《药学仪器分析》课程教学课件（讲稿）第二章 光分析法导论——以物质的光学性质为基础而建立的分析方法

第二章 光分析法导论 一以物质的光学性质为基础而建立的分析方 法 一、概述 二、光的性质及其与物质的相互作用 三、光分析法的分类

第二章 光分析法导论 ——以物质的光学性质为基础而建立的分析方 法 一 、概述 二、光的性质及其与物质的相互作用 三、光分析法的分类

一、概述 ▣ 光分析法：以物质的光学性质为基础建立的分析方法； ▣ 辐射范围：射线、紫外、可见、红外、微波、无线电波 所有范围； 口光分析法三个基本组成部分： 提供能量并与待测物质相互作用的信号发生系统； 色散系统（光谱法)； 信号检测与处理系统

一 、概述 o 光分析法：以物质的光学性质为基础建立的分析方法； o 辐射范围：射线、紫外、可见、红外、微波、无线电波 所有范围； o 光分析法三个基本组成部分： 提供能量并与待测物质相互作用的信号发生系统； 色散系统（光谱法）； 信号检测与处理系统。 •2

一、概述 光分析法发展： 口检测的选择性和灵敏度有很大的提高； 口大大丰富了检测信息量，增强了多组分同时检测的能力； 口应用范围不断扩大 广泛应用于生命科学、医学、 食品、化工、环境等领域 心

一 、概述 光分析法发展： o 检测的选择性和灵敏度有很大的提高； o 大大丰富了检测信息量，增强了多组分同时检测的能力； o 应用范围不断扩大 广泛应用于生命科学、医学、 食品、化工、环境等领域 •3

二、光的性质及其与物质的相互作用 1.电磁辐射（电磁波，光)：以巨大速度通过空间、 不需要任何物质作为传播媒介的一种能量。 2.电磁辐射的性质：具有波、粒二向性 电磁辐射的粒子性：E=hy E=h分 电磁辐射的波动性：C=几V E-光子的能量 J,焦耳，V-一光的频率 Hz, 赫兹 -一光的波长 cm, C-光速2.9979×1010cm.s-1 h-一普朗克常数 6.6256×10-34J.s焦耳.秒

1．电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空间、 不需要任何物质作为传播媒介的一种能量 。 2．电磁辐射的性质：具有波、粒二向性 二、光的性质及其与物质的相互作用 电磁辐射的粒子性： 电磁辐射的波动性： E h   c   c E h   E -光子的能量 J, 焦耳，υ -光的频率 Hz, 赫兹  -光的波长 cm， C -光速 2.99791010 cm.s-1 h -普朗克常数 6.625610-34 J.s 焦耳. 秒 •4

光 电磁辐射 表 电磁波谱 波谐区 波长范围幸* 频率范围 光子能量*** 跃迁能级 名称· 波数g/cm-l MHz ev 类型 7射线 5-140pm 2×1010-7×10 6×104-2×1012 2.5×10-8.3×10 核能级 X射线 10-3-10nm 100一105 3×1014一3×10l0 1.2×106-1.2×102 内层电 远紫外光 10-200nm 10-5×10 3×100-1.5×109 125-6 子能级 原子及分 近紫外光 200-400nm 5×10-2.5×109 1.5×109-7.5×108 6-3.1 子的价电 可见光 400-750nm 2.5×10-1.3×10 7.5×103-4.0×10 3.1-1.7 子或成键 电子能级 近红外光 0.75-2.5um L,3×10-4×103 4.0×108-1.2×108 1.7-0.5 入分子振动 中红外光 2.5- 50um 4000-200 L.2×103-6.0×10% 0.5-0.02 能级 远红外光 50一1000μm 200-10 6.0×10°-10 2×10-2-4×10-4 分子转动 微波 0.1-100cm 10-0.01 103-102 4×10-4-4×10-7 能级 电子自旋 射 频 1一1000m 102-10-5 102-0.1 4×10-7-4×10-10 之核自旋 *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.由于远紫外为室气所吸收， 枚亦称真空紫外区 *1pm(皮米)=10-2m(米).1nm纳米)=10-9m,1um微米)=10-6m:波长单位也可用A,1A(埃)=10-10m. 红外区常用波数表示“波长范围. **1eV由千伏特)=1.6020×10-1J焦耳.或96.55kJ·mol1,相当于频率v=2.4186×104Hz,或被长1为 1.2395×10-6m或波数为8067.8cm1的光子所具有的能量

光——电磁辐射 •5

电磁波谱与现代仪器分析方法 ■ 波谱区 Y-射线 X射线 远紫外光 近紫外光 可见光 波长 0.01~0.1nm 10-3~10nm 10-200nm 200~400nm 400780nm 跃迁类型 核能级 原子内层电子 原子外岸电子分子成键电子 莫斯鲍尔光谱法：Y射线→原子核→Y射线吸收 远紫外光真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收 X-射线吸收光谱法：X-射线/放射源→原子内层电子→X-射线吸收 X-荧光光谱法：X-射线→原子内层电子→特征X射线发射 原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱 分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光 6

电磁波谱与现代仪器分析方法 波谱区 -射线 波长 0.01~ 0.1nm 跃迁类型 核能级 X-射线 远紫外光 10-3~ 10nm 10~200nm 原子内层电子 莫斯鲍尔光谱法：-射线原子核 -射线吸收 X-射线吸收光谱法：X-射线/放射源原子内层电子 X -射线吸收 X-荧光光谱法：X-射线原子内层电子 特征X -射线发射 远紫外光-真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收 原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱 分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光 近紫外光 可见光 200~ 400nm 400~ 780nm 原子外层电子/分子成键电子 •6

波谱区 近红外光 中红外光 远红外光 微波 射频 波长 0.78-2.5μm 2.5~50μm 50-1990μm 0.1~100cm 1~100m 分子转动 跃迁类型 分子振动 电子、核自旋 红外吸收光谱法：红外光→分子→吸收 远红外光谱区 电子自旋共振波谱法：微波→分子未成对电子→吸收 核磁共振波谱法：射频→原子核自旋→吸收

波谱区 近红外光 中红外光 波长 0.78~ 2.5m 2.5~ 50m 跃迁类型 分子振动 远红外光 微波 射频 50~ 1990m 0.1~ 100cm 1~100 m 分子转动 电子、核自旋 红外吸收光谱法：红外光分子吸收 远红外光谱区 电子自旋共振波谱法：微波分子未成对电子吸收 核磁共振波谱法：射频原子核自旋吸收 •7

频率V 高 能量 低 原子内电子跃迁分子内电子跃迁 系动跃迁 转动跃迁原子核自转有转 电子 微波 无线 x射线 紫外 可见 红外 电波 近 中 远 区 部 IR R 电子能谱 紫外 可见 振动红外 核磁共振 200nm 400nm 800ra2.5μ 15μ1m 5m 短 波长入 长 光波谱区及能量跃迁相关图

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复合光：物质发出包含多种频率成分的光； 光谱分析中常采用只包含一种频率成分的光（即单色 光)做为分析手段； 单色光的单色性通常用光谱线的宽度（或半宽度）来 表示。 谱线的宽度越窄，光谱线所包含的频率范围越窄，表 谱线宽度 示单色性越好； 日光中红色光波长范围640—680nm; 钠蒸汽黄色光波长范围589.0589.6nm; 氦氖激光发生的红光波长为632.8nm,其宽度却只有10 6nm; 激光是一种理想的单色光源。 =△A 9

复合光：物质发出包含多种频率成分的光； 光谱分析中常采用只包含一种频率成分的光（即单色 光）做为分析手段； 单色光的单色性通常用光谱线的宽度（或半宽度）来 表示。 谱线的宽度越窄，光谱线所包含的频率范围越窄，表 示单色性越好； 日光中红色光波长范围640——680nm; 钠蒸汽黄色光波长范围589.0——589.6nm； 氦氖激光发生的红光波长为632.8nm，其宽度却只有10- 6nm； 激光是一种理想的单色光源。 谱线宽度 •9

光与物质的相互作用： (1)吸收 当光与物质接触时，某些频率的光被选择性吸 收并使其强度减弱的现象； 朗伯比尔定律：A=lg(1/T)=|g(I1o/I) (2)发射当受激发物质从高能态回到低能态时，以辐射 形式释放出多余能量的现象； (3)透射 光通过透明介质时，如果只是引起微粒的价电 子相对于原子核的震动，它所需要的光能，只是瞬时被微 粒保留，当物质回到其原来的状态时，又毫无保留的将能 量发射出来，过程中没有净能量变化，因此光的频率也没 有变化，只是传播速度减慢的现象； 10

光与物质的相互作用： (1) 吸收 当光与物质接触时，某些频率的光被选择性吸 收并使其强度减弱的现象； 朗伯比尔定律： A=lg(1/T)=lg(I0/I) (2) 发射 当受激发物质从高能态回到低能态时，以辐射 形式释放出多余能量的现象； (3) 透射 光通过透明介质时，如果只是引起微粒的价电 子相对于原子核的震动，它所需要的光能，只是瞬时被微 粒保留，当物质回到其原来的状态时，又毫无保留的将能 量发射出来，过程中没有净能量变化，因此光的频率也没 有变化，只是传播速度减慢的现象； •10