第十一章光学分析法导论

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1、第十一章第十一章 光学分析法导论光学分析法导论 利用光电转换或其它电子器件测定利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物辐射与物质相互作用质相互作用”之后的之后的辐射强度辐射强度等光学特性，进行物等光学特性，进行物质的质的定性和定量分析定性和定量分析的方法。的方法。历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。物质的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。现在，光谱方法已扩展到现在，光谱方法已扩展到其它各种形式其它各种形式的能量与的能量与物质的相互作用，如声波、粒子束（离子和电子物质的相互作用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物

2、质的作用。）等与物质的作用。一电磁波的基本性质一电磁波的基本性质1 1电磁波的种类：电磁波的种类：波波长长5 51010-3-30.10.10.10.110101010200200200200400400名名称称射线射线x x射线射线远紫外光远紫外光近紫外光近紫外光波波长长4 0 04 0 0 7507507 5 0 1.01061.01.010106 61.01.010109 91.01.010109 91.01.010101212名名称称可见光可见光红外光红外光微波微波无线电波无线电波 射射线线x射射线线紫外紫外光光红外红外光光微微波波无线无线电波电波10-2 nm 10 nm 102 n

3、m 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 见见 光光表征电磁波特性的参数：表征电磁波特性的参数：可以用波长可以用波长、频率、频率、速度、速度c c、波数波数、能量等来表示其特性。、能量等来表示其特性。波长（波长（）：表示相邻两个光波各）：表示相邻两个光波各相应点间的直线距离（或相应两个波相应点间的直线距离（或相应两个波峰或波谷间的直线距离）。峰或波谷间的直线距离）。波数（波数（）：指在单位长度内波的）：指在单位长度内波的数目。数目。频率（频率（）：指在）：指在1 1秒时间内经过秒时间内经过某点的波数（即每秒内振动的次数）。某点的波数（即每秒内振动的次数）。能量能

4、量(E)(E)：光子所具有的能量。光子所具有的能量。光的能量与光的波长及频率之间的关光的能量与光的波长及频率之间的关系为：系为：=h=hc/=h=hc/式中为光的能量（尔格）；式中为光的能量（尔格）；为频为频率；率；为波长；为波长；h h为普朗克常数，其值为普朗克常数，其值为为6.62566.62561010-27-27尔格尔格秒；秒；c c为光速。为光速。三、物质与光的相互作用：三、物质与光的相互作用：1 1、折射和反射、折射和反射2 2、散射、散射3 3、吸收和发射、吸收和发射 光学分析法可分为光学分析法可分为光谱法光谱法和和非光谱非光谱法法两大类。两大类。二、光学分析法分类二、光学分析法

5、分类 光谱法光谱法 光谱法是基于物质与辐射能作用时，光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。的波长和强度进行分析的方法。它又可分为吸收光谱法、发光光它又可分为吸收光谱法、发光光谱法、散射光谱法三种。谱法、散射光谱法三种。）吸收光谱法：它是利用物质吸）吸收光谱法：它是利用物质吸收光后所产生的吸收光谱来进行分收光后所产生的吸收光谱来进行分析的方法。析的方法。）发光光谱法：物质中的粒子）发光光谱法：物质中的粒子用一定的能量（如光、电、热等）激用一

6、定的能量（如光、电、热等）激发到高能级后，当跃迁回低能级时，发到高能级后，当跃迁回低能级时，便产生出特征的发射光谱，利用此发便产生出特征的发射光谱，利用此发射光谱进行的分析的方法射光谱进行的分析的方法 ）散射光谱法：利用物质对光）散射光谱法：利用物质对光的散射来进行分析的方法。的散射来进行分析的方法。非光谱法：非光谱法：非光谱法是基于物质与辐非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。主射、偏振等变化的分析方法。主要有折射法和旋光法。要有折射法和旋光法。三三.光谱种类光谱种类 （

7、一）依外形分类（一）依外形分类：线状光谱线状光谱:带状光谱带状光谱:连续光谱：连续光谱：线光谱线光谱:由若干条强度不同的谱线和由若干条强度不同的谱线和暗区相间而成的光谱。暗区相间而成的光谱。带状光谱带状光谱:由几个光带和暗区相间而成由几个光带和暗区相间而成的光谱。的光谱。线光谱线光谱带光谱带光谱连续光谱：在一定范围内。各种连续光谱：在一定范围内。各种波长的光都有，连续不断，无明波长的光都有，连续不断，无明显的谱线和谱带。显的谱线和谱带。（二）分子光谱和原子光谱：（二）分子光谱和原子光谱：原子光谱主要是由于核外电子能级发原子光谱主要是由于核外电子能级发生变化而产生的辐射或吸收而产生的生变化而产生

8、的辐射或吸收而产生的光谱。光谱。分子光谱则是由于分子中电子能级及分子光谱则是由于分子中电子能级及分子的振动、分子的转动能级的变化分子的振动、分子的转动能级的变化而产生的光谱。而产生的光谱。一、一、光分析法仪器的基本流程光分析法仪器的基本流程 光谱仪器通常包括五光谱仪器通常包括五个基本单元：个基本单元：光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理；二、二、光分析法仪器的基本单元光分析法仪器的基本单元1.1.光源光源 依据方法不同，采用不同的光源：火焰、灯、激光、电火花、电弧等；依据光源性质不同，分为：连续光源连续光源：在较大范围提供连续波长的光源，氢灯、氘灯、钨丝灯等；线光源线光源：提供特定波长的

9、光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等；2.2.单色器单色器 单色器单色器：获得高光谱纯度辐射束的装置，而辐射束的波长可在很宽范围内任意改变；主要部件主要部件：（1）进口狭缝；（2）准直装置(透镜或反射镜)：使辐射束成为平行光线；（3）色散装置(棱镜、光栅)：使不同波长的辐射以不同的角度进行传播；（4）聚焦透镜或凹面反射镜，使每个单色光束在单色器的出口曲面上成像。棱镜棱镜 棱镜对不同波长的光具有不同的折射率，波长长的光，折射率小；波长短的光，折射率大。平行光经过棱镜后按波长顺序排列成为单色光；经聚焦后在焦面上的不同位置上成像，获得按波长展开的光谱；棱镜的分辨能力取决于棱镜的几何

10、尺寸和材料；棱镜的光学特性可用色散率和分辨率来表征；光栅光栅 透射光栅，反射光栅；透射光栅，反射光栅；光栅光谱的产生是多狭缝干涉与单狭缝衍射共同作用的结果，前者决定光谱出现的位置，后者决定谱线强度分布；3.3.试样装置试样装置 光源与试样相互作用的场所（1）吸收池）吸收池 紫外-可见分光光度法：石英比色皿 荧光分析法：红外分光光度法：将试样与溴化钾压制成透明片（2）特殊装置）特殊装置 原子吸收分光光度法：雾化器中雾化，在火焰中，元素由离子态原子；原子发射光谱分析：试样喷入火焰；详细内容在相关章节中介绍。4.4.检测器检测器（1）光检测器）光检测器 主要有以下几种：硒光电池、光电二极管、光电倍增管、硅二极管阵列检测器、半导体检测器；（2）热检测器）热检测器 主要有：真空热电偶检测器：红外光谱仪中常用的一种；热释电检测器：5.5.信号、与数据处理系统信号、与数据处理系统 现代分析仪器多配有计算机完成数据采集、信号处理、数据分析、结果打印，工作站软件系统；