第九章 光学分析法概论

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第九章光学分析法概论

1、光学分析法有哪些类型。

基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法；基睛辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。

2、吸收光谱法和发射光谱法有何异同？

吸收光谱法为当物质所吸收的电磁辐射能由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到的光谱发射光谱法为物质通过电致激发、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，当从激发态过渡到低能态或基态时产生的光谱。

3、什么是分子光谱法？什么是原子光谱法？

原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生的光谱，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、原子吸收光谱法，原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法等。

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光谱，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，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。

4、简述光学仪器三个最基本的组成部分及其作用。

辐射源（光源）：提供电磁辐射。

波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。

检测器：将光信号转换成电信号。

5、简述常用的分光系统的组成以及各自作用特点。

分光系统的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。分光系统又分为单色器和滤光片。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。

棱镜：色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。

光栅：利用多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用产生光栅光谱。

干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉图。

滤光器是最简单的分光系统，只能分离出一个波长带或只能保证消除给定消长以上或以下的所有辐射。

6、简述常用辐射源的种类典型的光源及其应用范围。

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仪器分析第5讲 光学分析法概述(第七章)

《仪器分析》光学分析法概述《仪器分析》光学分析法概述 §7.1光学分析法概要(Introduction to Spectroscopy) 1.光学分析法及分类 ? 光学分析法根据物质发射、吸收电磁辐射或电磁辐射与物质的相互作用而建立起来的一类分析方法。 ? 可分为光谱法和非光谱法两大类 电磁辐射和电磁波谱 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形式，它是检测物质内在微观信息的最佳信使。 2．电磁辐射的性质：具有波、粒二像性；其能量交换一般为单光子形式，且必须满足量子跃迁能量公式： 3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列就称光谱。 λ νc h h E ? =?= γ射线→X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波高能辐射区γ射线 能量最高，来源于核能级跃迁 χ射线 来自内层电子能级的跃迁 光学光谱区紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁 可见光红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁 波谱区微波 来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁波长长 光谱分析法 基于测量辐射的波长及强度。 这些光谱是由于物质的原子或分子的特定能级的跃迁所产生的，根据其特征光谱的波长可进行定性分析； 光谱的强度与物质的含量有关，可进行定量分析。 ? 根据电磁辐射的本质，可分为 ? 原子光谱：由原子内层或外层能级的变化产生，表现为线状光谱 ? 分子光谱：由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生，带状光谱 ? 根据辐射能量传递的方式，可分为发射、吸收、荧光、拉曼光谱等。

不涉及光谱的测定，即不涉及能级的跃迁，而主要是利用电磁辐射与物质的相互作用。 这个相互作用引起电磁辐射在方向上的改变或物理性质的变化，而利用这些改变可以进行分析。 非光谱分析法 2. 电磁辐射参数及应用 微波区0.1nm~1m 中红外光区2.5~50μm 可见光区 400~800nm 远紫外区10~200nm 吸收光谱法：顺磁共振波谱法、核磁共振波谱法 无线电波区 >1m 电子和核自旋 远红外光区50~1000μm 分子转动能级 吸收光谱法：红外光谱法Raman 散射 近红外光区0.78~2.5μm 分子振动能级 发射光谱法：原子发射光谱、原子荧光分析、分子荧光分析、分子磷光分析 吸收光谱法：紫外-可见分光光度法、原子吸收近紫外光区200~400nm 外层电子跃迁X 射线荧光分析法 X射线区0.001~10nm K,L 层电子跃迁γ射线光谱法、Mossbauer 谱法γ射线区 5~140 pm 核能级 涉及方法 电磁波区域波长λ迁能级类型3. 各种光分析法简介 ? 发射光谱法 ?γ射线光谱法?x 射线荧光分析法?原子发射光谱分析?原子荧光分析法?分子荧光分析法?分子磷光分析法? 化学发光分析 ? 吸收光谱法 ?莫斯堡谱法 ?紫外可见分光光度法?原子吸收光谱法?红外光谱法?顺磁共振波谱法? 核磁共振波谱法? 散射 ? Roman 散射

光学分析法概论

第九章光学分析法概论 1、光学分析法有哪些类型。 基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法；基睛辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。 2、吸收光谱法和发射光谱法有何异同？ 吸收光谱法为当物质所吸收的电磁辐射能由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到的光谱发射光谱法为物质通过电致激发、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，当从激发态过渡到低能态或基态时产生的光谱。 3、什么是分子光谱法？什么是原子光谱法？ 原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生的光谱，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、原子吸收光谱法，原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法等。 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光谱，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，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。 4、简述光学仪器三个最基本的组成部分及其作用。 辐射源（光源）：提供电磁辐射。 波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。 检测器：将光信号转换成电信号。 5、简述常用的分光系统的组成以及各自作用特点。 分光系统的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。分光系统又分为单色器和滤光片。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。 棱镜：色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。 光栅：利用多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用产生光栅光谱。 干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉图。 滤光器是最简单的分光系统，只能分离出一个波长带或只能保证消除给定消长以上或以下的所有辐射。 6、简述常用辐射源的种类典型的光源及其应用范围。

第九章 光学分析法概论

. 第九章光学分析法概论 1、光学分析法有哪些类型。 基于辐射的发射建立的发射光谱分析法、火焰光度分析法、分子发光分析法、放射分析法等；基于辐射的吸收建立的UV-V is光度法、原子吸收光度法、红外光谱法、核磁共振波谱法等；基于辐射的散射建立的比浊法、拉曼光谱法；基睛辐射的折射建立的折射法、干涉法；基于辐射的衍射建立的X-射线衍射法、电子衍射法等；基于辐射的旋转建立的偏振法、旋光法、圆二色光谱法等。 2、吸收光谱法和发射光谱法有何异同？ 吸收光谱法为当物质所吸收的电磁辐射能由低能态或基态跃迁至较高的能态（激发态），得到的光谱发射光谱法为物质通过电致激发、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，当从激发态过渡到低能态或基态时产生的光谱。 3、什么是分子光谱法？什么是原子光谱法？ 原子光谱法：是由原子外层或内层电子能级的变化产生的光谱，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、原子吸收光谱法，原子荧光光谱法以及X射线荧光光谱法等。 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光谱，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，红外光谱法，分子荧光光谱法和分子磷光光谱法等。 4、简述光学仪器三个最基本的组成部分及其作用。 辐射源（光源）：提供电磁辐射。 波长选择器：将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。 检测器：将光信号转换成电信号。 5、简述常用的分光系统的组成以及各自作用特点。 分光系统的作用是将复合光分解成单色光或有一定宽度的谱带。分光系统又分为单色器和滤光片。单色器由入射狭缝和出射狭缝、准直镜以及色散元件，如棱镜或光栅等组成。 棱镜：色散作用是基于构成棱镜的光学材料对不同波长的光具有不同的折射率。 光栅：利用多狭缝干涉和单狭缝衍射两者联合作用产生光栅光谱。 干涉仪：通过干涉现象，得到明暗相间的干涉图。 滤光器是最简单的分光系统，只能分离出一个波长带或只能保证消除给定消长以上或以下的所有辐射。 6、简述常用辐射源的种类典型的光源及其应用范围。 1 / 1'.

仪器分析报告笔记 《原子吸收光谱法》

第四章原子吸收光谱法 ——又称原子吸收分光光度法§4.1 原子吸收分光光度法（AAS）概述 4.1.1 概述 1、定义 原子吸收分光光度法是基于从光源辐射出具有待测元素特征谱线的光，通过试样蒸气时被蒸气中待测元素基态原子所吸收，由辐射谱线被减弱的程度来测定试样中待测元素含量的方法。 2、特点 ?灵敏度高：在原子吸收实验条件下，处于基态的原子数目比激发态多得多，故灵敏度高。检出限可达10—9 g /mL (某些元素可更高) ?几乎不受温度影响：由波兹曼分布公式 00 q E q q KT N g e N g - =知，激发态原子浓度与基态原子浓度的比 值 q N N 随T↗而↗。在原子吸收光谱法中，原子化器的温度一般低于3000℃，此时几乎所有元素的0 1% q N N =。也就是说， q N随温度而强烈变化，而 N却式中保持不变，其浓度几乎完全等于原子的 总浓度。 ?较高的精密度和准确度：因吸收线强度受原子化器温度的影响比发射线小。另试样处理简单。RSD 1~2%，相对误差0.1~0.5%。 ?选择性高：谱线简单，因谱线重叠引起的光谱干扰较小，即抗干扰能力强。分析不同元素时，选用不同元素灯，提高分析的选择性 ?应用围广：可测定70多种元素（各种样品中）。 ?缺点：难熔元素、非金属元素测定困难，不能同时多元素分析。 3、操作 ①将试液喷入成雾状，挥发成蒸汽； ②用镁空心阴极灯作光源，产生波长285.2nm特征谱线； ③谱线通过镁蒸汽时，部分光被蒸汽中基态镁原子吸收而减弱； ④通过单色器和检测器测得镁特征谱线被减弱的程度，即可求得试样中镁的含量. 4、原子吸收光谱分析过程 ?确定待测元素。 ?选择该元素相应锐线光源，发射出特征谱线。 ?试样在原子化器中被蒸发、解离成气态基态原子。 ?特征谱线穿过气态基态原子，被吸收而减弱，经色散系统和检测系统后，测定吸光度。 ?根据吸光度与浓度间线性关系，定量分析。 5、与发射光谱异同点 ①原子吸收光谱分析利用的是原子的吸收现象，发射光谱分析则基于原子的发射现象； ②原子的吸收线比发射线的数目少得多，这样谱线重叠的概率就小得多； ③原子吸收法的选择性、灵敏度和准确性都好。

光谱分析法概述

光谱分析法概论 ~ 第一节 电磁辐射及其与物质的相互作用 （一）电磁辐射和电磁波谱 光是一种电磁辐射（又称电磁波），是一种以强大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光量子流，它具有波粒二象性 1 光的波动性：用波长、波数、频率作为表征 波长是在波的传播路线上具有相同振动相位的相邻两点之间的线性距离，常用nm作为单位 波数是每厘米长度中波的数目，单位cm-1 频率是每秒内的波动次数，单位Hz 在真空中波长、波数和频率的关系 C是光在真空中的传播速度，C=2.997925*10 10cm*s 所有电磁辐射在真空中的传播速度均相同 在其他透明介质中，由于电磁辐射与介质分子的相互作用，传播速度比在真空中稍小一些 2 光的微粒性：用每个光子具有的能量E作为表征 光子的能量与频率成正比，与波长成反比 H是普朗克常数，其值等于6.6262*10-34 J*s 能量E的单位常用电子伏特（eV）和焦耳（J）表示 电磁辐射与物质的相互作用包括以下两种： 1 涉及物质内能变化的：吸收、产生荧光、磷光、拉曼散射 2 不涉及物质内能变化的：透射、折射、非拉曼散射、衍射、旋光 当辐射通过固体、液体或气体等透明介质时，电磁辐射的交变电场导致分子（或原子）外层电子相对其核的震荡，造成这些分子（或原子）周期性的变化 1如果入射的电磁辐射能量正好与介质分子（或原子）基态与激发态之间的能量差相等，介质分子（或原子）就会选择性地吸收这部分辐射能，从基态跃迁到激发态（激发态的寿命很短） 处于激发态的分子（或原子）通常以（1）热的形式（2）发生化学变化（光化学变化）（3）以荧光及磷光的形式发射出所吸收的能量并回到基态 2 如果入射的电磁辐射能量与介质分子（或原子）基态与激发态之间的能量差不相等，则电磁辐射不被吸收，分子（或 原子）极化所需的能量仅被介质分子（或原子）瞬间保留，然后被再发射，从而产生光的透射、非拉曼发射、反射、折射等物理现象 第二节 光学分析法的分类 一、常用的光学分析方法

1.光学分析法导论

第一章 光学分析法导论 （An Introduction to Optical Analysis ） 1.1 电磁辐射的性质 电磁辐射（electromagnetic radiation ）是一种以极大的速度（在真空中为 2.9979× 1010cm ·s －1）通过空间，不需要任何物质作为传播媒介的能量。它包括无线电波、微波、红外光、紫外-可见光以及X 射线和γ射线等形式。电磁辐射具有波动性和微粒性。 1.1.1 电磁辐射的波动性 根据Maxwell 的观点，电磁辐射的波动性可以用电场矢量E 和磁场矢量M 来描述，如图1.1.1所示。它是最简单的单个频率的平面偏振电磁波。平面偏振就是它的电场矢量E 在一个平面内振动，而磁场矢量M 在另一个与电场矢量相垂直的平面内振动。电场和磁场矢量都是正弦波形，并且垂直于波的传播方向。与物质的电子相互作用的是电磁波的电场，所以磁场矢量可以忽略，仅用电场矢量代表电磁波。波的传播以及反射、衍射、干涉、折射和散射等现象表现了电磁辐射具有波的性质，可以用以下波参数来描。 图1.1.1 电磁波的电场矢量E 和磁场矢量M 1）周期T 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔称为周期，单位为s （秒）。 2）频率ν 单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，它等于周期的倒数1/T ，单位为1/s （1/秒），称为赫兹，以Hz 表示。电磁波的频率只取决于辐射源，与通过的介质无关。 3）波长λ 相邻两个波峰或波谷的直线距离。若电磁波传播速度为c ，频率为ν，那么波长λ为： νλ1 ?=c （1.1.1） 不同的电磁波谱区可采用不同的波长单位，可以是m ，cm ，μm 或nm ，他们之间的换算关系为1m=102cm=106μm=109nm 。 4）波数 每厘米长度内含有波长的数目，即波长的倒数： c νλ== 1 （1.1.2） 单位为cm －1（厘米－1），将波长换算成波长的关系式为：

光谱法概述Word版

光谱法概述 一、光的性质 1、电磁辐射 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。 电磁辐射的性质：具有波、粒二向性 微粒性： 电磁辐射的吸收和发射现象→微粒性 微粒性的表征→光子的能量E E＝hν＝hc/λ＝hcσ h：普郎克常数 E：光量子能量

2、电磁波谱： 电磁波谱： 3、电磁辐射与物质的相互作用（1）涉及物质内部能级跃迁。吸收 产生荧光、磷光等

（2）不涉及物质内部能级跃迁，仅使电磁辐射某些基本性质发生改变。 折射、衍射、旋光等 4、光谱法 当电磁辐射和物质相互作用，引起物质内部的

能级跃迁，记录由此产生的电磁辐射强度随波长的变化，得到光谱图。从而对物质进行定性、定量和结构分析的方法。 光谱法分类 二、物质对光的吸收 ●物质的颜色由物质与光的相互作用方式决定。 ●人眼能感觉到的光称可见光，波长范围是：400～760nm。 ●让白光通过棱镜，能色散出红、橙、黄、等各色光。 ●单色光：单一波长的光 ●复合光：由不同波长的光组合而成的光，如白光。 ●光的互补：若两种不同颜色的单色光按一定比例混合得到白光，称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。

物质的颜色：是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生。 即物质的颜色是它所吸收光的互补色。

溶液的颜色：是由于它选择性地吸收了一部分光，而呈现它的补色。 例如：三（邻二氮菲）合铁配合物溶液吸收了508nm处的光，而呈现紫红色。 三、物质的吸收光谱 将某物质的溶液，用不同波长的单色光作入射光，测定这一溶液吸光度A。每种波长的单色光都有其相对应的吸光度。然后以A为纵坐标，波长

光学分析法导论习题

光学分析法导论习题 一．填空题 1. 光速c≈3×1010cm·s-1是在中测得的。 2．原子内层电子跃迁的能量相当于光,原子外层电子跃迁的能量相当于光和。 3．分子振动能级跃迁所需的能量相当于光,分子中电子跃迁的能量相当于光。 4．钠的基态光谱支项为 ,钠的共振谱线以表示。 5．，和三种光分析方法是利用线光谱进行检测的。 6．指出下列电磁辐射所在的光谱区（光速为3×1010cm·s-1）。 （1）波长588.9nm ；（2）波数400cm-1； （3）频率2.5×1013Hz ；（4）波长300nm 。 二．选择题 1．电磁辐射的微粒性表现在下述哪种性质上 A. 能量 B. 频率 C. 波长 D. 波数 2.当辐射从一种介质传播到另一种介质中时,下述哪种参量不变? A. 波长 B.频率 C.速度 D.方向 3.镁的L=2光谱项可具有几个J值? A.1 B.2 C.3 D.4 4.下述哪种分析方法是基于发射原理的? A.红外光谱法 B.荧光光度法 C.核磁共振波谱法 D.分光光度法 5.带光谱是由于 A 炽热固体发射的结果 B 受激分子发射的结果

C 受激原子发射的结果 D 简单离子发射的结果 ?习题 一．填空题 1. 光速c≈3×1010cm·s-1是在头真空中测得的。 2．原子内层电子跃迁的能量相当于 X 光,原子外层电子跃迁的能量相当于紫外光和可见光。 3．分子振动能级跃迁所需的能量相当于红外光,分子中电子跃迁的能量相当于紫外可见光。 4．钠的基态光谱项为 32S 1/2 ,钠的共振谱线以 32P 3/2 或32P 312 表 示。 5．原子发射，原子吸收和原子荧光三种光分析方法是利用线光谱进行检测的。 6．指出下列电磁辐射所在的光谱区（光速为3×1010cm·s-1）。 （1）波长588.9nm ；（2）波数400cm-1； （3）频率2.5×1013Hz ；（4）波长300nm 。 二．选择题 1．电磁辐射的微粒性表现在下述哪种性质上（A） A. 能量 B. 频率 C. 波长 D. 波数 2.当辐射从一种介质传播到另一种介质中时,下述哪种参量不变?（B） A. 波长 B.频率 C.速度 D.方向 3.镁的L=2光谱项可具有几个J值?（C） A.1 B.2 C.3 D.4 4.下述哪种分析方法是基于发射原理的?（B） A.红外光谱法 B.荧光光度法 C.核磁共振波谱法 D.分光光度法 5.带光谱是由于（B） A 炽热固体发射的结果 B 受激分子发射的结果 C 受激原子发射的结果 D 简单离子受激发射的结果 一、选择题 1、请按能量递增的次序，排列下列电磁波谱区：红外、射频、可见光、紫外、X射线、

第二章 光学分析法导论

第二章 光学分析法导论 1、解释下列名词 （1）原子光谱和分子光谱 （2）发射光谱和吸收光谱 （3）统计权重和简并度 （4）分子振动光谱和分子转动光谱 （5）禁戒跃迁和亚稳态 （6）光谱项和光谱支项 （7）分子荧光、磷光和化学发光 （8）拉曼光谱 答：（1）由原子的外层电子能级跃迁产生的光谱称原子光谱； 由分子成键电子能级跃产生的光谱称分子光谱。 （2）原子受外界能量（如热能、电能）作用时，激发到较高能态，但很不稳定，再返回基态或较低能态而发射特征谱线形成的光谱称原子发射光谱。 由基态原子蒸气选择性地吸收一定频率的光辐射后跃迁到较高能态产生的原子特征光谱称原子吸收光谱。 （3）由能级简并引起的概率权重称为统计权重。 在磁场作用下，同一光谱支项会分裂成2J+1个不同的支能级，2J+1称为简并度。 （4）由分子在振动能级间跃迁产生的光谱称分子振动光谱； 由分子在不同转动能级间跃迁称分子转动光谱。 （5）不符合光谱选择定则的跃迁叫禁戒跃迁； 若两光谱项之间为禁戒跃迁，处于较高能级的原子有较长寿命，称为亚稳态。 （6）光谱项：用n 、L 、S 、J 四个量子数来表示能量状态，符号n 2S+1L J ； 光谱支项： J 值不同的光谱项。 （7）荧光和磷光都是光致发光。 荧光是物质的基态分子吸收一定波长范围的光辐射激发至单重激发态，再由激发态回到基态产生的二次辐射； 磷光是单重激发态先过渡到三重激发态，再由三重激发态向基态跃迁产生的光辐射； 化学发光是化学反应物或产物受反应释放的化学能激发产生的光辐射。 （8）拉曼光谱：入射光子与溶液中试样分子间非弹性碰撞引起能量交换而产生的与入射光频率不同的散射光谱。 2、阐明光谱项中各符号的意义和计算方法。 答：光谱项：n 2S+1L J ； 其中 n 为主量子数，与个别单独价电子的主量子数相同，取值仍为1，2，3，…任意正整数。 L 为总角量子数，其数值为外层价电子角量子数l 的矢量和，即：∑=i i l L 两个价电子耦合所得的总角量子数与单个价电子的角量子数l 1、l 2有如下的取值关系： L = (l 1+l 2)，(l 1+l 2 －1)，(l 1+l 2 －2)，…，｜l 1－l 2｜ 其值可能为L ＝0，1，2，3，…，相应的光谱项符号为S ，P ，D ，F ，…。若价电子数为3时，应先把2个价电子的角量子数的矢量和求出后，再与第三个价电子求出矢量和，就是3个价电子的总角量子数，依此类推。 S 为总自旋量子数，价电子自旋与自旋之间的相互作用也是较强的，多个价电子的总自旋量子数是单个价电子量子数m s 的矢量和，即：∑=i i s m S ,

第2章 光谱分析法概论

第2章 光谱分析法概论 根据物质发射的电磁辐射或物质与辐射的相互作用建立起来的一类仪器分析方法，统称 为光学分析法。 光是电磁辐射(又称电磁波)，是一种不需要任何物质作为传播媒介就可以以巨大速度通 过空间的光子流（量子流），具有波粒二象性（波动性与微粒性）。 光的波动性体现在反射、折射、干涉、衍射以及偏振等现象。波长λ 、波数σ 和频率υ 相互关系为：λν/c = 和c //1νλσ==，c =2.997925×1010cm/s 。 光的微粒性体现在吸收、发射、热辐射、光电效应、光压现象以及光化学作用等方面， 用每个光子具有的能量E 作为表征。光子的能量与频率成正比，与波长成反比，关系为： σλνhc hc h E ===/ 从γ 射线一直至无线电波都是电磁辐射，光是电磁辐射的一部分，若把电磁辐射按照波 长或频率的顺序排列起来，就可得到电磁波谱（electromagnetic spectrum ）。 波长在360～800nm 范围的光称为可见光，具有同一波长、同一能量的光称为单色光，由 不同波长的光组合成的称为复合光。 复合光在与物质相互作用时，表现为其中某些波长的光被物质所吸收，另一些波长的光 透过物质或被物质所反射，透过物质的光（或反射光）能被人眼观察到的即为物质所呈现的颜色。不同波长的光具有不同的颜色，物质的颜色由透射光（或发射光）的波长所决定。 当物质与辐射能相互作用时，其内部的电子、质子等粒子发生能级跃迁，对所产生的辐 射能强度随波长(或相应单位)变化作图，所得到的谱图称为光谱（也称波谱）。 利用物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱分析法或光谱法。 以测量气态原子或离子外层或内层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的成分分析方 法为原子光谱法， 由分子中电子能级（n ）、振动能级（v ）和转动能级（J ）的变化而产生的光谱为基础的 定性、定量和物质结构分析方法为分子光谱法。有紫外-可见分光光度法（UV-Vis ），红外吸收光谱法（IR ），分子荧光光谱法（MFS ）和分子磷光光谱法（MPS ）等。 物质吸收相应的辐射能而产生的光谱为吸收光谱。利用物质的吸收光谱进行定性、定量 及结构分析的方法称为吸收光谱法。 物质受激，跃迁到激发态M*后，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，而产生 的光谱为发射光谱。物质发射的光谱有三种：线状光谱、带状光谱和连续光谱。 利用测量物质的发射光谱的波长和强度进行定性、定量的方法称为发射光谱法。 用于研究吸收、发射或荧光的电磁辐射强度和波长关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计， 一般包括五个基本单元：光源、单色器、样品池、检测器和读出器。 单色器的主要作用是将来自光源的连续光谱（复合光）分解并分离出所需要的单色光（即 仅含特定波长的光）或有一定宽度的谱带，由入射狭缝和出射狭缝、准直镜、聚焦镜以及色散元件（如棱镜或光栅）等组成，分色散型和干涉型。 当一束波长为λ 的平行单色光（强度为I 0）通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体 介质时，光的强度由I 0减弱为I t ，定义I t 与I 0的比值为透光率（transmittance ，0t I I T = ），其

第2章 光谱分析法导论

第2章光谱分析法导论 2.1 内容提要 2.1.1 基本概念 光分析法—以物质的光学性质为基础建立的分析方法，称为光学分析法，简称光分析法。 光谱分析法—以测量光与物质相互作用，引起原子、分子内部量子化能级之间跃迁产生的发射、吸收、散射等波长与强度的变化关系为基础的光分析法，称为光谱分析法。 非光谱分析法—利用光与物质作用时所产生的折射、干涉、衍射和偏振等基本性质的变化来达到分析测定目的的光分析法，主要有折射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二色性法等。 光发射—受激粒子由高能态跃迁回到低能态（包括基态）时，以光辐射形式释放多于能量的现象。 光吸收—当光与物质接触时，某些频率的光被选择性的吸收并使其强度减弱，这种现象被称为物质对光的吸收。 光散射—光通过不均匀介质时，如果有一部分光沿着其他方向传播，这种现象称为光的散射。 光折射—当光从一种透明介质进入另一种透明介质时，光束的前进方向发生改变的现象，称为光的折射。 光衍射—光波绕过障碍物而弯曲向后传播的现象，称为光的衍射。 光偏振—天然光通过某些物质后，变为只在一个固定方向有振动的光，称为平面偏振光，这种现象称为偏振。 光的旋光色散—平面偏振光进入旋光活性物质时，使得构成偏振光的左、右两圆偏振光的传播速度变得不一样，这种现象称为旋光色散。 光的圆二色性—偏振光与物质相互作用后，由于对左、右圆偏振光的吸收情况不同导致两圆偏振光的振幅和能量也不相同，并形成一个沿着椭圆运动的椭圆偏振光，这种现象称为圆二色性。 光的波粒二象性—指光既有波动性又有粒子性。 吸收光谱—物质的粒子吸收某特定的光子后，由低能级跃迁到较高能级，当把物质对光的吸收情况按照波长的次序排列记录下来，就得到

光学分析法导论

第2章光学分析法导论 【2-1】解释下列名词。 （1）原子光谱和分子光谱（2）发射光谱和吸收光谱 （3）闪耀光栅和闪耀波长（4）光谱通带 答：（1）原子光谱：由原子能级之间跃迁产生的光谱称为原子光谱。 分子光谱：由分子能级跃迁产生的光谱称为分子光谱。 （2）发射光谱：原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会发射电磁辐射，这样产生的光谱为发射光谱。 吸收光谱：物质对辐射选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱。 （3）闪耀光栅：当光栅刻划成锯齿形的线槽断面时，光栅的光能量便集中在预定的方向上，即某一光谱级上。从这个方向探测时，光谱的强度最大，这种现象称为闪耀，这种光栅称为闪耀光栅。 闪耀波长：在这样刻成的闪耀光栅中，起衍射作用的槽面是个光滑的平面，它与光栅的表面一夹角，称为闪耀角。最大光强度所对应的波长，称为闪耀波长。 （4）光谱通带：仪器出射狭缝所能通过的谱线宽度。 【2-2】简述棱镜和光栅的分光原理。 【2-3】简述光电倍增管工作原理。 答：光电倍增管工作原理： 1）光子透过入射窗口入射在光电阴极K上。 2）光电阴极电子受光子激发，离开表面发射到真空中。 3）光电子通过电子加速和电子光学系统聚焦入射到第一倍增极D1上，倍增极将发射出比入射电子数目更多的二次电子，入射电子经N级倍增极倍增后光电子就放大N次方倍。 4）经过倍增后的二次电子由阳极P收集起来，形成阳极光电流，在负载RL上产生信号电压。 【2-4】何谓多道型检测器？试述多道型检测器光电二极管阵列、电荷耦合器件和电荷注入器件三者在基本组成和功能方面的共同点。 【2-5】请按能量递增和波长递增的顺序，分别排列下列电磁辐射区：红外，无线电波，可见光，紫外光，X射线，微波。 答：能量递增顺序：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X射线。 波长递增顺序：X射线、紫外光、可见光、红外线、微波、无线电波。 【2-6】计算下列电磁辐射的频率和波数。

光学分析法导论思考题与练习题

思考题与练习题 1.对下列的物理量单位进行换算： （1）150pm X射线的波数（cm-1）； （2）670.7nm Li线的频率（Hz）； （3）3300cm-1波数的波长（μm）； 答案:(1)；（2）；（3）3.03μm。 2.计算下列电磁辐射的频率（Hz）、波数（cm-1）及光量子的能量（用电子伏eV、尔格erg 及千卡/摩尔表示）： （1）波长为589.0nm的钠D线； 答 ； 案: （2）在12.6μm的红外吸收峰。 答 。 案: 3.将波长443nm的光通过折射率为1.329的甲醇溶液时，试计算： （1）在甲醇溶液中的传播速度； （2）频率； （3）能量（J）； （4）周期（s）。 答案:（1）；（2）；（3）；（4）。 4.辐射通过空气（n=1.00027）与某玻璃（n=1.7000）界面时，其反射损失的能量大约有多 少？ 答案:6.7% 5.何谓光的二象性？何谓电磁波谱？

6.请按照能量递增和波长递增的顺序，分别排列下列电磁辐射区：红外线，无线电波，可 见光，紫外光，X射线，微波。 7.光谱法的仪器通常由哪几部分组成？它们的作用是什么？ 自测题 1.电磁辐射的二象性是指: A．电磁辐射是由电矢量和磁矢量组成； B．电磁辐射具有波动性和电磁性； C．电磁辐射具有微粒性和光电效应； D．电磁辐射具有波动性和电磁性。 2.光量子的能量与电磁辐射的哪一个物理量成正比？ A．紫外；B．波长； C．波数；D．周期。 3.可见区、紫外区、红外光区、无线电波四个电磁波区域中，能量最大和最小的区域分别为 A．紫外区和无线电波区； B．可见光区和无线电波区； C．紫外区和红外区； D．波数越大。 4.有机化合物成键电子的能级间隔越小，受激跃迁时吸收电磁辐射的 A．能量越大；B．频率越高； C．波长越长； D．波数越大。 5.波长为0.0100nm的电磁辐射的能量是多少eV？(已知)