第2章 光谱分析法导论（课件）- 《分析化学》同步教学（海洋大学版）

第 2 章 光谱分析法导论 Introduction to Optical Spectroscopic Methods §2.1 电磁辐射的性质 §2.2 电磁辐射与物质的相互作用及其光谱（重点） §2.3 光学分析仪器的基本构造（重点、难点） 本章内容 光谱分析法是基于能量作用于物质后产生电磁辐射信号 或电磁辐射与物质相互作用后产生辐射信号的变化而建立 起来的一类分析方法。这里需注意到三个问题： （1） 电磁辐射包括从波长极短的γ射线到无线电波的所有电 磁波谱范围， 而不只局限于光学光谱区。 （2） 电磁辐射与物质的相互作用方式很多， 有发射 、 吸收、 反射 、 折射 、 散射 、 干涉 、 衍射 、 偏振等， 各种相互作用的 方式均可建立起对应的分析方法， 光学分析法的类型极多。 （3） 基于上述两点，光学分析法的应用非常广泛。 定性分析 定量分析 化学结构分析 什么是光谱分析？ 一、电磁辐射的波动性（wave properties） 波的振动传播方式以及反射 、 折射 、 衍射 、 散射 、 干涉 、 偏振等现象表现了电磁辐射具有波的性质， 因此可以用波参 数来描述。 • 周期 T： 单位： s（秒） • 频率 ν ：周期的倒数， 单位为Hz， 即 s-1 ν = 1/T • 波长 λ: λ = c / ν , c = λ ν 真空中 c = ？ • 波数 。：波长的倒数， 单位为cm-1 σ = 1 = v λ c 2. 1 电磁辐射的性质 二、电磁辐射的微粒性（particle behavior） • 电磁辐射的能量不是均匀连续分布在它传播的空间， 而是集中在 辐射产生的微粒上 。 电磁辐射不仅具有广泛的波长 （频率） 分布 ， 而且由于波长和频率的不同而具有能量。 • 通常用eV表示电磁辐射的能量， 1eV表示一个电子通过1V电压降 时所具有的能量（ 1.6022 10-19 J ）。 J, 焦耳 Hz, 赫兹 cm 真空中 2.9979 1010 cm.s-1 6.6256 10-34 J.s 焦耳. 秒 E --光子的能量 υ ---光子的频率 λ ---光子的波长 C ---光速 h ---Planch常数 E = h = hc λ 光子能量与它的频率成正比， 或与波长成反比，而与光的强度无关。 2. 1 电磁辐射的性质 • 能量与波长（频率） 的关系为： 普朗克 (Planch)公式 三、电磁波谱 电磁辐射具有广泛的波长（能量） 分布， 将电磁辐射按照波 长或频率的顺序排列， 称为电磁波谱 。 可见， 电磁波谱是一个 跨越1015 波长范围的极宽的波谱带。 3 1010 3 108 3 106 3 104 3 102 3 100 3 10-2 3 10-4 波数，cm- 1 1021 1019 1017 1015 1013 1011 109 107 频率， Hz 10-4 10-2 100 102 104 106 108 109 波长，nm 2. 1 电磁辐射的性质 电磁辐射波谱图 X 射线 无线电 Y射线 微波 可见 紫外 红外 根据Planch定律，γ射线区的波长最短（频率最高） 、 能量 最大； 其后依次是χ射线区， 紫外- 可见和红外光区； 无线电 波区波长最长（频率最低）， 能量最小。 三、电磁波谱 一、电磁辐射与物质的相互作用方式（自学） • 吸收 （Absorption） • 发射 （Emission） • 散射 （Scattering ） 丁铎尔散射 瑞利散射 拉曼散射 • 折射 （Refraction） • 反射 （Reflection） • 衍射 （Diffraction ） • 干涉 （Interference） • 偏振 （Polarization） 2.2 电磁辐射与物质的相互作用及其光谱 二、物质的能态（energy states） • 根据量子理论， 原子 、 离子和分子都具有确定的能量，