第二章--光學分析法導論(2011)

1、 2/20 基于基于能量與待測物質(zhì)能量與待測物質(zhì)后所產(chǎn)生的輻射信號與物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)的關(guān)系后所產(chǎn)生的輻射信號與物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)的關(guān)系所建立起來的分析方法。所建立起來的分析方法。射線射線至無線電波所有范圍。至無線電波所有范圍。發(fā)射、吸收、反射、折射、散發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等射、干涉、衍射等。在物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析研究在物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析研究等方面具有等方面具有的地位。的地位。 3/20(1) 能源提供電磁輻射能量；能源提供電磁輻射能量；(2) 能量與被測物之間發(fā)生相互作用；能量與被測物之間發(fā)生相互作用；(3) 產(chǎn)生信號。產(chǎn)生信號。 4/20u所有光學分析法均包含

2、三個基本過程。所有光學分析法均包含三個基本過程。，混合物無需分離即可分析（不，混合物無需分離即可分析（不同于色譜分析）。同于色譜分析）。u涉及大量光學元器件。涉及大量光學元器件。 5/20 以接近光速傳播的能量，如微波以接近光速傳播的能量，如微波、可見光、紅外光、紫外光、可見光、紅外光、紫外光、X射線等。電磁輻射射線等。電磁輻射具有具有。按照按照的觀點，電磁輻射是的觀點，電磁輻射是在空間傳播著的交變電磁場，稱之為電磁波；在空間傳播著的交變電磁場，稱之為電磁波；根據(jù)根據(jù)，電磁輻射是在空間高，電磁輻射是在空間高速運動的一個個光量子或光子流。速運動的一個個光量子或光子流。 6/201 s內(nèi)電磁場振蕩

3、的次數(shù)，單位為內(nèi)電磁場振蕩的次數(shù)，單位為Hz或或s-1，與傳播介質(zhì)無關(guān)，是不變的特征量。，與傳播介質(zhì)無關(guān)，是不變的特征量。電磁波相鄰兩個同相位點之間的距離電磁波相鄰兩個同相位點之間的距離，常用的單位有，常用的單位有cm、nm，與傳播介質(zhì)有關(guān)。，與傳播介質(zhì)有關(guān)。1 cm內(nèi)波的數(shù)目，單位為內(nèi)波的數(shù)目，單位為cm-1。 電磁波可用頻率、波長和波數(shù)等波參數(shù)來表征：電磁波可用頻率、波長和波數(shù)等波參數(shù)來表征： 7/20用每個光子的能量用用每個光子的能量用E來表征，單位為來表征，單位為eV或或J。/chhEh: 普朗克常數(shù)，普朗克常數(shù)，6.6310-34 JsC: 光速，光速，2.9979108 m/s 8

4、/20 9/20 11/20u原子外層有一個電子時，其能級可由四個量原子外層有一個電子時，其能級可由四個量子數(shù)決定：子數(shù)決定：u 原子外層有多個電子時，其運動狀態(tài)用原子外層有多個電子時，其運動狀態(tài)用 描述。描述。 12/20 最上面的是光譜項符最上面的是光譜項符號；最下面的橫線表示基號；最下面的橫線表示基態(tài)；上面的表示激發(fā)態(tài)；態(tài)；上面的表示激發(fā)態(tài)；可產(chǎn)生的躍遷用線連接?？僧a(chǎn)生的躍遷用線連接。 13/20u總角量子數(shù)的變化總角量子數(shù)的變化L=1；u總自旋量子數(shù)的變化總自旋量子數(shù)的變化S =0 ，即不同多重性，即不同多重性狀態(tài)之間的躍遷被禁阻；狀態(tài)之間的躍遷被禁阻；u內(nèi)量子數(shù)的變化內(nèi)量子數(shù)的變化J

5、=0、1；但是當?shù)钱擩=0時，時，J=0的躍遷被禁阻。的躍遷被禁阻。 根據(jù)量子力學原理，根據(jù)量子力學原理，必須遵循一定的，必須遵循一定的“選擇定則選擇定則”： 14/20 元素由基態(tài)到第一激元素由基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)的躍遷最易發(fā)生，需發(fā)態(tài)的躍遷最易發(fā)生，需要能量最低，產(chǎn)生的譜線要能量最低，產(chǎn)生的譜線最強，該譜線稱為最強，該譜線稱為 ，也稱為該元素的，也稱為該元素的。 15/20u原子光譜為原子光譜為光譜光譜 16/20u分子光譜為分子光譜為光譜光譜 17/20u分子中原子的核能：分子中原子的核能：Enu分子的平移能：分子的平移能：Etu電子運動能：電子運動能：Eeu原子間相對振動能：原子間相對振動能：Evu分子轉(zhuǎn)動能：分子轉(zhuǎn)動能：Eru基團間的內(nèi)旋能：基團間的內(nèi)旋能：Ei在一般化學反應(yīng)中，在一般化學反應(yīng)中，En不變；不變；Et 、Ei較小；較小； 18/20 19/20由純由純引起。引起。是由于分子中基團的是由于分子中基團的引起，也稱振轉(zhuǎn)光譜。引起，也稱振轉(zhuǎn)光譜。是在紫外或可見光照射下，是在紫外或可見光照射下，至單重激發(fā)態(tài)，并以無輻射弛豫方式回至單重激發(fā)態(tài)，并以無輻射弛豫方式回到第一單重激發(fā)態(tài)的最低振動能級，再躍回基到第一單重激發(fā)態(tài)的最低振動能級，再躍回基態(tài)或基態(tài)中的其他振動能級所發(fā)出的光。態(tài)或基態(tài)中的其他振動能級所發(fā)出的光。 20/20u能量、波長、頻率、波數(shù)的定義及相