仪器分析（含实验） 《仪器分析》课程 第八章 光学分析老导论 Chapter Eight Guide of Optics Analytical Method
《仪器分析》课程 仪器分析(含实验) 第八章 光学分析法导论 Chapter Eight Guide of Optics Analytical Method
§8.1电磁辐射及电磁波谱 一.电磁辐射的波粒二象性 波 长一九 cm、um、nm、 1.电磁辐射的波动性 A 率一) Hz sec-1 C 波 数一G cm-I ) 传播速度一y cm/sec 散射 折射与反射 衍射 干涉 偏振 2.电磁辐射的粒子性 光电效应 康普敦效应 黑体辐射 3.普朗克(Planch)公式 E光子的能量J,焦耳 hc E=h)= v-光子的频率 Hz,赫兹 2 2-光子的波长cm C光速 2.9979×1010cm.s1 h-Planch常数6.6256×10-34J.s焦耳.秒
§8.1 电磁辐射及电磁波谱 一. 电磁辐射的波粒二象性 1.电磁辐射的波动性 散射 折射与反射 衍射 干涉 偏振 波 长— cm、µm、nm、 A 频 率— υ Hz sec-1 波 数— σ cm-1 传播速度— cm/ sec 2.电磁辐射的粒子性 3.普朗克(Planch)公式 λ hc E = h = E -光子的能量 J, 焦耳 υ -光子的频率 Hz, 赫兹 -光子的波长 cm C -光速 2.99791010 cm.s-1 h -Planch常数 6.625610-34 J.s 焦耳. 秒 c λ = = 光电效应 康普敦效应 黑体辐射
二.电磁辐射与物质的相互作用及其光谱 1.物质的能态 原子、离子 分子 he △E=E1-E0=hv= 2.电磁辐射的吸收与发射 = hc hc =hy △E E1-E0 A.原子光谱 线光谱 Na5890、5896A Line spectra E; 原子发射光谱 半宽度1021058 hVi 原子吸收光谱 Eo 波长A
二.电磁辐射与物质的相互作用及其光谱 1.物质的能态 λ hc E = E1 − E0 = hν = 2.电磁辐射的吸收与发射 原子、离子 分子 A. 原子光谱 线光谱 Line spectra E2 E0 E1 E3 hi 波长 O A O 半宽度10 A -2~10-5 O Na 5890、5896 A 原子吸收光谱 原子发射光谱 hν E E hc E hc = − = = 1 0
B.分子光谱 带光谱Band spectra 有机、无机分子 △E分子=△E电子十△E振动十△E转动+△E平动 =h(v电子+v振动+转动十v平动) E2 =hc/(电子+2振动+2转动+2平动) 分子发射光谱 半宽度20-100nm hVi 波长/nm 1(T) 半宽度20~100nm 分子吸收光谱 Eo 波长/nm
B. 分子光谱 带光谱 Band spectra 有机、无机分子 /( ) ( ) Δ Δ Δ Δ Δ 电子 振动 转动 平动 电子 振动 转动 平动 分子 电子 振动 转动 平动 hc λ λ λ λ h ν ν ν ν E E E E E = + + + = + + + = + + + E2 E1 E0 半宽度20~100nm 分子吸收光谱 分子发射光谱 hi 波长/nm A(T) 波长/nm I 半宽度20~100nm
C.荧光发射 光致发光 原子荧光-一一线光谱 分子荧光-一一带光谱 E2 hVi
C. 荧光发射 光致发光 原子荧光 h -线光谱 分子荧光-带光谱 E2 E0 E1 E3 hi E2 E1 E0 hi hi
三光学分析法波谱 1.电磁波谱与现代仪器分析方法 波谱区 Y-射线 X-射线 远紫外光 近紫外光 可见光 波长 5~140pm 10-310nm 10~200nm 200~400nm 400~750nm 跃迁类型 核能级 原子内层电子 原子外层电子分子成键电子 莫斯鲍尔光谱法：Y射线今原子核→γ-射线吸收 远紫外光真空紫外区。此部分光谱会被空汽吸收 X-射线吸收光谱法：X-射线放射源→>原子内层电子(0)→X-射饯吸收 X-荧光光谱法： X射线→原子内层电子→特征x射线发射 原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱 分子光谱：紫外可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光
三.光学分析法波谱 1.电磁波谱与现代仪器分析方法 波谱区 -射线 波长 5~140 pm 跃迁类型 核能级 X-射线 远紫外光 10-3~10nm 10~200nm 原子内层电子 莫斯鲍尔光谱法:-射线→原子核→-射线吸收 X-射线吸收光谱法: X-射线/放射源→原子内层电子（n>10)→X -射线吸收 X-荧光光谱法: X-射线→原子内层电子→特征X -射线发射 远紫外光-真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收 原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱 分子光谱：紫外-可见吸收光谱、分子荧光/磷光光谱、化学发光 近紫外光 可见光 200~400nm 400~750nm 原子外层电子/分子成键电子
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光 微波 射频 波长 0.75~2.5μm 2.550μm 50-1990μm 0.1~100cm 1~100m 跃迁类型 分子振动 分子转动 电子、核自旋 近红外光谱区：配位化学的研究对像 红外吸收光谱法：红外光→分子→吸收 远红外光谱区 电子自旋共振波谱法：微波→分子未成对电子→吸收 2.光学分析法的分类 核磁共振波谱法：射频→原子核自旋→吸收 光谱法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法 吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法 非光谱法：以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器分析方法 折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法
2.光学分析法的分类 波谱区 近红外光 中红外光 波长 0.75~2.5m 2.5~50m 跃迁类型 分子振动 远红外光 微波 射频 50~1990m 0.1~100cm 1~100 m 分子转动 电子、核自旋 近红外光谱区:配位化学的研究对象 红外吸收光谱法:红外光→分子→吸收 远红外光谱区 电子自旋共振波谱法:微波→分子未成对电子→吸收 核磁共振波谱法:射频→原子核自旋→吸收 光 谱 法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法 非光谱法：以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器分析方法 吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法 折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法
§8.2光学分析法中的光栅单色器 一棱镜单色器基本组成 聚焦物镜 聚焦面 入射狭缝 准直镜 棱镜单色器 出射狭缝 二.光栅单色器基本组成 准直镜 聚焦物镜 聚焦面 入射狭缝 平面衍射光栅 出射狭缝
§8.2 光学分析法中的光栅单色器 二. 光栅单色器基本组成 入射狭缝 准直镜 平面衍射光栅 聚焦物镜 出射狭缝 聚焦面 f f 一.棱镜单色器基本组成 入射狭缝 准直镜 棱镜单色器 聚焦物镜 聚焦面 出射狭缝
三.平面衍射光栅 3002000条/mm 光栅的分光作用：狭缝的衍射作用形成的 1.平面光栅衍射的色散方程 n2=d(sinp±sinp) n一（级数）0，±1，±2，. d-为光栅常数 0-为入射角 0'-为衍射角 闪耀角 闪耀波长Φ 2.平面光栅衍射的闪耀特性 闪耀光栅： 通过改变a,d,0, 使衍射的辐射强苏集中在 所需的波长范围内
nλ = d(sinφ±sinφ´) 三. 平面衍射光栅 300~2000条/mm 光栅的分光作用：狭缝的衍射作用形成的 1.平面光栅衍射的色散方程 n—(级数) 0,±1,±2,. d -为光栅常数 φ-为入射角 φ ´-为衍射角 d Φ φ ’ 闪耀光栅： 通过改变a、d、， 使衍射的辐射强苏集中在 所需的波长范围内。 a 闪耀角 闪耀波长 2.平面光栅衍射的闪耀特性
2.平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 聚光本领 A色散率 色散方程：n2=d(sinp士sinp) 角色散率：d中‘dλ=n/d cos中 当中=00-8时，cos中=10.99：dφ‘/dA≈n/d 线色散率： dλ dl do' didi sing dl nf nf da dcoso'sins d dn dcoso'sina d 倒线色散率： f e兰90°，sine兰1 结论：当中‘小于20时，c0S中'≈1；平面光栅衍射的线色散 率与波长无关；与d、n,f有关
sin f d d d dl • = d nf d nf d dl = cos sin 结论：当φ´小于200时，cosφ´ ≈ 1；平面光栅衍射的线色散 率与波长无关；与d、n、f 有关。 线色散率： f dλ dl 倒线色散率： nf d nf d dl d = cos sin A 色散率 角色散率：dφ´/dλ= n/d cosφ´ 当φ´=00~80时，cosφ´=1~0.99: dφ´/dλ≈n/d 2.平面光栅衍射的性能指标 色散率 分辨率 聚光本领 色散方程: nλ = d(sinφ±sinφ´) 90 ,sin 1 0