《仪器分析》课程教学资源（PPT课件）第十二章 光分析法导论 an introduction to optical analysis（12.1）光分析基础

第十二章 一、光分析及其特点 optical analysis and its feature 光分析法导论三、电磁辐射的基本性质 properties of electromagnetic an introduction to radiation optical analysis 三、光分析法的分类 第一节 classification of optical analysis 光分析基础 四、各种光分析法简介 a briefintroduction of optical fundamental of analysis 五、光分析的进展 optical analysIs development of optical analysis 下一页 00:01:33

00:01:33 第十二章 光分析法导论 一、光分析及其特点 optical analysis and its feature 二、电磁辐射的基本性质 properties of electromagnetic radiation 三、光分析法的分类 classification of optical analysis 四、各种光分析法简介 a brief introduction of optical analysis 五、光分析的进展 development of optical analysis 第一节 光分析基础 an introduction to optical analysis fundamental of optical analysis

、光分析法及其特点 optical analysis and its characteristics 光分析法:基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后 所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析 方法; 电磁辐射范围:射线~无线电波所有范围; 相互作用方式:发射、吸收、反射、折射、散射、干 涉、衍射等; 光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方 面具有其他方法不可区代的地位; 00:01:33

00:01:33 一、光分析法及其特点 optical analysis and its characteristics 光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后 所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析 方法； 电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围； 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干 涉、衍射等； 光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方 面具有其他方法不可区代的地位；

个基本过程: (1)能源提供能量; (2)能量与被测物之间的相互作用; (3)产生信号。 基本特点: (1)所有光分析法均包含三个基本过程; (2)选择性测量,不涉及混合物分离(不同于色谱分析); (3)涉及大量光学元器件。 00:01:33

00:01:33 三个基本过程： （1）能源提供能量； （2）能量与被测物之间的相互作用； （3）产生信号。 基本特点： （1）所有光分析法均包含三个基本过程； （2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）； （3）涉及大量光学元器件

、电磁辐射的基本性质 basic properties of electromagnetic radiation 电磁辐射(电磁波):以接近光速(真空中为光速)传 播的能量; c=v=v/o E=hv= hc c:光速;λ:波长;v:频率;σ:波数; E:能量;h:普朗克常数 电磁辐射具有波动性和微粒性; 00:01:33

00:01:33 二、电磁辐射的基本性质 basic properties of electromagnetic radiation 电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传 播的能量； c =λν =ν/σ E = hν = h c /λ c：光速；λ：波长；ν：频率；σ：波数； E ：能量； h：普朗克常数 电磁辐射具有波动性和微粒性；

辐射能的特性: (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)干涉干涉现象; (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 00:01:33

00:01:33 辐射能的特性： (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 干涉现象； (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

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 IR AR 匚紫外「「可见』〖振动红外 核磁共振 200rm 400nm 80mu2.5 15μ lm 5T 短 波长 长 光波谱区及能量跃迁相关图 00:01:33 页 页

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表 电磁波谱 波区波长范围“波数o/cm1 频率范围 光子能量***跃迁能级 名称 MHZ e v 类型 射线 4pm2×1010-7×1076×104-2×1022.5×10-8.3×103核能级 X射线10-3-10mm10-106 3×104-3×1001.2×100-1,2×102 内层电 远紫外光10-200m10°-5×10 3×10-1.5×10125-6 子能级 原子及分 近紫外光|20040m015×10-2.5×1041.5×10°-75×106-3 子的价电 可见光|400-750mn2.5×104-13×107.5×103-40×103|3.1-1.7 子或成键 电子能级 近红外光0.75-2.5m1,3×104-4×1034.0×106-1.2×10°1.7-0.5 分子振动 中红外光2.5 4000-200 12×103-60×100.5-0.02 能级 远红外光50-1000gm|200-10 6.0×10°-105 10-2-4×10-41分子转动 微波01-10m10-0.01 4×10-4-4×10-7能级 电子自旋 射频 1000m10-2-10-5 02-0 4×10-7-4×10-0核自旋 *紫外(包括远紫外和近紫外)可见及红外(包括近、中和远红外)波谱区合称光学光谱区.由于远紫外为空气所吸收, 故亦称真空紫外区 *1pm(皮米)=10-1m米),lm米)=10-%m,1m微米)=10-m;波长单位也可用A,1A埃)=10-0m, 红外区常用波数表示“波长范围 **leV油由不伏特)=1.6020×10-19J(焦耳),或96.55kJ·mol-,相当于频率y=24186×104Hz,或波长为 1.2395×10-6m或波数。为80678cm1的光子所具有的能量 00:01:33

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三、光分析分类 type of optical analysis 光谱法基于物质与辐射能作用时,分子发生能级跃迁 而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法; 原子光谱、分子光谱、非光谱法 原子光谱(线性光谱):最常见的三种 基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱(AAS) 原子发射光谱(AES)、原子荧光光谱(AFS); 基于原子内层电子跃迁的X射线荧光光谱(XFS) 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱; 00:01:33

00:01:33 三、光分析分类 type of optical analysis 光谱法——基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁 而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法； 原子光谱、分子光谱、非光谱法 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种 基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）； 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）； 基于原子内层电子跃迁的X射线荧光光谱（XFS）； 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；

分子光谱(带状光谱): 基于分子中电子能级、振转能级跃迁; 紫外光谱法(UV); 红外光谱法(IR); 分子荧光光谱法(MFS); 分子磷光光谱法(MPS); 核磁共振与顺磁共振波谱(N); 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;偏振法、干涉法、旋光法等; 00:01:33

00:01:33 分子光谱（带状光谱）： 基于分子中电子能级、振-转能级跃迁； 紫外光谱法（UV）； 红外光谱法（IR）； 分子荧光光谱法（MFS）； 分子磷光光谱法（MPS）； 核磁共振与顺磁共振波谱（N）； 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；偏振法、干涉法、旋光法等；

光分析法 「非光谱分析法 匚光谱分析法 //线 原子光谱分析法分子光谱分析法 射 射线/F 旋 涉光 法性耐法法 原‖原原 分分核 紫‖红‖子‖子磁 法 射法 子子)子射 吸发//线 外外荧磷共 收射光荧 光光光光振 光光|光光 谱谱光光波 谱谱|谱光 法‖法谱谱谱 法法法 00:01:33 页 页

00:01:33 光分析法 非光谱分析法 光谱分析法 原子光谱分析法 分子光谱分析法 原 子 吸 收 光 谱 原 子 发 射 光 谱 原 子 荧 光 光 谱 X 射 线 荧 光 光 谱 折 射 法 圆 二 色 性 法 X 射 线 衍 射 法 干 涉 法 旋 光 法 紫 外 光 谱 法 红 外 光 谱 法 分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法