現(xiàn)代光譜分析-1

1、華東理工大學(xué)分析測試中心現(xiàn)代光譜分析上課教師：吳婷上課教師：吳婷課程安排v第一章 現(xiàn)代光譜分析概論v第二章 原子發(fā)射光譜分析(AES）v第三章 原子吸收光譜分析 (AAS)v第四章 原子熒光光譜分析 (AFS)v第五章 分子吸收光譜（UV+IR）v第六章 分子熒光光譜分析(MFS）v第七章 拉曼光譜分析(Raman spectra)華東理工大學(xué)分析測試中心現(xiàn)代光譜分析概論第一章第一章光譜 就是按照波長順序排列的電磁輻射,或者說是一種復(fù)合光按波長順序展開而呈現(xiàn)的光學(xué)現(xiàn)象。光譜一般是指可見光范圍內(nèi)的，波長為300800nm的電磁波譜。電磁波譜 (electromagnetic spectrum)

2、電磁輻射能量的變化，產(chǎn)生電磁波，按電磁波長順序排列，稱為電磁波譜。光學(xué)光譜光學(xué)光譜光譜分析光譜分析 各種結(jié)構(gòu)的物質(zhì)都具有自己的特征光譜，光譜分析法就是利用特征光譜 鑒別物質(zhì)或測定化學(xué)成分和相對含量的方法。定性定性定量定量不同波長不同波長- -定性分析定性分析E = E = E = hE = h不同強度不同強度- -定量分析定量分析2004006008001000 1200 1400 1600 1800 200000.511.522.53Wavelength (nm)Absorbancev 根據(jù)電磁輻射的本質(zhì)，光譜分析又可分為分子光譜和原子光譜。v 根據(jù)能量傳遞形式：發(fā)射光譜分析發(fā)射光譜分析吸收

3、光譜分析吸收光譜分析熒光光譜分析熒光光譜分析散射（拉曼）光譜分析散射（拉曼）光譜分析 可分為原子發(fā)射光譜，原子吸收光譜和原子熒光光譜三種，均為線狀譜。 是基于原子外層電子的躍遷，波長涉及真空紫外，紫外，可見和近紅外光區(qū)。問：為什么原子光譜均為線狀譜？答：由于原子中的電子能態(tài)的量子性，原子的各個能級是不連續(xù)的，電子的躍遷也是不連續(xù)的，在頻譜上就體現(xiàn)為線狀?；鶓B(tài)激發(fā)態(tài)，外界光能量E恰好等于該基態(tài)原子中基態(tài)和某一較高能級之間的能級差E，該原子將吸收這一特征波長的光，產(chǎn)生原子吸收光譜激發(fā)態(tài)基態(tài)，電子躍遷到較高能級以后處于激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)電子返回基態(tài)或其它較低能級，并將電子躍遷時所吸收的能量以光的形式釋放

4、出去，產(chǎn)生原子發(fā)射光譜M (基態(tài)基態(tài)) + h M* (激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài))M* (激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)) M (基態(tài)基態(tài)) + h v 熒光光譜：某些物質(zhì)的分子或原子在輻射能的作用下躍遷至激發(fā)態(tài)，大多數(shù)分子或原子與其它粒子碰撞，把激發(fā)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)掉；其余的分子或原子以光的形式發(fā)射出這部分能量而回到基態(tài)，由此產(chǎn)生的光譜稱為熒光光譜。v 熒光光譜實質(zhì)是一種發(fā)射光譜。 由原子產(chǎn)生的熒光光譜稱為原子熒光光譜；由分子產(chǎn)生的熒光光譜稱為分子熒光光譜。原子發(fā)射、吸收與熒光測量示意圖原子發(fā)射、吸收與熒光測量示意圖分子光譜 分子從一種能態(tài)改變到另一種能態(tài)時的吸收或發(fā)射光譜（可包括從紫外到遠紅外直至微波譜）。一般為帶狀譜

5、。分子光譜非常豐富，可分為純轉(zhuǎn)動光譜、振動 - 轉(zhuǎn)動光譜帶和電子光譜帶。v分子轉(zhuǎn)動 分子繞軸的轉(zhuǎn)動v分子振動 分子中原子在平衡位置的振動v電子運動 分子內(nèi)電子的躍遷分子光譜分子光譜分子吸收光譜分子吸收光譜分子發(fā)射光譜分子發(fā)射光譜拉曼光譜拉曼光譜（分子散射）（分子散射）電子光譜電子光譜振動光譜振動光譜轉(zhuǎn)動光譜轉(zhuǎn)動光譜Uv-visUv-visIRIR分子熒光分子熒光分子磷光分子磷光化學(xué)發(fā)光光譜化學(xué)發(fā)光光譜紫外可見吸收光譜紫外可見吸收光譜v 由于價電子的躍遷而產(chǎn)生。v 利用物質(zhì)的分子或離子對紫外和可見光的吸收所產(chǎn)生的紫外可見吸收光譜及吸收程度可以對物質(zhì)的組成、含量和結(jié)構(gòu)進行分析、測定、推斷。紅外吸收

6、光譜紅外吸收光譜v 是由分子不停地作振動和轉(zhuǎn)動運動而產(chǎn)生的v 利用紅外光譜對物質(zhì)分子進行的分析和鑒定。每種分子都有由其組成和結(jié)構(gòu)決定的獨有的紅外吸收光譜，據(jù)此可以對分子進行結(jié)構(gòu)分析和鑒定分子吸收光譜分子吸收光譜v 分子熒光光譜分析是利用某些物質(zhì)分子受光照射時所發(fā)生的熒光的特性和強度，進行物質(zhì)的定性分析或定量分析的方法。v 突出優(yōu)點是靈敏度高，測定下限比一般分光光度法低二到四數(shù)量級。但應(yīng)用不如分光光度法廣泛。v 當(dāng)光照射物質(zhì)發(fā)生散射時，除有頻率不變的瑞利散射，還有一種頻率發(fā)生改變的拉曼散射。v 拉曼光譜是一種散射光譜。拉曼光譜分析法是基于印度科學(xué)家C.V.拉曼（Raman）所發(fā)現(xiàn)的拉曼散射效應(yīng)，

7、對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的一種分析方法。Thermo Fisher ARL 3460/4460直讀光譜直讀光譜儀儀 美國美國Thermo ElementalIRIS 100 全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀 ZEEnit700火焰和石墨爐原子吸收光譜儀PE公司公司AAnalytst 800英國Renishaw：inVia+Reflex 光譜儀器獲得了前一百年未曾有過的突破性發(fā)展。 對光譜分析儀器有了更高、更新的要求 （更高分辨率、更高靈敏度、更快分析速度、更少試樣量、更小儀器體積、更牢固無故障結(jié)構(gòu)、遙感遙測） 現(xiàn)

8、代科技的新發(fā)展成果為新穎光譜儀器事業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供了理論和物質(zhì)基礎(chǔ)（如新探測原理、新數(shù)學(xué)手段、新計算機軟硬件、新器件、新工藝） 光譜技術(shù)和光譜儀器持續(xù)向高科技知識密集化方向發(fā)展： 數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化光譜分析檢測技術(shù)和光譜儀器，目前已成為光譜技術(shù)和光譜儀器持續(xù)發(fā)展的主要方向，如“化學(xué)成像”，多維信息化光譜儀器等。傳統(tǒng)“光-機-電一體化”光譜儀器已經(jīng)退居二線。 全方位發(fā)展 大型精密研究級光譜儀器與現(xiàn)場、在線測控實用級光譜儀器或系統(tǒng)并重。 光譜儀器小型化成為目前和今后的發(fā)展潮流：便攜式紫外可見分光光度計。 專用化、家用和個人用光譜儀器的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用熱潮會急劇提升：血糖檢測儀、尿液分析儀，飲用

9、水質(zhì)分析儀、危險氣體監(jiān)測儀、藥效監(jiān)測儀。 光譜儀器的應(yīng)用面繼續(xù)拓寬 發(fā)展了種種直接與人相關(guān)的光譜儀器，例如EG&G公司推出的Spex SkinSkan光纖熒光光譜儀。v便攜式儀器要求具有更高的分辨率、高信噪比、更好的強度準(zhǔn)確性和波長準(zhǔn)確性，更小的外界干擾影響，更優(yōu)良的儀器穩(wěn)定性，在儀器的軟件上，要求能夠進行導(dǎo)數(shù)、去卷積等計算，能夠計算光譜間相似度，能夠進行模式識別分析，能夠進行多元校正分析，支持用戶自建譜庫并進行檢索。在下列儀器均有體現(xiàn)： u便攜近紅外光譜儀u便攜式中紅外光譜儀u便攜式拉曼分析儀u便攜式 X 熒光光譜儀 便攜式光譜儀器的技術(shù)進展 便攜式近紅外光譜儀v近紅外光穿透能力強，

10、可以測量液體和固體樣品，可測光程較長, 光譜測量精度容易控制, 適合于定量分析。因此，便攜式近紅外光譜儀在現(xiàn)場質(zhì)量檢測領(lǐng)域中的應(yīng)用最多。v最早商品化的便攜近紅外分析儀產(chǎn)品來自Zeltex，包括汽油辛烷值測量、柴油十六烷值測量、谷物測量、絞肉分析、食品分析等。手持式設(shè)計緊湊，集測量、模型、電池、觸鍵、結(jié)果顯示和打印等功能于一身，使用非常方便。便攜近紅外光譜儀Brimrose公司公司Luminar 5030 手持近紅外分析儀手持近紅外分析儀AXSUN公司的便攜近紅外分析儀可以用于地毯分類公司的便攜近紅外分析儀可以用于地毯分類便攜式中紅外光譜儀vAhura Scientific公司開發(fā)的便攜式傅立葉

11、變換紅外光譜儀使用ATR 金剛石探頭,光譜范圍4000-650cm-1,分辨率4cm-1,尺寸19.8cm11.2cm5.3cm，總重1.3公斤，充電一次可用2.5小時。內(nèi)置8000多張標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫和軟件，主要用于反恐、法醫(yī)、化學(xué)武器和危險品鑒別。Bruker Mobile-IRAFC Environics ID 100Ahura ScientificTruDefender便攜式拉曼光譜儀vPerkinElmer Raman IdentiCheck高性能中階梯光柵光譜儀，4cm-1分辨率，1秒鐘之內(nèi)獲得全波段光譜（3500-230cm-1）5米長光纜上安裝nose-piece觸發(fā)式探頭，確保樣品位于最佳聚焦點，避免不必要的熒光或自然光的進入可通