仪器分析精品课程第六章精.ppt

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1、仪器分析精品课程第六章03/10/2022第1页，本讲稿共20页第六章第六章 光谱分析法导论光谱分析法导论JXAU第一节第一节第一节第一节 光分析导论光分析导论光分析导论光分析导论一一、光分析法及其特点光分析法：光分析法：基于物质基于物质发射发射的电磁辐射或电磁辐射能的电磁辐射或电磁辐射能量与量与待测物质待测物质相互相互作用后作用后所产生的所产生的辐射信号辐射信号与物质与物质组组成及结构成及结构关系所建立起来的分析方法；关系所建立起来的分析方法；电磁辐射电磁辐射范围范围：射线无线电波所有范围；射线无线电波所有范围；相互作用方式相互作用方式：吸收、反射、折射、散射、干涉、：吸收、反射、折射、散射

2、、干涉、衍射等；衍射等；03/10/2022第2页，本讲稿共20页三个基本过程：（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）一般光分析法均包含三个基本过程；）一般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。03/10/2022第3页，本讲稿共20页二、电磁辐射的基本性质 basic properties of electroma

3、gnetic radiation 电磁辐射（电磁波）：以接近电磁辐射（电磁波）：以接近光速光速（真空真空中为光速）传播的中为光速）传播的能量能量；c=/=1/E=h=h c/c：光速：光速(3.01010cms-1)；：波长；：波长；：频率；：频率；：波数：波数（cm-1)；E：能量；：能量；h：普朗克常数：普朗克常数(6.6310-34Js)电磁辐射具有电磁辐射具有波动性波动性和和微粒性微粒性；03/10/2022第4页，本讲稿共20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

4、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。03/10/2022第5页，本讲稿共20页03/10/2022第6页，本讲稿共20页03/10/2022第7页，本讲稿共20页三、光分析分类 type of optical analysis 根据物质同辐射能作用的性质不同，光学分析法基本上可以分根据物质同辐射能作用的性质不同，光学分析法基本上可以分为光谱法和非光谱法。为光谱法和非光

5、谱法。光谱法光谱法基于物质与辐射能作用时，分子发生基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁能级跃迁而产而产生的发射生的发射或或吸收吸收光谱光谱的的波长波长或或强度强度进行分析的方法进行分析的方法 原子光谱、分子光谱、非光谱法原子光谱、分子光谱、非光谱法 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 基于原子基于原子外层外层电子跃迁的原子电子跃迁的原子吸收吸收光谱（光谱（AAS）；）；原子原子发射发射光谱（光谱（AES）、原子）、原子荧光荧光光谱（光谱（AFS）；）；基于原子基于原子内层内层电子跃迁的电子跃迁的 X射线荧光光谱（射线荧光光谱（XFS）；）；03/10/20

6、22第8页，本讲稿共20页 分子光谱（带状光谱）：基于分子中基于分子中电子能级、振电子能级、振-转能级转能级跃迁；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（N）；）；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性质；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；偏振法、干涉法、旋光法等；03/10/2022第9页，本讲稿共20页光分析法光谱分析法非光谱分

7、析法原子光谱分析法分子光谱分析法原原子子吸吸收收光光谱谱原原子子发发射射光光谱谱原原子子荧荧光光光光谱谱X射射线线荧荧光光光光谱谱折射法圆二色谱法X射线衍射法干涉法旋光法紫紫外外光光谱谱法法红红外外光光谱谱法法分分子子荧荧光光光光谱谱法法分分子子磷磷光光光光谱谱法法核核磁磁共共振振波波谱谱法法03/10/2022第10页，本讲稿共20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03/10/2022第11页，本讲稿共20页一、

8、光分析法仪器的基本流程 general process of spectrometry 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；03/10/2022第12页，本讲稿共20页二、光分析法仪器的基本单元 main parts of spectrometry 1.1.光源光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：连连续续光光源源：在较大波长范围提供连连连连续续续续波波波波长长长长的光源，氢灯、氘灯、钨丝灯等；线线光光源源：提供特特特特定定定定波波波波长长长长的光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸

9、气灯)、空心阴极灯、激光等；03/10/2022第13页，本讲稿共20页2.单色器 单色器单色器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带的装置。主要部件主要部件：（1）进出口狭缝；（2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线；（3）色色散散元元件件(棱镜、光栅)：使不不同同波波长长的辐射以不不不不同同同同的角角角角度度度度进行传播；03/10/2022第14页，本讲稿共20页03/10/2022第15页，本讲稿共20页03/10/2022第16页，本讲稿共20页狭缝 单色器的进口狭缝起着单色器光学系统虚光源的作用。复合光经色散元件分开后，在出口曲面上形成相当于每条光谱线的像，即光谱。转

10、动色散元件可使不同波长的光谱线依次通过。03/10/2022第17页，本讲稿共20页 分辨率大小不仅与色散元件的性能有关，也取决于成像的大小，因此希望采用较窄的进口狭缝。分辨率用来衡量单色器能分开最小波长间隔的能力；最小间隔的大小用有效带宽表示：S=DW D为倒线色散率；W为狭缝宽度；在原子发射光谱分析中，定性分析时，减小狭缝宽度，使相邻谱线的分辨率提高；定量分析时，增大狭缝宽度，可得到较大的谱线强度。狭缝两边的边缘应锐利且位于同一平面上；03/10/2022第18页，本讲稿共20页3.试样装置 光源与试样相互作用的场所（1）吸收池）吸收池 紫外，荧光分析法：石英比色皿 可见分光光度法：玻璃比

11、色皿 红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片（2）特殊装置）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态原子；原子发射光谱分析：试样喷入火焰；详细内容在相关章节中介绍。03/10/2022第19页，本讲稿共20页4.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；03/10/2022第20页，本讲稿共20页