儀器分析 光學(xué)分析法導(dǎo)論

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1、光分析法導(dǎo)論基本要求：1.了解光與物質(zhì)的相互作用特點及其與光學(xué)分析法的關(guān)系；2.了解光學(xué)分析法的基本分類；3.掌握光學(xué)分析儀器的基本構(gòu)成單元及其作用。第一節(jié)光分析基礎(chǔ)一、光分析法及其特點opticalanalysisanditscharacteristics光分析法：基于電磁輻射與待測物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的輻射信號與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建立起來的分析方法；電磁輻射范圍：?射線～無線電波所有范圍；相互作用方式：發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；光分析法在定性、定量和研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析等方面具有其他方法不可取代的地位

2、；三個基本過程：（1）能源（電磁輻射：?射線～無線電波）提供能量（輻射能-躍遷：電子躍遷-紫外，振動躍遷-紅外，轉(zhuǎn)動躍遷-微波）；（2）能量與被測物之間的相互作用（發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等）；（3）產(chǎn)生信號（輻射信號）。基本特點：（1）所有光分析法均包含三個基本過程；（2）選擇性測量，不涉及混合物分離（不同于色譜分析）；（3）涉及大量光學(xué)元器件。二、電磁輻射的基本性質(zhì)basicpropertiesofelectromagneticradiation1、電磁輻射具有波動性和微粒性電磁輻射：以接近光速（真空中為光速）通過空

3、間傳播能量的電磁波；c=λν=ν/σE=hν=hc/λc：光速；λ：波長；ν：頻率；σ：波數(shù)；E：能量；h：普朗克常數(shù)電磁輻射具有波動性和微粒性（波粒二象性）：（1）光的波動性：光的傳播如光的折射、衍射、偏振和干擾等現(xiàn)象可以用光的波動性來解釋。描述波動性的重要參數(shù)是波長?、頻率?和光速C，它們的關(guān)系是：?＝C∕?波動性波長頻率c光速＝2.9979×108m·s-1＝2.9979×1010cm·s-1（2）光的微粒性還有一些光學(xué)現(xiàn)象，如光電效應(yīng)、光的發(fā)射和吸收等，只能用光的微粒性才能滿意地解釋。光是由帶有能量的微粒組成的，這種微粒稱為光子

4、或光量子。光子的能量與它的頻率成正比，或與波長成反比，而與光的強(qiáng)度無關(guān)。粒子性普朗克常數(shù)h＝6.6262×10-34J·s波數(shù)（σ）單位：cm-1，物理意義：1cm的間距內(nèi)有多少個光波電磁波譜：電磁輻射按波長順序排列，稱~。表電磁波譜區(qū)及常用光學(xué)分析方法光譜區(qū)域波長光學(xué)分析方法?射線5*10-3?0.14nm?射線光譜法X射線10-3nm~10nmX射線光譜法光學(xué)區(qū)10nm~1000nm原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、紫外吸收光譜法、可見吸收光譜法、分子熒光光譜法、紅外吸收光譜法微波0.1mm~1m微波光譜法無線電波1m

5、以上核磁共振波譜法3、輻射能的特性（光與物質(zhì)的作用）：(1)吸收M+hv??M*(2)發(fā)射M*??M+hv(3)散射（Scattering）光通過不均勻介質(zhì)時部分光偏離原方向傳播的現(xiàn)象。丁鐸爾散射和分子散射.(4)折射（Refraction）折射是光在兩種介質(zhì)中的傳播速度不同；(5)反射（Reflection）光通過具有不同折射率的兩種介質(zhì)的界面時會產(chǎn)生反射。(6)干涉（Coherentinterference）頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動減弱，并且振動加強(qiáng)和振動減弱的區(qū)域互相間隔，此現(xiàn)象叫干涉。(7)衍射

6、（Diffraction）光繞過物體而彎曲地向其后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn)象；(8)偏振（Polarization）只在一個固定方向有振動的光稱為平面偏振光。三、物質(zhì)和光的作用當(dāng)一束光照射到物體上時,除透過部分光與分子沒有作用外,物質(zhì)將吸收和散射一部分光。1.物質(zhì)吸收光的過程分子吸收光能,吸收時間極短,只有10-15sec.,電子由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)的激發(fā)態(tài)。X+hv→X*激發(fā)態(tài)的壽命很短,約為10-8sec.,然后以發(fā)生光物理和光化學(xué)反應(yīng)后,以下列形式回到基態(tài)。2、物質(zhì)吸收和發(fā)光的過程示意圖第二激發(fā)態(tài)第一激發(fā)態(tài)h?=△E三重態(tài)振動能級基態(tài)吸收無輻射

7、退激熒光磷光共振發(fā)射不發(fā)光，發(fā)熱發(fā)光，波長最短，不發(fā)熱發(fā)光，波長最長，發(fā)熱發(fā)光，波長變長，發(fā)熱3、物質(zhì)散射光的過程示意圖第二激發(fā)態(tài)第一激發(fā)態(tài)h?=△E三重態(tài)振動能級基態(tài)ABCA斯托克斯散射B。瑞利散射C反斯托克斯散射無散射散射波長變短散射波長變長三、光分析法分類typeofopticalanalysis光分析法可分為光譜法和非光譜法兩大類。光譜法是以光的吸收，發(fā)射和拉曼散射等作用而建立的光譜方法。這類方法比較多，是主要的光分析方法。１．光譜法光譜法是基于物質(zhì)與輻射能作用時，測量由物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能級之間的躍遷而產(chǎn)生的發(fā)射、吸收或散射

8、輻射的波長和強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法。１）吸收光譜法：它是利用物質(zhì)吸收光后所產(chǎn)生的吸收光譜來進(jìn)行分析的方法。２）發(fā)光光譜法：物質(zhì)中的粒子用一定的能量（如光、電、熱等）激發(fā)到高能級后，當(dāng)躍遷回低能級時，便產(chǎn)生出特征