光学分析法导论仪器分析PPT讲稿.ppt
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1、光学分析法导论仪器分析1第1页,共30页,编辑于2022年,星期四 基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而基于物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的分析方法称为建立起来的分析方法称为建立起来的分析方法称为建立起来的分析方法称为光学分析法光学分析法光学分析法光学分析法。光学分析法包括光学分析法包括光学分析法包括光学分析法包括:光谱分析法和非光谱分析法。光谱分析法和非光谱分析法。光谱分析法和非光谱分析法。光谱分析法和非光谱分析法。光光光光 谱谱谱谱 法:法:法:法:当辐射能与物
2、质作用时,物质内部能级之间发生当辐射能与物质作用时,物质内部能级之间发生当辐射能与物质作用时,物质内部能级之间发生当辐射能与物质作用时,物质内部能级之间发生量子化的跃迁,测量由此而产生的发射、吸收或散射辐射的波量子化的跃迁,测量由此而产生的发射、吸收或散射辐射的波量子化的跃迁,测量由此而产生的发射、吸收或散射辐射的波量子化的跃迁,测量由此而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度,并进行分析的方法。长和强度,并进行分析的方法。长和强度,并进行分析的方法。长和强度,并进行分析的方法。吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法等吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法等吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法等吸收光谱
3、法、发射光谱法、散射光谱法等非光谱法:非光谱法:非光谱法:非光谱法:辐射能与物质相互作用时,不发生能级间的辐射能与物质相互作用时,不发生能级间的辐射能与物质相互作用时,不发生能级间的辐射能与物质相互作用时,不发生能级间的跃迁,电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性跃迁,电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性跃迁,电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性跃迁,电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质等。质等。质等。质等。折射法、旋光法、圆二色法、衍射法等折射法、旋光法、圆二色法、衍射法等折射法、旋光法、圆二色法、衍射法等折射法、旋光法、圆二色法、衍射法等 2第2页,共30页,编辑于
4、2022年,星期四一、一、电磁辐射的性质电磁辐射的性质1.1.1.1.电磁辐射的波动性电磁辐射的波动性电磁辐射的波动性电磁辐射的波动性散射散射散射散射折射与反射折射与反射折射与反射折射与反射衍射衍射衍射衍射偏振偏振偏振偏振波波波波长长长长 cmcm、mm、nmnm频频频频率率率率 HzsecHzsec-1-1波波波波数数数数 cmcm-1-1 传播速度传播速度传播速度传播速度 cm/seccm/sec2.2.2.2.电磁辐射的粒子性电磁辐射的粒子性电磁辐射的粒子性电磁辐射的粒子性普朗克普朗克普朗克普朗克(PlanckPlanckPlanckPlanck)公式公式公式公式E E-光子的能量光子的
5、能量光子的能量光子的能量 J,J,焦耳焦耳焦耳焦耳 -光子的频率光子的频率光子的频率光子的频率 Hz,Hz,赫兹赫兹赫兹赫兹 -光子的波长光子的波长光子的波长光子的波长 cm cmc c-光速光速光速光速 2.99792.9979 10101010 cm cm.s s-1-1h h -PlanchPlanch常数常数常数常数 6.62566.6256 1010-34-34 J J.s s 焦耳焦耳焦耳焦耳.秒秒秒秒光电效应光电效应光电效应光电效应 康普敦效应康普敦效应康普敦效应康普敦效应c=1/6-1 电磁波谱电磁波谱3第3页,共30页,编辑于2022年,星期四n n把测得的发射或吸收强度对电
6、磁辐射的能量(频率、波长或波数等相把测得的发射或吸收强度对电磁辐射的能量(频率、波长或波数等相把测得的发射或吸收强度对电磁辐射的能量(频率、波长或波数等相把测得的发射或吸收强度对电磁辐射的能量(频率、波长或波数等相关参数)作图,所得的关系曲线就是光谱。关参数)作图,所得的关系曲线就是光谱。关参数)作图,所得的关系曲线就是光谱。关参数)作图,所得的关系曲线就是光谱。二、二、电磁波谱的产生电磁波谱的产生1.1.物质的能态物质的能态2.2.电磁辐射的吸收与发射电磁辐射的吸收与发射原子、离子原子、离子原子、离子原子、离子 分子分子分子分子4第4页,共30页,编辑于2022年,星期四三、三、电磁波谱电磁
7、波谱5第5页,共30页,编辑于2022年,星期四紫外光区紫外光区紫外光区紫外光区:远紫外区:远紫外区:远紫外区:远紫外区 10101010200 nm200 nm200 nm200 nm(真空紫外区)(真空紫外区)(真空紫外区)(真空紫外区)近紫外区近紫外区近紫外区近紫外区 200200200200400 nm400 nm400 nm400 nm可见光区:可见光区:可见光区:可见光区:400400400400800 nm 800 nm 800 nm 800 nm 红外光区红外光区红外光区红外光区:0.80.80.80.81000m1000m1000m1000mn n白光(太阳光):由各种单色光
8、组成的复合光白光(太阳光):由各种单色光组成的复合光白光(太阳光):由各种单色光组成的复合光白光(太阳光):由各种单色光组成的复合光n n单色光:单一波长的光(由具有相同能量的光子组成)单色光:单一波长的光(由具有相同能量的光子组成)单色光:单一波长的光(由具有相同能量的光子组成)单色光:单一波长的光(由具有相同能量的光子组成)射射线线x射射线线紫紫外外光光红红外外光光微微波波无无线线电电波波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可可见见光光6第6页,共30页,编辑于2022年,星期四KMnO4的颜色的颜色及吸收光谱及吸收光谱 有色物质的不同颜色是由于吸
9、收了不同波长的光所致。有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所致。有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所致。有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所致。溶液能选择性地吸收某些波长的光,而让其他波长的光透溶液能选择性地吸收某些波长的光,而让其他波长的光透溶液能选择性地吸收某些波长的光,而让其他波长的光透溶液能选择性地吸收某些波长的光,而让其他波长的光透过,这时溶液呈现出透过光的颜色。过,这时溶液呈现出透过光的颜色。过,这时溶液呈现出透过光的颜色。过,这时溶液呈现出透过光的颜色。透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。7第7页,共30页,编辑于2022年,
10、星期四能复合成白光的两种颜色的光叫能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光互补色光互补色光互补色光。物质所显示的物质所显示的物质所显示的物质所显示的颜色是吸收光的互补色颜色是吸收光的互补色。8第8页,共30页,编辑于2022年,星期四6-2 6-2 光学分析法的分类光学分析法的分类一、一、原子光谱和分子光谱原子光谱和分子光谱1.1.原子光谱原子光谱 线状光谱线状光谱线状光谱线状光谱 Line spectraLine spectraE E2 2E E0 0E E1 1E E3 3h i波长波长波长波长半宽度半宽度半宽度半宽度10101010-2-2-2-21010-5-5原子吸收光谱原子吸收光谱原子
11、吸收光谱原子吸收光谱原子发射光谱原子发射光谱原子发射光谱原子发射光谱9第9页,共30页,编辑于2022年,星期四2.2.2.2.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 Band spectra 有机、无机分子有机、无机分子有机、无机分子有机、无机分子E E2 2E E1 1E E0 0波长波长波长波长/nm/nm/nm/nmA(T)A(T)半宽度半宽度半宽度半宽度20202020 100nm100nm100nm100nm分子吸收光谱分子吸收光谱分子吸收光谱分子吸收光谱分子发射光谱分子发射光谱分子发射光谱分子发射光谱h i波长波长波长波长/nm/nm/nm/nmI I
12、)10第10页,共30页,编辑于2022年,星期四 1 1 1 1、发射光谱法、发射光谱法、发射光谱法、发射光谱法 物质通过电致激发,热致激物质通过电致激发,热致激物质通过电致激发,热致激物质通过电致激发,热致激发或光致激发等激发过程获得发或光致激发等激发过程获得发或光致激发等激发过程获得发或光致激发等激发过程获得能量,变为激发态原子或分子,能量,变为激发态原子或分子,能量,变为激发态原子或分子,能量,变为激发态原子或分子,当当当当从激发态过渡到低能态或基态时从激发态过渡到低能态或基态时从激发态过渡到低能态或基态时从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱产生发射光谱产生发射光谱产生发射光谱,通
13、过测量物质的发,通过测量物质的发,通过测量物质的发,通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定性和射光谱的波长和强度来进行定性和射光谱的波长和强度来进行定性和射光谱的波长和强度来进行定性和定量分析的方法叫做发射光谱分析定量分析的方法叫做发射光谱分析定量分析的方法叫做发射光谱分析定量分析的方法叫做发射光谱分析法。法。法。法。根据发射光谱所在光谱区和激发方式不同,发射光谱有以下几种:根据发射光谱所在光谱区和激发方式不同,发射光谱有以下几种:1.X射线荧光光谱法;射线荧光光谱法;2.原子发射光谱法;原子发射光谱法;3.原子荧光光谱法;原子荧光光谱法;4.分子荧光光谱法;分子荧光光谱法;5.化学发光分
14、析法化学发光分析法二、二、发射光谱和吸收光谱发射光谱和吸收光谱11第11页,共30页,编辑于2022年,星期四 2、吸收光谱法、吸收光谱法 当物质所吸收的电磁辐射能当物质所吸收的电磁辐射能当物质所吸收的电磁辐射能当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分与该物质的原子核、原子或分与该物质的原子核、原子或分与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能子的两个能级间跃迁所需的能子的两个能级间跃迁所需的能子的两个能级间跃迁所需的能量满足量满足量满足量满足EE=hh的关系时,将产生吸收的关系时,将产生吸收的关系时,将产生吸收的关系时,将产生吸收光谱。光谱。光谱。光谱。可分为以下几类:可
15、分为以下几类:可分为以下几类:可分为以下几类:1.1.原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法 2.2.紫外紫外紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法可见分光光度法可见分光光度法3.3.红外光谱法红外光谱法红外光谱法红外光谱法4.4.核磁共振波谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法12第12页,共30页,编辑于2022年,星期四 频率为频率为频率为频率为0 0 0 0的单色光照射到透明物质上,物的单色光照射到透明物质上,物的单色光照射到透明物质上,物的单色光照射到透明物质上,物质分子会发生散射现象。质分子会发生散射现象。质分子会发生散射现象。质分子会发生散射现象。如果这
16、种散射是光子与物质分子发生能量交如果这种散射是光子与物质分子发生能量交如果这种散射是光子与物质分子发生能量交如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换的,即不仅光子的运动方向发生变化,它的换的,即不仅光子的运动方向发生变化,它的换的,即不仅光子的运动方向发生变化,它的换的,即不仅光子的运动方向发生变化,它的能量也发生变化,则称为能量也发生变化,则称为能量也发生变化,则称为能量也发生变化,则称为拉曼散射拉曼散射拉曼散射拉曼散射。这种散射光的频率这种散射光的频率这种散射光的频率这种散射光的频率(m m m m)与入射光的频率与入射光的频率与入射光的频率与入射光的频率(0 0 0 0)不同,称为不同,
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