第九章 光谱分析法概论优秀PPT.ppt

《第九章 光谱分析法概论优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第九章 光谱分析法概论优秀PPT.ppt（37页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第九章第九章 光谱分析法概论光谱分析法概论第一页，本课件共有37页 光学分析法光学分析法（optical analysisoptical analysis）：）：是基于电磁辐射与物质相互作用后产生的辐是基于电磁辐射与物质相互作用后产生的辐射信号或发生的变化来测定物质的性质、含量和射信号或发生的变化来测定物质的性质、含量和射信号或发生的变化来测定物质的性质、含量和射信号或发生的变化来测定物质的性质、含量和结构的一类仪器分析方法。结构的一类仪器分析方法。光谱分析法光谱分析法光谱分析法光谱分析法光学分析法光学分析法 非光谱分析法非光谱分析法 第二页，本课件共有37页 光谱分析法光谱分析法:是指在光（

2、或其它能量）的是指在光（或其它能量）的作用下，通过测量物质产生的发射光、吸收光作用下，通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的方法。或散射光的波长和强度来进行分析的方法。或散射光的波长和强度来进行分析的方法。或散射光的波长和强度来进行分析的方法。第三页，本课件共有37页第一节电磁辐射及其与物质的相互作用第一节电磁辐射及其与物质的相互作用一、电磁辐射一、电磁辐射一、电磁辐射一、电磁辐射什么是电磁辐射什么是电磁辐射什么是电磁辐射什么是电磁辐射?电磁辐射包括：电磁辐射包括：电磁辐射包括：电磁辐射包括：无线电波、微波、红外光、可见无线电波、微波、红外光、可见无线电波、微波、红外

3、光、可见无线电波、微波、红外光、可见-紫外光以紫外光以紫外光以紫外光以及及X X射线和射线和射线。射线。射线。射线。第四页，本课件共有37页电磁辐射的性质：波粒二象性电磁辐射的性质：波粒二象性 波动性：波动性：波动性：波动性：波长波长 、频率、频率、频率、频率 、光速、光速、光速、光速c c c c、波数、波数、波数、波数(cm(cm(cm(cm-1-1-1-1)来描述来描述来描述来描述.=c =c/=1/=1/=1/=1/=/c c粒子性：粒子性：E=h =hc/=hcPlanckPlanck常数常数常数常数：h=6.626=6.626 10-34 J.S S 光速：光速：光速：光速：c=2

4、.99792510c=2.997925101010cm/s第五页，本课件共有37页波长越小、频率越大，能量越大。波长越小、频率越大，能量越大。波长越小、频率越大，能量越大。波长越小、频率越大，能量越大。单色光：单色光：单波长的光（由具有相同能量的光子组成）单波长的光（由具有相同能量的光子组成）单波长的光（由具有相同能量的光子组成）单波长的光（由具有相同能量的光子组成）能量常用单位：能量常用单位：eV erg J能量换算关系：能量换算关系：能量换算关系：能量换算关系：第六页，本课件共有37页二、电磁波谱二、电磁波谱 -射线射线射线射线 无线电波在性质上完全相同，区别仅在于波长或频率无线电波在性质

5、上完全相同，区别仅在于波长或频率无线电波在性质上完全相同，区别仅在于波长或频率无线电波在性质上完全相同，区别仅在于波长或频率不同。不同。不同。不同。电磁波谱：电磁波谱：电磁波谱：电磁波谱：将各种电磁波按照波长或频率的大小的顺序排列，将各种电磁波按照波长或频率的大小的顺序排列，将各种电磁波按照波长或频率的大小的顺序排列，将各种电磁波按照波长或频率的大小的顺序排列，所画成的图表。所画成的图表。所画成的图表。所画成的图表。电磁波谱分区示意表电磁波谱分区示意表电磁波谱分区示意表电磁波谱分区示意表辐射区段辐射区段辐射区段辐射区段 X X射线射线射线射线 紫外紫外紫外紫外 可见光可见光可见光可见光 中红外

6、中红外中红外中红外 微波微波微波微波 无线电波无线电波无线电波无线电波波长范围波长范围波长范围波长范围 0.010.0110 nm 200 10 nm 200 400nm 400 400nm 400 760nm 2.5 760nm 2.5 50m 3mm50m 3mm30cm 60cm30cm 60cm300m 300m 跃迁类型跃迁类型跃迁类型跃迁类型 内层电子内层电子内层电子内层电子 外层价电子外层价电子外层价电子外层价电子 振转能级振转能级振转能级振转能级 分子转动能级分子转动能级分子转动能级分子转动能级 核自旋能级核自旋能级核自旋能级核自旋能级光谱类型光谱类型光谱类型光谱类型 电子光谱

7、电子光谱电子光谱电子光谱 分子光谱分子光谱分子光谱分子光谱 核磁共振光谱核磁共振光谱核磁共振光谱核磁共振光谱波波波波 长长长长 小小小小 大大大大频频频频 率率率率 大大大大 小小小小第七页，本课件共有37页三、电磁辐射与物质的相互作用三、电磁辐射与物质的相互作用 1.吸收吸收 样品样品 I 2 1 光吸收示意图光吸收示意图2 21 10 0I I0 0第八页，本课件共有37页三、电磁辐射与物质的相互作用三、电磁辐射与物质的相互作用2.2.2.2.发射发射发射发射 火焰或电弧火焰或电弧火焰或电弧火焰或电弧 样品样品样品样品火焰、电弧激发的发射光谱示意图火焰、电弧激发的发射光谱示意图样品样品样品

8、样品2 21 1 0 0 2 2 1 1 2121 2 2光致发光示意图光致发光示意图光致发光示意图光致发光示意图 2 2 1 1 2121I I0 0I I第九页，本课件共有37页三、电磁辐射与物质的相互作用三、电磁辐射与物质的相互作用3.3.散射散射 RayleighRayleigh散射散射散射散射弹性碰撞弹性碰撞弹性碰撞弹性碰撞 无能量交换，光的频率不变无能量交换，光的频率不变无能量交换，光的频率不变无能量交换，光的频率不变散射散射散射散射 运动方向改变运动方向改变运动方向改变运动方向改变 Raman Raman散射散射散射散射 非弹性碰撞非弹性碰撞非弹性碰撞非弹性碰撞 Stokes S

9、tokes线线线线 散散散散 入入入入 有能量交换有能量交换有能量交换有能量交换,光的频率改变光的频率改变光的频率改变光的频率改变 运动方向改变运动方向改变运动方向改变运动方向改变 反反反反StokesStokes线线线线 散散散散 入入入入 散射光强散射光强 I 1/散散散散-入入入入 为拉曼位移，与分子的振动频率有关为拉曼位移，与分子的振动频率有关为拉曼位移，与分子的振动频率有关为拉曼位移，与分子的振动频率有关。第十页，本课件共有37页三、电磁辐射与物质的相互作用三、电磁辐射与物质的相互作用4.4.4.4.折射和反射折射和反射折射和反射折射和反射 反射反射反射反射：当光从介质：当光从介质：

10、当光从介质：当光从介质1 1 1 1照射到与介质照射到与介质照射到与介质照射到与介质2 2 2 2时，一部分光在时，一部分光在时，一部分光在时，一部分光在界面上改变方向返回介质界面上改变方向返回介质界面上改变方向返回介质界面上改变方向返回介质1 1 1 1的现象。的现象。的现象。的现象。折射折射折射折射：当光从介质：当光从介质：当光从介质：当光从介质1 1 1 1照射到与介质照射到与介质照射到与介质照射到与介质2 2 2 2时，一部分光时，一部分光时，一部分光时，一部分光在界面上改变方向，以一定的折射角度进入介质在界面上改变方向，以一定的折射角度进入介质在界面上改变方向，以一定的折射角度进入介

11、质在界面上改变方向，以一定的折射角度进入介质2 2 2 2的的的的现象。现象。现象。现象。第十一页，本课件共有37页三、电磁辐射与物质的相互作用三、电磁辐射与物质的相互作用5.5.5.5.干涉和衍射干涉和衍射干涉和衍射干涉和衍射 干涉干涉：在一定条件下光波会相互作用，当其叠加：在一定条件下光波会相互作用，当其叠加时，产生一个其强度视各波的相位而定的加强或减时，产生一个其强度视各波的相位而定的加强或减弱的合成波。当两个波长的相位差弱的合成波。当两个波长的相位差180180时，发生最时，发生最大相消干涉。当两个波同相位，发生最大相长干涉。大相消干涉。当两个波同相位，发生最大相长干涉。衍射衍射衍射衍

12、射：光波绕过障碍物或通过狭缝时，以约：光波绕过障碍物或通过狭缝时，以约：光波绕过障碍物或通过狭缝时，以约：光波绕过障碍物或通过狭缝时，以约180180180180的角的角的角的角度向外辐射，波前进的方向发生弯曲的现象。度向外辐射，波前进的方向发生弯曲的现象。度向外辐射，波前进的方向发生弯曲的现象。度向外辐射，波前进的方向发生弯曲的现象。第十二页，本课件共有37页第二节第二节 光学分析法的分类光学分析法的分类 1.1.按物质与辐射能的转换方向按物质与辐射能的转换方向 吸收光谱法吸收光谱法吸收光谱法吸收光谱法 光学分析法光学分析法光学分析法光学分析法 发射光谱法发射光谱法发射光谱法发射光谱法 吸收

13、光谱法：吸收光谱法：吸收光谱法：吸收光谱法：根据吸收光谱原理建立的分析方法。根据吸收光谱原理建立的分析方法。根据吸收光谱原理建立的分析方法。根据吸收光谱原理建立的分析方法。对吸收光谱的研究可以确定试样的组成、含量以及结对吸收光谱的研究可以确定试样的组成、含量以及结对吸收光谱的研究可以确定试样的组成、含量以及结对吸收光谱的研究可以确定试样的组成、含量以及结构。构。构。构。吸收光谱：吸收光谱：吸收光谱：吸收光谱：在吸收的过程中，若将测得的吸收强度对入在吸收的过程中，若将测得的吸收强度对入在吸收的过程中，若将测得的吸收强度对入在吸收的过程中，若将测得的吸收强度对入射光的波长或波数作图，该图为物质的吸

14、收光谱（吸收射光的波长或波数作图，该图为物质的吸收光谱（吸收射光的波长或波数作图，该图为物质的吸收光谱（吸收射光的波长或波数作图，该图为物质的吸收光谱（吸收曲线）。曲线）。曲线）。曲线）。第十三页，本课件共有37页物质对光的选择性吸收及吸收曲线物质对光的选择性吸收及吸收曲线 E E=E E2 2 -E E1 1=h h ：量子化：量子化：量子化：量子化 ；吸收曲线的绘制吸收曲线的绘制吸收曲线的绘制吸收曲线的绘制:用不同波长的单色光照射，测吸光度用不同波长的单色光照射，测吸光度用不同波长的单色光照射，测吸光度用不同波长的单色光照射，测吸光度光的互补：蓝光的互补：蓝 黄黄第十四页，本课件共有37页

15、吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长大处对应的波长称为最大吸收波长max不同浓度的不同浓度的同一种物质同一种物质，其，其吸收曲线形状相似吸收曲线形状相似maxmax不变不变。而对于。而对于不同物质不同物质，它们的吸收曲线形状和它们的吸收曲线形状和maxmax不同。不同。第十五页，本课件共有37页第十六页，本课件共有37页吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为

16、物质定性分析的依据之一。定性分析的依据之一。不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度度 A A 有差异，在有差异，在max处吸光度处吸光度处吸光度处吸光度A 的差异最大。此的差异最大。此的差异最大。此的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。特性可作为物质定量分析的依据。在在在在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所处吸光度随浓度变化的幅度最大，所处吸光度随浓度变化的幅度最大，所处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光以测定最灵

17、敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。波长的重要依据。第十七页，本课件共有37页 发射光谱：发射光谱：是指构成物质的原子、离子或分子是指构成物质的原子、离子或分子是指构成物质的原子、离子或分子是指构成物质的原子、离子或分子受到辐射能、热能、电能或化学能的激发跃迁到受到辐射能、热能、电能或化学能的激发跃迁到受到辐射能、热能、电能或化学能的激发跃迁到受到辐射能、热能、电能或化学能的激发跃迁到激发态后，又从激发态以电磁辐射的方式释放出激发态后，又从激发态以电磁辐射的方式释放出激发态后，又从激发态以电磁辐射的方式释放出激发态后，又从激发态以电磁辐射的方式释放出能量并回到基态时，产生的光谱。

18、能量并回到基态时，产生的光谱。发射光谱法：发射光谱法：发射光谱法：发射光谱法：根据发射光谱原理建立的分析方根据发射光谱原理建立的分析方根据发射光谱原理建立的分析方根据发射光谱原理建立的分析方法。对发射光谱的研究可以确定试样的组成、含法。对发射光谱的研究可以确定试样的组成、含量以及结构。量以及结构。第十八页，本课件共有37页 带状光谱带状光谱带状光谱带状光谱 发射光谱发射光谱发射光谱发射光谱 连续光谱连续光谱 线状光谱：是由气态原子或离子外层或内层电子能线状光谱：是由气态原子或离子外层或内层电子能线状光谱：是由气态原子或离子外层或内层电子能线状光谱：是由气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁产生的

19、光谱。级跃迁产生的光谱。级跃迁产生的光谱。级跃迁产生的光谱。带状光谱：是由分子被激发后而发射的光谱。带状光谱：是由分子被激发后而发射的光谱。连续光谱：是由炽热的固体或液体所发射的光连续光谱：是由炽热的固体或液体所发射的光谱。谱。第十九页，本课件共有37页2.2.按被作用粒子种类按被作用粒子种类 原子光谱原子光谱原子光谱原子光谱(molecular spectroscopy)(molecular spectroscopy)光学分析法光学分析法光学分析法光学分析法 分子光谱分子光谱分子光谱分子光谱(atomic spectroscopy)(atomic spectroscopy)原子光谱法：原子光

20、谱法：是以测量气态原子或离子外层是以测量气态原子或离子外层是以测量气态原子或离子外层是以测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁产生的原子光谱为基础的成或内层电子能级跃迁产生的原子光谱为基础的成或内层电子能级跃迁产生的原子光谱为基础的成或内层电子能级跃迁产生的原子光谱为基础的成分分析方法。分分析方法。分分析方法。分分析方法。特点：特点：原子光谱是线状光谱；原子光谱是线状光谱；线状光谱只反映原子、离子的性质，与原线状光谱只反映原子、离子的性质，与原线状光谱只反映原子、离子的性质，与原线状光谱只反映原子、离子的性质，与原子或离子来源无关。子或离子来源无关。子或离子来源无关。子或离子来源无关。可测定

21、元素组成和含量可测定元素组成和含量第二十页，本课件共有37页 分子光谱：分子光谱：是由分子中电子能级、振动和转动能级的变是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的光谱。化产生的光谱。化产生的光谱。化产生的光谱。分子的总能量：分子的总能量：E总总=E内能内能+E平动能平动能平动能平动能+E E电子电子电子电子+E E振动振动+E转动转动转动转动物质分子内部三种运动形式：物质分子内部三种运动形式：1.1.1.1.电子相对于原子核的运动，电子相对于原子核的运动，电子相对于原子核的运动，电子相对于原子核的运动，2.2.原子核在其平衡位置附近的相对振动原子核在其平衡位置附近的相对振动,3.3.分子本

22、身绕其重心的转动。分子本身绕其重心的转动。第二十一页，本课件共有37页 分子具有三种不同能级：电子能级、振动分子具有三种不同能级：电子能级、振动分子具有三种不同能级：电子能级、振动分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级。能级和转动能级。能级和转动能级。能级和转动能级。三种能级都是量子化的，且各自具有相应三种能级都是量子化的，且各自具有相应三种能级都是量子化的，且各自具有相应三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。的能量。当分子吸收外界辐射后，总能量变化：当分子吸收外界辐射后，总能量变化：e+e+v+r三类能量的大小为：三类能量的大小为：三类能量的大小为：三类能量的大小为：evr

23、第二十二页，本课件共有37页能级跃迁能级跃迁 电子能级间跃迁的电子能级间跃迁的电子能级间跃迁的电子能级间跃迁的 同同同同时，总伴随有振动和转时，总伴随有振动和转时，总伴随有振动和转时，总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电动能级间的跃迁。即电动能级间的跃迁。即电动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动子光谱中总包含有振动子光谱中总包含有振动子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁能级和转动能级间跃迁能级和转动能级间跃迁能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现产生的若干谱线而呈现产生的若干谱线而呈现产生的若干谱线而呈现带状光谱。带状光谱。带状光谱。带状光谱。第二十三页，本课件共有37页讨论：讨论：

24、（1 1 1 1）转动能级间的能量差）转动能级间的能量差）转动能级间的能量差）转动能级间的能量差r：0.0050.050eV，跃迁，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱动光谱（2 2 2 2）振动能级的能量差）振动能级的能量差）振动能级的能量差）振动能级的能量差vv约为：约为：0.05eV，跃迁产跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱谱第二十四页，本课件共有37页讨论：讨论：（3 3）电子能级的能量差）电子能级的能量差e较大较大120eV。电子跃迁。电子跃迁产生的吸收光谱在紫

25、外产生的吸收光谱在紫外可见光区，紫外可见光区，紫外可见可见光谱或分子的电子光谱。光谱或分子的电子光谱。（4 4 4 4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。是物质定性的依据。是物质定性的依据。是物质定性的依据。第二十五页，本课件共有37页讨论：讨论：（5 5 5 5）

26、吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有）吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有）吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有）吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数处测得的摩尔吸光系数处测得的摩尔吸光系数处测得的摩尔吸光系数maxmax也作为定性的依据。也作为定性的依据。也作为定性的依据。也作为定性的依据。不同不同物质的物质的max有时可能相同，但有时可能相同，但maxmaxmaxm

27、ax不一定相同；不一定相同；不一定相同；不一定相同；（6 6 6 6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。定量分析的依据。定量分析的依据。定量分析的依据。第二十六页，本课件共有37页分子光谱的特点：分子光谱的特点：分子光谱的特点：分子光谱的特点：带状光谱带状光谱带状光谱带状光谱 价电子价电子价电子价电子 分子的运动形式分子的运动形式分子的运动形式分子的运动形式 原子间的振动原子间的振动原子间的振动原子间的振动 分子的转动分子的转动分子

28、的转动分子的转动EeEeEeEe 1250 1250 1250 125060nm 60nm 60nm 60nm 紫外紫外紫外紫外-可见光可见光可见光可见光vvvv 2500 2500 2500 2500 1250nm 1250nm 1250nm 1250nm 红外光红外光红外光红外光rrrr 250 250 250 250 25 25 25 25 mm 远红外光、微波远红外光、微波远红外光、微波远红外光、微波 分子光谱为什么是带状光谱分子光谱为什么是带状光谱？2 2.可否获得纯粹的振动、电子光谱？可否获得纯粹的振动、电子光谱？第二十七页，本课件共有37页3.3.按使用与不使用波长特征信号按使用

29、与不使用波长特征信号 非光谱法非光谱法光学分析法光学分析法 吸收光谱法吸收光谱法 光谱法光谱法光谱法光谱法 发射光谱法发射光谱法发射光谱法发射光谱法 散射光谱法散射光谱法 第二十八页，本课件共有37页第三节第三节 光谱分析仪器光谱分析仪器其中三个最基本的组成部分是：其中三个最基本的组成部分是：一、辐射源一、辐射源(sourcesource)二、单色器二、单色器(monochromator)三、辐射检测器三、辐射检测器(detectordetector)第二十九页，本课件共有37页第三十页，本课件共有37页第三十一页，本课件共有37页第三十二页，本课件共有37页第三十三页，本课件共有37页第三十四页，本课件共有37页第三十五页，本课件共有37页平面光栅的分光作用平面光栅的分光作用第三十六页，本课件共有37页问题：问题：1.1.紫外、可见、红外光源各是什么？紫外、可见、红外光源各是什么？紫外、可见、红外光源各是什么？紫外、可见、红外光源各是什么？2.2.原子吸收光谱分析法中用何种光源？原子吸收光谱分析法中用何种光源？原子吸收光谱分析法中用何种光源？原子吸收光谱分析法中用何种光源？3.光学分析仪器的基本构成单元及其作用是什么？光学分析仪器的基本构成单元及其作用是什么？第三十七页，本课件共有37页