2015第二章光学分析法导论.ppt

第二章 光学分析法导论 2-1 电磁辐射基本性质 电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量； c =λν =ν/σ E = hν = h c /λ c：光速；λ：波长；ν：频率；σ：波数 ； E ：能量； h：普朗克常数 电磁辐射具有波动性和微粒性； 2-2 光学分析法分类 光谱法——基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法； 非光谱法——不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等； 基于原子外层电子跃迁的 原子吸收光谱（AAS） 原子发射光谱（AES） 原子荧光光谱（AFS） 基于原子内层电子跃迁的 X射线荧光光谱（XFS）； 分子光谱（带状光谱）： 基于分子中电子能级、振-转能级跃迁； 紫外光谱法（UV）； 红外光谱法（IR）； 分子荧光光谱法（MFS）； 分子磷光光谱法（MPS）； 核磁共振与顺磁共振波谱（N）； 2-3 光谱法仪器 线色散率dl/dλ－相差单位波长的两条谱线色散后在焦面上的距离，单位：mm/nm 倒线色散率dλ/dl －线色散率的倒数,表示1mm的出射狭缝（焦面）上所含谱线的波长范围,单位：nm/mm 线色散率越大，倒线色散率越小，色散元件的色散能力越强 作业： 2-1，2-6，2-7，2-8，2-10 * * 光谱法按光谱来源不同不同分为原子光谱法和分子光谱法 按产生方式不同分为发射光谱法和吸收光谱法以 及拉曼散射光谱法 * 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 光谱分析法 吸收光谱法 发射光谱法 原子光谱法 分子光谱法 拉曼散射光谱法 原子光谱（线状光谱）： 光谱仪器通常包括五个基本单元： 光源；单色器；样品；检测器；显示与数据处理； 1.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：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：提供特定波长的光源，金属蒸气灯(汞灯、钠蒸气灯)、空心阴极灯、激光等； 2.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： （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尺寸和材料； 棱镜的光学特性可用色散率和分辨率来表征； 棱镜色散公式 ： n = A + B/?2 + C/?4 n为折射率，?为波长，A、B、C为常数 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； 光栅的特性： 光栅公式：d (sinα+sinθ)=nλ α、θ分别为入射角和反射角；整数n为光谱级次； d为光栅常数； α角规定取正值，如果θ角与α角在光栅法线同侧， θ角取正值，反之区负值； 当n=0时，零级光谱，衍射角与波长无关，无分光作用。 光栅的特性： 将反射光栅的线槽加工成适当形状能使有效强度集中在特定的衍射角上。 图所示反射光栅是由与光栅表面成β角的小斜面构成(小阶梯光栅，闪耀光栅)，β角叫做闪耀角。 选择适宜的闪耀角，可以使90%的有效能量集中在单独一级的衍射上。 光栅的参数： 光栅的特性可用色散率和分辨率来表征，当入射角不变时，光栅的角色散率可通过对光栅公式求导得到： dθ/dλ为入射角对