第一章 光学分析法导论(第一论).pptVIP

第一章 光学分析导论 一、电磁辐射的性质:波粒二象性 （一）波动性 电磁辐射是在空间传播着的交变电磁场，称之为电磁波。图2-1表示一束沿x轴方向传播的电磁波。电场矢量(E)在y轴方向周期性地变化，相应的磁场矢量(H)在z轴方向上周期性地变化，均呈现出波动性质。因为电矢量同物质中的电子相互作用，所以，一般只用电矢量图来描述电磁辐射。 图2-1 电磁波的传播 三、电磁辐射与物质的相互作用 （一）物质对电磁辐射的发射 粒子（原子、分子或离子）吸收外界能量后，便从基态或低能态跃迁到高能态。若以辐射的方式回落到基态或低能态，便得到发射光谱。 由于跃迁能级的不同，得到的发射光谱各部相同。因此，可以利用特征光谱进行定性分析，利用强度进行定量分析。 （二）物质对电磁辐射的吸收 当基态或低能态粒子受到电磁辐射的照射，选择性地吸收其中某些频率的辐射能而跃迁到激发态，这一现象称之为物质对电磁辐射的吸收。 只有辐射大小等于两能级能量差（△E）的能量才能被粒子吸收，太大或太小的能量均不能被吸收，即任何粒子对电磁辐射的吸收都是有选择性地。 第三节 原子光谱和分子光谱 按产生光谱的基本粒子不同可分为原子光谱和分子光谱。由于原子结构和分子结构不同，产生的光谱特征亦不同。无论哪种光谱其与原子或分子内能变化的关系服从 一、原子光谱 （1）原子发射光谱 当基态原子在外界能量（如热能、电能等）的作用下，便跃迁到激发态后又返回到基态并发射出特征谱线。这种由高能态跃迁回基态而产生的光谱称为原子发射光谱。 （2）原子吸收光谱 当光辐射通过基态原子蒸气时，基态原子吸收与其能级跃迁相等的能量，从基态跃迁到激发态。由原子这种选择性吸收而获得的特征光谱称为原子吸收光谱。 （3）原子荧光光谱 当激发态原子通过光辐射释放能量而跃迁回到基态。这种光辐射叫原子荧光。 二、分子光谱 （1）分子吸收光谱 基态分子通过辐射能进行选择性地吸收后跃迁到较高能态所产生的光谱叫分子光谱。 根据分子跃迁类型的不同，可将分析吸收光谱分为电子光谱、振动光谱和转动光谱。 （2）分子发光光谱 分子发光光谱包括分子荧光光谱、磷光光谱和化学发光光谱。 化学发光是在化学反应中产生的光辐射。它由参与化学反应的反应物或产物吸收该反应释放的化学能而被激发并发射光子，或者将化学能转移至受体分子，使受体分子发射光子。 三、光分析分类 分子光谱（带状光谱）： * * 什么是电磁辐射？ 电磁辐射又称电磁波，是一种以极大的速度（在真空中为 C＝2.99792×1010cm·s-1）在空间（而不需要以任何物质作为媒介）传播的交变电磁场。 注意：是一种能量形式！具有一定的频率、强度和速度。光是一种电磁波。 第一节：电磁辐射 电磁辐射：是一种以巨大速度通过空间传播的光子流，具有波粒二象性。 波动性（光的折射、衍射、反射、干涉、偏振等）： 特征是每个光子或光量子具有一定的波长，可用速度、频率或波数等参数加以描述。 （1）波长（λ）：是指在波的传播方向上具有相同振动位相的两点间的距离。也即是一次全振动的距离。 （2）波数(σ)：为波长的倒数，单位为cm-1，表示每厘米长度中波的数目。 若波长以μm为单位，则波长与波数的换算关系为 （3）频率（υ）：是指单位时间内电磁波振动的次数，单位为赫兹（Hz）或s-1。 （4）速度（v或c）：每秒内辐射传播的距离，单位cm/s。在不同的介质中光传播的速度不同 只有在真空中所有的电磁波的传播速度才相同 c=2.99792×1010 cm/s≈3×1010 cm/s。 例1 钠原子发射波长为589nm的黄光，其频率是多少？ 解：1nm=10-7cm 589nm=5.89×10-5cm 例2 波长λ=4μm的红外光，其波数为多少？ 由于在电磁波传播过程中，只有波参数频率始终保持不会改变，即频率与介质无关，因此，用频率能够表征电磁辐射的特性。 粒子性（光电效应）：其特征是每个光子或光量子具有一定的动能，具有量子化的能量。 能量与波长和频率的关系为： h＝6.626×10-34J.s =4.136×10-15ev.s （1ev=1.602×10-19J）。 二、电磁波谱 电磁辐射按波长顺序排列得到了电磁波谱。