分析化学二-第二章光谱分析导论.ppt

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1、第二章第二章 光谱分析法导论光谱分析法导论主要内容与重点主要内容与重点电磁辐射及其与物质的相互作用电磁辐射及其与物质的相互作用电磁辐射及其与物质的相互作用电磁辐射及其与物质的相互作用吸收与发射的原理、种类及应用吸收与发射的原理、种类及应用吸收与发射的原理、种类及应用吸收与发射的原理、种类及应用各类光谱分析方法产生的基本原理各类光谱分析方法产生的基本原理各类光谱分析方法产生的基本原理各类光谱分析方法产生的基本原理各类光谱分析仪器的基本结构各类光谱分析仪器的基本结构各类光谱分析仪器的基本结构各类光谱分析仪器的基本结构单色器的结构；棱镜与光栅的分光原理；光栅的性能单色器的结构；棱镜与光栅的分光原理；

2、光栅的性能单色器的结构；棱镜与光栅的分光原理；光栅的性能单色器的结构；棱镜与光栅的分光原理；光栅的性能指标；狭缝的概念以及狭缝的选择指标；狭缝的概念以及狭缝的选择指标；狭缝的概念以及狭缝的选择指标；狭缝的概念以及狭缝的选择常用光源的基本种类常用光源的基本种类常用光源的基本种类常用光源的基本种类常用检测器及其基本原理与应用常用检测器及其基本原理与应用常用检测器及其基本原理与应用常用检测器及其基本原理与应用光谱的分类依据光谱的分类依据光谱的分类依据光谱的分类依据利利用用光光电电转转换换或或其其它它电电子子器器件件测测定定“辐辐射射与与物物质质相相互互作作用用”之之后后的的辐辐射射强强度度等等光光学

3、学特特性性的的改改变变，进进行行物物质质的的定定性、定量和结构分析的方法。性、定量和结构分析的方法。历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用，历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光谱方法已扩展这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作用，如声波、粒子到其它各种形式的能量与物质的相互作用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用。束（离子和电子）等与物质的作用。什么方法称为光分析方法呢？什么方法称为光分析方法呢？一、电磁辐射一、电磁辐射一、电磁辐射一、电磁辐射2-1 2-1 2-1 2-1 电磁

4、辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质所谓电磁辐射是指一种以极大的速度通过空间转播所谓电磁辐射是指一种以极大的速度通过空间转播能量的电磁波能量的电磁波光光就是一种电磁波就是一种电磁波二、电磁辐射的基本性质二、电磁辐射的基本性质二、电磁辐射的基本性质二、电磁辐射的基本性质 波波粒二象性粒二象性 波动性指电磁波以正弦波的形式向前传播，可以叠加，波动性指电磁波以正弦波的形式向前传播，可以叠加，并具有折射、衍射、干涉等波的现象并具有折射、衍射、干涉等波的现象。yt频率相同的正频率相同的正弦波叠加得相弦波叠加得相同频率的合成同频率的合成正弦波正弦波波波的的叠叠加加二二二二

5、电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质1/11/11/()频频率率不不同同的的正正弦弦波波叠叠加加得得不不同同频频率率的的非非正正弦弦波波；更更多多的的正正弦弦波波叠叠加加可可形成方波形成方波 粒子性是指粒子性是指电磁波具有一定的能量，且其能量是量子化电磁波具有一定的能量，且其能量是量子化 的，的，当物质发射电磁当物质发射电磁波波或者电磁或者电磁波波被物质吸收时，就会被物质吸收时，就会 发生能量跃迁。发生能量跃迁。波波的的叠叠加加电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质1、波动性的主要描述参数、波动性的主要描述参数参数参数符号单

6、位备注波长nm、(10-1nm)等用于大部分光谱中波数cm-1常用于红外光谱中频率Hz；s-1常用于核磁共振谱中各参数之间的关系：各参数之间的关系：C=3.01010 cm/s三三三三 描述电磁辐射的基本参数描述电磁辐射的基本参数描述电磁辐射的基本参数描述电磁辐射的基本参数电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质E=h 三三三三 描述电磁辐射的基本参数描述电磁辐射的基本参数描述电磁辐射的基本参数描述电磁辐射的基本参数2、微粒性的主要描述参数、微粒性的主要描述参数能量能量（E），），单位主要有单位主要有 J、eV3 3、波动性与微粒性之间的关系、波动性与微粒性之间

7、的关系、波动性与微粒性之间的关系、波动性与微粒性之间的关系Einstein理论（理论（1905年提出）年提出）Planch常数。常数。h=6.62610-34 J.S电磁波的频率电磁波的频率=hc/电磁波的波长电磁波的波长*1eV=1.6022 10-19J电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质四四四四 电磁波谱电磁波谱电磁波谱电磁波谱1、何谓电磁波谱、何谓电磁波谱？电磁波以波长（或频率或能量）的次序（从高到低或相电磁波以波长（或频率或能量）的次序（从高到低或相反）排列的谱线反）排列的谱线2、电磁波谱、电磁波谱 射射线线x射射线线紫外紫外光光红外红外光光微微波

8、波无线无线电波电波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 见见 光光电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质 吸收吸收吸收吸收吸收吸收 发射发射发射发射发射发射 非辐射弛豫非辐射弛豫非辐射弛豫非辐射弛豫非辐射弛豫非辐射弛豫 散射散射散射散射散射散射 透射透射透射透射透射透射 折射折射折射折射折射折射 反射反射反射反射

9、反射反射 干涉干涉干涉干涉干涉干涉 衍射衍射衍射衍射衍射衍射 偏振偏振偏振偏振偏振偏振量子理论量子理论(Max Planck，1900)：什么是什么是什么是什么是能态（能态（能态（能态（Energy stateEnergy state）物物质质粒粒子子总总是是处处于于特特定定的的不不连连续续的的能能量量状状态态，即即能能量量是是量量子子化化的的；处处于于不不同同能能量量状状态态粒粒子子之之间间发发生生能能量量跃跃迁迁时时的能量差的能量差 E E 可用可用 h h 表示。表示。两个重要推论：两个重要推论：物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的能量。物质粒子存在不连续的能态，各能态具有特定的能

10、量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等 于两个能级之间能量差的能量；反之亦是成立的，即：于两个能级之间能量差的能量；反之亦是成立的，即：E=EE=EE=EE=E1 1 1 1-E-E-E-E0 0 0 0=h=h=h=h 五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质1、几个基本概念电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的

11、相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用几个基本概念几个基本概念几个基本概念几个基本概念什么是能级什么是能级什么是能级什么是能级？粒子在稳定状态所具有的能量粒子在稳定状态所具有的能量粒子在稳定状态所具有的能量粒子在稳定状态所具有的能量什么是基态和激发态什么是基态和激发态什么是基态和激发态什么是基态和激发态？未受激发的电子所处的能级（规定为零）称为基态；未受激发的电子所处的能级（规定为零）称为基态；未受激发的电子所处的能级（规定为零）称为基态；未受激发的电子所处的能级（规定为零）称为基态；高于基态的所有能量状态称为激发态高于基态的所有能量状态称为激发态高于基态的所有能量状态称为激

12、发态高于基态的所有能量状态称为激发态 。什么是单重态和三重态什么是单重态和三重态什么是单重态和三重态什么是单重态和三重态？两个电子具有不同自旋方向时所处的能量状态称为两个电子具有不同自旋方向时所处的能量状态称为两个电子具有不同自旋方向时所处的能量状态称为两个电子具有不同自旋方向时所处的能量状态称为单重态单重态单重态单重态；两个电子具有相同自旋方向时所处的能量状态称为两个电子具有相同自旋方向时所处的能量状态称为两个电子具有相同自旋方向时所处的能量状态称为两个电子具有相同自旋方向时所处的能量状态称为三重态三重态三重态三重态单单单单重态重态重态重态（设为基态）（设为基态）（设为基态）（设为基态）受激

13、受激受激受激激发激发激发激发单单单单重态重态重态重态激发激发激发激发三三三三重态重态重态重态2、辐射的吸收当当入入射射辐辐射射的的能能量量正正好好等等于于目目标标物物（原原子子、分分子子或或离离子子等等）的的基基态态与与激激发发态态的的能能级级差差时时，目目标标物物将将吸吸收收能能量量，并并从从基基态态跃跃迁迁到到激激发发态态的过程的过程五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质光强度波长波长光强度辐射的吸收辐射的吸收辐射的吸收辐射的吸收吸收光谱图吸收光谱图吸

14、收光谱图吸收光谱图吸收光谱图吸收光谱图吸收光谱图吸收光谱图吸吸收收电电磁磁辐辐射射的的强强度度对对电电磁磁辐辐射射波波长长或或频频率率的的函数图函数图A 光光能能吸吸收收A*基态基态激发态激发态光光五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质/nm颜色颜色互补光互补光400 450紫紫黄绿黄绿450 480蓝蓝黄黄480 490绿蓝绿蓝橙橙490 500蓝绿蓝绿红红500 560绿绿红紫红紫560 580黄绿黄绿紫紫580 610黄黄蓝蓝610 650橙橙绿蓝绿

15、蓝650 760红红不同颜色的可见光波长及其互补光不同颜色的可见光波长及其互补光蓝绿蓝绿五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质光的吸收与物质的颜色光的吸收与物质的颜色光的吸收与物质的颜色光的吸收与物质的颜色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。有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所致。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。物质所显示的颜色是吸收光的互

16、补色。各种光的互补性各种光的互补性各种光的互补性各种光的互补性KMnO4KMnO4的颜色的颜色的颜色的颜色及吸收光谱及吸收光谱及吸收光谱及吸收光谱（1 1）原子的吸收）原子的吸收）原子的吸收）原子的吸收基态原子基态原子基态原子基态原子电子基态电子基态（E0)第一电子激第一电子激发态（发态（E1)第二电子激第二电子激发态（发态（E2)激发态原子激发态原子激发态原子激发态原子电子基态电子基态（E0)第一电子激第一电子激发态（发态（E1)第二电子激第二电子激发态（发态（E2)原子吸收光谱原子吸收光谱原子吸收光谱原子吸收光谱（线光谱）（线光谱）（线光谱）（线光谱）吸收光吸收光吸收光吸收光五五五五 电磁

17、辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质辐射能辐射能辐射能辐射能（h hv v=E=E激激激激-E E0 0)(nm)波长光强度原子外层电子的跃迁：原子外层电子的跃迁：原子外层电子的跃迁：原子外层电子的跃迁：吸收紫外吸收紫外吸收紫外吸收紫外-可见光，产生原子吸收光谱法可见光，产生原子吸收光谱法可见光，产生原子吸收光谱法可见光，产生原子吸收光谱法原子内层电子的跃迁原子内层电子的跃迁原子内层电子的跃迁原子内层电子的跃迁：吸收：吸收：吸收：吸收 x x 射线，产生射线，产生射线

18、，产生射线，产生x x 射线吸收光谱法射线吸收光谱法射线吸收光谱法射线吸收光谱法原原原原 子子子子 核核核核 的的的的 跃跃跃跃 迁：迁：迁：迁：吸收吸收吸收吸收 射线，产生射线，产生射线，产生射线，产生MMssbauerssbauer谱谱谱谱产生产生产生产生光谱光谱光谱光谱h h =E E原子的能级主要由电子能级构成，电子能级间的能量差较原子的能级主要由电子能级构成，电子能级间的能量差较原子的能级主要由电子能级构成，电子能级间的能量差较原子的能级主要由电子能级构成，电子能级间的能量差较大，但随电子层数的增加而缩小大，但随电子层数的增加而缩小大，但随电子层数的增加而缩小大，但随电子层数的增加而

19、缩小（2 2）分子的吸收分子的吸收分子的吸收分子的吸收基态分子基态分子基态分子基态分子激发态激发态激发态激发态分子分子分子分子分子吸收光谱分子吸收光谱分子吸收光谱分子吸收光谱（带光谱）（带光谱）（带光谱）（带光谱）吸收光吸收光吸收光吸收光电子基态电子基态（E0)第一电子激第一电子激发态（发态（E1)转动转动能级能级振动振动能级能级五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质辐射能辐射能辐射能辐射能h h =E E波长/频率光强度分子价电子的跃迁：分子价电子的跃迁

20、：分子价电子的跃迁：分子价电子的跃迁：吸收紫外吸收紫外吸收紫外吸收紫外-可见光，产生紫外可见光，产生紫外可见光，产生紫外可见光，产生紫外-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分子转动和振动能级的跃迁分子转动和振动能级的跃迁分子转动和振动能级的跃迁分子转动和振动能级的跃迁：吸收红外光，产生红外光谱法：吸收红外光，产生红外光谱法：吸收红外光，产生红外光谱法：吸收红外光，产生红外光谱法电子电子能级能级间的间的跃迁跃迁振动能振动能级间的级间的跃迁跃迁E E分子分子分子分子=E=E电子电子电子电子+E+E振动振动振动振动+E+E转动转动转动转动 E E电子电子电子电子 E E振动振动

21、振动振动 E E转动转动转动转动转动能级转动能级间的跃迁间的跃迁（3 3）磁场诱导吸收）磁场诱导吸收）磁场诱导吸收）磁场诱导吸收处于磁场中的物质，因其电子和核受到磁场的作用而产处于磁场中的物质，因其电子和核受到磁场的作用而产生附加的量子化能级，这种能级差很小，当入射辐射满生附加的量子化能级，这种能级差很小，当入射辐射满足能量要求时，也产生吸收现象足能量要求时，也产生吸收现象五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质外磁场作用下，核自旋或未成对电子自旋能级的裂分

22、外磁场作用下，核自旋或未成对电子自旋能级的裂分磁场中自旋核的吸收：磁场中自旋核的吸收：磁场中自旋核的吸收：磁场中自旋核的吸收：吸收微波吸收微波吸收微波吸收微波吸收无线电波吸收无线电波吸收无线电波吸收无线电波产生核磁共振谱产生核磁共振谱产生核磁共振谱产生核磁共振谱磁场中未成对电子的吸收：磁场中未成对电子的吸收：磁场中未成对电子的吸收：磁场中未成对电子的吸收：产生电子自旋共振谱产生电子自旋共振谱产生电子自旋共振谱产生电子自旋共振谱（4 4）不同微粒对辐射的吸收情况总结）不同微粒对辐射的吸收情况总结）不同微粒对辐射的吸收情况总结）不同微粒对辐射的吸收情况总结原子核原子核原子核原子核的的的的共振吸收共

23、振吸收共振吸收共振吸收吸收吸收吸收吸收 射线射线射线射线MMssbauerssbauer谱谱谱谱原子内层电子吸收原子内层电子吸收原子内层电子吸收原子内层电子吸收吸收吸收吸收吸收x x射线射线射线射线x x射线吸收光谱射线吸收光谱射线吸收光谱射线吸收光谱分子振动分子振动分子振动分子振动(转动转动转动转动)吸收吸收吸收吸收吸收红外光吸收红外光吸收红外光吸收红外光红外光谱（红外光谱（红外光谱（红外光谱（IR)IR)价价价价(外层外层外层外层)电子吸收电子吸收电子吸收电子吸收吸收紫外吸收紫外吸收紫外吸收紫外-可见光可见光可见光可见光磁场诱导吸收磁场诱导吸收磁场诱导吸收磁场诱导吸收吸收吸收吸收吸收五五五

24、五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质原子吸收光谱原子吸收光谱原子吸收光谱原子吸收光谱紫外紫外紫外紫外-可见分子吸收光谱可见分子吸收光谱可见分子吸收光谱可见分子吸收光谱无线电波无线电波无线电波无线电波核磁共振谱（核磁共振谱（核磁共振谱（核磁共振谱（MNRMNR）微微微微 波波波波电子自旋共振谱（电子自旋共振谱（电子自旋共振谱（电子自旋共振谱（ESRESR）3、发射（辐射弛豫）处于激发态的粒子以光的形式释放能量回到低能态的过程处于激发态的粒子以光的形式释放能量回到

25、低能态的过程五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质能量能量能量能量激发激发以光的形式以光的形式以光的形式以光的形式释放能量释放能量释放能量释放能量发射发射基态（基态（E0)激发态（激发态（E1)激发态（激发态（E2)基态（基态（E0)激发态（激发态（E1)激发态（激发态（E2)基态（基态（E0)激发态（激发态（E1)激发态（激发态（E2)光强度波长波长光强度发发发发射射射射光光光光谱谱谱谱图图图图A 能量能量A*激发激发辐射光子辐射光子发射发射A 停留时间

26、约为停留时间约为10-8s激发：用电子或其它粒子轰击原子，原子内层电子跃迁激发：用电子或其它粒子轰击原子，原子内层电子跃迁激发：用电子或其它粒子轰击原子，原子内层电子跃迁激发：用电子或其它粒子轰击原子，原子内层电子跃迁发射：产生发射：产生发射：产生发射：产生 x x 射线射线射线射线光谱：光谱：光谱：光谱：x x 射线荧光光谱射线荧光光谱射线荧光光谱射线荧光光谱（线光谱）（线光谱）（线光谱）（线光谱）激发：用紫外激发：用紫外激发：用紫外激发：用紫外-可见光激发可见光激发可见光激发可见光激发发射：产生紫外、可见、近红外光区的发射发射：产生紫外、可见、近红外光区的发射发射：产生紫外、可见、近红外光

27、区的发射发射：产生紫外、可见、近红外光区的发射光谱：原子荧光光谱光谱：原子荧光光谱光谱：原子荧光光谱光谱：原子荧光光谱（线光谱）（线光谱）（线光谱）（线光谱）激发：热能激发：热能激发：热能激发：热能(火焰、电弧及火花等火焰、电弧及火花等火焰、电弧及火花等火焰、电弧及火花等)激发，原子外层电子跃激发，原子外层电子跃激发，原子外层电子跃激发，原子外层电子跃迁迁迁迁发射：产生紫外、可见、红外光区的发射发射：产生紫外、可见、红外光区的发射发射：产生紫外、可见、红外光区的发射发射：产生紫外、可见、红外光区的发射光谱：原子发射光谱光谱：原子发射光谱光谱：原子发射光谱光谱：原子发射光谱（线光谱）（线光谱）（

28、线光谱）（线光谱）五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质（1 1）原子发射原子发射原子发射原子发射激发：激发：激发：激发：用用用用紫外紫外紫外紫外-可见光可见光可见光可见光激发，分子价电子跃迁激发，分子价电子跃迁激发，分子价电子跃迁激发，分子价电子跃迁发射：发射：发射：发射：产生产生产生产生 紫外、可见、近红外光谱的发射紫外、可见、近红外光谱的发射紫外、可见、近红外光谱的发射紫外、可见、近红外光谱的发射光谱：光谱：光谱：光谱：荧光或磷光光谱荧光或磷光光谱荧

29、光或磷光光谱荧光或磷光光谱（带光谱带光谱带光谱带光谱）激发：激发：激发：激发：用用用用化学反应能化学反应能化学反应能化学反应能激发，分子价电子跃迁激发，分子价电子跃迁激发，分子价电子跃迁激发，分子价电子跃迁发射：发射：发射：发射：产生紫外、可见、红外光区的发射产生紫外、可见、红外光区的发射产生紫外、可见、红外光区的发射产生紫外、可见、红外光区的发射光谱：光谱：光谱：光谱：化学发光光谱化学发光光谱化学发光光谱化学发光光谱（带光谱带光谱带光谱带光谱）五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射

30、的基本性质电磁辐射的基本性质（2 2）分子发射分子发射分子发射分子发射五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质4、非辐射弛豫弛豫弛豫弛豫弛豫激发态粒子回到低能态的过程激发态粒子回到低能态的过程非辐射弛豫非辐射弛豫非辐射弛豫非辐射弛豫激发态粒子以非光的形式回到低能态的过程激发态粒子以非光的形式回到低能态的过程以光的形式以光的形式以光的形式以光的形式释放能量释放能量释放能量释放能量基态（基态（E0)激发态（激发态（E1)激发态（激发态（E2)辐射弛豫辐射弛豫辐射

31、弛豫辐射弛豫（发射）（发射）（发射）（发射）以以以以非非非非光的形光的形光的形光的形式释放能量式释放能量式释放能量式释放能量非辐射弛豫非辐射弛豫非辐射弛豫非辐射弛豫停留时间停留时间约为约为10-8s基态（基态（E0)激发态（激发态（E1)激发态（激发态（E2)5、散射（Scattering）入射光与粒子发生碰撞而改变传播方向的现象入射光与粒子发生碰撞而改变传播方向的现象（1 1）散射的分类散射的分类散射的分类散射的分类按按碰碰撞粒撞粒子大子大小的小的不同不同应用应用:浊度分析法、比浊法浊度分析法、比浊法丁达尔散射丁达尔散射(Tyndall)：分子散射：分子散射：性质：性质：散射散射 入射入射；

32、散射强度；散射强度I I 1/1/2 2，可以肉眼观察到。可以肉眼观察到。粒子直径粒子直径小于入射小于入射光波长时光波长时所产生的所产生的散射。散射。性质：性质：散射散射 入射，入射，散射强度散射强度I I 1/1/4 4，强度弱强度弱应用应用:共振瑞利散射光谱法共振瑞利散射光谱法瑞利散射瑞利散射(Rayleigh)：拉曼散射拉曼散射(Raman)：性质：性质：散射散射 入射，入射，散射强度散射强度I I 1/1/4 4，强度弱强度弱应用应用:拉曼（散射）光谱法拉曼（散射）光谱法定义：粒子直径大于或近似于入射光波长时所产生的散射。定义：粒子直径大于或近似于入射光波长时所产生的散射。定义：光与粒

33、子碰撞时没有发生能量交换的分子散射定义：光与粒子碰撞时没有发生能量交换的分子散射定义：碰撞时存在能量交换的分子散射定义：碰撞时存在能量交换的分子散射（属于弹性碰撞）（属于弹性碰撞）（属于非弹性碰撞）（属于非弹性碰撞）五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质6、折射（Refraction）和反射（Reflection）iir（入射光）（入射光）（反射光）（反射光）（折射光）（折射光）入射角入射角反射角反射角折射角折射角法线法线折射折射：光线从一种介：光线从一种

34、介质进入另一种不同的质进入另一种不同的介质时，传播方向发介质时，传播方向发生改变的现象生改变的现象反射反射：入射光与物质：入射光与物质碰撞而按反射定律改碰撞而按反射定律改变传播方向的现象变传播方向的现象五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质折射率折射率(n)：光在真空中的传播速度与其在介质中的传播速度的比光在真空中的传播速度与其在介质中的传播速度的比绝对折射率绝对折射率:任何介质对于真空或空气的折射率任何介质对于真空或空气的折射率相对折射率相对折射率(n2

35、,1)：光从介质光从介质1进入介质进入介质2时，其入射角时，其入射角i与折射角与折射角r的正弦比的正弦比注注 意：意：v折射率（折射率（n）与）与介质有关，介质有关，玻璃比石英的折玻璃比石英的折 射率大，因此，玻璃不能透过紫外光射率大，因此，玻璃不能透过紫外光v 折射率（折射率（n）是波长（是波长（）的函数，因为不同的函数，因为不同 波长的光在同一介质（非真空）中传播时，波长的光在同一介质（非真空）中传播时，具有不同的传播速度（具有不同的传播速度（v）；）；越小，越小，v 越小，越小，n 越大，越大，即短波的折射率大于长波的即短波的折射率大于长波的。n=c/v棱镜棱镜复合光123波波长长减减小

36、小电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用折射和反射聚焦镜聚焦镜反射光强度（反射光强度（反射光强度（反射光强度（I Ir r)、入射光强度入射光强度入射光强度入射光强度(I(I0 0)与折射率与折射率与折射率与折射率(n)(n)之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系:电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用折射和反射 入

37、射光经过反射后，强度下降入射光经过反射后，强度下降 反射光的强度随入射角的增大而增大反射光的强度随入射角的增大而增大7、干涉（Coherent interference）当当频率与振幅相同、周相相等或相差保持恒定的波源所频率与振幅相同、周相相等或相差保持恒定的波源所发射的相干波相互叠加时，会产生明暗相间的条纹，此发射的相干波相互叠加时，会产生明暗相间的条纹，此现象成为波的干涉，明暗相间的条纹成为干涉条纹。现象成为波的干涉，明暗相间的条纹成为干涉条纹。产生明条纹的条件：产生明条纹的条件：2k(/2)（式中：（式中：为两为两相干波相遇时走过的光程差；相干波相遇时走过的光程差；为为光的波长光的波长

38、k为包括为包括0的整数）的整数）产生暗条纹的条件：产生暗条纹的条件：(2k1)(/2)五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质8、衍射（Diffraction）当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象。当一束平行光通过窄的开口如狭缝时发生弯曲的现象。平行光束平行光束单缝衍射单缝衍射双缝衍射双缝衍射经衍射产生明条纹的条件：经衍射产生明条纹的条件：a sin =（2k+1）(/2)产生暗条纹的条件：产生暗条纹的条件：衍射角衍射角 满足：满足：a sin =

39、2k(/2)衍射角衍射角 满足：满足：狭缝宽度狭缝宽度狭缝宽度狭缝宽度五五五五 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质2-2 2-2 2-2 2-2 光学分析法光学分析法光学分析法光学分析法一、光学分析法的分类一、光学分析法的分类一、光学分析法的分类一、光学分析法的分类按光与按光与按光与按光与物质相物质相物质相物质相互作用互作用互作用互作用时，有时，有时，有时，有无能量无能量无能量无能量交换分交换分交换分交换分非光谱非光谱非光谱非光谱分析法分析法分析法分析法光谱光谱

40、光谱光谱分析法分析法分析法分析法按测量参数按测量参数按测量参数按测量参数不同分不同分不同分不同分折射法折射法折射法折射法旋光法（圆二色法）旋光法（圆二色法）旋光法（圆二色法）旋光法（圆二色法）比浊法比浊法比浊法比浊法衍射法衍射法衍射法衍射法按跃迁能级按跃迁能级按跃迁能级按跃迁能级的不同分的不同分的不同分的不同分x x射线吸收光谱、射线吸收光谱、射线吸收光谱、射线吸收光谱、x x射线荧光光谱射线荧光光谱射线荧光光谱射线荧光光谱原子吸收、原子发射、原子荧光光谱法原子吸收、原子发射、原子荧光光谱法原子吸收、原子发射、原子荧光光谱法原子吸收、原子发射、原子荧光光谱法紫外紫外紫外紫外-可见分光光度法可见

41、分光光度法可见分光光度法可见分光光度法荧光、磷光、化学发光光谱法荧光、磷光、化学发光光谱法荧光、磷光、化学发光光谱法荧光、磷光、化学发光光谱法红外光谱法、拉曼光谱法红外光谱法、拉曼光谱法红外光谱法、拉曼光谱法红外光谱法、拉曼光谱法MMssbauerssbauer谱谱谱谱、核磁共振、核磁共振、核磁共振、核磁共振谱谱谱谱基于外层（价）电子跃迁的光谱基于外层（价）电子跃迁的光谱基于外层（价）电子跃迁的光谱基于外层（价）电子跃迁的光谱基于原子内层电子跃迁的光谱基于原子内层电子跃迁的光谱基于原子内层电子跃迁的光谱基于原子内层电子跃迁的光谱基于分子振动与转动跃能级跃迁的光谱基于分子振动与转动跃能级跃迁的光

42、谱基于分子振动与转动跃能级跃迁的光谱基于分子振动与转动跃能级跃迁的光谱基于核能级跃迁引起的光谱基于核能级跃迁引起的光谱基于核能级跃迁引起的光谱基于核能级跃迁引起的光谱激光光谱激光光谱激光光谱激光光谱以电磁辐射为基础的常用光谱方法以电磁辐射为基础的常用光谱方法能量高低能量高低典型光谱类型典型光谱类型常用波长范围常用波长范围能级跃迁类型能级跃迁类型高能辐射高能辐射-射线发射射线发射0.005 1.4核核 x-射线发射、吸射线发射、吸收、荧光和衍射收、荧光和衍射0.1 100原子内层电子原子内层电子中间部分中间部分真空紫外吸收真空紫外吸收10 100nm原子外层电子原子外层电子紫外紫外-可见吸收、可

43、见吸收、发射和荧光发射和荧光180 780nm分子价电子分子价电子红外吸收和拉曼红外吸收和拉曼散射散射0.78 300 m分子转动和振动分子转动和振动长波部分长波部分微波吸收区微波吸收区0.75 3.75mm分子转动分子转动电子自旋共振电子自旋共振3 cm磁场中电子自旋磁场中电子自旋核磁共振核磁共振0.6 10m磁场中核自旋磁场中核自旋光学光学光谱区光谱区微波区、微波区、射频区射频区电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质电磁辐射的基本性质二、光谱的形状二、光谱的形状二、光谱的形状二、光谱的形状光谱分析法光谱分析法光谱分析法光谱分析法由气态自由基或小分子振动由气态自由基或小分子振

44、动-转动能级跃迁转动能级跃迁所产生的光谱。所产生的光谱。分子光谱属于带光谱。分子光谱属于带光谱。1、线光谱(Line spectra):由强度不同的谱线（由强度不同的谱线（线宽约为线宽约为1010-5-5 nmnm）和暗区相间而成的和暗区相间而成的锐线锐线光谱。光谱。由处于气相的单个原子发生电子能级跃由处于气相的单个原子发生电子能级跃迁所产生的锐线。迁所产生的锐线。原子光谱属于线光谱原子光谱属于线光谱2、带状光谱(Band spectra)由由一系列相隔很近的线光谱组成，一系列相隔很近的线光谱组成，因仪器不能分辨而形成的具有一定因仪器不能分辨而形成的具有一定宽度（一般为几个至几十个宽度（一般为

45、几个至几十个nmnm)的的光谱光谱光强度波长波长光强度二、光谱的形状二、光谱的形状二、光谱的形状二、光谱的形状光谱分析法光谱分析法光谱分析法光谱分析法线线光谱光谱带带光谱光谱3、线光谱与带光谱的产生二、光谱的形状二、光谱的形状二、光谱的形状二、光谱的形状光谱分析法光谱分析法光谱分析法光谱分析法 固固体体被被加加热热到到炽炽热热状状态态时时，无无数数原原子子和和分分子子的的运运动动或或振振动动所所产产生生的的热热辐辐射射，也也称称黑黑体体辐辐射射。通通常常产产生生背背景景干干扰扰。温温度越高，辐射越强，而且短波长的辐射强度增加得最快。度越高，辐射越强，而且短波长的辐射强度增加得最快。另另一一方方

46、面面，炽炽热热的的固固体体所所产产生生的的连连续续辐辐射射是是红红外外、可可见见及较长波长的重要辐射源（光源）。及较长波长的重要辐射源（光源）。4、连续光谱(Continuum spectra)：在一定范围内。各种波长的光都有，连续不断，无明在一定范围内。各种波长的光都有，连续不断，无明显的谱线和谱带的光谱。显的谱线和谱带的光谱。2-3 2-3 2-3 2-3 光谱分析仪器光谱分析仪器光谱分析仪器光谱分析仪器一、光谱仪器的原理与基本结构一、光谱仪器的原理与基本结构一、光谱仪器的原理与基本结构一、光谱仪器的原理与基本结构基本组成：基本组成：光源，单色器，样品引入系统光源，单色器，样品引入系统，检

47、测器（光电转换，检测器（光电转换 器、电子读出、数据处理及记录）。器、电子读出、数据处理及记录）。吸收吸收吸收吸收光谱仪光谱仪光谱仪光谱仪荧光、磷光荧光、磷光荧光、磷光荧光、磷光及散射光及散射光及散射光及散射光发射及发射及发射及发射及化学发光化学发光化学发光化学发光1、对光源的要求vv 强度大（分析灵敏度高）强度大（分析灵敏度高）强度大（分析灵敏度高）强度大（分析灵敏度高）vv 稳定（分析重现性好）稳定（分析重现性好）稳定（分析重现性好）稳定（分析重现性好）2、光源的分类及常用光源 分分 类类光源光源主要用于紫外主要用于紫外主要用于紫外主要用于紫外-可见吸收光谱、红外光谱、可见吸收光谱、红外光

48、谱、可见吸收光谱、红外光谱、可见吸收光谱、红外光谱、分子荧光、散射光谱等分子荧光、散射光谱等分子荧光、散射光谱等分子荧光、散射光谱等主要用于原子吸收光谱、原子荧光主要用于原子吸收光谱、原子荧光主要用于原子吸收光谱、原子荧光主要用于原子吸收光谱、原子荧光连续光源连续光源连续光源连续光源线光源线光源线光源线光源脉冲光源脉冲光源脉冲光源脉冲光源（激光器）（激光器）（激光器）（激光器）主要用于荧光、散射、红外和吸收光谱主要用于荧光、散射、红外和吸收光谱主要用于荧光、散射、红外和吸收光谱主要用于荧光、散射、红外和吸收光谱发射光谱光源发射光谱光源发射光谱光源发射光谱光源 主要用于原子发射光谱中主要用于原子

49、发射光谱中主要用于原子发射光谱中主要用于原子发射光谱中二、光源系统二、光源系统二、光源系统二、光源系统光谱分析仪器光谱分析仪器光谱分析仪器光谱分析仪器连连连连续续续续光光光光源源源源紫外光源紫外光源紫外光源紫外光源HH2 2灯和灯和灯和灯和D D2 2灯灯灯灯160-375nm160-375nm可见光源可见光源可见光源可见光源WW灯灯灯灯320-2500nm320-2500nmXeXe灯灯灯灯160-900nm160-900nm红外光源红外光源红外光源红外光源NernstNernst灯灯灯灯6000-400cm6000-400cm-1-1之间有之间有之间有之间有较大强度较大强度较大强度较大强度

50、硅碳棒硅碳棒硅碳棒硅碳棒线线线线光光光光源源源源金属蒸汽灯金属蒸汽灯金属蒸汽灯金属蒸汽灯HgHg灯灯灯灯254-734nm254-734nmNaNa灯灯灯灯589.0nm589.0nm、589.6nm589.6nm空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯空心阴极灯各种元素灯各种元素灯各种元素灯各种元素灯激激激激光光光光光光光光源源源源线线线线光源光源光源光源固体激光器固体激光器固体激光器固体激光器(红宝石激光器红宝石激光器红宝石激光器红宝石激光器)69346934 气体激光器气体激光器气体激光器气体激光器(氩离子激光器氩离子激光器氩离子激光器氩离子激光器)48804880、49654965及及及及514