第2章光谱分析法导论精选文档.ppt

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1、第2章光谱分析法导论本讲稿第一页，共二十页l光学分析法光学分析法根据物质发射的电磁辐根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用建立的一射或电磁辐射与物质相互作用建立的一类分析方法类分析方法l主要应用在主要应用在物质组成和结构的研究，基物质组成和结构的研究，基团的识别，几何构型的确定，表面分析；团的识别，几何构型的确定，表面分析；定量分析定量分析等方面等方面本讲稿第二页，共二十页2.1 光学分析法及其分类l2.1.1 发射光谱法l2.1.2 吸收光谱法(主要内容)l2.1.3 散射光谱法(涉及少)本讲稿第三页，共二十页2.2 电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质2.2.1、电磁辐射的性质、电

2、磁辐射的性质 波动性波动性用频率、波长、波数表示 频率每秒钟内电磁场振荡的次数：Hz 波长电磁波相邻两个波峰或波谷间的距离：cm.m.nm 波数1 cm内波的振动次数cm-1 =1/波速电磁波传播的速度，真空中等于光速 c=31010cms-1 微粒性微粒性 光是由光量子或光子流所组成，光子能量与光波频率之间的关系为：E=h=hc/=hc 越长，E越小，、越低本讲稿第四页，共二十页2.2.2、电磁波谱、电磁波谱l把电磁辐射按波长大小顺序排列就得到电磁波谱0.005nm 10nm 200nm 400nm 780nm 0.1cm 100cm 104cm X射线区 远紫外 近紫外近紫外 可见光可见光

3、 红外红外 微波区 无线电 波长短 波长长 能量大 光谱分析法光谱分析法 能量小 粒子性 波动性本讲稿第五页，共二十页2.3 原子光谱和分子光谱原子光谱和分子光谱2.3.1、原子光谱、原子光谱2.3.1.1 光谱项光谱项1.外层为一个价电子，其能级可由四个量子数表示：主量子数主量子数n n，角量子数，角量子数l,l,磁量子数磁量子数m,m,自旋量子数自旋量子数 m ms s2.外层为多个价电子，电子运动状态需用主主量量子子数数n n；总总角角量量子子数数L L；总总自自旋旋量量子子数数S S；内量子数内量子数J J来描述。来描述。本讲稿第六页，共二十页钠原子：基态 3s1 第一激发态3p1 3

4、2S1/2 32P1/2 32 P3/2Na 588.99 nm 32S1/2-32P1/2 589.59 nm 32S1/2-32 P3/2 产生D双线本讲稿第七页，共二十页Ca原子的基态与激发态的光谱项n L S J 光谱项光谱项 光谱支项光谱支项 多重性多重性 简并度简并度4s2基态基态 4 0 0 0 41s 41s0 单单 1激发态激发态(4s1,4p1)4 1 0 1 41p 41p1 单单 31 2 43p2 5 1 43p 43p1 三三 3 0 43p0 1(l1=0,l2=1 L=1;ms=+1/2,-1/2,S=0,1;J=L+S 到到 L-S)本讲稿第八页，共二十页2.

5、3.1.2、能级图、能级图l把把原原子子中中可可能能存存在在的的光光谱谱项项-能能级级及及能能级级跃跃迁迁用用平平面面图图解解的的形形式式表表示示出出来来,称为能级图。见钠原子的能级图。称为能级图。见钠原子的能级图。本讲稿第九页，共二十页本讲稿第十页，共二十页l 基态原子吸收热、电、光能激发态原子发射特征谱线基态或较低能态气态原子发生能级跃迁时，能发射或吸收一定频率的电磁辐射，经过光谱仪得到的一条条分立的线状光谱原子光谱1.原子发射光谱原子发射光谱本讲稿第十一页，共二十页2.原子吸收光谱原子吸收光谱基态原子选择吸收一定频率的光激发态原子气态原子吸收光激发态原子原子荧光基态或较低能态3.原子荧光

6、光谱原子荧光光谱本讲稿第十二页，共二十页2.3.1.3 共振线l 电子在激发态和基态之间跃迁产生的谱线称为共振线。其中第一激发态与基态之间跃迁产生的谱线称为第一共振线，也称为主共振线。l 共振线强度最大，常用做分析线。本讲稿第十三页，共二十页 2.3.2、分子光谱光谱产生的原理 分子平动整个分子的平动，不产生光谱；连续 分子转动分子转动分子围绕质量中心的转动分子围绕质量中心的转动 分子振动分子振动整个分子内原子之间的相对运动整个分子内原子之间的相对运动 电子运动电子运动分子中电子相对运动分子中电子相对运动可能引起偶极矩的变化产生光谱的条件l每一种运动形式都有一定的能量，用E转、E振、E电表示l

7、每一种能量都是量子化的，是不连续的本讲稿第十四页，共二十页图图1.能级跃迁示意图能级跃迁示意图电子基态第一电子激发态转动能极跃迁振动能级跃迁电子能级跃迁本讲稿第十五页，共二十页q电子能级上有许多振动能级，而振动能级上有许多能量不同的转动能级q通常情况下，物质的分子处于基态，各种能级都处于基态，当它受到光照或其它能量激发时，引起分子能级的跃迁：基态 激发态，按波长大小排列起来称为吸收光谱吸收光谱q激发态 基态以光辐射形式释放出来，把释放的光辐射按波长排列下来称为发射光谱发射光谱q吸收或发射的光子的能量 E光=h =E2-E1=E=E转+E振+E电 E转E振 E电本讲稿第十六页，共二十页 气态原子

8、原子纯电子能级跃迁 线状光谱线状光谱 气态或溶液中分子电子、振动、转动能级跃迁 带状光谱带状光谱 原子光谱分子光谱2.4.3、光谱及光谱分析法的分类1.原子光谱和分子光谱本讲稿第十七页，共二十页l原子发射光谱基态原子热能、电能、光能激发态原子发射特征谱线较低能态l原子吸收光谱基态原子选择吸收一定频率的光较高能极l原子荧光光谱原子光谱：本讲稿第十八页，共二十页分子光谱分子光谱分子吸收光谱l分子转动能级跃迁产生的光谱为转动光谱所需能量最小 0.05 ev，微波或远红外照射l分子振动能级跃迁产生的光谱为转动光谱，又叫红外红外吸收光谱吸收光谱*所需能量 0.051 ev，用红外光照射。振-转光谱。l电子能级跃迁产生的光谱为电子光谱，又叫紫外可紫外可见吸收光谱见吸收光谱*所需能量 120 ev，用紫外、可见光照射。电-振-转光谱。分子发光光谱分子发光光谱本讲稿第十九页，共二十页光谱法吸收光谱法发射光谱法分子吸收光谱法原子吸收光谱法分子发光分析法原子发射光谱法原子荧光光谱法火焰光度分析法吸收光谱和发射光谱吸收光谱和发射光谱本讲稿第二十页，共二十页