厦门大学：《仪器分析》课程教学课件（PPT讲稿）第八章 光学分析法导论 Guide of Optics Analytical Method

仪器分析（含实验） 《仪器分析》课程 第八章 光学分析老导论 Chapter Eight Guide of Optics Analytical Method

《仪器分析》课程 仪器分析(含实验) 第八章 光学分析法导论 Chapter Eight Guide of Optics Analytical Method

§8.1电磁辐射及电磁波谱 一.电磁辐射的波粒二象性 波 长一九 cm、um、nm、 1.电磁辐射的波动性 A 率一) Hz sec-1 C 波 数一G cm-I ) 传播速度一y cm/sec 散射 折射与反射 衍射 干涉 偏振 2.电磁辐射的粒子性 光电效应 康普敦效应 黑体辐射 3.普朗克(Planch)公式 E光子的能量J,焦耳 hc E=h)= v-光子的频率 Hz,赫兹 2 2-光子的波长cm C光速 2.9979×1010cm.s1 h-Planch常数6.6256×10-34J.s焦耳.秒

§8.1 电磁辐射及电磁波谱 一. 电磁辐射的波粒二象性 1.电磁辐射的波动性 散射 折射与反射 衍射 干涉 偏振 波 长—  cm、µm、nm、 A 频 率— υ Hz sec-1 波 数— σ cm-1 传播速度— cm/ sec 2.电磁辐射的粒子性 3.普朗克(Planch)公式 λ hc E = h = E -光子的能量 J, 焦耳 υ -光子的频率 Hz, 赫兹  -光子的波长 cm C -光速 2.99791010 cm.s-1 h -Planch常数 6.625610-34 J.s 焦耳. 秒  c λ =  =  光电效应 康普敦效应 黑体辐射

二.电磁辐射与物质的相互作用及其光谱 1.物质的能态 原子、离子 分子 he △E=E1-E0=hv= 2.电磁辐射的吸收与发射 = hc hc =hy △E E1-E0 A.原子光谱 线光谱 Na5890、5896A Line spectra E; 原子发射光谱 半宽度1021058 hVi 原子吸收光谱 Eo 波长A

二.电磁辐射与物质的相互作用及其光谱 1.物质的能态 λ hc E = E1 − E0 = hν = 2.电磁辐射的吸收与发射 原子、离子 分子 A. 原子光谱 线光谱 Line spectra E2 E0 E1 E3 hi 波长 O A O 半宽度10 A -2~10-5 O Na 5890、5896 A 原子吸收光谱 原子发射光谱 hν E E hc E hc = − =  = 1 0 

B.分子光谱 带光谱Band spectra 有机、无机分子 △E分子=△E电子十△E振动十△E转动+△E平动 =h(v电子+v振动+转动十v平动) E2 =hc/(电子+2振动+2转动+2平动) 分子发射光谱 半宽度20-100nm hVi 波长/nm 1(T) 半宽度20~100nm 分子吸收光谱 Eo 波长/nm

B. 分子光谱 带光谱 Band spectra 有机、无机分子 /( ) ( ) Δ Δ Δ Δ Δ 电子 振动 转动 平动 电子 振动 转动 平动 分子 电子 振动 转动 平动 hc λ λ λ λ h ν ν ν ν E E E E E = + + + = + + + = + + + E2 E1 E0 半宽度20~100nm 分子吸收光谱 分子发射光谱 hi 波长/nm A(T) 波长/nm I 半宽度20~100nm

C.荧光发射 光致发光 原子荧光-一一线光谱 分子荧光-一一带光谱 E2 hVi

C. 荧光发射 光致发光 原子荧光 h -线光谱 分子荧光-带光谱 E2 E0 E1 E3 hi E2 E1 E0 hi hi

三光学分析法波谱 1.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 5~140pm 10-310nm 10~200nm 200~400nm 400~750nm 跃迁类型 核能级 原子内层电子 原子外层电子分子成键电子 莫斯鲍尔光谱法：Y射线今原子核→γ-射线吸收 远紫外光真空紫外区。此部分光谱会被空汽吸收 X-射线吸收光谱法：X-射线放射源→>原子内层电子(0)→X-射饯吸收 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

三.光学分析法波谱 1.电磁波谱与现代仪器分析方法 波谱区 -射线 波长 5~140 pm 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（n>10)→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 400~750nm 原子外层电子/分子成键电子

波谱区 近红外光 中红外光 远红外光 微波 射频 波长 0.75~2.5μm 2.550μm 50-1990μm 0.1~100cm 1~100m 跃迁类型 分子振动 分子转动 电子、核自旋 近红外光谱区：配位化学的研究对像 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 2.光学分析法的分类 核磁共振波谱法：射频→原子核自旋→吸收 光谱法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法 吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法 非光谱法：以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器分析方法 折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法

2.光学分析法的分类 波谱区 近红外光 中红外光 波长 0.75~2.5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 近红外光谱区:配位化学的研究对象 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 光 谱 法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法 非光谱法：以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器分析方法 吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法 折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法

§8.2光学分析法中的光栅单色器 一棱镜单色器基本组成 聚焦物镜 聚焦面 入射狭缝 准直镜 棱镜单色器 出射狭缝 二.光栅单色器基本组成 准直镜 聚焦物镜 聚焦面 入射狭缝 平面衍射光栅 出射狭缝

§8.2 光学分析法中的光栅单色器 二. 光栅单色器基本组成 入射狭缝 准直镜 平面衍射光栅 聚焦物镜 出射狭缝 聚焦面 f f 一.棱镜单色器基本组成 入射狭缝 准直镜 棱镜单色器 聚焦物镜 聚焦面 出射狭缝

三.平面衍射光栅 3002000条/mm 光栅的分光作用：狭缝的衍射作用形成的 1.平面光栅衍射的色散方程 n2=d(sinp±sinp) n一（级数）0，±1，±2，. d-为光栅常数 0-为入射角 0'-为衍射角 闪耀角 闪耀波长Φ 2.平面光栅衍射的闪耀特性 闪耀光栅： 通过改变a,d,0, 使衍射的辐射强苏集中在 所需的波长范围内

nλ = d(sinφ±sinφ´) 三. 平面衍射光栅 300~2000条/mm 光栅的分光作用：狭缝的衍射作用形成的 1.平面光栅衍射的色散方程 n—(级数) 0,±1,±2,. d -为光栅常数 φ-为入射角 φ ´-为衍射角 d Φ φ ’ 闪耀光栅： 通过改变a、d、， 使衍射的辐射强苏集中在 所需的波长范围内。 a  闪耀角 闪耀波长 2.平面光栅衍射的闪耀特性

2.平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 聚光本领 A色散率 色散方程：n2=d(sinp士sinp) 角色散率：d中‘dλ=n/d cos中 当中=00-8时，cos中=10.99：dφ‘/dA≈n/d 线色散率： dλ dl do' didi sing dl nf nf da dcoso'sins d dn dcoso'sina d 倒线色散率： f e兰90°，sine兰1 结论：当中‘小于20时，c0S中'≈1；平面光栅衍射的线色散 率与波长无关；与d、n,f有关

    sin f d d d dl •  = d nf d nf d dl   =  cos sin 结论：当φ´小于200时，cosφ´ ≈ 1；平面光栅衍射的线色散 率与波长无关；与d、n、f 有关。 线色散率： f  dλ dl 倒线色散率： nf d nf d dl d   =  cos sin A 色散率 角色散率：dφ´/dλ= n/d cosφ´ 当φ´=00~80时，cosφ´=1~0.99: dφ´/dλ≈n/d 2.平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 聚光本领 色散方程: nλ = d(sinφ±sinφ´) 90 ,sin 1 0    