仪器分析 光学分析法导论

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1、光分析法导论基本要求：1.了解光与物质的相互作用特点及其与光学分析法的关系；2.了解光学分析法的基本分类；3.掌握光学分析仪器的基本构成单元及其作用。第一节光分析基础一、光分析法及其特点opticalanalysisanditscharacteristics光分析法：基于电磁辐射与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法；电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围；相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；光分析法在定性、定量和研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可取代的地位；三个基本过程：（1）能源（电磁辐射：

2、射线～无线电波）提供能量（辐射能-跃迁：电子跃迁-紫外，振动跃迁-红外，转动跃迁-微波）；（2）能量与被测物之间的相互作用（发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等）；（3）产生信号（辐射信号）。基本特点：（1）所有光分析法均包含三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；（3）涉及大量光学元器件。二、电磁辐射的基本性质basicpropertiesofelectromagneticradiation1、电磁辐射具有波动性和微粒性电磁辐射：以接近光速（真空中为光速）通过空间传播能量的电磁波；c=λν=ν/σE=hν=hc/λc：光速；λ：波长；ν：频

3、率；σ：波数；E：能量；h：普朗克常数电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二象性）：（1）光的波动性：光的传播如光的折射、衍射、偏振和干扰等现象可以用光的波动性来解释。描述波动性的重要参数是波长、频率和光速C，它们的关系是：＝C∕波动性波长频率c光速＝2.9979×108m·s-1＝2.9979×1010cm·s-1（2）光的微粒性还有一些光学现象，如光电效应、光的发射和吸收等，只能用光的微粒性才能满意地解释。光是由带有能量的微粒组成的，这种微粒称为光子或光量子。光子的能量与它的频率成正比，或与波长成反比，而与光的强度无关。粒子性普朗克常数h＝6.6262×10-34J·

4、s波数（σ）单位：cm-1，物理意义：1cm的间距内有多少个光波电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。表电磁波谱区及常用光学分析方法光谱区域波长光学分析方法射线5*10-30.14nm射线光谱法X射线10-3nm~10nmX射线光谱法光学区10nm~1000nm原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、紫外吸收光谱法、可见吸收光谱法、分子荧光光谱法、红外吸收光谱法微波0.1mm~1m微波光谱法无线电波1m以上核磁共振波谱法3、辐射能的特性（光与物质的作用）：(1)吸收M+hvM*(2)发射M*M+hv(3)散射（Scattering）光通过不均匀介质时部

5、分光偏离原方向传播的现象。丁铎尔散射和分子散射.(4)折射（Refraction）折射是光在两种介质中的传播速度不同；(5)反射（Reflection）光通过具有不同折射率的两种介质的界面时会产生反射。(6)干涉（Coherentinterference）频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，并且振动加强和振动减弱的区域互相间隔，此现象叫干涉。(7)衍射（Diffraction）光绕过物体而弯曲地向其后面传播的现象；(8)偏振（Polarization）只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。三、物质和光的作用当一束光照射到物体上时,除透过部分光与

6、分子没有作用外,物质将吸收和散射一部分光。1.物质吸收光的过程分子吸收光能,吸收时间极短,只有10-15sec.,电子由基态跃迁到较高能态的激发态。X+hv→X*激发态的寿命很短,约为10-8sec.,然后以发生光物理和光化学反应后,以下列形式回到基态。2、物质吸收和发光的过程示意图第二激发态第一激发态h=△E三重态振动能级基态吸收无辐射退激荧光磷光共振发射不发光，发热发光，波长最短，不发热发光，波长最长，发热发光，波长变长，发热3、物质散射光的过程示意图第二激发态第一激发态h=△E三重态振动能级基态ABCA斯托克斯散射B。瑞利散射C反斯托克斯散射无散射散射波长变短散射波

7、长变长三、光分析法分类typeofopticalanalysis光分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。光谱法是以光的吸收，发射和拉曼散射等作用而建立的光谱方法。这类方法比较多，是主要的光分析方法。１．光谱法光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。１）吸收光谱法：它是利用物质吸收光后所产生的吸收光谱来进行分析的方法。２）发光光谱法：物质中的粒子用一定的能量（如光、电、热等）激发到高能级后，当跃迁回低能级时，便产生出特征