光譜分析法概論最新版本

1、LOGO 12/30/2021.1第九章第九章 光譜分析法概論光譜分析法概論2主要內(nèi)容主要內(nèi)容電磁輻射及其與物質(zhì)的相互作用電磁輻射及其與物質(zhì)的相互作用1光學分析法分類光學分析法分類2光譜分析儀器光譜分析儀器3光譜分析法的發(fā)展概況光譜分析法的發(fā)展概況43光學分析法光學分析法(optical analysis)基于物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射基于物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射( (electromagnetic radiation) )或物質(zhì)與輻射或物質(zhì)與輻射相互作用產(chǎn)生的輻射信號或發(fā)生的信號變相互作用產(chǎn)生的輻射信號或發(fā)生的信號變化來測定物質(zhì)的性質(zhì)、含量和結構的儀器化來測定物質(zhì)的性質(zhì)、含量和結構的儀器分析方法。分析方法

2、。4電磁輻射電磁輻射電磁輻射電磁輻射是一種以是一種以電磁波電磁波的形式在空間高速傳播的的形式在空間高速傳播的粒子粒子流流，具有波動性和微粒性。具有波動性和微粒性。5磁場磁場電場電場傳播方向傳播方向電磁輻射的波動性電磁輻射的波動性電磁輻射為正弦電磁輻射為正弦波。與其它波，如聲波。與其它波，如聲波不同，電磁波不需波不同，電磁波不需傳播介質(zhì)，可在真空傳播介質(zhì)，可在真空中傳輸。中傳輸。 cc/1/6電磁輻射的微粒性電磁輻射的微粒性電磁輻射是由一顆顆不連續(xù)的光子構成的粒子流。當物質(zhì)吸收或發(fā)射一定波長的電磁波時，是以吸收或發(fā)射一顆顆量子化的光子形式進行的。每個光子的能量為：hchchE/7電磁波譜(ele

3、ctromagnetic spectrum)分區(qū)表輻射區(qū)段輻射區(qū)段波長范圍波長范圍輻射區(qū)段輻射區(qū)段波長范圍波長范圍 射線射線10-410-2nm 射線射線遠紫外輻射遠紫外輻射紫外輻射紫外輻射可見光可見光10-210nm10200nm200400nm400760nm近紅外輻射近紅外輻射中紅外輻射中紅外輻射遠紅外輻射遠紅外輻射微波微波無線電波無線電波0.762.5 m2.550 m50300 m0.3mm1m11000m8電磁輻射照射物質(zhì)時，電磁輻射照射物質(zhì)時，其傳播方向、速度等物其傳播方向、速度等物理性質(zhì)發(fā)生改變。理性質(zhì)發(fā)生改變。電磁輻射照射物質(zhì)時，電磁輻射照射物質(zhì)時，發(fā)生能量轉移，使物質(zhì)發(fā)生能

4、量轉移，使物質(zhì)內(nèi)部有相應的能級躍遷內(nèi)部有相應的能級躍遷折射法、干涉法折射法、干涉法旋光法、圓二色光譜法旋光法、圓二色光譜法散射濁度法散射濁度法X射線衍射法射線衍射法吸收吸收(absoption)光譜法光譜法發(fā)射發(fā)射(emission)光譜法光譜法散射散射(scattering)光譜法光譜法非光譜法非光譜法光譜法光譜法 (spectroscopic analysis)9常用光譜分析法常用光譜分析法光譜類型光譜類型 波長范圍波長范圍 波數(shù)范圍波數(shù)范圍 量子躍遷類量子躍遷類型型 -射線發(fā)射光譜射線發(fā)射光譜 0.005-1.4A - 核核 X-吸收、發(fā)射、熒吸收、發(fā)射、熒光、衍射光譜光、衍射光譜 0.

5、1-100A - 內(nèi)層電子內(nèi)層電子 真空紫外吸收光譜真空紫外吸收光譜 10-180 nm 1 106-5 104 外層鍵合電外層鍵合電子子 UV-Vis 吸收、發(fā)射吸收、發(fā)射及熒光光譜及熒光光譜 180-780 nm 5 104-1.3 104 外層鍵合電外層鍵合電子子 紅外吸收紅外吸收 拉曼散射光譜拉曼散射光譜 0.78-300 m 1.3 104-33 分子振動分子振動-轉轉動動 微波吸收微波吸收 0.75-3.75 mm 13-27 分子轉動分子轉動 電子自旋共振光譜電子自旋共振光譜 3 cm 0.33 磁場中磁場中電子電子自旋自旋 核磁共振核磁共振 0.6-10 m 1.7 10-2-

6、1 103 磁場中磁場中核自核自旋旋 10光譜分析法分類光譜分析法分類光譜分析法光譜分析法吸收光譜法吸收光譜法發(fā)射光譜法發(fā)射光譜法原子光譜法原子光譜法分子光譜法分子光譜法原原子子發(fā)發(fā)射射原原子子吸吸收收原原子子熒熒光光X X射射線線熒熒光光原原子子吸吸收收紫紫外外可可見見紅紅外外核核磁磁共共振振紫紫外外可可見見紅紅外外分分子子熒熒光光分分子子磷磷光光核核磁磁共共振振化化學學發(fā)發(fā)光光原原子子發(fā)發(fā)射射原原子子熒熒光光分分子子熒熒光光分分子子磷磷光光X X射射線線熒熒光光化化學學發(fā)發(fā)光光11原子吸收光譜法原子吸收光譜法被作用物被作用物：原子蒸汽原子蒸汽光源光源：紫外可見光紫外可見光能級躍遷情況能級躍

7、遷情況：最外最外層價電子從能量較低層價電子從能量較低的能級的能級E E1 1躍遷到能量躍遷到能量較高的能級較高的能級E E(AAS)12原子發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法被作用物被作用物：原子蒸汽原子蒸汽光源光源：火焰、電弧、火焰、電弧、等離子炬等等離子炬等能級躍遷情況能級躍遷情況：最外最外層價電子從能量較高層價電子從能量較高的能級的能級E E2 2躍遷到能量躍遷到能量較低的能級較低的能級E E1 1(AES)1314傅立葉變換紅外光譜儀傅立葉變換紅外光譜儀15粉末粉末X射線衍射儀射線衍射儀16熒光分光光度計熒光分光光度計17分光光度計分光光度計(spectrophotometer)基本組成基本組成

8、輻射源輻射源樣品池樣品池檢測器檢測器單色器單色器訊號處訊號處理及顯理及顯示器示器18輻射源輻射源(source)H2燈燈 紫外光源紫外光源 D2燈燈 160-375nm W 燈燈 320-2500nm 可見光源可見光源 氙燈氙燈 250-700nm Nernst 燈燈 連續(xù)光連續(xù)光源源 紅外光源紅外光源 硅碳棒硅碳棒 6000-5000cm-1之之間有最大強度間有最大強度 Hg 燈燈 254-734nm 金屬蒸汽燈金屬蒸汽燈 Na 燈燈 589.0nm， 589.6nm 空心陰極燈空心陰極燈 空心陰極燈空心陰極燈 高強度空心陰極高強度空心陰極燈燈 也稱元素燈也稱元素燈 紅寶石激光器紅寶石激光器

9、 693.4nm He-Ne 激光器激光器 632.8nm 激光激光* Ar 離子激光器離子激光器 515.4nm， 488.0nm 直流電弧直流電弧 交流電弧交流電弧 火花火花 線光源線光源 發(fā)射光譜光發(fā)射光譜光源源 ICP 電能電能 對光源的要求：對光源的要求：強度大（分析靈敏度高）、穩(wěn)定（分析重現(xiàn)性好）。強度大（分析靈敏度高）、穩(wěn)定（分析重現(xiàn)性好）。 19分光系統(tǒng)分光系統(tǒng)（wavelength selector）將連續(xù)波長的將連續(xù)波長的“復合光復合光”分開為一系列分開為一系列“單一單一” ” 波長的波長的“單色光單色光”的器件。的器件。 理想的理想的100%100%的單色光是不可能達到的

10、，的單色光是不可能達到的，實際上只能獲得的是具有一定實際上只能獲得的是具有一定“純度純度”的單的單色光，即該色光，即該“單色光具有一定的寬度（有效單色光具有一定的寬度（有效帶寬）。有效帶寬越小，分析的靈敏度越高、帶寬）。有效帶寬越小，分析的靈敏度越高、選擇性越好、分析物濃度與光學響應信號的選擇性越好、分析物濃度與光學響應信號的線性相關性也越好。線性相關性也越好。20單色器單色器(monochromator)構成構成狹縫、準直鏡、棱鏡或光柵、會聚透鏡。狹縫、準直鏡、棱鏡或光柵、會聚透鏡。 入射狹縫入射狹縫準直鏡準直鏡物鏡物鏡棱鏡棱鏡焦面焦面出射狹縫出射狹縫f入射狹縫入射狹縫準直鏡準直鏡光柵光柵物

11、鏡物鏡出射狹縫出射狹縫f其中最主要的分光元件為棱鏡和光柵其中最主要的分光元件為棱鏡和光柵prismgrating21光柵光柵(grating) d d900450300700350233500250167300150一級一級二級二級三級三級分為透射光柵和反分為透射光柵和反射光柵，常用的是反射射光柵，常用的是反射光柵。反射光柵又可分光柵。反射光柵又可分為平面反射光柵為平面反射光柵(或稱或稱閃閃耀光柵耀光柵blazed grating)和凹面反射光柵。和凹面反射光柵。閃耀光柵在同一級閃耀光柵在同一級光譜上，各譜線是均勻光譜上，各譜線是均勻排列的，可通過減小排列的，可通過減小 d 值來提高色散率。通常值來提高色散率。通常1200-1400刻槽刻槽/mm。投射光投射光光柵光柵22檢測器（