塔里木大学：《现代仪器分析 Modern Instrumental Analysis》课程教学资源（PPT课件讲稿）第二章 光学分析法导论 Introduce to Optical Analysis

第二章 光学分析法导论 Chapter li Introduce to Optical Analysis

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2007 第二章 光学分析法导论 Chapter II Introduce to Optical Analysis

Modern Instrumental Analysis 电磁辐射的基本性质 ●电磁辐射 近代研究和实验结果表明,电磁辐射具有波粒二象性。 电磁辐射的波动性 电磁辐射的传播以及反射、衍射、干涉等现象可以用波动 性来解释 ●电磁波 根据经典物理的观点,电磁波具有相同同位相的两个互 相垂直的振动矢量,一个是沿Y轴方向变化的电场矢量E, 个是沿Z轴方向变化的磁场矢量H,E和H都与电磁波的传播 方向垂直。 Tarim University 2007

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2007 电磁辐射的基本性质 ⚫ 电磁辐射 近代研究和实验结果表明，电磁辐射具有波粒二象性。 ⚫ 电磁辐射的波动性 电磁辐射的传播以及反射、衍射、干涉等现象可以用波动 性来解释。 ⚫ 电磁波 根据经典物理的观点，电磁波具有相同同位相的两个互 相垂直的振动矢量，一个是沿Y轴方向变化的电场矢量E，一 个是沿Z轴方向变化的磁场矢量H，E和H都与电磁波的传播 方向垂直

Modern Instrumental Analysis 电场 Tarim University 2007

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Modern Instrumental Analysis 描述电磁波的参数 (1)周期T 两个相邻矢量极大(或极小)通过空间某固定点所需的 时间间隔叫做辐射的周期,单位为秒(s) (2)频率v (3)波长λ 相邻两极大或极小值之间的距离,所用单位随着不 同的电磁波谱区而不同。常用的单位有厘米(cm),微 米(μm),纳米(nm) Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 （1）周期T 两个相邻矢量极大（或极小）通过空间某固定点所需的 时间间隔叫做辐射的周期，单位为秒（s）。 （2）频率ν （3）波长λ 相邻两极大或极小值之间的距离，所用单位随着不 同的电磁波谱区而不同。常用的单位有厘米（cm），微 米（μm），纳米（nm）。 描述电磁波的参数

Modern Instrumental Analysis 描述电磁波的参数 (4)波数 每厘米内波的数目,即单位距离中极大值的数目。 它等于以厘米为单位的真空中波长的倒数,=1A,单位 为cml (5)传播速度v 波在一秒钟内通过的距离。由于波每秒有次振动 而每次振动通过的距离为,所以:V=4Xv Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 （4）波数σ 每厘米内波的数目，即单位距离中极大值的数目。 它等于以厘米为单位的真空中波长的倒数，σ=1/λ，单位 为cm-1 。 （5）传播速度v 波在一秒钟内通过的距离。由于波每秒有ν次振动， 而每次振动通过的距离为λ，所以： V = λ×ν 描述电磁波的参数

Modern Instrumental Analysis 电磁辐射的粒子性 电磁辐射的吸收和发射等同物质相互作用的现象则就不 能用波的模型来解释。这时必须将其看作是不连续的能量微 粒,即光子或光量子 光子具有能量h,具有动量hc。每个光子的能量E与 相应的频率及波长有如下关系: E=hv=hc/=hco 光子的动量p与波长的关系为: p= hv/c=h/ Tarim University 2007

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2007 电磁辐射的粒子性 ⚫ 电磁辐射的吸收和发射等同物质相互作用的现象则就不 能用波的模型来解释。这时必须将其看作是不连续的能量微 粒，即光子或光量子。 ⚫ 光子具有能量hv，具有动量hv/c。每个光子的能量E与 相应的频率及波长有如下关系： E= h v = h c/λ= h cσ 光子的动量p与波长的关系为： p = hν/c = h/λ

Modern Instrumental Analysis2.电磁波谱 电磁辐射按波长或频率的大小顺序排列起来,称为电磁波谱。 频率v(Hz) 波长 电磁波 跃迁类型 >6.0×1019 <0.005nm Y射线区 核能级 60×1019-30×101640.005-10mmX射线区 KL层电子能级 3.0×1016-1.5×1015 10-200nm 真空紫外光区K,L层电子能级 15×1015-75×1014 200-400nm 近紫外光区外层电子能级 7.5×1014-3.8×1014 400-800nm 可见光区 外层电子能级 38×1014-1.2×1012 08-25um 近红外光区分子振动能级 12×1012-6.0×1012 2.5-50μm 中红外光区分子振动能级 60×1012-30×10150-1000m远红外光区分子转动能级 3.0×101-1.0×109 1-300mm 微波区 分子转动能级 <1.0×103 <300mm 无线电波区电子和核的自旋 Tarim University 2007

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2007 频率（Hz） 波长 电磁波 跃迁类型 6.0× 1019 6.0× 1019 − 3.0× 1016 3.0× 1016 − 1.5× 1015 1.5× 1015 − 7.5× 1014 7.5× 1014 − 3.8× 1014 3.8× 1014 − 1.2× 1012 1.2× 1012 − 6.0× 1012 6.0× 1012 − 3.0× 1011 3.0× 1011 − 1.0× 109  1.0 × 109  0.005nm 0.005-10nm 10-200nm 200-400nm 400-800nm 0.8-2.5m 2.5-50 m 50-1000 m 1-300mm  300mm γ 射线区 X射线区 真空紫外光区 近紫外光区 可见光区 近红外光区 中红外光区 远红外光区 微波区 无线电波区 核能级 K,L层电子能级 K,L层电子能级 外层电子能级 外层电子能级 分子振动能级 分子振动能级 分子转动能级 分子转动能级 电子和核的自旋 电磁辐射按波长或频率的大小顺序排列起来，称为电磁波谱。 2. 电磁波谱

Modern Instrumental Analysis 昌 频率v 能量 低 化学键断裂 电子跃迁 据动跃迁转动跃迁原子核自转自转 无线|射 x射线 紫外 红外微波|电波频 区 2 NNR 紫外「可见」|振动红外 核磁共振 200nm 400rm 800m2.5μ 15μ 短 波长入 长 光波谱区及能量跃迁相关图 Tarim University 2007

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Mmn光与物质的相互作用 Instrumental Analysis 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)发射将吸收的能量以光的形式释放出 (3)散射丁铎尔散射和分子散射 (4)折射折射是光在两种介质中的传播速度不同 (5)反射 (6)干涉 ●(⑦7)衍射光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象 (8)偏振只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。 Tarim University 2007

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2007 光与物质的相互作用 ⚫ (1) 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) 发射 将吸收的能量以光的形式释放出 ⚫ (3) 散射 丁铎尔散射和分子散射 ⚫ (4) 折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同 ⚫ (5) 反射 ⚫ (6) 干涉 ⚫ (7) 衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； ⚫ (8) 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光

Modern Instrumental Analysis 吸收 absorption)过程 1.概念:当粒子(原子、分子、离子)吸收的光子 能量与他们的基态(M)能量和激发态(M*)能量 之差ΔE=hν相等时,该光子将被粒子选择性吸收,粒 子由基态跃迁到激发态,这个过程称为吸收过程 M M 2.吸收光谱( absorption spectrum):以波长为横坐 标,被吸收辐射的相对强弱(AorT)为纵坐标作图, 得到物质的吸收光谱。对吸收光谱的研究可以确定式 样的组成、含量、结构 3.吸收光谱法:根据吸收光谱原理建立的分析方法 Tarim University 2007

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2007 1. 概念：当粒子（原子、分子、离子）吸收的光子 能量与他们的基态（ M ）能量和激发态（ M* ）能量 之差ΔE=h•相等时，该光子将被粒子选择性吸收，粒 子由基态跃迁到激发态，这个过程称为吸收过程。 M M* 2. 吸收光谱( absorption spectrum)：以波长为横坐 标，被吸收辐射的相对强弱（A or T）为纵坐标作图， 得到物质的吸收光谱。对吸收光谱的研究可以确定式 样的组成、含量、结构。 3. 吸收光谱法：根据吸收光谱原理建立的分析方法 h  吸收(absorption)过程