)和三重態(tài)？?jī)蓚€(gè)電子具有不同自旋方向時(shí)所處的能量狀態(tài)稱為單重態(tài)；兩個(gè)電子具有相同自旋方向時(shí)所處的能量狀態(tài)稱為三重態(tài)單重態(tài)（設(shè)為基態(tài)）受激激發(fā)單重態(tài)激發(fā)三重態(tài)第10頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、輻射的吸收當(dāng)入射輻射的能量正好等于目標(biāo)物（原子、分子或離子等）的基態(tài)與激發(fā)態(tài)的能級(jí)差時(shí)，目標(biāo)物將吸收能量，并從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的過(guò)程五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)光強(qiáng)度波長(zhǎng)波長(zhǎng)光強(qiáng)度輻射的吸收吸收光譜圖吸收光譜圖吸收電磁輻射的強(qiáng)度對(duì)電磁輻射波長(zhǎng)或頻率的函數(shù)圖A光能吸收A*基態(tài)激發(fā)態(tài)光第11頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)/nm顏色互補(bǔ)光400～450紫黃綠450～480藍(lán)黃480～490綠藍(lán)橙490～500藍(lán)綠紅500～560綠紅紫560～580黃綠紫580～610黃藍(lán)610～650橙綠藍(lán)650～760紅不同顏色的可見(jiàn)光波長(zhǎng)及其互補(bǔ)光藍(lán)綠第12頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)光的吸收與物質(zhì)的顏色有色物質(zhì)的不同顏色是由于吸收了不同波長(zhǎng)的光所致。物質(zhì)所顯示的顏色是吸收光的互補(bǔ)色。各種光的互補(bǔ)性KMnO4的顏色及吸收光譜第13頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）原子的吸收基態(tài)原子電子基態(tài)（E0)第一電子激發(fā)態(tài)（E1)第二電子激發(fā)態(tài)（E2)激發(fā)態(tài)原子電子基態(tài)（E0)第一電子激發(fā)態(tài)（E1)第二電子激發(fā)態(tài)（E2)原子吸收光譜（線光譜）吸收光五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)輻射能（hv=E激-E0)l

(nm)波長(zhǎng)光強(qiáng)度原子外層電子的躍遷：吸收紫外-可見(jiàn)光，產(chǎn)生原子吸收光譜法原子內(nèi)層電子的躍遷：吸收x射線，產(chǎn)生x射線吸收光譜法原子核的躍遷：吸收

射線，產(chǎn)生M?ssbauer譜產(chǎn)生光譜h=E原子的能級(jí)主要由電子能級(jí)構(gòu)成，電子能級(jí)間的能量差較大，但隨電子層數(shù)的增加而縮小第14頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）分子的吸收基態(tài)分子激發(fā)態(tài)分子分子吸收光譜（帶光譜）吸收光電子基態(tài)（E0)第一電子激發(fā)態(tài)（E1)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)振動(dòng)能級(jí)五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)輻射能h=E波長(zhǎng)/頻率光強(qiáng)度分子價(jià)電子的躍遷：吸收紫外-可見(jiàn)光，產(chǎn)生紫外-可見(jiàn)分光光度法分子轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)能級(jí)的躍遷：吸收紅外光，產(chǎn)生紅外光譜法電子能級(jí)間的躍遷振動(dòng)能級(jí)間的躍遷E分子=E電子+E振動(dòng)+E轉(zhuǎn)動(dòng)E電子>E振動(dòng)>E轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間的躍遷第15頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）磁場(chǎng)誘導(dǎo)吸收處于磁場(chǎng)中的物質(zhì)，因其電子和核受到磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生附加的量子化能級(jí)，這種能級(jí)差很小，當(dāng)入射輻射滿足能量要求時(shí)，也產(chǎn)生吸收現(xiàn)象五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)外磁場(chǎng)作用下，核自旋或未成對(duì)電子自旋能級(jí)的裂分磁場(chǎng)中自旋核的吸收：吸收微波吸收無(wú)線電波產(chǎn)生核磁共振譜磁場(chǎng)中未成對(duì)電子的吸收：產(chǎn)生電子自旋共振譜第16頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）不同微粒對(duì)輻射的吸收情況總結(jié)原子核的共振吸收——吸收射線——M?ssbauer譜原子內(nèi)層電子吸收——吸收x射線——x射線吸收光譜分子振動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng))吸收——吸收紅外光——紅外光譜（IR)價(jià)(外層)電子吸收—吸收紫外-可見(jiàn)光—磁場(chǎng)誘導(dǎo)吸收——吸收五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)原子吸收光譜紫外-可見(jiàn)分子吸收光譜無(wú)線電波——核磁共振譜（MNR）微波——電子自旋共振譜（ESR）第17頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、發(fā)射（輻射弛豫）處于激發(fā)態(tài)的粒子以光的形式釋放能量回到低能態(tài)的過(guò)程五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)能量激發(fā)以光的形式釋放能量發(fā)射基態(tài)（E0)激發(fā)態(tài)（E1)激發(fā)態(tài)（E2)基態(tài)（E0)激發(fā)態(tài)（E1)激發(fā)態(tài)（E2)基態(tài)（E0)激發(fā)態(tài)（E1)激發(fā)態(tài)（E2)光強(qiáng)度波長(zhǎng)波長(zhǎng)光強(qiáng)度發(fā)射光譜圖A能量A*

激發(fā)輻射光子發(fā)射A

停留時(shí)間約為10-8s第18頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月激發(fā)：用電子或其它粒子轟擊原子，原子內(nèi)層電子躍遷發(fā)射：產(chǎn)生x射線光譜：x射線熒光光譜（線光譜）激發(fā)：用紫外-可見(jiàn)光激發(fā)發(fā)射：產(chǎn)生紫外、可見(jiàn)、近紅外光區(qū)的發(fā)射光譜：原子熒光光譜（線光譜）激發(fā)：熱能(火焰、電弧及火花等)激發(fā)，原子外層電子躍遷發(fā)射：產(chǎn)生紫外、可見(jiàn)、紅外光區(qū)的發(fā)射光譜：原子發(fā)射光譜（線光譜）五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)（1）原子發(fā)射第19頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月激發(fā)：用紫外-可見(jiàn)光激發(fā)，分子價(jià)電子躍遷發(fā)射：產(chǎn)生紫外、可見(jiàn)、近紅外光譜的發(fā)射光譜：熒光或磷光光譜（帶光譜）激發(fā)：用化學(xué)反應(yīng)能激發(fā)，分子價(jià)電子躍遷發(fā)射：產(chǎn)生紫外、可見(jiàn)、紅外光區(qū)的發(fā)射光譜：化學(xué)發(fā)光光譜（帶光譜）五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)（2）分子發(fā)射第20頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)4、非輻射弛豫弛豫——激發(fā)態(tài)粒子回到低能態(tài)的過(guò)程非輻射弛豫——激發(fā)態(tài)粒子以非光的形式回到低能態(tài)的過(guò)程以光的形式釋放能量基態(tài)（E0)激發(fā)態(tài)（E1)激發(fā)態(tài)（E2)輻射弛豫（發(fā)射）以非光的形式釋放能量非輻射弛豫停留時(shí)間約為10-8s基態(tài)（E0)激發(fā)態(tài)（E1)激發(fā)態(tài)（E2)第21頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、散射（Scattering）入射光與粒子發(fā)生碰撞而改變傳播方向的現(xiàn)象（1）散射的分類按碰撞粒子大小的不同應(yīng)用:濁度分析法、比濁法丁達(dá)爾散射(Tyndall)：分子散射：性質(zhì)：散射＝入射；散射強(qiáng)度I∝1/2，可以肉眼觀察到。粒子直徑小于入射光波長(zhǎng)時(shí)所產(chǎn)生的散射。性質(zhì)：散射＝入射，散射強(qiáng)度I∝1/4，強(qiáng)度弱應(yīng)用:共振瑞利散射光譜法瑞利散射(Rayleigh)：拉曼散射(Raman)：性質(zhì)：散射≠入射，散射強(qiáng)度I∝1/4，強(qiáng)度弱應(yīng)用:拉曼（散射）光譜法定義：粒子直徑大于或近似于入射光波長(zhǎng)時(shí)所產(chǎn)生的散射。定義：光與粒子碰撞時(shí)沒(méi)有發(fā)生能量交換的分子散射定義：碰撞時(shí)存在能量交換的分子散射（屬于彈性碰撞）（屬于非彈性碰撞）五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)第22頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月6、折射（Refraction）和反射（Reflection）ii′r（入射光）（反射光）（折射光）入射角反射角折射角法線折射：光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種不同的介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象反射：入射光與物質(zhì)碰撞而按反射定律改變傳播方向的現(xiàn)象五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)第23頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月折射率(n)：光在真空中的傳播速度與其在介質(zhì)中的傳播速度的比絕對(duì)折射率:

任何介質(zhì)對(duì)于真空或空氣的折射率相對(duì)折射率(n2,1)：光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2時(shí)，其入射角i與折射角r的正弦比注意：折射率（n）與介質(zhì)有關(guān)，玻璃比石英的折射率大，因此，玻璃不能透過(guò)紫外光折射率（n）是波長(zhǎng)（）的函數(shù)，因?yàn)椴煌ㄩL(zhǎng)的光在同一介質(zhì)（非真空）中傳播時(shí)，具有不同的傳播速度（v）；越小，v越小，

n越大，即短波的折射率大于長(zhǎng)波的。n=c/v棱鏡復(fù)合光123波長(zhǎng)減小電磁輻射的基本性質(zhì)五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用——折射和反射聚焦鏡第24頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反射光強(qiáng)度（Ir)、入射光強(qiáng)度(I0)與折射率(n)之間的關(guān)系:電磁輻射的基本性質(zhì)五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用——折射和反射★入射光經(jīng)過(guò)反射后，強(qiáng)度下降★反射光的強(qiáng)度隨入射角的增大而增大第25頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7、干涉（Coherentinterference）當(dāng)頻率與振幅相同、周相相等或相差保持恒定的波源所發(fā)射的相干波相互疊加時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明暗相間的條紋，此現(xiàn)象成為波的干涉，明暗相間的條紋成為干涉條紋。產(chǎn)生明條紋的條件：＝2k(/2)（式中：為兩相干波相遇時(shí)走過(guò)的光程差；為光的波長(zhǎng)

k為包括0的整數(shù)）產(chǎn)生暗條紋的條件：＝(2k＋1)(/2)五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)第26頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月8、衍射（Diffraction）當(dāng)一束平行光通過(guò)窄的開(kāi)口如狹縫時(shí)發(fā)生彎曲的現(xiàn)象。平行光束單縫衍射雙縫衍射經(jīng)衍射產(chǎn)生明條紋的條件：asin=（2k+1）(/2)產(chǎn)生暗條紋的條件：衍射角滿足：

asin=2k(/2)衍射角滿足：狹縫寬度五電磁輻射與物質(zhì)的相互作用電磁輻射的基本性質(zhì)第27頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2-2光學(xué)分析法一、光學(xué)分析法的分類按光與物質(zhì)相互作用時(shí)，有無(wú)能量交換分非光譜分析法光譜分析法按測(cè)量參數(shù)不同分折射法旋光法（圓二色法）比濁法衍射法按躍遷能級(jí)的不同分x射線吸收光譜、x射線熒光光譜原子吸收、原子發(fā)射、原子熒光光譜法紫外-可見(jiàn)分光光度法熒光、磷光、化學(xué)發(fā)光光譜法紅外光譜法、拉曼光譜法M?ssbauer譜、核磁共振譜基于外層（價(jià)）電子躍遷的光譜基于原子內(nèi)層電子躍遷的光譜基于分子振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)躍能級(jí)躍遷的光譜基于核能級(jí)躍遷引起的光譜激光光譜第28頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月以電磁輻射為基礎(chǔ)的常用光譜方法能量高低典型光譜類型常用波長(zhǎng)范圍能級(jí)躍遷類型高能輻射-射線發(fā)射0.0051.4?核

x-射線發(fā)射、吸收、熒光和衍射0.1100?原子內(nèi)層電子中間部分真空紫外吸收10100nm原子外層電子紫外-可見(jiàn)吸收、發(fā)射和熒光180780nm分子價(jià)電子紅外吸收和拉曼散射0.78300m分子轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)長(zhǎng)波部分微波吸收區(qū)0.753.75mm分子轉(zhuǎn)動(dòng)電子自旋共振3cm磁場(chǎng)中電子自旋核磁共振0.610m磁場(chǎng)中核自旋光學(xué)光譜區(qū)微波區(qū)、射頻區(qū)電磁輻射的基本性質(zhì)第29頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、光譜的形狀光譜分析法由氣態(tài)自由基或小分子振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的光譜。分子光譜屬于帶光譜。1、線光譜(Linespectra):由強(qiáng)度不同的譜線（線寬約為10-5nm）和暗區(qū)相間而成的銳線光譜。由處于氣相的單個(gè)原子發(fā)生電子能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的銳線。原子光譜屬于線光譜2、帶狀光譜(Bandspectra)由一系列相隔很近的線光譜組成，因儀器不能分辨而形成的具有一定寬度（一般為幾個(gè)至幾十個(gè)nm)的光譜光強(qiáng)度波長(zhǎng)波長(zhǎng)光強(qiáng)度第30頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、光譜的形狀光譜分析法線光譜帶光譜3、線光譜與帶光譜的產(chǎn)生第31頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、光譜的形狀光譜分析法固體被加熱到熾熱狀態(tài)時(shí)，無(wú)數(shù)原子和分子的運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)所產(chǎn)生的熱輻射，也稱黑體輻射。通常產(chǎn)生背景干擾。溫度越高，輻射越強(qiáng)，而且短波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度增加得最快。另一方面，熾熱的固體所產(chǎn)生的連續(xù)輻射是紅外、可見(jiàn)及較長(zhǎng)波長(zhǎng)的重要輻射源（光源）。4、連續(xù)光譜(Continuumspectra)：在一定范圍內(nèi)。各種波長(zhǎng)的光都有，連續(xù)不斷，無(wú)明顯的譜線和譜帶的光譜。第32頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2-3光譜分析儀器一、光譜儀器的原理與基本結(jié)構(gòu)基本組成：光源，單色器，樣品引入系統(tǒng)，檢測(cè)器（光電轉(zhuǎn)換器、電子讀出、數(shù)據(jù)處理及記錄）。

光源系統(tǒng)試樣引入系統(tǒng)波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)處理器吸收光譜儀光源系統(tǒng)試樣引入系統(tǒng)波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)處理器熒光、磷光及散射光波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)光源+試樣引入系統(tǒng)波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)信號(hào)處理器發(fā)射及化學(xué)發(fā)光第33頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、對(duì)光源的要求強(qiáng)度大（分析靈敏度高）穩(wěn)定（分析重現(xiàn)性好）2、光源的分類及常用光源分類光源主要用于紫外-可見(jiàn)吸收光譜、紅外光譜、分子熒光、散射光譜等主要用于原子吸收光譜、原子熒光連續(xù)光源線光源脈沖光源（激光器）主要用于熒光、散射、紅外和吸收光譜發(fā)射光譜光源主要用于原子發(fā)射光譜中二、光源系統(tǒng)光譜分析儀器第34頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月連續(xù)光源紫外光源H2燈和D2燈160-375nm可見(jiàn)光源W燈320-2500nmXe燈160-900nm紅外光源Nernst燈6000-400cm-1之間有較大強(qiáng)度硅碳棒線光源金屬蒸汽燈Hg燈254-734nmNa燈589.0nm、589.6nm空心陰極燈各種元素?zé)艏す夤庠淳€光源固體激光器(紅寶石激光器)6934?氣體激光器(氬離子激光器)

4880、4965及5145?連續(xù)光源染料激光器半導(dǎo)體激光器發(fā)射光譜光源直流電弧、交流電弧、電火花各種等離子體光源電能二、光源系統(tǒng)光譜分析儀器3、常見(jiàn)光源第35頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月得到的單色光具有一定的強(qiáng)度和盡量窄的波長(zhǎng)范圍1.單色器或波長(zhǎng)選擇器（monochromator,wavelengthselector）將由不同波長(zhǎng)的“復(fù)合光”分開(kāi)為一系列“單一”波長(zhǎng)的“單色光”的器件。2.對(duì)單色器的要求一般而言：?jiǎn)紊庥行捲叫?，分析的靈敏度越高、選擇性越好、分析物濃度與光學(xué)響應(yīng)信號(hào)的線性相關(guān)性也越好。包括：入射狹縫、準(zhǔn)直裝置、色散裝置、聚焦透鏡或凹面反射鏡、出口狹縫3.單色器的結(jié)構(gòu)三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）光譜分析儀器第36頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月棱鏡單色儀入射狹縫準(zhǔn)直鏡物鏡棱鏡焦面出射狹縫f入射狹縫準(zhǔn)直鏡光柵凹面反射鏡出射狹縫f光柵單色儀三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）光譜分析儀器3.單色器的結(jié)構(gòu)第37頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月濾光片棱鏡光柵邁克孫干涉儀三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）光譜分析儀器4.常用單色元件第38頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光譜分析儀器（1）濾光片吸收濾光片干涉濾光片有色玻璃或染料薄膜發(fā)生干涉現(xiàn)象，產(chǎn)生分光結(jié)構(gòu)與原理復(fù)合光綠光復(fù)合光三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——常用單色元件能復(fù)合成白光的兩種顏色的光叫互補(bǔ)色光物質(zhì)所顯示的顏色是吸收光的互補(bǔ)色CaF2或MgF2介電膜半透明銀膜光的互補(bǔ)性與物質(zhì)的顏色藍(lán)黃紫黃綠紫紅紅橙綠藍(lán)綠青各種光的互補(bǔ)性紫紅色光第39頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Cornu棱鏡bLittrow棱鏡利用光的折射原理分光（2）棱鏡入射光與折射光的夾角光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——常用單色元件棱鏡分光的特點(diǎn)②棱鏡色散的光譜為“非勻排光譜”。長(zhǎng)波區(qū)密，短波區(qū)稀，因此不適合長(zhǎng)波（遠(yuǎn)紅外）和短波（遠(yuǎn)紫外）區(qū)的分光④棱鏡分辨率低，體積大③玻璃棱鏡不能用于紫外區(qū)；石英棱鏡不能用于紅外區(qū)；紅外區(qū)一般用鹵化物晶體制備）①對(duì)不同波長(zhǎng)的光分辨率不同，對(duì)短波的光的色散能力大于對(duì)長(zhǎng)波的光的色散i反射鏡第40頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月以特殊的工具（如鉆石），在硬質(zhì)、磨光的光學(xué)平面上刻出大量緊密而平行的刻槽。以此為母板，可用液態(tài)樹(shù)脂在其上復(fù)制出光柵。（3）光柵通常的刻線數(shù)為300-2000刻槽/mm。最常用的是1200-1400刻槽/mm（紫外可見(jiàn)）及100-200刻槽/mm（紅外）。光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——常用單色元件光柵的制作第41頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光柵公式光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——常用單色元件n=d（sin

sin）當(dāng)入射光與衍射光在法線同側(cè)時(shí)，取“+”；反之，取“-”P0（0級(jí)）P1P1P2P2n相對(duì)強(qiáng)度光柵光譜光柵公式（產(chǎn)生明條紋的條件）光柵光譜級(jí)數(shù)dP0P1光柵入射角光柵常數(shù)入射光衍射角

-2-1012無(wú)分光能力短波長(zhǎng)波第42頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光柵的分類——以光的衍射方式為標(biāo)準(zhǔn)——得到的譜線最強(qiáng)的是沒(méi)有分光的零級(jí)譜線（約占80%）透射光柵反射光柵不常用凹面光柵平面光柵閃耀光柵中階光柵全息光柵——與透射光柵比，零級(jí)未色散譜線不再是最強(qiáng)譜線，光柵閃耀角?。ㄒ话銥?0o22’）——刻槽密度小，刻痕深，閃耀角（可達(dá)63o26’）大于普遍閃耀光柵，分辨率更高(又稱紅外光柵）——激光刻紋光柵在球面反射鏡上刻痕光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——常用單色元件第43頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P0n相對(duì)強(qiáng)度P1id光柵平面法線光柵槽面法線入射光衍射光和分別為光束相對(duì)于光柵平面的入射角和衍射角；和分別為光束相對(duì)于光柵槽面的入射角和衍射角；i為光柵的閃耀角當(dāng)=-時(shí)，；即光譜最大值不再在零級(jí)光譜上閃耀光柵（定向光柵）的基本原理光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——常用單色元件第44頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ii光柵槽面法線i入射光衍射光（b）若以垂直于光柵平面的光入射光柵，則=i，此時(shí)，在=i

的方向有最大強(qiáng)度的衍射光，此時(shí)的衍射光波長(zhǎng)稱為閃耀波長(zhǎng)（b）閃耀波長(zhǎng)的大小為：光柵的閃耀角i越小，閃耀波長(zhǎng)b越短閃耀光柵（定向光柵）的基本原理光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——常用單色元件第45頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月角色散率d/d：線色散率D（dl/d）:可見(jiàn)，色散率近似與衍射角無(wú)關(guān)，或者說(shuō)，在同一級(jí)光譜上，各譜線是均勻排列的！可通過(guò)增加F值和減小d值來(lái)提高色散率。譜線級(jí)數(shù)（一般取n=1）光柵常數(shù)衍射角物鏡的焦距倒線色散率D-1:(<20o)光柵的性能指標(biāo)光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——常用單色元件第46頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光柵的性能指標(biāo)光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——常用單色元件分辨率R：光柵寬度光柵總刻線數(shù)（條）可見(jiàn)，光柵的分辨率可以通過(guò)增加n及N達(dá)到。第47頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光柵光譜特點(diǎn)：①當(dāng)入射光為復(fù)合光時(shí)，n=0的譜線即零級(jí)光譜是未經(jīng)色散的白光②零級(jí)光譜有最大的光強(qiáng)，n越大，光強(qiáng)越弱；③當(dāng)n、和d相同時(shí)，入射光波長(zhǎng)不同，產(chǎn)生光譜位置不同。波長(zhǎng)小，則衍射角小，譜線靠近0級(jí)；波長(zhǎng)大，衍射角大，譜線距0級(jí)較遠(yuǎn)；光柵光譜是由短波到長(zhǎng)波排列的光譜④不同級(jí)數(shù)的光譜間可能重疊⑤光柵光譜的排列在不同位置都是均勻的光柵是利用光的衍射和干涉進(jìn)行分光的光柵光譜一般使用一級(jí)光譜光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——常用單色元件第48頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月W=D-1S5、狹縫（Slit）（3）狹縫寬度（S）與單色器通帶（W）的關(guān)系（2）單色器通帶（W）通過(guò)單色儀出口狹縫的波長(zhǎng)范圍當(dāng)單色儀的色散率固定時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)狹縫寬度，改變單色儀波長(zhǎng)范圍，改變單色儀分辨率。光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）（1）狹縫結(jié)構(gòu)第49頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）狹縫的選擇原則

定性分析：選擇較窄的狹縫寬度

——提高分辨率，減少其它譜線的干擾，提高選擇性；

定量分析：選擇較寬的狹縫寬度

——增加照亮狹縫的亮度，提高分析的靈敏度；

應(yīng)根據(jù)樣品性質(zhì)和分析要求確定狹縫寬度。并通過(guò)條件優(yōu)化確定最佳狹縫寬度。與發(fā)射光譜分析相比，原子吸收光譜因譜線數(shù)少，可采用較寬的狹縫。但當(dāng)背景大時(shí)，可適當(dāng)減小縫寬。光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——狹縫第50頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）狹縫的選擇原則光譜分析儀器三、波長(zhǎng)選擇系統(tǒng)（單色器）——狹縫例：WDF-Y2原子吸收分光光度計(jì)的光學(xué)參數(shù)如下：倒線色散率：20?/mm，狹縫寬度：0.05,0.1,0.2,2mm四檔可調(diào)。試問(wèn)

(1)欲將K404.4nm和K404.7nm兩線分開(kāi)，所用狹縫寬度應(yīng)是多少？(2)Mn279.48nm和Mn279.83nm雙線中，前者是靈敏線，若用0.1mm和0.2mm的狹縫寬度分別測(cè)定Mn279.48nm線，所得靈敏度是否相同？為什么？第51頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原子發(fā)射發(fā)射光譜不需要單獨(dú)的試樣池試樣池材料必須能透過(guò)所研究的光譜范圍內(nèi)的光常用樣品池材料及其應(yīng)用材料適用波長(zhǎng)范圍石英紫外光區(qū)-可見(jiàn)光區(qū)-3m玻璃可見(jiàn)-紅外光區(qū)（350-2000nm）透明塑料可見(jiàn)-紅外光區(qū)（350-2000nm）鹽窗（鹵化物如NaCl,NaBr晶體）紅外光區(qū)光譜分析儀器四、試樣引入系統(tǒng)1、試樣引入方式不同光譜法有不同的試樣引入方式2、試樣容器第52頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、理想的檢測(cè)應(yīng)具備的條件高靈敏度、高信噪比、響應(yīng)時(shí)間快、在所研究的波段范圍內(nèi)響應(yīng)穩(wěn)定，對(duì)光輻射強(qiáng)度產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度與光輻射強(qiáng)度成正比，空白信號(hào)為零2、常用檢測(cè)器（1）光子檢測(cè)器（光電檢測(cè)器）（2）熱檢測(cè)器主要用于紫外、可見(jiàn)及近紅外輻射的檢測(cè)；即可以用于光學(xué)原子光譜、紫外-可見(jiàn)分子吸收光譜、分子熒光光譜等主要用于紅外輻射的檢測(cè)；即主要用于紅外及拉曼光譜的檢測(cè)光譜分析儀器五、檢測(cè)系統(tǒng)第53頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、光子檢測(cè)器光電轉(zhuǎn)換器是將光輻射轉(zhuǎn)化為可以測(cè)量的電信號(hào)的器件。常用光子檢測(cè)器光（伏打）電池（真空）光電管光導(dǎo)電檢測(cè)器（半導(dǎo)體檢測(cè)器）光電倍增管硅二極管多道光子檢測(cè)器光譜分析儀器五、檢測(cè)系統(tǒng)第54頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)光（伏打）電池+-SeFe(Cu)h玻璃Ag(Au)透明膜-收集極塑料--①光電流直接正比于輻射能優(yōu)點(diǎn)②使用方便、便于攜帶（耐用、成本低）③長(zhǎng)時(shí)間使用后，有“疲勞”（fatigue）現(xiàn)象。缺點(diǎn)①電阻小，電流不易放大；響應(yīng)較慢。②只在高強(qiáng)度輻射區(qū)較靈敏；硒光電池結(jié)構(gòu)圖光譜分析儀器五、檢測(cè)系統(tǒng)——光子檢測(cè)器第55頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)（真空）光電管90VDC直流放大陰極R-+光束e陽(yáng)極絲（Ni）抽真空缺點(diǎn)：有微小暗電流（Darkcurrent，40K的放射線激發(fā)）。陰極表面可涂漬不同光敏物質(zhì)：高靈敏(K,Cs,Sb其中二者)、紅光敏(Na/K/Cs/Sb,Ag/O/Cs)、紫外光敏、平坦響應(yīng)(Ga/As，響應(yīng)受波長(zhǎng)影響小)。產(chǎn)生的光電流約為硒光電池的1/10。優(yōu)點(diǎn)：阻抗大，電流易放大；響應(yīng)快；靈敏度較高；應(yīng)用廣。光譜分析儀器五、檢測(cè)系統(tǒng)——光子檢測(cè)器第56頁(yè)，課件共66頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)光電倍增管（photomultipliertube,PMT）D1D2D3入射光R1R2R3R4RD1D3陰級(jí)陽(yáng)極次級(jí)電子發(fā)射極優(yōu)點(diǎn)：高靈敏度；響應(yīng)快；適于弱光測(cè)定，甚至對(duì)單一光子均可響應(yīng)。缺點(diǎn)：熱發(fā)射強(qiáng)，因此暗電流大，需冷卻（-30oC)。不得置于強(qiáng)光(如日光)下，否