光譜分析一基本理論.ppt

第一章 光譜分析 基本理論,一、 光分析的范疇 凡是利用輻射能與待測(cè)物質(zhì)相互作用后產(chǎn)生的輻射信號(hào)或引起信號(hào)的變化所采用的分析方法稱(chēng)為光分析。光分析又分為光譜分析和非光譜分析。,1,一、 光分析的范疇 光譜分析 凡是以光吸收、發(fā)射和散射等作用而建立起來(lái)的光分析方法，稱(chēng)為光譜分析。它是根據(jù)待測(cè)物質(zhì)與輻射能發(fā)生作用時(shí)，測(cè)量由物質(zhì)內(nèi)部量子化能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生的發(fā)射、吸收、散射等輻射能的變化，如測(cè)量光的波長(zhǎng)或強(qiáng)度的變化而進(jìn)行分析的方法。常見(jiàn)的光譜分析方法有原子吸收光譜、原子發(fā)射光譜、紫外-可見(jiàn)吸收光譜、紅外吸收光譜、熒光發(fā)射光譜、化學(xué)發(fā)光光譜、生物發(fā)光光譜等。,第一章 光譜分析 基本理論,2,非光譜分析 凡是不以光的波長(zhǎng)為特征信號(hào)的分析方法都屬于非光譜分析的范疇。理論上講，非光譜分析不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級(jí)能量的躍遷，只是在能量的傳播過(guò)程中輻射能傳播方向和速度發(fā)生的變化。是通過(guò)測(cè)量電磁輻射的某些基本性質(zhì)（如反射、折射、干涉、衍射、偏振等性質(zhì)）的變化而進(jìn)行分析的方法。常用的有折射法、干涉法、散射法、旋光法、X射線(xiàn)衍射法。,1、光譜產(chǎn)生的過(guò)程,二、原理,物質(zhì)基態(tài)E0,物質(zhì)激發(fā)態(tài)E1,吸收光譜,發(fā)射光譜,吸能,放能,光譜產(chǎn)生過(guò)程的示意圖,第一章 光譜分析 基本理論,3,2、光譜的分類(lèi) 根據(jù)光的基本性質(zhì)和它在傳遞能量過(guò)程所發(fā)生的變化和引起波長(zhǎng)或傳播方向的差異,可以將光譜分為3大類(lèi)。 （1）發(fā)射光譜 構(gòu)成物質(zhì)的分子、原子或離子，經(jīng)輻射能照射吸收了能量，由基態(tài)能級(jí)轉(zhuǎn)變成激發(fā)態(tài)能級(jí)后，處理激發(fā)態(tài)的物質(zhì)內(nèi)部能量比原來(lái)能量多，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需在把吸收多余的能量釋放出去，再回到基態(tài)。因此，在該物質(zhì)由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)以光的形式釋放多余的能量，并產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光譜，這種光譜稱(chēng)之為發(fā)射光譜。發(fā)射光譜又分為以下幾種：,二、原理,第一章 光譜分析 基本理論,4,2、光譜的分類(lèi) 線(xiàn)光譜 是由原子或離子被激發(fā)產(chǎn)生的光譜，稱(chēng)原子光譜或離子光譜。線(xiàn)光譜的特性是由不連續(xù)的明暗相間的線(xiàn)條所組成的光譜。 帶光譜 是分子被激發(fā)產(chǎn)生的光譜，也稱(chēng)分子光譜。它是由數(shù)個(gè)光帶與暗區(qū)相間組成的寬帶光譜。 連續(xù)光譜 常見(jiàn)的陽(yáng)光或燈光所發(fā)的光譜。它是在一定的波區(qū)由長(zhǎng)波長(zhǎng)和短波長(zhǎng)連續(xù)不斷，按波長(zhǎng)順序排列組成光譜。,第一章 光譜分析 基本理論,二、原理,5,（2）吸收光譜 構(gòu)成物質(zhì)的分子,原子或離子等在輻射能的照射下，在系統(tǒng)內(nèi)吸收外界能量的過(guò)程中，所對(duì)應(yīng)吸收的波長(zhǎng)產(chǎn)生光譜,稱(chēng)為吸收光譜。分為兩種： 原子吸收光譜 原子受光照射后吸收的能量產(chǎn)生的光譜。它是由不連續(xù)的明暗相間的線(xiàn)條所組成的光譜。 分子吸收光譜 分子受光譜照射后吸收能量產(chǎn)生的光譜。 它是由數(shù)個(gè)光帶與暗區(qū)相間所組成的吸收光譜。,第一章 光譜分析 基本理論,二、原理,6,（3）散射光譜 構(gòu)成物質(zhì)的分子、原子或離子，經(jīng)輻射能照射后，系統(tǒng)內(nèi)散射出來(lái)的能量產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的光譜。它主要分布在紅外區(qū)，屬于分子散射光譜。,第一章 光譜分析 基本理論,二、原理,7,1、光譜分析儀器的基本構(gòu)造 用于研究光的吸收、發(fā)射和散射的強(qiáng)度和波長(zhǎng)的關(guān)系的儀器，均稱(chēng)之為光譜儀或分光光度計(jì)。如圖：,三、光譜分析儀器,光源,單色器,樣品室,光電檢測(cè)器,顯示器,第一章 光譜分析 基本理論,8,雙光束分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)圖,9,2、光譜分析儀器的系統(tǒng) （1）光源 必須有足夠的輸出功率和良好的穩(wěn)定性。光源有連續(xù)光源和線(xiàn)光源等，一般連續(xù)光源主要用于分子吸收光譜的測(cè)定，線(xiàn)光源主要用于分子發(fā)射光譜、原子吸收光譜和紅外光譜的分析。,三、光譜分析儀器,第一章 光譜分析 基本理論,10,連續(xù)光源 指在很大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)射輻射能的強(qiáng)度變化很小，而且發(fā)射的光譜是連續(xù)的。主要有三種： 紫外光源 能產(chǎn)生連續(xù)光譜的紫外燈提供光源，常用的紫外燈有氫燈和氘燈。氫燈發(fā)射連續(xù)光譜的波長(zhǎng)在190-360nm之間；氘燈發(fā)射的波長(zhǎng)在180-500nm之間。氘燈輻射的能量的強(qiáng)度比氫燈大3-5倍，使用壽命也比氫燈長(zhǎng)。目前大多使用氘燈。 可見(jiàn)光源 能產(chǎn)生連續(xù)光譜的可見(jiàn)光燈提供光源，主要有碘鎢燈、 鈉燈和氙燈等。 紅外光源 能產(chǎn)生連續(xù)光譜的紅外燈提供光源,三、光譜分析儀器 2、光譜分析儀器的系統(tǒng),氙燈示意圖,第一章 基本理論,11,2、光譜分析儀器的系統(tǒng) 線(xiàn)光源 金屬蒸氣燈 在透明的石英玻璃或光學(xué)玻璃管里充有低壓氣體元素，稱(chēng)為金屬蒸氣燈。如空心陰極燈。,三、光譜分析儀器,第一章 光譜分析 基本理論,12,（2）單色器 在輻射能的照射下，能夠?qū)⑦B續(xù)復(fù)合光源分解成單一波長(zhǎng)的單色光或者具有一定寬度譜帶的分光器，由分光器、入射狹縫和出射狹縫等色散元件組成。分光光度計(jì)的單色器主要有棱鏡和光柵。,三、光譜分析儀器,光柵單色器工作原理示意圖,第一章 光譜分析 基本理論,13,三、光譜分析儀器,棱鏡單色器的工作原理示意圖,第一章 光譜分析 基本理論,14,（3）狹縫 是單色器的重要組成部分，直接關(guān)系到儀器的分辨率，它的作用是將來(lái)自單色器的散射光分切割成單色光，類(lèi)似于照相機(jī)的光圈，用來(lái)采集光的面積。,三、光譜分析儀器,第一章 光譜分析 基本理論,15,（4）比色池 亦稱(chēng)比色杯。它是由透明的材料制成的，石英池用于紫外-可見(jiàn)區(qū)的測(cè)量，玻璃池只用于可見(jiàn)區(qū)。 （5）檢測(cè)器 簡(jiǎn)易分光光度計(jì)上使用光電