儀器分析2光學(xué)導(dǎo)論

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1、第二章光譜分析法導(dǎo)論1原子光譜和分子光譜電磁輻射2主要應(yīng)用在物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的研究，基團(tuán)的識(shí)別，幾何構(gòu)型的確定，表面分析；定量分析等方面光分析法光譜分析法非光譜分析法待測(cè)物質(zhì)與光輻射作用后發(fā)生能級(jí)躍遷待測(cè)物質(zhì)與光輻射作用后不發(fā)生能級(jí)躍遷3電磁輻射：以巨大速度通過(guò)空間，不需要以任何物質(zhì)作為傳播媒介的一種能量。這些電磁輻射包括從?射線到無(wú)線電波的所有電磁波譜范圍(不只局限于光學(xué)光譜區(qū))。電磁輻射與物質(zhì)相互作用的方式有發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。42.1.1電磁輻射的波動(dòng)性電磁輻射為正弦波（波長(zhǎng)、頻率、速度、振

2、幅）。與其它波，如聲波不同，電磁波不需傳播介質(zhì)，可在真空中傳輸。磁場(chǎng)傳播方向電場(chǎng)圖2.1單光色平面偏振光的傳播y=Asin(?t+?)=Asin(2?vt+?)2.1電磁輻射的性質(zhì)5頻率?：一秒內(nèi)電磁場(chǎng)振蕩的次數(shù)，單位Hz或s-1。波長(zhǎng)?：是電磁波相鄰兩個(gè)同位相點(diǎn)之間的距離，單位有cm、?m、nm。波速?：電磁輻射傳播的速度，電磁輻射在不同介質(zhì)中傳播速度是不同，只有在真空中所有電磁輻射的傳播速度才相同，都等于光速。c=??=3×1010cm?s-1波數(shù)?:是1cm內(nèi)波的數(shù)目，單位為cm-1。?=1/?62.1.2電磁輻射的粒

3、子性當(dāng)物質(zhì)發(fā)射電磁輻射或者電磁輻射被物質(zhì)吸收時(shí)，就會(huì)發(fā)生能量躍遷。此時(shí)，電磁輻射不僅具有波的特征，而且具有粒子性，最著名的例子是光電效應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)。1）光電效應(yīng)（Photoelectriceffect）現(xiàn)象：1887，HeinrichHetz（在光照時(shí)，兩間隙間更易發(fā)生火花放電現(xiàn)象）解釋：1905，Einstein理論，E=h?證明：1916，Millikan（真空光電管）72）能態(tài)（Energystate）量子理論(MaxPlanck，1900)：物質(zhì)粒子總是處于特定的不連續(xù)的能量狀態(tài)，即能量是量子化的；處于不同能量狀態(tài)粒

4、子之間發(fā)生能量躍遷時(shí)的能量差?E可用h?表示。兩個(gè)重要推論：物質(zhì)粒子存在不連續(xù)的能態(tài)，各能態(tài)具有特定的能量。當(dāng)粒子的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，該粒子將吸收或發(fā)射完全等于兩個(gè)能級(jí)之間的能量差；反之亦是成立的，即?E=E1-E0=h?82.1.3電磁波譜圖2.2電磁輻射波譜圖9電磁波譜與現(xiàn)代儀器分析方法波譜區(qū)?-射線波長(zhǎng)5~140pm躍遷類型核能級(jí)X-射線遠(yuǎn)紫外光10-3~10nm10~200nm原子內(nèi)層電子莫斯鮑爾光譜法:?-射線?原子核??-射線吸收X-射線吸收光譜法:X-射線/放射源?原子內(nèi)層電子（n>10)?X-射線吸收X-熒光光

5、譜法:X-射線?原子內(nèi)層電子?特征X-射線發(fā)射遠(yuǎn)紫外光----真空紫外區(qū)。此部分光譜會(huì)被空氣吸收原子光譜：原子發(fā)射光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜分子光譜：紫外-可見(jiàn)吸收光譜、分子熒光/磷光光譜、化學(xué)發(fā)光近紫外光可見(jiàn)光200~400nm400~750nm原子外層電子/分子成鍵電子10波譜區(qū)近紅外光中紅外光波長(zhǎng)0.75~2.5?m2.5~50?m躍遷類型分子振動(dòng)遠(yuǎn)紅外光微波射頻50~1990?m0.1~100cm1~100m分子轉(zhuǎn)動(dòng)電子、核自旋近紅外光譜區(qū):配位化學(xué)的研究對(duì)象紅外吸收光譜法:紅外光?分子?吸收遠(yuǎn)紅外光譜區(qū)電子自

6、旋共振波譜法:微波?分子未成對(duì)電子?吸收核磁共振波譜法:射頻?原子核自旋?吸收112.2原子光譜和分子光譜一、原子光譜（一）核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（二）光譜項(xiàng)原子核外電子的運(yùn)動(dòng)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來(lái)描述。原子的能量狀態(tài)需要用以n、L、S、J四個(gè)量子數(shù)為參數(shù)的光譜項(xiàng)來(lái)表征。122.2.1原子光譜1、原子發(fā)射光譜激發(fā)態(tài)的原子返回基態(tài)或較低能態(tài)而發(fā)射出特征譜線，產(chǎn)生發(fā)射光譜。基態(tài)原子吸收熱、電、光能激發(fā)態(tài)原子發(fā)射特征譜線基態(tài)或較低能態(tài)氣態(tài)原子發(fā)生能級(jí)躍遷時(shí)，能發(fā)射或吸收一定頻率的電磁輻射，經(jīng)過(guò)光譜

7、儀得到的一條條分立的線狀光譜—原子光譜2.2原子光譜和分子光譜132、原子吸收光譜光輻射通過(guò)基態(tài)原子蒸發(fā)時(shí)，原子蒸氣選擇性的吸收一定頻率的光輻射，原子基態(tài)躍遷到較高能態(tài)。這種選擇性的吸收產(chǎn)生原子特征的吸收光譜。基態(tài)原子選擇吸收一定頻率的光激發(fā)態(tài)原子14A.原子光譜線光譜LinespectraE2E0E1E3h?i波長(zhǎng)半寬度10-2~10-5Na5890、5896原子吸收光譜原子發(fā)射光譜153、原子熒光光譜物質(zhì)的氣態(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(guò)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

8、成的光譜叫原子熒光光譜。氣態(tài)原子吸收光激發(fā)態(tài)原子原子熒光基態(tài)或較低能態(tài)162.2.2分子光譜（一）分子能級(jí)分子光譜產(chǎn)生于分子能級(jí)的躍遷。分子能級(jí)較復(fù)雜，因而分子光譜也比較復(fù)雜。分子中不但存在成鍵電子躍遷所確定的電子能級(jí)，而且還存在著由原子在其平衡位置，相對(duì)振動(dòng)所確定的振動(dòng)能級(jí)，以及由分子饒