石河子大学：《仪器分析》课程PPT教学课件（食品专业）光学分析法导论

第一部分 光学分析法 主要内容： 1. 红外光谱法 2. 紫外-可见分光光度法 3. 分子发光分析法 4. 原子吸收光谱法 5. 原子发射光谱法 6. 核磁共振波谱法 1

1 第一部分 光学分析法 主要内容： 1. 红外光谱法 2. 紫外-可见分光光度法 3. 分子发光分析法 4. 原子吸收光谱法 5. 原子发射光谱法 6. 核磁共振波谱法

第一章 光学分析法导论 第一节 光学分析法及其分类 光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐 射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。 这些电磁辐射包括从y射线到无线电波的所有电磁 波谱范围（不只局限于光学光谱区）。电磁辐射与物质相 互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干 涉、衍射、偏振等。 2

2 第一章 光学分析法导论 第一节 光学分析法及其分类 光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐 射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。 这些电磁辐射包括从射线到无线电波的所有电磁 波谱范围(不只局限于光学光谱区)。电磁辐射与物质相 互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干 涉、衍射、偏振等

第一节 光学分析法及其分类 光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部 发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散 射辐射的波长和强度进行分析的方法。 光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。 原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产 生的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有 原子发射光谱法(AES)、J 原子吸收光谱法(AAS), 原子荧光光谱法(AFS)以及X射线荧光光谱法(XFS) 等。 3

3 第一节 光学分析法及其分类 光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部 发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散 射辐射的波长和强度进行分析的方法。 光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。 原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产 生的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有 原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS）， 原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS） 等

第一节 光学分析法及其分类 分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级 的变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法 的有紫外-可见分光光度法(UV-Vis),红外光谱法 (IR)，分子荧光光谱法(MFS)和分子磷光光谱法 (MPS)等。 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射 的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化 的分析方法。 本章主要介绍光谱法。 4

4 第一节 光学分析法及其分类 分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级 的变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法 的有紫外-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法 （IR），分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法 （MPS）等。 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射 的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化 的分析方法。 本章主要介绍光谱法

第一节 光学分析法及其分类 、 发射光谱法 物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过 程获得能量，变为激发态原子或分子M*,当从激发态过 渡到低能态或基态时产生发射光谱。 M*→M+hv 通过测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性和 定量分析的方法叫做发射光谱分析法。 根据发射光谱所在的光谱区和激发方法不同，发射 光谱法分为： 5

5 第一节 光学分析法及其分类 一、发射光谱法 物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过 程获得能量，变为激发态原子或分子M* ，当从激发态过 渡到低能态或基态时产生发射光谱。 M* ⎯→ M + hv 通过测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性和 定量分析的方法叫做发射光谱分析法。 根据发射光谱所在的光谱区和激发方法不同，发射 光谱法分为：

第一节 光学分析法及其分类 1.Y射线光谱法 天然或人工放射性物质的原子核在衰变的过程中发射 o和β粒子后，使自身的核激发，然后核通过发射γ射线回 到基态。测量这种特征y射线的能量（或波长），可以进 行定性分析，测量γ射线的强度（检测器每分钟的记数）， 可以进行定量分析。 2.X射线荧光分析法 原子受高能辐射激发，其内层电子能级跃迁，即发 射出特征X射线，称为X射线荧光。用X射线管发生的一 次X射线来激发X射线荧光是最常用的方法。测量X射线 6

6 第一节 光学分析法及其分类 1.  射线光谱法 天然或人工放射性物质的原子核在衰变的过程中发射 和粒子后，使自身的核激发，然后核通过发射射线回 到基态。测量这种特征射线的能量（或波长），可以进 行定性分析，测量射线的强度（检测器每分钟的记数）， 可以进行定量分析。 2. X射线荧光分析法 原子受高能辐射激发，其内层电子能级跃迁，即发 射出特征X射线，称为X射线荧光。用X射线管发生的一 次X射线来激发X射线荧光是最常用的方法。测量X射线

第一节 光学分析法及其分类 的能量（或波长）可以进行定性分析，测量其强度可以 进行定量分析。 3.原子发射光谱分析法 用火焰、电弧、等离子炬等作为激发源，使气态原 子或离子的外层电子受激发发射特征光学光谱，利用这 种光谱进行分析的方法叫做原子发射光谱分析法。波长 范围在190~900nm。 4.原子荧光分析法 气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层 电子从基态或低能态跃迁到较高能态，约经108s,又跃 7

7 第一节 光学分析法及其分类 的能量（或波长）可以进行定性分析，测量其强度可以 进行定量分析。 3. 原子发射光谱分析法 用火焰、电弧、等离子炬等作为激发源，使气态原 子或离子的外层电子 受激发发射特征光学光谱，利用这 种光谱进行分析的方法叫做原子发射光谱分析法。波长 范围在190 ~ 900nm。 4. 原子荧光分析法 气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层 电子 从基态或低能态跃迁到较高能态，约经10-8 s，又跃

第一节 光学分析法及其分类 迁至基态或低能态，同时发射出与原激发波长相同（共 振荧光)或不同的辐射（非共振荧光一直跃线荧光、阶 跃线荧光、阶跃激发荧光、敏化荧光等)，称为原子荧 光。波长在紫外和可见光区。在与激发光源成一定角度 (通常为90°)的方向测量荧光的强度，可以进行定量分 析。 5.分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射后，物质分子吸收辐射而成 为激发态分子，然后回到基态的过程中发射出比入射波 长更长的荧光。测量荧光的强度进行分析的方法称为荧 光分析法。波长在光学光谱区。 8

8 第一节 光学分析法及其分类 迁至基态或低能态，同时发射出与原激发波长相同（共 振荧光）或不同的辐射（非共振荧光—直跃线荧光、阶 跃线荧光、阶跃激发荧光、敏化荧光等），称为原子荧 光。波长在紫外和可见光区。在与激发光源成一定角度 （通常为90）的方向测量荧光的强度，可以进行定量分 析。 5. 分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射后，物质分子吸收辐射而成 为激发态分子，然后回到基态的过程中发射出比入射波 长更长的荧光。测量荧光的强度进行分析的方法称为荧 光分析法。波长在光学光谱区

第一节 光学分析法及其分类 6.分子磷光分析法 物质吸收光能后，基态分子中的一个电子被激发跃 迁至第一激发单重态轨道，由第一激发单重态的最低能 级，经系统间交叉跃迁至第一激发三重态（系间窜跃）， 并经过振动弛豫至最低振动能级，由此激发态跃迁回至 基态时，便发射磷光。 根据磷光强度进行分析的方法成为磷光分析法。它 主要用于环境分析、药物研究等方面的有机化合物的测 定。 9

9 第一节 光学分析法及其分类 6. 分子磷光分析法 物质吸收光能后，基态分子中的一个电子被激发跃 迁至第一激发单重态轨道，由第一激发单重态的最低能 级，经系统间交叉跃迁至第一激发三重态（系间窜跃）， 并经过振动弛豫至最低振动能级，由此激发态跃迁回至 基态时，便发射磷光。 根据磷光强度进行分析的方法成为磷光分析法。它 主要用于环境分析、药物研究等方面的有机化合物的测 定

第一节 光学分析法及其分类 Lowest excited singlet state Lowest excited Ground triplet state electronic state 1.Absorption 2.Fluorescence 6Jau 3.Phosphorescence 4.Vibrational relaxation 5.Intersystem crossing 6.Internal conversion 2 3 -Processes involving photons Radiationless transitions 10

10 第一节 光学分析法及其分类