光学分析法课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《光学分析法课件.ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 光学 分析 课件
- 资源描述:
-
1、 光谱学分析方法光谱学分析方法第二章第二章 光谱分析法导论光谱分析法导论第一节第一节 光谱分析法及其分类光谱分析法及其分类 光谱分析法是光谱分析法是基于检测能量基于检测能量(电磁(电磁辐射)辐射)作用于待测物质后产生的辐射信作用于待测物质后产生的辐射信号或所引起的变化的分析方法。号或所引起的变化的分析方法。 这些电磁辐射包括从这些电磁辐射包括从 射线到无线电射线到无线电波的所有电磁波谱范围。电磁辐射与物波的所有电磁波谱范围。电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。折射、散射、干涉、衍射、偏振等。 光谱分析法可分为光谱分
2、析法可分为光谱法光谱法和和非非光谱法光谱法两大类。两大类。 光谱法是基于物质与辐射能作光谱法是基于物质与辐射能作用时,测量由用时,测量由物质内部发生量子化物质内部发生量子化的能级之间的跃迁的能级之间的跃迁而产生的发射、而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。分析的方法。 光谱法可分为光谱法可分为原子光谱法原子光谱法和和分子分子光谱法光谱法。 原子光谱法是由原子光谱法是由原子外层或内层原子外层或内层电子电子能级的变化产生的,它的表现形能级的变化产生的,它的表现形式为式为线光谱线光谱。 属于这类分析方法的有属于这类分析方法的有原子发射原子发射光谱法(光
3、谱法(AESAES)、)、原子吸收光谱法原子吸收光谱法(AASAAS),),原子荧光光谱法(原子荧光光谱法(AFSAFS)以以及及X X射线荧光光谱法(射线荧光光谱法(XFSXFS)等。等。 分子光谱法是由分子光谱法是由 分子中电子能分子中电子能级、振动和转动能级级、振动和转动能级 的变化产生的,的变化产生的,表现形式为表现形式为带光谱带光谱。 属于这类分析方法的有紫外属于这类分析方法的有紫外- -可可见分光光度法(见分光光度法(UV-UV-VisVis),),红外光红外光谱法(谱法(IRIR),),分子荧光光谱法(分子荧光光谱法(MFSMFS)和分子磷光光谱法(和分子磷光光谱法(MPSMPS
4、)等。等。 非光谱法非光谱法是基于物质与辐射相互作用是基于物质与辐射相互作用时,测量辐射的某些性质,如折射、散射、时,测量辐射的某些性质,如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。 非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁,非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁,电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质。物理性质。 属于这类分析方法的有折射法、偏振属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。和圆二向色性法等。 本章主要介绍光谱法。如本章主要介绍光谱法。
5、如果按照电磁辐射和物质相互作果按照电磁辐射和物质相互作用的结果,可以产生发射、吸用的结果,可以产生发射、吸收和散射三种类型的光谱。收和散射三种类型的光谱。 物质通过物质通过电致激发、热致激发或光电致激发、热致激发或光致激发致激发等激发过程获得能量,变为激发等激发过程获得能量,变为激发态原子或分子态原子或分子M M* * ,当从激发态过渡到,当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。低能态或基态时产生发射光谱。 M M* * M + M + hvhv 通过测量物质的发射光谱的波长和强通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定性和定量分析的方法叫做度来进行定性和定量分析的方法叫做发射发射光谱分析
6、法光谱分析法。 发射光谱的类型:发射光谱的类型:1.1.线光谱线光谱 当辐射物质是单个的气态原子时,产当辐射物质是单个的气态原子时,产生紫外、可见光区的线光谱。生紫外、可见光区的线光谱。 通过内层电子的跃迁可以产生通过内层电子的跃迁可以产生X X射线线射线线光谱。光谱。2.2.带光谱带光谱 带光谱是由许多量子化的振动能级叠加带光谱是由许多量子化的振动能级叠加在分子的基态电子能级上而形成的。在分子的基态电子能级上而形成的。3.3.连续光谱连续光谱 固体加热至炽热会发射连续光谱,这类固体加热至炽热会发射连续光谱,这类热辐射称为热辐射称为黑体辐射黑体辐射。通过热能激发凝聚体。通过热能激发凝聚体中无数
7、原子和分之振荡产生黑体辐射。中无数原子和分之振荡产生黑体辐射。 被加热的固体发射连续光谱,它们是红被加热的固体发射连续光谱,它们是红外、可见及长波侧紫外光区分析仪器的重要外、可见及长波侧紫外光区分析仪器的重要光源。光源。 根据发射光谱所在的光谱区和激发方根据发射光谱所在的光谱区和激发方法不同,发射光谱法分为:法不同,发射光谱法分为:v1. 1. 射线光谱法射线光谱法 天然或人工放射性物质的天然或人工放射性物质的原子核在衰变原子核在衰变的过程中发射的过程中发射 和和 粒子后,往往使自身的粒子后,往往使自身的核激发,然后该核通过发射核激发,然后该核通过发射 射线回到基射线回到基态。测量这种特征态。
8、测量这种特征 射线的能量(或波射线的能量(或波长),可以进行定性分析,测量长),可以进行定性分析,测量 射线的射线的强度,可以进行定量分析。强度,可以进行定量分析。v2. 2. X X射线荧光分析法射线荧光分析法 原子受高能辐射激发,其原子受高能辐射激发,其内层电子能内层电子能级跃迁级跃迁,即发射出特征,即发射出特征X X射线,称为射线,称为X X射线射线荧光。用荧光。用X X射线管发生的一次射线管发生的一次X X射线来激发射线来激发X X射线荧光是最常用的方法。测量射线荧光是最常用的方法。测量X X射线的射线的能量(或波长)可以进行定性分析,测量能量(或波长)可以进行定性分析,测量其强度可以
9、进行定量分析。其强度可以进行定量分析。v3. 3. 原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法 用火焰、电弧、等离子炬等作为激用火焰、电弧、等离子炬等作为激发源,使气态原子或离子的发源,使气态原子或离子的外层电子外层电子 受激发发射特征光学光谱,利用这种光受激发发射特征光学光谱,利用这种光谱进行分析的方法叫做原子发射光谱分谱进行分析的方法叫做原子发射光谱分析法。波长范围在析法。波长范围在190 - 900190 - 900nmnm,可用可用于定性和定量分析。于定性和定量分析。v4. 4. 原子荧光分析法原子荧光分析法 气态自由原子吸收特征波长的辐射后,气态自由原子吸收特征波长的辐射后,原子的外层电子
10、原子的外层电子从基态或低能态跃迁到较高从基态或低能态跃迁到较高能态,约经能态,约经1010-8-8 s s,又跃迁至基态或低能态,又跃迁至基态或低能态,同时发射出与原激发波长相同同时发射出与原激发波长相同(共振荧光)(共振荧光)或不同的辐射或不同的辐射(非共振荧光)(非共振荧光),称为原子荧,称为原子荧光。光。F发射的波长在紫外和可见光区。在与激发光发射的波长在紫外和可见光区。在与激发光源成一定角度(通常为源成一定角度(通常为9090 )的方向测量荧光)的方向测量荧光的强度,可以进行定量分析。的强度,可以进行定量分析。v5. 5. 分子荧光分析法分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射后,某些物质
11、被紫外光照射后,物质物质分子分子吸收了辐射而成为激发态分子,吸收了辐射而成为激发态分子,然后回到基态的过程中发射出比入射然后回到基态的过程中发射出比入射波长更长的荧光。测量荧光的强度进波长更长的荧光。测量荧光的强度进行分析的方法称为荧光分析法。波长行分析的方法称为荧光分析法。波长在光学光谱区。在光学光谱区。v6. 6. 分子磷光分析法分子磷光分析法 物质吸收光能后,基态分子中的一个物质吸收光能后,基态分子中的一个电子被激发跃迁至第一激发单重态轨道,电子被激发跃迁至第一激发单重态轨道,由第一激发单重态的最低能级,经系统间由第一激发单重态的最低能级,经系统间交叉跃迁至交叉跃迁至第一激发三重态(系间
12、窜跃),第一激发三重态(系间窜跃),并经过振动弛豫至最低振动能级,并经过振动弛豫至最低振动能级,因此,因此,由此激发态跃迁回至基态时,便发射磷光。由此激发态跃迁回至基态时,便发射磷光。F 根据磷光强度进行分析的方法成为磷根据磷光强度进行分析的方法成为磷光分析法。它主要用于环境分析、药物研光分析法。它主要用于环境分析、药物研究等方面的有机化合物的测定。究等方面的有机化合物的测定。v7. 7. 化学发光分析法化学发光分析法 由由化学反应化学反应 提供足够的能量,使其中一提供足够的能量,使其中一种反应的分子的电子被激发,形成激发态分种反应的分子的电子被激发,形成激发态分子。激发态分子跃回基态时,就发
13、出一定波子。激发态分子跃回基态时,就发出一定波长的光。其发光强度随时间变化,并可得到长的光。其发光强度随时间变化,并可得到较强的发光(峰值)。较强的发光(峰值)。F 在合适的条件下,峰值与被分析物浓度在合适的条件下,峰值与被分析物浓度成线性关系,可用于定量分析。成线性关系,可用于定量分析。 由于化学发光反应类型不同,发射光谱由于化学发光反应类型不同,发射光谱范围为范围为400 - 1400400 - 1400nmnm。 当物质所吸收的电磁辐射能与该物当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足跃迁所需的能量满足E = E
14、= hvhv的关系时,的关系时,将产生吸收光谱。将产生吸收光谱。 M + M + hvhv M M* * 吸收光谱法可分为:吸收光谱法可分为:v1. 1. MMssbauerssbauer(莫斯鲍尔)谱法莫斯鲍尔)谱法 由与被测元素相同的同位素作为由与被测元素相同的同位素作为 射线的发射源,使吸收体(样品)原子射线的发射源,使吸收体(样品)原子核产生核产生 无反冲的无反冲的 射线共振吸收射线共振吸收 所形所形成的光谱。光谱波长在成的光谱。光谱波长在 射线区。射线区。 从从MMssbauerssbauer谱可获得原子的氧化谱可获得原子的氧化态和化学键、原子核周围电子云分布或态和化学键、原子核周围
15、电子云分布或邻近环境电荷分布的不对称性以及原子邻近环境电荷分布的不对称性以及原子核处的有效磁场等信息。核处的有效磁场等信息。v2. 2. 紫外紫外- -可见分光光度法可见分光光度法 利用溶液中的分子或基团在紫外和利用溶液中的分子或基团在紫外和可见光区产生可见光区产生分子外层电子分子外层电子能级跃迁所能级跃迁所形成的吸收光谱,可用于定性和定量测形成的吸收光谱,可用于定性和定量测定。定。v3.3.原子吸收光谱法原子吸收光谱法 利用待测元素利用待测元素气态原子气态原子对共振线的吸对共振线的吸收进行定量测定的方法。其吸收机理是原收进行定量测定的方法。其吸收机理是原子的外层电子能级跃迁,波长在紫外、可子
16、的外层电子能级跃迁,波长在紫外、可见和近红外区。见和近红外区。v4. 4. 红外光谱法红外光谱法 利用分子在红外区的振动利用分子在红外区的振动- - 转动吸收转动吸收光谱来测定物质的成分和结构。光谱来测定物质的成分和结构。v5. 5. 顺磁共振波谱法顺磁共振波谱法 在强磁场作用下在强磁场作用下电子的自旋磁矩电子的自旋磁矩与外磁场相互作用分裂为磁量子数与外磁场相互作用分裂为磁量子数M Ms s值值不同的磁能级不同的磁能级,磁能级之间的跃迁吸磁能级之间的跃迁吸收或发射微波区的电磁辐射。在这种收或发射微波区的电磁辐射。在这种吸收光谱中不同化合物的耦合常数不吸收光谱中不同化合物的耦合常数不同,可用来进
17、行定性分析。根据耦合同,可用来进行定性分析。根据耦合常数,可用来帮助结构的确定。常数,可用来帮助结构的确定。v6. 6. 核磁共振波谱法核磁共振波谱法 在强磁场作用下,在强磁场作用下,核自旋磁矩与外磁核自旋磁矩与外磁场相互作用分裂为能量不同的核磁能级场相互作用分裂为能量不同的核磁能级,核磁能级之间的跃迁吸收或发射射频区的核磁能级之间的跃迁吸收或发射射频区的电磁波。电磁波。 利用这种吸收光谱可进行有机化合物利用这种吸收光谱可进行有机化合物结构的鉴定,以及分子的动态效应、氢键结构的鉴定,以及分子的动态效应、氢键的形成、互变异构反应等化学研究。的形成、互变异构反应等化学研究。 频率为频率为 0 0的
18、单色光照射到透明物质上,物的单色光照射到透明物质上,物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换的,即不仅光子的运与物质分子发生能量交换的,即不仅光子的运动方向发生变化,它的能量也发生变化,则称动方向发生变化,它的能量也发生变化,则称为为RamanRaman散射。散射。 这种散射光的频率(这种散射光的频率(mm)与入射光的频与入射光的频率不同,称为率不同,称为RamanRaman位移。位移。RamanRaman位移的大小与位移的大小与分子的振动和转动的能级有关分子的振动和转动的能级有关,利用,利用RamanRaman位位移研究物质结构
19、的方法称为移研究物质结构的方法称为RamanRaman光谱法。光谱法。 第二节第二节 光谱法仪器光谱法仪器 用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐用来研究吸收、发射或荧光的电磁辐射的强度和波长的关系的仪器叫做光谱仪射的强度和波长的关系的仪器叫做光谱仪或分光光度计。这一类仪器一般包括五个或分光光度计。这一类仪器一般包括五个基本单元:基本单元:光源、单色器、样品容器、检光源、单色器、样品容器、检测器和读出器件。测器和读出器件。 发射光谱仪发射光谱仪光源光源样品样品单色器单色器检测器检测器读出器件读出器件 光源的作用是提供足够的能量使试光源的作用是提供足够的能量使试样蒸发、原子化、激发,产生光谱。样蒸发、
20、原子化、激发,产生光谱。 ab吸收光谱仪吸收光谱仪光源光源单色器单色器样品样品检测器检测器读出器件读出器件原子化器原子化器单色器单色器光电倍增管光电倍增管样品样品空心阴极灯空心阴极灯读出器件读出器件 由光源发射的待测元素的锐线光由光源发射的待测元素的锐线光束(共振线),通过原子化器,被原束(共振线),通过原子化器,被原子化器中的基态原子吸收,再射入单子化器中的基态原子吸收,再射入单色器中进行分光后,被检测器接收,色器中进行分光后,被检测器接收,即可测得其吸收信号。即可测得其吸收信号。荧光光谱仪荧光光谱仪光源光源第一单色器第一单色器样品样品第二单色器第二单色器检测器检测器记录放大系统记录放大系统
21、 由光源发出的光,经过第一单色器(激发由光源发出的光,经过第一单色器(激发光单色器)后,得到所需的激发光。通过样品光单色器)后,得到所需的激发光。通过样品池,由于一部分光线被荧光物质所吸收,荧光池,由于一部分光线被荧光物质所吸收,荧光物质被激发后,将向四面八方发射荧光。物质被激发后,将向四面八方发射荧光。 为了消除入射光和散射光的影响,为了消除入射光和散射光的影响,荧光的荧光的测量应在与激发光成直角方向进行测量应在与激发光成直角方向进行,第二单色,第二单色器为荧光单色器,主要是消除溶液中可能共存器为荧光单色器,主要是消除溶液中可能共存的其它光线的干扰,以获得所需的荧光,荧光的其它光线的干扰,以
22、获得所需的荧光,荧光作用于检测器上,得到相应的电信号。作用于检测器上,得到相应的电信号。 光谱分析中,光谱分析中,光源必须具有足够的光源必须具有足够的输出功率和稳定性。输出功率和稳定性。由于光源辐射功率由于光源辐射功率的波动与电源功率的变化成指数关系,的波动与电源功率的变化成指数关系,因此往往需用稳压电源以保证稳定,或因此往往需用稳压电源以保证稳定,或者用参比光束的方法来减少光源输出对者用参比光束的方法来减少光源输出对测定所产生的影响。测定所产生的影响。 光源有连续光源和线光源等。光源有连续光源和线光源等。 一般连续光源主要用于分子吸收一般连续光源主要用于分子吸收光谱法;线光源用于荧光、原子吸
23、收光谱法;线光源用于荧光、原子吸收和和RamanRaman光谱法。光谱法。1. 1. 连续光源连续光源 连续光源是指在很大的波长范围连续光源是指在很大的波长范围内能发射强度平稳的具有连续光谱的内能发射强度平稳的具有连续光谱的光源。光源。(1 1)紫外光源)紫外光源 紫外连续光源主要采用氢灯或氘灯。紫外连续光源主要采用氢灯或氘灯。 它它们在低压(们在低压( 1.31.3 10103 3PaPa)下以电激发的方式下以电激发的方式产生的连续光谱范围为产生的连续光谱范围为160 -375 nm。高压氢灯以高压氢灯以2000 - 60002000 - 6000V V的高压使两个铝电的高压使两个铝电极之间
24、发生放电。极之间发生放电。 低压氢灯是在有氧化物涂层的灯丝和金属低压氢灯是在有氧化物涂层的灯丝和金属电极间形成电弧,启动电压约为电极间形成电弧,启动电压约为400400V V直流电直流电压,而维持直流电弧的电压为压,而维持直流电弧的电压为4040V V。 (2 2)可见光源)可见光源 可见光区最常见的光源是可见光区最常见的光源是钨丝灯钨丝灯。在。在大多数仪器中,钨丝的工作温度约为大多数仪器中,钨丝的工作温度约为28702870K K,光谱波长范围为光谱波长范围为320 - 2500nm。 氙灯也可用作可见光源,当电流通氙灯也可用作可见光源,当电流通过氙灯时可以产生强辐射,它发射的连过氙灯时可以
25、产生强辐射,它发射的连续光谱分布在续光谱分布在250 - 700nm。(3 3)红外光源红外光源 常用的红外光源是一种用电加热常用的红外光源是一种用电加热到温度在到温度在1500-20001500-2000K K之间的惰性固体,之间的惰性固体, 光强最大的区域在光强最大的区域在6000- 50006000- 5000cmcm-1-1。常用的有常用的有奈斯特灯、硅碳棒奈斯特灯、硅碳棒。2. 2. 线光源线光源(1 1)金属蒸气灯)金属蒸气灯 在透明封套内含有低压气体元素,常在透明封套内含有低压气体元素,常见的是见的是汞灯和钠蒸气灯汞灯和钠蒸气灯。 把电压加到固定在封套上的一对电极把电压加到固定在
展开阅读全文