第四章 光谱学分析法导论精选文档.ppt

第四章 光谱学分析法导论本讲稿第一页，共二十一页一、光谱分析法及其特点 光光谱谱分分析析法法：基基于于电电磁磁辐辐射射能能量量与与待待测测物物质质相相互互作作用用后后所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；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；电磁辐射范围：射线无线电波所有范围；相相互互作作用用方方式式：发发射射、吸吸收收、反反射射、折折射射、散散射射、干干涉涉、衍射等；衍射等；光光分分析析法法在在研研究究物物质质组组成成、结结构构表表征征、表表面面分分析析等等方方面面具具有其他方法不可区代的地位；有其他方法不可区代的地位；本讲稿第二页，共二十一页三个基本过程三个基本过程：（1 1）能源提供能量；）能源提供能量；（2 2）能量与被测物之间的相互作用；）能量与被测物之间的相互作用；（3 3）产生信号。）产生信号。基本特点：基本特点：（1 1）所有光分析法均包含三个基本过程；）所有光分析法均包含三个基本过程；（2 2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；（3 3）涉及大量光学元器件。）涉及大量光学元器件。本讲稿第三页，共二十一页二、电磁辐射的基本性质 电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量；播的能量；c=/E=h=h c/c：光速；光速；：波长；波长；：频率；频率；：波数：波数；E：能量；：能量；h：普朗克常数：普朗克常数 电磁辐射具有波动性和微粒性；电磁辐射具有波动性和微粒性；本讲稿第四页，共二十一页辐射能的特性：(1)(1)吸收吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级；(2)(2)发射发射 将吸收的能量以光的形式释放出；(3)(3)散射散射 丁铎尔散射和分子散射；(4)(4)折射折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同；(5)(5)反射反射 (6)(6)干涉干涉 干涉现象；(7)(7)衍射衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；(8)(8)偏振偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。本讲稿第五页，共二十一页本讲稿第六页，共二十一页本讲稿第七页，共二十一页第四章 光谱学分析法导论一、一、一、一、光谱分析法的分类光谱分析法的分类光谱分析法的分类光谱分析法的分类第二节第二节第二节第二节 光谱学分析法及其分类光谱学分析法及其分类光谱学分析法及其分类光谱学分析法及其分类本讲稿第八页，共二十一页一、光谱分析法的分类 1、光谱法、光谱法基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；光谱法分为光谱法分为原子光谱、分子光谱原子光谱、分子光谱 （1）原子光谱原子光谱（线性光谱）：最常见的三种（线性光谱）：最常见的三种 基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）；）；原子发射光谱（原子发射光谱（AES）、）、原子荧光光谱（原子荧光光谱（AFS）；）；基于原子内层电子跃迁的基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（射线荧光光谱（XFS）；）；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；本讲稿第九页，共二十一页 原子发射光谱图本讲稿第十页，共二十一页 （2 2）分子光谱）分子光谱）分子光谱）分子光谱（带状光谱（带状光谱（带状光谱（带状光谱）：）：）：）：基于分子中电子能级、振基于分子中电子能级、振-转能级跃迁；转能级跃迁；紫外光谱法（紫外光谱法（UV）；）；红外光谱法（红外光谱法（IR）；）；分子荧光光谱法（分子荧光光谱法（MFS）；）；分子磷光光谱法（分子磷光光谱法（MPS）；）；核磁共振与顺磁共振波谱（核磁共振与顺磁共振波谱（NMR）；）；2、非光谱法：、非光谱法：不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；性质；偏振法、干涉法、旋光法等；本讲稿第十一页，共二十一页吸收曲线示意图吸收曲线示意图吸收曲线示意图吸收曲线示意图本讲稿第十二页，共二十一页光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原子吸收光谱原子发射光谱原子荧光光谱X射线荧光光谱折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法本讲稿第十三页，共二十一页光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光本讲稿第十四页，共二十一页第三节第三节 光谱仪器简介光谱仪器简介一、一、一、一、光谱分析法仪器光谱分析法仪器光谱分析法仪器光谱分析法仪器 的基本流程的基本流程的基本流程的基本流程二、光谱分析法仪器的二、光谱分析法仪器的二、光谱分析法仪器的二、光谱分析法仪器的基本单元基本单元基本单元基本单元第四章 光谱学分析法导论本讲稿第十五页，共二十一页一、光谱分析法仪器的基本流程 光光谱谱仪仪器器通通常常包包括括五五个个基本单元：基本单元：光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理；本讲稿第十六页，共二十一页二、光谱分析法仪器的基本单元1、光源、光源对光源的要求对光源的要求：强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。：强度大（分析灵敏度高）、稳定（分析重现性好）。本讲稿第十七页，共二十一页2.单色器单色器定义：将由不同波长的定义：将由不同波长的“复合光复合光”分开为一系列分开为一系列“单一单一”波长的波长的“单色光单色光”的器件。的器件。理理想想的的100%的的单单色色光光是是不不可可能能达达到到的的，实实际际上上只只能能获获得得的的是是具具有有一一定定“纯纯度度”的的单单色色光光，即即该该“单单色色光光具具有有一一定定的的宽宽度度（有有效效带带宽宽）。有有效效带带宽宽越越小小，分分析析的的灵灵敏敏度度越越高高、选选择择性性越越好好、分分析析物物浓浓度度与与光光学学响响应应信信号号的的线线性性相相关关性也越好。性也越好。本讲稿第十八页，共二十一页构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜。入射狭缝入射狭缝准直镜准直镜物镜物镜棱镜棱镜焦面焦面出射狭缝出射狭缝f入射狭缝入射狭缝准直镜准直镜光栅光栅物镜物镜出射狭缝出射狭缝f其中最主要的分光原件为棱镜和光栅。其中最主要的分光原件为棱镜和光栅。本讲稿第十九页，共二十一页3.吸收池吸收池 除除发发射射光光谱谱外外，其其它它所所有有光光谱谱分分析析都都需需要要吸吸收收池池。盛盛放放试试样的吸收池由光透明材料制成。样的吸收池由光透明材料制成。v 石英或熔融石英：紫外光区石英或熔融石英：紫外光区可见光区（可见光区（200nm 3 m）；）；v 玻璃：可见光区（玻璃：可见光区（350-2000nm）；）；v 透明塑料：可见光区（透明塑料：可见光区（350-2000nm）；）；v 盐窗（盐窗（NaCl,NaBr晶体）：红外光区。晶体）：红外光区。本讲稿第二十页，共二十一页4.4.4.4.检测器检测器检测器检测器（1）光检测器）光检测器 主要有以下几种：硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检测器、半导体检测器；（2）热检测器）热检测器 主要有：真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用的一种；热释电检测器：5.5.信号、与数据处理系统信号、与数据处理系统 现代分析仪器多配有计算机完成数据采集、信号处理、数据分析、结果打印，工作站软件系统；本讲稿第二十一页，共二十一页