《仪器分析》课件第二章 光学分析法导论.ppt

第二章 光学分析法导论 电磁辐射和电磁波谱 第一节 电磁辐射和电磁波谱 一、电磁辐射的性质 二、电磁波谱 把电磁辐射按波长大小顺序排列就得到电磁波谱 第二节 原子光谱和分子光谱 一、原子光谱 （1）n—主量子数 与描述核外电子运动状态的主量子数意义相同;n =1, 2 ,3 ,… （3）S—总自旋量子数 S=∑ms，i ms=±1/2 （4）J—内量子数 为总角量子数和总自旋量子数的矢量和——J=L+S n =1，2，3 ，…； L=∑li ，l=0，1，2，…； L=|l1+l2|，|l1-l2-1|，… |l1-l2| S=∑ms ms=±1/2； 价电子为偶数时：S=0，1，2，…S； 价电子为奇数时：S=1/2，3/2，…S J=（L+S），（L+S-1），（L+S-2），…（L-S）。 L≥S，J 从 L+S 到 L-S 共有（2S+1）个。 L＜S，J 从 S+L 到 S-L共有（2L+1）个 把J值不同的光谱项称为光谱支项; 用 n2S+1LJ 例2： Zn激发态 4s14p1 3. 能级图 基态 3s1：32S1/2 4.光谱选择定则 主量子数n变化，Δn为整数，包括0。 总角量子数L的变化，ΔL=±1。 内量子数J变化，ΔJ=0，±1。 但当J=0时， ΔJ=0的跃迁是禁戒的。 总自旋量子数S的变化，ΔS=0，即单重态只跃迁到单重态，三重态只跃迁到三重态。 不同多重态之间的跃迁是禁阻的。 5. 原子光谱 气态原子发生能级跃迁时，能发射或吸收一定频率的电磁辐射，经过光谱仪得到的一条条分立的线状光谱—原子光谱 二、分子光谱 能级跃迁示意图 四、光谱及光谱分析法的分类 光谱法 ① 色散原理：不同波长的光具有不同的折射率 n 3. 光栅 ②光栅的色散原理 光栅的分光作用是光在刻痕小反射面上的衍射和干涉作用形成的 从d（sin? ±sin?）=K ?式得出如下结论: 当复合光以入射角?照到光栅时,不同波长的光在不同衍射角的方向发生干涉,形成光谱. K ? d一定时, sin?与波长成正比, ?越长,衍射角越大,所以,光栅是一个均匀排列的光谱 K=0时,即零级光谱,衍射光与波长无关,即为白光. K≠0时,衍射角随波长变化. K越大, ?就越大 对给定光栅,可通过旋转光栅获得需要的波长范围和光谱级次的光谱 当入射光沿光栅法线入射时, ?=0, sin? =0 光栅公式为 dsin ? =K ? ③ 光栅特性:色散率、分辨率和闪耀波长 a. 色散率——表示不同波长的光谱线色散开的能力 线色散率dl/d?:表示单位波长差的两条谱线在焦平面上分开的距离 单位:mm/nm 实际工作中常用倒线色散率表示 b. 分辨率R:分辨清楚两条相邻光谱线的能力 理论分辨率等于光栅刻线总数N与光谱级次的乘积 c. 闪耀波长 普通光栅色散后大部分能量集中在零级光谱中（不起分光作用），小部分能量分散在其他各级光谱中。近代光谱采用了定向闪耀的办法 光栅适用的光谱范围?K与光栅的一级闪耀波长?i（1）和光谱级次K有关 ④光谱重叠及消除 由光栅方程可知 d（sin? ±sin?）=K ? 当? d一定时，衍射角的大小与波长有关，当K 与?的乘积相同时即出现光谱重叠 K?=1×800nm =2×400nm =3×267nm =4×200nm 互相重叠，造成干扰 光谱干扰可利用滤光片和感光板的灵敏度两种方法消除 ① 分光原理不同，折射和衍射。 ② 光栅具有较高的色散与分辨能力,使用的波长范围宽,谱线按波长均匀排列;棱镜的波长不均匀排列 ③ 光栅的谱级重叠，有干扰，要考虑消除；而棱镜不存在这种情况。 线色散率 光栅常数d 越小, 光谱级次K越大, 物镜焦距f 越大, 倒线色散率越小, 线色散率越大, 仪器的分辨能力越强. — 两条相邻谱线的平均波长 △?—为波长差 l —为光栅长度 b —为刻痕密度 K —光谱级数 实际分辨率比理论分辨率低得多，一般仅为70%—80% 例：某仪器能清楚地分开铁三线（Fe310.67，310.030，309.997nm），仪器的实际分辨率为 将光栅刻痕刻成一定形状 使衍射光的能量集中在所需要的光谱级次和一定波长范围内——闪耀光栅 光栅的闪耀波长?i由闪耀角来决定 在?i附近谱线强度都能得到加强 闪 耀 角 此范围之外，光强越来越小，需适当延长曝光时间 例：WPG-100型平面摄谱仪备有两块光栅，一级闪耀波长?i（1）分别为300nm和570nm。据上式计算两光栅一级光谱的使用范围为200~60