1、第一節(jié) 光分析法概述,一、光分析法及其基本特征,二、電磁輻射性質(zhì)與電磁波譜,三、光分析法分類,第一節(jié) 光分析法概述,一、光分析法及其基本特征,光分析法：基于能量與待測(cè)物質(zhì)相互作用后，由所產(chǎn)生的電磁輻射信號(hào)或待測(cè)物質(zhì)與電磁輻射相互作用后所產(chǎn)生的電磁輻射信號(hào)的變化確定物質(zhì)組成或結(jié)構(gòu)的分析方法。,（一）、光分析法,光源、 輻射源等,吸收、發(fā)射、 折射、散射、 反射、干涉、 衍射等,第一節(jié) 光分析法概述,1、能源（光源、輻射源等）提供能量； 2、能量與被測(cè)物之間的相互作用； 3、產(chǎn)生電磁輻射信號(hào)或電磁輻射信號(hào)變化。,三個(gè)基本過程（三要素）：,第一節(jié) 光分析法概述,1、所有光分析法均包含三個(gè)基本過程；

2、2、選擇性測(cè)量，不涉及混合物分離； 3、涉及大量光學(xué)元器件； 4、靈敏度高、選擇性好、用途廣。,（二）、光分析法基本特征,第一節(jié) 光分析法概述,二、電磁輻射性質(zhì)與電磁波譜,電磁輻射（電磁波）是以接近光速（真空中為光速c）傳播的能量。,注意：是一種能量形式！,包括無線電波、微波、紅外光、可見光、紫外光以及x-射線和-射線等。,（一）、電磁輻射,第一節(jié) 光分析法概述,電磁輻射具有波粒二象性：波動(dòng)性和粒子性,波動(dòng)性：,c ：光速； ：波長(zhǎng)； ：頻率； ：波數(shù) ； E ：能量； h：普朗克常數(shù)。,粒子性：,第一節(jié) 光分析法概述,（二）、電磁波譜,高能輻射部分,波長(zhǎng)增加，能量降低,射線 X射線,微波、

3、無線電波、 射頻,長(zhǎng)波部分,第一節(jié) 光分析法概述,躍遷類型與電磁波譜區(qū)域相對(duì)應(yīng)。,第一節(jié) 光分析法概述,使分子或原子中的價(jià)電子激發(fā)躍遷所需的能量為120eV，計(jì)算相應(yīng)的電磁波的波長(zhǎng)。,紫外-可見光區(qū)(200400nm)的光子能量時(shí)，足以引起價(jià)電子的激發(fā)躍遷。,第一節(jié) 光分析法概述,三、光分析法分類,依據(jù)作用方式不同：非光譜法與光譜法,非光譜法：基于輻射與物質(zhì)相互作用時(shí)，測(cè)量輻射的某些性質(zhì)，如折射、散射、干涉、衍射和偏振等變化的分析方法。,不涉及能級(jí)躍遷，電磁輻射只改變傳播方向等某些物理性質(zhì)。,第一節(jié) 光分析法概述,光譜法：基于物質(zhì)與輻射能作用時(shí)，分子發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射的波長(zhǎng)或

4、強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法。,依據(jù)作用對(duì)象：原子光譜與分子光譜。,第二節(jié) 原子光譜與分子光譜,原子核外電子在原子內(nèi)能級(jí)之間躍遷所產(chǎn)生的線狀光譜,原子光譜,分子光譜,分子中電子能級(jí)、振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化產(chǎn)生的帶狀光譜,第二節(jié) 原子光譜與分子光譜,原子光譜,原子發(fā)射光譜（AES）,原子吸收光譜（AAS）,原子熒光光譜（AFS）,X射線熒光光譜（XFS）,穆斯堡譜,基于原子外 層電子躍遷,基于原子內(nèi) 層電子躍遷,基于原子核,第二節(jié) 原子光譜與分子光譜,分子光譜,紫外-可見吸收光譜法 （UV-Vis）,熒光光譜法（MFS）,磷光光譜法（PFS）,紅外吸收光譜法（IR）,基于分子外 層電子躍遷,基于分子內(nèi) 部振

5、動(dòng)能級(jí)和 轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷,第二節(jié) 原子光譜與分子光譜,一、原子光譜,原子的能級(jí)通常用光譜項(xiàng)符號(hào)表示：nMLJ n：主量子數(shù)；M：譜線多重度； L：總角量子數(shù)； J ：內(nèi)量子數(shù),可用兩個(gè)光譜項(xiàng)符號(hào)表示能級(jí)間躍遷或躍遷譜線。,選擇定則,第二節(jié) 原子光譜與分子光譜,二、分子光譜,（一）、分子的能量構(gòu)成,E=Ee + Ev + Er + En + Et + Ei,原子的核能： En 分子的平移能：Et 電子運(yùn)動(dòng)能： Ee 原子間相對(duì)振動(dòng)能： Ev 分子轉(zhuǎn)動(dòng)能： Er 基團(tuán)間的內(nèi)旋能： Ei,不變,較小,(1),第二節(jié) 原子光譜與分子光譜,E = Ee + Ev + Er,(2),hv = E2 - E1

6、 =E v = Ee / h + Ev / h + Er / h,分子產(chǎn)生躍遷所吸收能量的輻射頻率：,(3),第二節(jié) 原子光譜與分子光譜,分子外層電子躍遷的能級(jí)差約為 1-20 ev,分子的振動(dòng)躍遷的能級(jí)差約為 0.05-1ev,分子的轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷的能級(jí) 差約為 0.05-10-4ev,第三節(jié) 光分析儀器及光學(xué)器件,一、光分析儀器的基本流程,二、光分析儀器的基本單元與器件,第三節(jié) 光分析儀器及光學(xué)器件,一、光分析儀器的基本流程,光譜儀器通常包括五個(gè)基本單元： 1、光源； 2、單色器； 3、試樣室； 4、檢測(cè)器； 5、顯示與數(shù)據(jù)處理。,第三節(jié) 光分析儀器及光學(xué)器件,光分析儀器的基本流程,光源,試樣,

7、單色器,檢測(cè)器,顯示與記錄,(a) 連續(xù)波長(zhǎng)光輻射,光源,試樣,單色器,檢測(cè)器,顯示與記錄,(b) 單色光輻射,第三節(jié) 光分析儀器及光學(xué)器件,二、光分析儀器的基本單元與器件,（一）、光源,依據(jù)分析方法不同，采用不同的光源。,在較大范圍提供連續(xù)波長(zhǎng)的光源,鎢絲燈、氫燈、氘燈、能斯特?zé)舻取?光源,連續(xù)光源,提供特定波長(zhǎng)的光源,線光源,激光、空心陰極燈。,第三節(jié) 光分析儀器及光學(xué)器件,第三節(jié) 光分析儀器及光學(xué)器件,（二）、單色器,單色器主要部件： 1、入射狹縫； 2、準(zhǔn)直裝置(透鏡或反射鏡)； 3、色散元件(棱鏡、光柵)； 4、出射狹縫。,作用：是將復(fù)合光色散成光譜帶，提供光譜帶或單色光。,第三節(jié) 光分析儀器及光學(xué)器件,第三節(jié) 光分析儀器及光學(xué)器件,不同波長(zhǎng)光具有不同的折射率,非均排光譜，目前很少使用。,色散元件,棱鏡,單狹縫衍射與多狹縫干涉,光柵,均排光譜,反射光柵,透射光柵,凹面反射光柵,平面反射光柵 （閃耀光柵）,第三節(jié) 光分析儀器及光學(xué)器件,（三）、狹縫,可分辨的最小波長(zhǎng)可用有效帶寬S表示： S = DW D：為線色散率的倒數(shù)；W：為狹縫寬度。,狹縫寬度可控制光強(qiáng)，也和單色器的分辨能力有關(guān)。,狹縫示意