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光学分析法导论(An Introduction to Optical Analysis) 三个基本过程 电磁辐射的性质Properties of Electromagnetic Radiation 电磁辐射的性质Properties of Electromagnetic Radiation 电 磁 波 谱 电 磁 波 谱 电 磁 波 谱 光学分析法的分类(Type of optical analysis) 光谱法所用的仪器 光谱法所用的仪器 光分析方法的进展Development of optical analysis * * 光分析导论An Introduction to Optical Analysis 光分析法：是建立在物质发射电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用的基础上所建立起来的分析方法； 电磁辐射: 是以巨大速度通过空间、不需要以任何物质作为传播媒介的一种能量。 电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围； 相互作用方式：反射 、吸收、折射、散射、干涉、衍射等； 光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可区代的地位 能源提供能量； 能量与被测物之间的相互作用； 产生信号。 三个基本特点 所有光分析法均包含三个基本过程； 选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）； 涉及大量光学元器件。 1.1 电磁辐射的波动性 电磁波具有反射、衍射、干涉、折射和散射等现象 波长（?，单位：厘米，纳米等） (2) 频率（?，单位：赫兹） (3) 周期（T，单位：秒） (4) 波数（?，单位：厘米-1） (5) 波的传播速度（?）波在一秒钟内通过的距离，由于波在每秒钟有?次振动，每次振动通过的距离为?，所以， ? = ?? 1.2 电磁辐射的粒子性 电磁辐射的波动性不能解释辐射的发射和吸收现象。对于光电效应、Compton效应以及黑体辐射的光谱能量分布等，需要把辐射看成是微粒（光子）才能得到满意的解释。Planck认为物质吸收或者发射能量是不连续的，只能按一个基本的固定量一份一份地或以此基本固定量的整数倍来进行，也就是说，能量是量子化的。光子的能量与它的频率成正比，或者与波长成反比，而与光的强度无关。 E = h? = hc / ? 其中：h是Planck常数，h = 6.26 ?10-34 J ? s; c为光速。E的单位为焦耳或电子伏（ eV ），1 eV = 1.602 ?10-19 J。 将各种电磁辐射按照波长或频率的大小顺序排列起来即为电磁波谱。下图是按波长由大到小的顺序列出的电磁波谱。 电磁波谱的规律： (1) 从上到下随着波长的逐渐增大，频率和光量子的能量逐渐减小。它源于核能级跃迁和内层电子能级跃迁。 (2) 电磁波可分为3个波谱区域：即a，高能辐射区，包括?射线和X射线区；b， 光谱区，包括紫外区、可见区、红外区，系电磁波谱的中间部分，源于原子和分子外层电子的能级跃迁，以及分子的振动、转动能级的跃迁。c，波谱区，包括微波和射频区是电磁波谱长波部分由于微波和射频区的频率远远小于光学光谱区，它们特别适用于研究间隔很小的能级跃迁。如：微波可研究分子的转动能级跃迁和电子自旋磁能级的跃迁。用射频波谱可研究核自旋能级的跃迁，这些都是进行分子结构分析的重要手段。 光分析法 光谱分析法 非光谱分析法 原子光谱分析法 分子光谱分析法 原 子 吸 收 光 谱 原 子 发 射 光 谱 原 子 荧 光 光 谱 X 射 线 荧 光 光 谱 折 射 法 圆 二 色 性 法 X 射 线 衍 射 法 干 涉 法 旋 光 法 紫 外 光 谱 法 红 外 光 谱 法 分 子 荧 光 光 谱 法 分 子 磷 光 光 谱 法 核 磁 共 振 波 谱 法 光谱分析法 吸收光谱法 发射光谱法 原子光谱法 分子光谱法 原 子 发 射 原 子 吸 收 原 子 荧 光 X 射 线 荧 光 原 子 吸 收 紫 外 可 见 红 外 可 见 核 磁 共 振 紫 外 可 见 红 外 可 见 分 子 荧 光 分 子 磷 光 核 磁 共 振 化 学 发 光 原 子 发 射 原 子 荧 光 分 子 荧 光 分 子 磷 光 X 射 线 荧 光 化 学 发 光 光 源： 光源应该是稳定且具有一定的强度。光源采用高压放电或连续加热的方式获得，而且要外加稳压电源。 A 连续光源 B 线光源 C 激光光源 紫外光源 可见光源 红外光源 金属蒸气灯 空心阴极灯 气体激发器 固体激发器 广泛应用于原子吸收、原子和分子荧光及拉曼光谱中 应用于吸收和荧光光谱中 吸收池 （石英或碱金属卤化物晶片）检测器 读出装置（信号显示系统） 单色器 入射狭缝 准光器 色散元件 出