儀器分析第二章 光學(xué)分析法導(dǎo)論

1、儀器分析第二章 光學(xué)分析法導(dǎo)論第1頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日第一節(jié) 電 磁 輻 射 根據(jù)物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射或電磁輻射與物質(zhì)相互作用建立起來的一類分析方法，稱為光學(xué)分析法。第2頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日一、電磁輻射的性質(zhì) 以電磁輻射為分析信號的分析方法在廣義上都稱為光學(xué)分析法。紅外、紫外-可見光、X射線等都是電磁輻射。 （一）波動性 按照經(jīng)典物理學(xué)的觀點，電磁輻射是在空間傳播著的交變電磁場，稱為電磁波。第3頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日 電磁波可以用頻率（）、波長（）和波數(shù)（）等波參數(shù)來表征。 在真空中所

2、有的電磁輻射的傳播速度一樣： c = =2.997921010 cm.s-1（二）微粒性 根據(jù)量子理論，電磁輻射是在空間高速運動的光量子（或稱光子）流。 E= h=h.c/ 第4頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日二、電磁波譜波譜區(qū)波長范圍光子能量/eV能級躍遷類型射線區(qū)X射線區(qū)遠紫外區(qū)近紫外區(qū)可見光區(qū)近紅外區(qū)中紅外區(qū)遠紅外區(qū)微波區(qū)射頻區(qū)0.005 nm0.00510 nm10200 nm200400 nm400780 nm0.782.5 m2.550 m501000 m0.1100 cm1100 m2.5105 2.5105 1.2 1021.2 102 6.26.23

3、.13.11.71.70.50.50.0252.5 10-2 1.2 10-41.2 10-4 1.2 10-71.2 10-6 1.2 10-9原子核能級內(nèi)層電子能級原子的電子能級或分子的成鍵電子能級分子振動能級分子轉(zhuǎn)動能級電子自旋能級或核自旋能級表 2-1 電磁波譜區(qū) 電磁輻射按照波長（或頻率、波數(shù)、能量）大小的順序排列就得到電磁波譜。第5頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日電磁波譜的分區(qū)：（1）高能輻射區(qū)：包括射線區(qū)和X射線區(qū)。（2）中能輻射區(qū)：紫外區(qū)、可見光區(qū)和紅外區(qū)。 由于對這部分輻射的研究和應(yīng)用要使用一些共同的光學(xué)試驗技術(shù)，例如，用透鏡聚焦，用棱鏡或光柵分光等

4、，故又稱此光譜區(qū)為光學(xué)光譜區(qū)（3）低能輻射區(qū)：微波區(qū)和射頻區(qū)。又稱波譜區(qū)。第6頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日一、原子光譜第二節(jié) 原子光譜和分子光譜原子光譜 原子光譜產(chǎn)生于原子外層電子能級的躍遷，取決于（1）外層電子的運動狀態(tài)，(2)電子間的相互作用。（1）原子核外電子的運動狀態(tài)可以用主量子數(shù)n，角量子數(shù)l、磁量子數(shù)m和自旋量子數(shù)s表示。（2）核外電子之間存在著相互作用，其中包括電子軌道運動之間的相互作用、電子自旋運動之間的相互作用以及軌道運動與自旋運動之間的相互作用等。 原子的能量狀態(tài)需要用以主量子數(shù)n、總軌道角量子數(shù)L、總自旋量子數(shù)S、內(nèi)量子數(shù)J四個量子數(shù)為參數(shù)的

5、光譜項來表征。第7頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日 四個量子數(shù)中，n、L、S確定之后，原子的能級也就基本確定了。 各能級都有確定的能量，兩能級的能量差必然具有確定的數(shù)值，不同能級之間躍遷產(chǎn)生的原子光譜是波長確定、相互分隔的譜線，原子光譜稱作線光譜。第8頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日E=E2- E1 =h = hc/能級圖第9頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日例如：鈉原子，核外電子組成為： （1S）2（2S）2（2P）6（3S）1此時光譜項（基態(tài)光譜項）為： 32S1/2 表示n=3 L=0 S=1/2 J=1/2 第

6、一激發(fā)態(tài)光譜項為： 32P3/2 n=3 L=1 S=1/2 J=3/2 32P1/2 n=3 L=1 S=1/2 J=1/2 鈉譜線：5889.96 32S1/2- 32P3/2 5895.93 32S1/2- 32P1/2第10頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日光譜選擇定則不是原子中任何兩個能級之間都能夠發(fā)生躍遷。只有符合光譜選擇定則的躍遷才是允許的；同時符合三個條件的躍遷，躍遷概率大，譜線較強。不符合光譜選擇定則的躍遷叫禁戒躍遷。 L=1, S=0, J=0，1，但當(dāng)J=0時， J=0的躍遷是不允許的。第11頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期

7、日原子光譜原子發(fā)射光譜： 氣態(tài)的基態(tài)原子受到激發(fā)處于較高的能級上（激發(fā)態(tài)），但激發(fā)態(tài)的原子很不穩(wěn)定，一般約在10-8 s內(nèi)返回基態(tài)或較低能態(tài)而發(fā)射出特征譜線。原子吸收光譜：原子蒸氣選擇性地吸收一定頻率的光輻射躍遷到較高能態(tài)產(chǎn)生的吸收光譜。原子熒光光譜：氣態(tài)原子吸收光輻射后，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)原子通過輻射躍遷回到基態(tài)或較低的能態(tài)產(chǎn)生的二次光輻射叫做原子熒光。形成的光譜叫做原子熒光光譜。第12頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日分子能級：分子中不但存在成鍵電子躍遷所確定的電子能級，而且還存在著由原子在其平衡位置相對振動所確定的振動能級，以及由分子繞軸旋轉(zhuǎn)所確定的轉(zhuǎn)動能級。光譜中譜線間的波長差別甚微，用一般的單色器很難將相鄰的譜線分開，其光譜的特征是在一定波長范圍內(nèi)按一定強度分布的譜帶，即所謂的帶光譜。二、分子光譜第13頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日第14頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日-胡羅卜素咖啡因阿斯匹林丙酮幾種有機化合物的分子吸收光譜圖。第15頁，共17頁，2022年，5月20日，13點52分，星期日分子吸收光譜：分子對輻射能的選擇性吸收由基態(tài)或較低能級躍遷到較高能級產(chǎn)生的分子光譜。分子發(fā)光光譜：基態(tài)分子吸收一定波長范圍的光輻射至激發(fā)態(tài)，當(dāng)其由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時產(chǎn)生的二次輻射。拉曼光譜：