光譜分析及應(yīng)用

1、光譜分析及應(yīng)用簡介物理0902班趙光譜主要內(nèi)容：一. 光譜的根本概念及原理二. 原子光譜與分子光譜三. 吸收光譜.發(fā)射光譜與拉曼光 譜四. 線狀光譜，帶狀光譜以及連續(xù) 狀光譜五. 光譜分析的方法和儀器裝置 六，光譜分析的應(yīng)用及前景一.光譜的根本概念及原理光譜spectrum 是復(fù)色光經(jīng)過色散系統(tǒng)如棱鏡、光柵分光后，被色散開 的單色光按波長或頻率大小而依次排列的圖案，全稱為光學(xué)頻譜。光譜中最 大的一局部可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一局部， 在這個(gè)波長范圍內(nèi)的電磁 輻射被稱作可見光。光譜并沒有包含人類大腦視覺所能區(qū)別的所有顏色，譬如褐色和粉紅色。各種光譜 都是基于物質(zhì)與電磁幅射的相互作用。1、作

2、用的方式有吸收和發(fā)射兩種。其中原子吸收光譜分析、紫外光譜分析、紅外光譜分析都是吸收光譜；其定量根底都是朗伯比耳定律。熒光光譜是發(fā)射光譜光致發(fā)光。2、根據(jù)研究對(duì)象不同，可分為原子光譜和分子光譜。原子光譜一線光譜；分子光譜一帶光譜紫外光譜分析、紅外光譜分析。3、從分析儀器來看，所有的光譜分析儀一般由五局部組成：光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器和顯示系統(tǒng)。4、主要應(yīng)用：原子吸收一一單一元素主要是金屬元素分析紫外一一含共軛雙鍵體系有機(jī)化合物的分析紅外分子中官能團(tuán)的分析熒光平面剛性結(jié)構(gòu)性好的共軛體系化合物的分析:.原子光譜與分子光譜能級(jí)躍遷示意圖電子能級(jí)上有許多扳動(dòng)能圾而振動(dòng)能級(jí) 上有許多能量不同的轉(zhuǎn)動(dòng)能鍍

3、6原子光譜 原子的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí) 發(fā)射或吸收的有特定頻率的電磁 頻譜。原子光譜是一些線狀光譜， 發(fā)射譜是一些明亮的細(xì)線，吸收 譜是一些暗線。氫原子光譜比擬 單，其他原子光譜較為復(fù)雜，最 復(fù)雜的是鐵原子光譜。用色散率 和分辨率較大的攝譜儀拍攝的原 子光譜還顯示光譜線有精細(xì)結(jié)構(gòu) 和超精細(xì)結(jié)構(gòu)，所有這些原子光 譜的特征，反映了原子內(nèi)部電子 運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性。說明原子光譜的根本理論是量子力學(xué)。原子按其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同，可以處于不同的定態(tài)。每一定態(tài)具有一定的能量，它主 要包括原子體系內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能、核與電子間的相互作用能以及電子間的 相互作用能。能量最低的態(tài)叫做基態(tài)，能量高于基態(tài)的叫做激發(fā)態(tài)，它們

4、構(gòu)成原子的各能級(jí)原子能級(jí)。高能量激發(fā)態(tài)可以躍遷到較低能態(tài)而 發(fā)射光子，反之，較低能態(tài)可以吸收光子躍遷到較高激發(fā)態(tài)，發(fā)射或吸收 光子的各頻率構(gòu)成發(fā)射譜或吸收譜。量子力學(xué)理論可以計(jì)算出原子能級(jí)躍遷時(shí)發(fā)射或吸強(qiáng)度。分子光譜分子從一種能態(tài)改變到 另一種能態(tài)時(shí)的吸收或發(fā)射 光譜可包括從紫外到遠(yuǎn)紅 外直至微波譜。分子電子龍亍¥亠Uv-vis 、r “ “ " J振動(dòng)光譜 命子吸收光譜特動(dòng)死譜 依¥*-0分子光譜;觀瞎子分子的三種能舉底遷示鳶圖(.1) rukttion:0,<K)5(IJ0cV, 248 - 25(2) vihrytinn;.d£Y：I eVj

5、 25 * 1.2t3) elcctnui:1 1200 - 62 nm冷子黃光分子發(fā)射光譜分子磷址;化學(xué)發(fā)光光譜擔(dān)曼光冊(cè)好子世射+光譜非常豐富，可分為純直E=E廠E產(chǎn)h 片轉(zhuǎn)動(dòng)光譜、振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜帶和電子光譜帶。分子的純轉(zhuǎn)動(dòng)光譜由分子轉(zhuǎn) 動(dòng)能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生，分布在遠(yuǎn)紅外波段，通常主要觀測(cè)吸收光譜；振 動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜帶由不同振動(dòng)能級(jí)上的各轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間躍遷產(chǎn)生，是一些密 集的譜線，分布在近紅外波段，通常也主要觀測(cè)吸收光譜；電子光譜帶由 不同電子態(tài)上不同振動(dòng)和不同轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生，可分成許多帶， 分布在可見或紫外波段，可觀測(cè)發(fā)射光譜。非極性分子由于不存在電偶極 矩，沒有轉(zhuǎn)動(dòng)光譜和振動(dòng) -轉(zhuǎn)動(dòng)

6、光譜帶，只有極性分子才有這類光譜帶1"分子光譜是在輻射能作用下 而產(chǎn)生的光譜。巒因分子內(nèi)能級(jí)間的躍遷分子光譜比原子光譜復(fù)雜的多E二 Eg Ev+ Er + En + Et + E分子中原子的核能：En 電子運(yùn)動(dòng)能：民分子的乎移能：a原子間相對(duì)振動(dòng)能：Ev!分子轉(zhuǎn)動(dòng)能：Er基團(tuán)間的內(nèi)旋能：Ei途徑，根據(jù)分子光譜可以確定分子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、分子的鍵長和鍵強(qiáng)度以及分子光譜是提供分子內(nèi)部信息的主要分子離解能等許多性質(zhì)，從而可推測(cè) 分子的結(jié)構(gòu)。分子的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化所產(chǎn)生的吸收或發(fā)射光譜從紫外到遠(yuǎn)紅外直至微波譜。分子運(yùn)動(dòng)包括整個(gè)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)，分子中原子在平衡位置的振動(dòng)以及分子內(nèi)電子 的運(yùn)動(dòng)，因此

7、，分子光譜一般有三種類型：轉(zhuǎn)動(dòng)光譜、振動(dòng)光譜和電子光 譜。分子中的電子在不同能級(jí)上的躍遷產(chǎn)生電子光譜。由于它們處在紫外 與可見區(qū)，又稱為紫外可見光譜。電子躍遷常伴隨能量較小的振轉(zhuǎn)躍遷， 所以它是帶狀光譜。與同一電子能態(tài)的不同振動(dòng)能級(jí)躍遷對(duì)應(yīng)的是振動(dòng)光 譜，這局部光譜處在紅外區(qū)而稱為紅外光譜。振動(dòng)伴隨著轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷, 所以這局部光譜也有較多較密的譜線，故又稱振轉(zhuǎn)光譜。純粹由分子轉(zhuǎn)動(dòng) 能級(jí)間的躍遷產(chǎn)生的光譜稱為轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。這局部光譜一般位于波長較長的 遠(yuǎn)紅外區(qū)和微波區(qū)而稱為遠(yuǎn)紅外光譜或微波譜分子發(fā)光1、根本原理：處于基態(tài)的分子吸收能 量電、熱、化學(xué)和光能等被激 發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后從不穩(wěn)定的激發(fā) 態(tài)返

8、回至基態(tài)并發(fā)射出譜線，此種 現(xiàn)象稱為發(fā)光。2、發(fā)光分析包括熒光、磷光、化學(xué)發(fā)光等3、熒光和磷光屬于光致發(fā)光4、激發(fā)光譜與熒光、磷光光譜之間的關(guān)系與激發(fā)波長相比，熒光、磷光發(fā)射波長更長；激發(fā)光譜與熒光、磷光光譜互成鏡 象對(duì)稱。5、熒光法特點(diǎn)：靈敏度高高于吸收光譜法=匱子養(yǎng)ME先譜分析(admicjjluciesueng spectrome原子熒光光譜法是一種新的微呈分析技術(shù)"氣態(tài) 自由原子吸收光源的特征輻射后，原子的外層電 子躍遷到較高能級(jí).然后又躍遷返回基態(tài)或較低 能級(jí)，同時(shí)發(fā)射出與原激發(fā)輻射液長相同或不同的輻射即為原子熒光*1翳釐談詩亀購盤辭泄激發(fā)光原子熒光按熒光線波長與激發(fā)光波長

9、的關(guān)系分為共振熒光兩者波悵相同和非共振熒光兩者 波長不同；非共振熒光又分為斯托克斯熒光英光線波襖A激發(fā)光波長?和反斯托克斯熒光 熒光線波長V激發(fā)光波歩.三.吸收光譜發(fā)射光譜與拉曼光譜吸收光譜又名吸收曲線。不同波長光對(duì)樣品作用不同，吸收強(qiáng)度不同分子中包含有 原子和電子，分子、原子、電子都是運(yùn)動(dòng)著的物質(zhì)，都具有 能量，且 都是量子化的。在一定的條件下，分子處于一定的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，物 質(zhì)分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有三種形式： 電子運(yùn)動(dòng)：電子繞原子核作相對(duì)運(yùn)動(dòng)； 原子運(yùn)動(dòng)：分子中原子或原子團(tuán)在其平衡位置上作相對(duì)振動(dòng)； 分子轉(zhuǎn)動(dòng)：整個(gè)分子繞其重心作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。所以：分子的能量總和為E 分子 =Ee +Ev +Ej +?

10、 EO +E 平3分子中各種不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都具有一定的能級(jí)。三種能級(jí)：電子能級(jí)E基態(tài) E1 與激發(fā)態(tài) E2振動(dòng)能級(jí) V 0，1，2，3 ?轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí) J = 0 ，1，2，3 ?當(dāng)分子吸收一個(gè)具有一定能量的光量子時(shí)，就有較低的能級(jí)基態(tài)能級(jí)E1躍遷到較高的能級(jí)及激發(fā)態(tài)能級(jí)E2 ，被吸收光子的能量必須與分子躍遷前后的能量差？E恰好相等，否那么不能被吸收。圖1雙原子分子的三種能級(jí)躍遷示意圖對(duì)多數(shù)分子對(duì)應(yīng)光子波長光譜?E約為120eV1.25 0.06 ? 紫外、可見區(qū)電子?E約為0.51eV25 1.25 ?中紅外區(qū)振動(dòng)?E 約為 10-40.05eV1.25cm25 ?遠(yuǎn)紅外區(qū)轉(zhuǎn)動(dòng)吸收光譜是材料在某一

11、些頻率上對(duì)電磁輻射的吸收所呈現(xiàn)的比率，與 發(fā)射光譜相對(duì)。處于基態(tài)和低激發(fā)態(tài)的原子或分子吸收具有連續(xù)分布的某些波長的光而躍遷到各激發(fā)態(tài)，形成了按波長排列的暗線或暗帶組成的 光譜。吸收光譜是溫度很高的光源發(fā)出來的白光，通過溫度較低的蒸汽或氣 體后產(chǎn)生的，如讓高溫光源發(fā)出的白光，通過溫度較低的鈉的蒸汽就能生 成鈉的吸收光譜。這個(gè)光譜背景是明亮的連續(xù)光譜。而在鈉的標(biāo)識(shí)譜線的 位置上出現(xiàn)了暗線。通過大量實(shí)驗(yàn)觀察總結(jié)出一條規(guī)律，即每一種元素的 吸收光譜里暗線的位置跟他們明線光譜的位置是互相重合的。也就是每種 元素所發(fā)射的光的頻率跟它所吸收的光頻率是相同的。太陽光譜是一種吸收光譜，是因?yàn)樘柊l(fā)出的光穿過溫度

12、比太陽本身 低得多的太陽大氣層，而在這大氣層里存在著從太陽里蒸發(fā)出來的許多元 素的氣體，太陽光穿過它們的時(shí)候跟這些元素的標(biāo)識(shí)譜線相同的光都被這 些氣體吸收掉了。因此我們看到的太陽光譜是在連續(xù)光譜的背景上分布著 許多條暗線。這些暗線是德國物理學(xué)家夫瑯和費(fèi)首先發(fā)現(xiàn)的稱為夫瑯和費(fèi) 線。1元素的分析線與最后纟軌毎種元素發(fā)射的特征譜統(tǒng)有務(wù)有少多的可達(dá)兒 千條當(dāng)進(jìn)行定件分析時(shí).不需要將所有的譜線 全部檢出，只需檢出兒條適宜的譜線就可以了.進(jìn)行分析時(shí)所使用的譜線稱為分析線°如果只見 到某元索的一條譜線，不能斷定該元案確實(shí)存在 于樣胡屮，I劉為有可能是具它元素譜線的I擾口 檢出某元索是否存在，必須有

13、2條以上不愛干擾的 彼斯線號(hào)靈嫩線°靈敏線名是共振線。隘汗線足 捋當(dāng)樣品中某元素的含最逐漸減少時(shí)，雖后仍能 觀察到的幾條譜線。它也是該元素的最靈敏線百一些食鹽，食鹽受熱分解就會(huì) 產(chǎn)生鈉氣，然后用分光鏡來觀察， 就會(huì)看到在連續(xù)光譜的背景中有兩 條挨得很近的暗線見彩圖8分光鏡的分辨本領(lǐng)不夠高時(shí)，只能看 見一條暗線這就是鈉原子的吸 收光譜值得注意的是，各種原子 的吸收光譜中的每一條暗線都跟該 種原子的發(fā)射光譜中的一條明線相 對(duì)應(yīng)因此，吸收光譜中的譜線暗線，也是原子的 特征譜線， 只是通常在吸收光譜中看到的特征 譜線比明線光譜中的少.應(yīng)用吸收光譜的幾種方法：1、紫外-可見分光光度法：利用溶液

14、中的分子或基團(tuán)在紫外和 可見光區(qū)產(chǎn)生分子外層電子能級(jí)躍遷所形成的吸收光譜。根據(jù)吸 收光譜用于定性和定量測(cè)定。2、原子吸收光譜法：利用待測(cè)元素氣態(tài)原子對(duì)共振線的吸收進(jìn) 行定量測(cè)定的方法。其吸收機(jī)理是原子的外層電子能級(jí)躍遷，波 長在紫外、可見和近紅外區(qū)3、紅外光譜法：利用分子在紅外區(qū)的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)吸收光譜來測(cè) 定物質(zhì)的成分和結(jié)構(gòu)的光譜分析法發(fā)射光譜在正常狀態(tài)下，元素處于基態(tài)，元素在受到熱火焰或電電火花激發(fā)時(shí)，由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，返回到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出特征光譜線狀光譜；原子發(fā)射光譜的產(chǎn)生：發(fā)射出譜線的波長取決于躍遷時(shí)的兩個(gè)能級(jí)的能量差，即：E=E2E1=hc/ 入式中E2為較高能級(jí)的能量；E1較低能級(jí)的

15、能量；h為普朗克常數(shù)6.626 x 10-34J s;入為譜線的波長；v為譜線的頻率；c為光速3x 1010cm/s處于高能級(jí)的電子經(jīng)過幾個(gè)中間能級(jí)躍遷回到原能級(jí)，可產(chǎn)生幾種不同波長的光，在光譜中形成幾條譜線。一種元素可以產(chǎn)生不同波長的 譜線，它們組成該原素的原子光譜。元素的原子光譜各不相同，具有 明顯的特征。由于待測(cè)元素原子的能級(jí)結(jié)構(gòu)不同，因些發(fā)射譜線的特征不同，據(jù)此 可對(duì)樣品進(jìn)行定性分析。而根據(jù)待測(cè)元素原子的濃度不同，因此發(fā)射強(qiáng)度不同，可實(shí)現(xiàn)元素的 定量測(cè)定。激發(fā)能或激發(fā)電位：原子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時(shí)所需要的能量。共振線：激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷所發(fā)射的譜線。第一共振線：原子由第一激發(fā)態(tài)向基態(tài)躍遷

16、所發(fā)射的譜線。 最易發(fā)生， 能量最小。離子線：離子由第一激發(fā)態(tài)到基態(tài)的躍遷離子發(fā)射的譜線，其與電 離能大小無關(guān)。原子發(fā)射光譜法包括三個(gè)主要過程：1, 由光源提供能量使試樣蒸發(fā)，形成氣態(tài)原子，并進(jìn)一步使氣態(tài)原 子激發(fā)而產(chǎn)生光輻射；2, 將光源發(fā)出的復(fù)合光經(jīng)單色器分解按波長順序排列成譜線，形成 光譜；3, 有檢測(cè)器檢測(cè)光譜中譜線的波長和強(qiáng)度。通過測(cè)量物質(zhì)的發(fā)射光譜的波長和強(qiáng)度進(jìn)行定性和定 量分析的方法叫做發(fā)射光譜分析法。根據(jù)發(fā)射光譜所在 的光譜區(qū)和激發(fā)方法不同，發(fā)射光譜法分為：1. 射線光譜法。2. X射線熒光分析法3. 原子發(fā)射光譜分析法4. 原子熒光分析法5. 分子熒光分析發(fā)射光譜可以區(qū)分為三

17、種不同類別的光譜：線狀光譜、帶狀光譜和連續(xù)光譜。線狀光譜主要產(chǎn)生于原子，帶狀光譜主要產(chǎn)生于 分子，連續(xù)光譜那么主要產(chǎn)生于白熾的固體或氣體放電?，F(xiàn)在觀測(cè)到的原子發(fā)射的光譜線已有百萬條了。我們把氫原子光譜的最小能量定為最低能量，這個(gè)能態(tài)稱為基態(tài)，相應(yīng)的能級(jí)稱為基能級(jí)。當(dāng)原子以某種方法從基態(tài)被提升 到較高的能態(tài)上時(shí)，原子的內(nèi)部能量增加了，原子就會(huì)把這種多 余的能量以光的形式發(fā)射出來，于是產(chǎn)生了原子的發(fā)射光譜，反 之就產(chǎn)生吸收光譜。這種原子能態(tài)的變化不是連續(xù)的，而是量子 性的，我們稱之為原子能級(jí)之間的躍遷。在分子的發(fā)射光譜中，研究的主要內(nèi)容是二原子分子的發(fā)射光譜。在分子中，電子態(tài)的能量比振動(dòng)態(tài)的能量大

18、50100倍，而振動(dòng)態(tài)的能量比轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)的能量大 50100倍。因此在分子的電子態(tài)之間的躍遷中，總是伴隨著振動(dòng)躍遷和轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷的，因而許 多光譜線就密集在一起而形成帶狀光譜。從發(fā)射光譜的研究中可以得到原子與分子的能級(jí)結(jié)構(gòu)的知 識(shí)，包括有關(guān)重要常數(shù)的測(cè)量。并且原子發(fā)射光譜廣泛地應(yīng)用于 化學(xué)分析中喇曼光譜當(dāng)光通過物質(zhì)時(shí)，除了光的透射和光的吸收外，還觀測(cè)到光的散射。在散射光中除了包括原來的入射光的頻率瑞利散外射和廷德耳散射，還包括一些新的頻率。這種產(chǎn)生新頻率的散射稱為喇曼散射，其光譜稱為喇 曼光譜。喇曼散射的強(qiáng)度是極小的，大約為瑞利散射的千分之一。喇曼頻率及 強(qiáng)度、偏振等標(biāo)志著散射物質(zhì)的性質(zhì)。從這些資料可

19、以導(dǎo)出物質(zhì)結(jié)構(gòu)及物 質(zhì)組成成分的知識(shí)。這就是喇曼光譜具有廣泛應(yīng)用的原因。喇曼效應(yīng)起源于分子振動(dòng) 和點(diǎn)陣振動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)，因此從喇曼光譜中可 以得到分子振動(dòng)能級(jí)點(diǎn)陣振動(dòng)能級(jí)與轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)結(jié)構(gòu)的知識(shí)。喇曼散射強(qiáng)度是十分微弱的，在激光器出現(xiàn)之前，為了得到一幅完善 的光譜，往往很費(fèi)時(shí)間。自從激光器得到開展以后，利用激光器作為激發(fā) 光源，喇曼光譜學(xué)技術(shù)發(fā)生了很大的變革。激光器輸出的激光具有很好的 單色性、方向性，且強(qiáng)度很大，因而它們成為獲得喇曼光譜的近乎理想的 光源，特別是連續(xù)波氬離子激光器與氨離子激光器。于是喇曼光譜學(xué)的研 究又變得非?；顫娏耍溲芯糠秶灿辛撕艽蟮臄U(kuò)展。除擴(kuò)大了所研究的 物質(zhì)的品種以外，在研究

20、燃燒過程、探測(cè)環(huán)境污染、分析各種材料等方面 喇曼光譜技術(shù)也已成為很有用的工具。機(jī)械力學(xué)的解釋光由光子組成，這是光的微粒性。光子與樣品分子間的相互作用，可以用光子與樣品分子之間的碰撞來解釋。光照射樣品時(shí)，光子和樣品分子之間發(fā)生碰撞。如果碰撞時(shí)只是 運(yùn)動(dòng)方向改變而未發(fā)生能量交換即發(fā)生了彈性碰撞，那么光子的能量不變。由E=h，能量不變頻率也就不變。這就是瑞利散射產(chǎn)生的原因。 如果光子和樣品分子間發(fā)生非彈性碰撞，即光子除改變運(yùn)動(dòng)方向外還有能量的改變，一局部能量碰撞時(shí)在光子和樣品之間發(fā)生交換，光子的能量有所增減，那么光的頻率發(fā)生改變。能級(jí)之間的躍遷分析光子和樣品分子之間的作用也可以從能級(jí)之間的躍遷來分析

21、。樣品分子處于電子能級(jí)和振動(dòng)能級(jí)的基態(tài)，入射光子的能量遠(yuǎn)大 于振動(dòng)能級(jí)躍遷所需要的能量，但又缺乏以將分子激發(fā)到電子能級(jí)激 發(fā)態(tài)。這樣，樣品分子吸收光子后到達(dá)一種準(zhǔn)激發(fā)狀態(tài)，又稱為虛能 態(tài)。樣品分子在準(zhǔn)激發(fā)態(tài)時(shí)是不穩(wěn)定的，它將回到電子能級(jí)的基態(tài)。 假設(shè)分子回到電子能級(jí)基態(tài)中的振動(dòng)能級(jí)基態(tài)，那么光子的能量未發(fā)生改變，發(fā)生瑞利散射。如果樣品分子回到電子能級(jí)基態(tài)中的較高振動(dòng)能 級(jí)即某些振動(dòng)激發(fā)態(tài)，那么散射的光子能量小于入射光子的能量，其波長大于入射光。這時(shí)散射光譜的瑞利散射譜線較低頻率側(cè)將出現(xiàn)一根 拉曼散射光的譜線，稱為 Stokes線。如果樣品分子在與入射光子作 用前的瞬間不是處于電子能級(jí)基態(tài)的最低

22、振動(dòng)能級(jí)，而是處于電子能 級(jí)基態(tài)中的某個(gè)振動(dòng)能級(jí)激發(fā)態(tài)，那么入射光光子作用使之躍遷到準(zhǔn)激 發(fā)態(tài)后，該分子退激回到電子能級(jí)基態(tài)的振動(dòng)能級(jí)基態(tài)，這樣散射光能量大于入射光子能量，其譜線位于瑞利譜線的高頻側(cè)，稱為anti-Stokes 線。Stokes線和anti-Stokes 線位于瑞利譜線兩側(cè)，間 距相等。Stokes線和anti-Stokes 線統(tǒng)稱為拉曼譜線。由于振動(dòng)能 級(jí)間距還是比擬大的，因此，根據(jù)波爾茲曼定律，在室溫下，分子絕 大多數(shù)處于振動(dòng)能級(jí)基態(tài)，所以Stokes線的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于 anti-Stokes 線。拉曼光譜儀一般記錄的都只是 Stokes線。拉曼光譜具有以下明顯的特征：a.

23、拉曼散射譜線的波數(shù)雖然隨入射光的波數(shù)而不同，但對(duì)同一樣品， 同一拉曼譜線的位移與入射光的波長無關(guān) ，只和樣品的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí) 有關(guān)；b. 在以波數(shù)為變量的拉曼光譜圖上，斯托克斯線和反斯托克斯線對(duì) 稱地分布在瑞利散射線兩側(cè)，這是由于在上述兩種情況下分別相應(yīng) 于得到或失去了一個(gè)振動(dòng)量子的能量。c. 一般情況下，斯托克斯線比反斯托克斯線的強(qiáng)度大。這是由于 Boltzma nn分布，處于振動(dòng)基態(tài)上的粒子數(shù)遠(yuǎn)大于處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)上 的粒子數(shù)。三拉曼光譜技術(shù)的優(yōu)越性提供快速、簡單、可重復(fù)、且更重要的是無損傷的定性定量分析，它 無需樣品準(zhǔn)備，樣品可直接通過光纖探頭或者通過玻璃、石英、和光 纖測(cè)量。此外1由于水的

24、拉曼散射很微弱，拉曼光譜是研究水溶液中的生物樣品和 化學(xué)化合物的理想工具。2拉曼一次可以同時(shí)覆蓋50-4000波數(shù)的區(qū)間，可對(duì)有機(jī)物及無機(jī)物 進(jìn)行分析。相反，假設(shè)讓紅外光譜覆蓋相同的區(qū)間那么必須改變光柵、光束別離器、濾波器和檢測(cè)器 3拉曼光譜譜峰清晰鋒利，更適合定量研究、數(shù)據(jù)庫搜索、以及運(yùn)用 差異分析進(jìn)行定性研究。在化學(xué)結(jié)構(gòu)分析中，獨(dú)立的拉曼區(qū)間的強(qiáng)度 可以和功能集團(tuán)的數(shù)量相關(guān)。4因?yàn)榧す馐闹睆皆谒木劢共课煌ǔＶ挥?0.2-2毫米，常規(guī)拉曼 光譜只需要少量的樣品就可以得到。這是拉曼光譜相對(duì)常規(guī)紅外光譜 一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。而且，拉曼顯微鏡物鏡可將激光束進(jìn)一步聚焦至 20微米甚至更小，可分析更小

25、面積的樣品。5共振拉曼效應(yīng)可以用來有選擇性地增強(qiáng)大生物分子特個(gè)發(fā)色基團(tuán) 的振動(dòng)，這些發(fā)色基團(tuán)的拉曼光強(qiáng)能被選擇性地增強(qiáng)1000到10000倍。拉曼光譜與紅外譜的應(yīng)用范圍類似。對(duì)于生物學(xué)的應(yīng)用來說，拉 曼光譜儀的主要優(yōu)點(diǎn)是水峰干擾較小， 特別是在2002000cm這個(gè)范 圍，拉曼光譜在水和重水中都可以測(cè)。在這個(gè)范圍內(nèi)，有一些低頻的 振動(dòng)對(duì)構(gòu)象變化很敏感。例如胱氨酸二硫橋上的S-S伸縮振動(dòng)，在675cm1處有一個(gè)很強(qiáng)的拉曼峰。又如 C-S振動(dòng)在510 cm-1左右有一個(gè) 峰，其它一些芳香側(cè)鏈和核酸上也有假設(shè)干振動(dòng)。這些基團(tuán)都是高度可極化的，往往能給出很強(qiáng)的拉曼譜線。隨著納米科學(xué)技術(shù)的迅速開展，各類

26、制備不同納米顆粒以及二維有序納米圖案的技術(shù)和方法將日益成熟，人們可以比擬方便地在理論 的指導(dǎo)下，尋找在過渡金屬上產(chǎn)生強(qiáng)SERS效應(yīng)的最正確實(shí)驗(yàn)條件這些 突破無疑將為拉曼光譜技術(shù)廣泛應(yīng)用于各種過渡金屬電極和單晶電 極體系的研究開創(chuàng)新局面.總之，通過摸索適宜的外表處理方法并采 用新一代高靈敏度的拉曼譜儀，可將拉曼光譜研究拓展至一系列重 要的過渡金屬和半導(dǎo)體體系，進(jìn)而將該技術(shù)開展成為一個(gè)適用性廣、 研究能力強(qiáng)的外表界面譜學(xué)工具，同時(shí)推動(dòng)有關(guān)外表界面譜學(xué)理 論的開展.四.線狀光譜，帶狀光譜以及連續(xù) 狀光譜線狀光譜由狹窄譜線組成的光譜。單原子氣體或金屬蒸氣所發(fā)的光波均有線狀光 譜，故線狀光譜又稱原子光譜

27、。當(dāng)原子能量從較高能級(jí)向較低能級(jí)躍遷時(shí)， 就輻射出波長單一的光波。嚴(yán)格說來這種波長單一的單色光是不存在的， 由于能級(jí)本身有一定寬度和多普勒效應(yīng)等原因，原子所輻射的光譜線總會(huì)有一定寬度，即在較窄的波長范圍內(nèi)仍包含各種不同的波長成分。原子光 譜按波長的分布規(guī)律反映了原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，每種原子都有自己特殊的光 譜系列。通過對(duì)原子光譜的研究可了解原子內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，或?qū)悠匪?分進(jìn)行定性和定量分析。帶狀光譜由一系列光譜帶組成，它們是由分子所輻射，故又稱分子光譜。利用高 分辨率光譜儀觀察時(shí)，每條譜帶實(shí)際上是由許多緊挨著的譜線組成。帶狀 光譜是分子在其振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間躍遷時(shí)輻射出來的，通常位于紅外或遠(yuǎn) 紅外

28、區(qū)。通過對(duì)分子光譜的研究可了解分子的結(jié)構(gòu)。帶狀光譜連續(xù)光譜連續(xù)分布的包含有從紅光到紫光各種色光的光譜叫做連續(xù)光譜彩圖6.熾熱的固體、液體和高壓氣體的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜例如電燈絲發(fā) 出的光、熾熱的鋼水發(fā)出的光都形成連續(xù)光譜.只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜叫做明線光譜明線光譜中的亮線叫 做譜線，各條譜線對(duì)應(yīng)于不同波長的光.稀薄氣體或金屬的蒸氣的發(fā)射光 譜是明線光譜明線光譜是由游離狀態(tài)的原子發(fā)射的，所以也叫原子光 譜.觀察氣體的原子光譜，可以使用光譜管圖 6-19 ，它是一支中間比 較細(xì)的封閉的玻璃管，里面裝有低壓氣體，管的兩端有兩個(gè)電極.把兩個(gè) 電極接到高壓電源上，管里稀薄氣體發(fā)生輝光放電，產(chǎn)生一定

29、顏色的光.。包含一切波長的光譜，赤熱固體所輻射的光譜均為連續(xù)光譜。同步 輻射源見電磁輻射可發(fā)出從微波到X射線的連續(xù)光譜,X射線管發(fā)出的軔致輻射局部也是連續(xù)譜。五.光譜分析的方法和儀器裝置光譜分析由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據(jù)光譜來鑒別物質(zhì)和 確定它的化學(xué)組成這種方法叫做光譜分析.定性方法將欲檢查元素的純物質(zhì)與試樣并列攝譜于同一感光板上，在映譜儀上檢查試樣光 譜與純物質(zhì)光譜，假設(shè)試樣光譜中出現(xiàn)與純物質(zhì)具有相同特征的譜線， 說明試樣中 存在欲檢查元素。這種定性方法對(duì)少數(shù)指定元素的定性鑒定是很方便的。標(biāo)準(zhǔn)試樣光譜比擬法：鐵譜比擬法將試樣與鐵并列攝譜于同一光譜感光板上，然后將試樣光譜與鐵

30、光譜標(biāo)準(zhǔn)譜 圖對(duì)照，以鐵譜線為波長標(biāo)尺，逐一檢查欲檢查元素的靈敏線， 假設(shè)試樣光譜中的 元素譜線與標(biāo)準(zhǔn)譜圖中標(biāo)明的某一元素譜線出現(xiàn)的波長位置相同，說明試樣中存在該元素。鐵譜比擬法對(duì)同時(shí)進(jìn)行多元素定性鑒定十分方便。標(biāo)準(zhǔn)譜圖：將其他元素的分析線標(biāo)記在鐵譜上，鐵譜起到標(biāo)尺的作用(2)分析方法*目前最通用的方法建鐵光譜比擬法，它采 用詼的光譜柞波反的標(biāo)尺.來判斯其它 元素的譜線.鐵光譜作標(biāo)尺有如下特點(diǎn)； 譜線埶 在210660內(nèi)有幾千條譜線.譜線問柑距都很近，在匕述波長范 憎內(nèi)均勻分布.對(duì)毎一條扶譜線波長，人 們都己進(jìn)行了精確的測(cè)繪。在實(shí)驗(yàn)爭(zhēng)中仃 標(biāo)準(zhǔn)光譜圖對(duì)照進(jìn)行分析°譜線檢查：將試樣與純

31、鐵在完全相同條件下攝譜， 將兩譜片在映譜器(放大器)上對(duì)齊、放大20倍，檢查 待測(cè)元素的分析線是否存在，并與標(biāo)準(zhǔn)譜圖比照確定。 可同時(shí)進(jìn)行多元素測(cè)定。(1) 譜線多：在210660nm范圍內(nèi)有數(shù)千條譜線；(2) 譜線間距離分配均勻：容易比照，適用面廣；(3) 定位準(zhǔn)確：已準(zhǔn)確測(cè)量了鐵譜每一條譜線的波長 光譜定量分析(1)發(fā)射光譜定量分析的根本關(guān)系式在條件一定時(shí)，譜線強(qiáng)度I與待測(cè)元素含量 c關(guān)系為：a為常數(shù)(與蒸發(fā)、激發(fā)過程等有關(guān))，考慮到發(fā)射光譜中存在著自吸現(xiàn)象， 需要引入自吸常數(shù)b，貝U：發(fā)射光譜分析的根本關(guān)系式，稱為塞伯-羅馬金公式(經(jīng)驗(yàn)式)。自吸常數(shù)b隨 濃度c增加而減小，當(dāng)濃度很小，自

32、吸消失時(shí)，b=1。譜線的自吸與自蝕 自吸：中心發(fā)射的輻射被邊緣的同種基態(tài)原子吸收，使輻射強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。 元素濃度低時(shí)，不出現(xiàn)自吸。隨濃度增加，自吸嚴(yán)重，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定值時(shí)，譜線中 心完全被吸收，如同出現(xiàn)兩條線，這種現(xiàn)象稱為自蝕。(2)內(nèi)標(biāo)法根本關(guān)系式影響譜線強(qiáng)度因素較多，直接測(cè)定譜線絕對(duì)強(qiáng)度計(jì)算難以獲得準(zhǔn)確結(jié)果，實(shí)際工作多采用內(nèi)標(biāo)法(相對(duì)強(qiáng)度法)。在被測(cè)元素的光譜中選擇一條作為分析線(強(qiáng)度I)，再選擇內(nèi)標(biāo)物的一條譜線強(qiáng)度10，組成分析線對(duì)。貝U: 相對(duì)強(qiáng)度R：A為其他三項(xiàng)合并后的常數(shù)項(xiàng)，內(nèi)標(biāo)法定量的根本關(guān)系式。 內(nèi)標(biāo)元素與分析線對(duì)的選擇：a. 內(nèi)標(biāo)元素與被測(cè)元素在光源作用下應(yīng)有相近的蒸發(fā)性質(zhì)。b

33、. 內(nèi)標(biāo)元素假設(shè)是外加的，必須是試樣中不含或含量極少可以忽略的c. 分析線對(duì)應(yīng)匹配，同為原子線或離子線。d. 分析線對(duì)兩條譜線的激發(fā)能相近，均勻 線對(duì)“e. 分析線對(duì)波長應(yīng)盡可能接近。無相鄰譜線 干擾，無自吸或自吸小。f. 內(nèi)標(biāo)元素含量恒定。3定量分析方法 a.內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法由 IgR = blgc +lgA以IgR對(duì)應(yīng)Igc作圖，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲 線，在相同條件下，測(cè)定試樣中待測(cè)元素 的IgR，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上求得未知試樣Igc；3.光譜定量分析* l=acb(9-7)式中匸a和b在一定條件下曲常數(shù)*此式為光譜定分析的根本關(guān)系式.為了消除工柞條件改 壹對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響*常便用內(nèi)標(biāo)法，即在被測(cè)元素的譜

34、線中選一條皺作為分析線.在耳體亓盂的譜線中選一條與 分析線激堂電位和電離電位相近的譜線作掏內(nèi)標(biāo)線這兩 條譜線坦成所謂分祈線對(duì).分?jǐn)鼐€與內(nèi)標(biāo)竣的絕對(duì)強(qiáng)度的 比佰輙為相對(duì)強(qiáng)度"內(nèi)標(biāo)法就是借測(cè)掃分析堆對(duì)的相對(duì)強(qiáng)度訊來進(jìn)行定量分析的.其根本關(guān)系式為gR = Igp = blgc + lg A光譜分析在科學(xué)技術(shù)中有廣泛的應(yīng)用例如，在檢查半導(dǎo)體材料硅和鍺是不是到達(dá)了高純度的要求時(shí)，就要用到光譜分析在歷史上，光譜分析還 幫助人們發(fā)現(xiàn)了許多新元素例如，銣和銫就是從光譜中看到了以前所不 知道的特征譜線而被發(fā)現(xiàn)的光譜分析對(duì)于研究天體的化學(xué)組成也很有 用十九世紀(jì)初，在研究太陽光譜時(shí)，發(fā)現(xiàn)它的連續(xù)光譜中有許

35、多暗線參 看彩圖9，其中只有一些主要暗線最初不知道這些暗線是怎樣形成的， 后來人們了解了吸收光譜的成因，才知道這是太陽內(nèi)部發(fā)出的強(qiáng)光經(jīng)過溫 度比擬低的太陽大氣層時(shí)產(chǎn)生的吸收光譜仔細(xì)分析這些暗線，把它跟各 種原子的特征譜線對(duì)照，人們就知道了太陽大氣層中含有氫、氦、氮、碳、 氧、鐵、鎂、硅、鈣、鈉等幾十種元素.攝譜法光譜儀的種類很多，根據(jù)記錄的方式不 同，可把光譜儀分為看譜儀用人的眼睛觀 察可見光區(qū)光譜、攝譜儀用照相乳劑記錄 光譜和光電光譜儀用光電換能器觀測(cè)記 錄光譜。它們對(duì)應(yīng)有三種不同的光譜分析技=分析方濟(jì)與應(yīng)用仁光譜定性分析由干丼種元素的原子結(jié)構(gòu)不同，在光源的 激發(fā)作用下，樣品中每種元素都發(fā)射

36、自己 的特征光譜.光譜定性分析一般多采用攝譜法°樣品中 所含元索只要到達(dá)一定的含昴，都可以有 譜線攝譜在感光板上"攝譜法操作簡便， 價(jià)格便立，快速，在幾小時(shí)內(nèi)可將含有的 數(shù)十種元素定性檢出。它是冃前進(jìn)行元素 宦性檢出的最好方法.術(shù)，即看譜法、攝譜法和光電光譜法?？醋V法操作簡單，設(shè)備費(fèi)用低，但測(cè)定精 密度和準(zhǔn)確度低，一般只能作鋼中合金元素的定性、 半定量測(cè)定。攝譜法操作亦 較簡單，設(shè)備費(fèi)用也不高，其測(cè)定精密度和準(zhǔn)確度也較高，適用性較強(qiáng)。光電光 譜法因采用光電轉(zhuǎn)換測(cè)量，免去了攝譜法的某些中間環(huán)節(jié)，加上含量計(jì)算方法的 改良，所以精密度和準(zhǔn)確度較高，操作簡便快速。缺點(diǎn)是設(shè)備費(fèi)用高，

37、目前在推 廣使用上受到一定的限制。攝譜儀攝譜法是將色散后的輻射用感光板記錄下來，供分析用。假設(shè)按使用的色散元 件可將攝譜儀分為棱鏡攝譜儀、光柵攝譜儀和干預(yù)分光攝譜儀。一般又根據(jù)倒線 色散率的大小不同，將前兩類攝譜儀分為大、中、小型攝譜儀，它們的倒線色散 率分別為：0.10.8nm mm1、0.82 nm mm1 和 210 nm mm1。采用何種類型的攝譜儀需根據(jù)具體的工作對(duì)象而定。 一般來說，采用中型攝譜儀就能滿足大 多數(shù)分析任務(wù)的要求。為了用照相法同時(shí)檢測(cè)和記錄被色散后的輻射強(qiáng)度， 可在單色儀的出射狹縫進(jìn) 口按縫、準(zhǔn)直鏡. 色敵元件、聚焦透詵*出口挾縫處沿儀器焦面放置一塊照相干板。干板上乳

38、劑經(jīng)曝光和暗室處理之后，光源的各 條光譜線就以入射狹縫的一系列黑 色像的形式的定性信息；用測(cè)微光度 計(jì)測(cè)定譜線的黑度以提供試樣的定量數(shù)據(jù)。光譜儀器原子發(fā)射光譜儀通常由三局部構(gòu)成:光源、分光儀、檢測(cè)器銳線光源一一提供待測(cè)元素的特征光譜, 采用空心陰極燈，主要操作參數(shù)燈是燈電 流。原子化器一一將試樣中的待測(cè)元素轉(zhuǎn)變 成氣態(tài)的基態(tài)原子原子蒸氣。分光系統(tǒng)一一將所需要檢測(cè)的共振吸收三、原子吸收光譜分析儀器竦r吸收光港的分衍枝胖禰列徵了吸收分光光度帀I，依沈 由光源、曬子化器、E色器、檢測(cè)器等4個(gè)土要部仆給成, 如圖®7所示.+總了吸收分光尤度訃何單光束型利雙比束羽曲類* m光朿 型廿光光巫汁如

39、：國47町倩示.光源空心陰根燈由穩(wěn)圧 電進(jìn)供電.光澹發(fā)出的待測(cè)元素的光誥賤經(jīng)過火瑕.其中 的虛扳我局部啟火焰中待測(cè)元索的脈子姿5瞰收，透射光 進(jìn)入單邑器分光后，再照肘到檢測(cè)棒上.嚴(yán)生直流電訊號(hào)* 蛭放大器放大后，就可以從讀數(shù)胖或記錄器讀川輕光值. 這種儀器R有納構(gòu)簡m和檢測(cè)槪限高等優(yōu)胚a m光庶型仗 器的塊心足；御果光源電川北程，那么反笈射的址強(qiáng)度不穩(wěn)， 從血便測(cè)崔黏貳產(chǎn)牛諛井"線別離出來。要求：能分辨開 Ni三線檢測(cè)系統(tǒng)一一檢測(cè)光信號(hào)的強(qiáng)度將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。 原子化器是核心部件，影響原子吸收測(cè)定靈敏度的主要因素 一一原子化效率反爲(wèi)捉Sf1一卜際子牝端|卜|分毗殺邸卩

40、檢河菇統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原子化的方法：火焰原子化法和非火焰原子化法火焰原子化法：由化學(xué)火_分析儀語焰熱能提供能量，使被測(cè)兀素原子化。影響火焰原子化法的兩個(gè)關(guān)鍵因素：燃燒溫度、火焰氧化-復(fù)原性燃燒溫度：保證待測(cè)元素充別離解為基態(tài)原子的前 L光源 光源的作用是發(fā)射被測(cè)無素的共振輻射，對(duì)光 源的要求是：銳線光源，輻射強(qiáng)度大，穩(wěn)定性高，背景小 等.目前應(yīng)用最廣泛的是空心陰極燈，其它還有蒸氣放電 :fr及離啜無圾放電燈等，* 2.原子化器原子化器的功能是提供能董，使樣品千燥、 癟發(fā)薈原于化*原于化的方法有兩科：火焰原化法，$ 用的崑預(yù)混合型原子化器；非火焰原子化法.常用的是膏 式石屋爐原子化器. 3.單色器 單色器

41、由入射和出鉗獲燧反射鏡和色散元 件組成 色眾元件一般用的都是光柵.單色器可將被測(cè)元 素的共娠哌收線與鄰近譜線分開. 4.檢測(cè)器 原子吸收光譜法中檢測(cè)罄通常使用光電倍增 曾,光電倍增管的工作電源應(yīng)有校離的穩(wěn)定性r如工作電 壓過高、照射的蕪過強(qiáng)或光照射時(shí)間過長，都會(huì)引起疲勞 效應(yīng).提下，盡量采用低溫火焰防止熱激發(fā)影響原子化效率、防止譜線變寬?；鹧嫜趸?復(fù)原性：化學(xué)計(jì)量火焰中性火焰貧燃火焰氧化性火焰富燃火焰復(fù)原性火焰非火焰原子化法：利用電熱、陰極濺射、高頻感應(yīng)或激光等方法使試樣中待測(cè)定元素原子化。應(yīng)用最廣泛的是石墨爐原子化器 GFA。石墨爐原子化過程一般需要經(jīng)枯燥-灰化-原子化-凈化除殘四部程序升溫

42、完成?；鹧嬖踊ㄅc石墨爐原子化法比擬原子化原子化原子化進(jìn)樣檢出基體方法重現(xiàn)性熱源溫度效率體積限效應(yīng)化學(xué)火相對(duì)較較低較多火焰高較好較小焰能低(<15%)(100ml)石墨相對(duì)較高較少電熱能低較差大爐高(>90%)(150卩1)6、定量分析方法定量依據(jù)A = k No L=K C主要方法：標(biāo)準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)參加法，也可采用直接比擬法。標(biāo)準(zhǔn)參加法為：-Ax=KCx Vx /V總As= K(Cx Vx + Cs Vs ) / V 總紫外吸收光譜分析1、研究對(duì)象：含共軛雙鍵(體系)的有機(jī)化合物。2、波長范圍：200 400 nm (小于200 nm為真空紫外)3、主要光譜特征參數(shù)：(1 )峰

43、位一入max (2)峰的強(qiáng)度一£ max4、生色團(tuán)、助色團(tuán)、增色效應(yīng)、減色效應(yīng)5、主要的紫外吸收帶及特點(diǎn)入 max /nm£ max吸收帶產(chǎn)生原因-1-1/ L mol cmK帶n - n *躍遷210-250nm共軛雙鍵增加，紅移、增色溶劑極性增加，紅移強(qiáng)吸收，£ max> 104R帶n- n *躍遷般270nm以上溶劑極性增加，藍(lán)移弱吸收 £ max< 100B帶苯環(huán)骨架振動(dòng)與n n *重迭230270nm極性溶劑中或有取代基時(shí)，精細(xì)結(jié)構(gòu)消失£ max約 200E帶苯環(huán)二個(gè)烯 雙鍵的n n *躍遷Ei帶約在180 nmEz帶約在

44、200nm有生色團(tuán)取代且與苯環(huán)共軛時(shí)，E2帶與K帶合并且紅移強(qiáng)吸收，£ max104紫外及可見分光光度計(jì)組成：由五局部組成，光源輻射源f單色器f吸收池f檢測(cè)器f信號(hào)顯示器紫外氫燈、氘燈作為光源米用石英吸收池可見白幟光源鎢燈、碘鎢燈米用玻璃、石英吸收池類型:雙光束分光光度計(jì)(可消除因光源不穩(wěn)的誤差)(可消除誤差，測(cè)定多組分試(2)雙波長分光光度計(jì)樣和混濁試紅外光譜儀把分子中每一個(gè)振動(dòng)頻率歸屬于分子中一定的鍵或基團(tuán)，最簡單 的分子振動(dòng)稱為簡諧振動(dòng)，振動(dòng)頻率與原子間鍵能呈正相關(guān)， 與質(zhì)量 呈負(fù)相關(guān)，此時(shí)為基頻吸收。實(shí)際分子中有原子間相互作用的影響及 轉(zhuǎn)動(dòng)的影響使得吸收譜帶變寬、 位移。相同

45、的化學(xué)鍵或基團(tuán)在不同的 分子構(gòu)型中，他們的振動(dòng)頻率改變不大，這一頻率稱為某一鍵或基團(tuán) 的特征振動(dòng)頻率，其吸收譜帶稱為特征吸收譜帶連續(xù)波長的紅外線經(jīng)試樣后，由于物質(zhì)的分子對(duì)紅外線的選擇性吸收，在原來連續(xù)譜帶上某些波長的紅外線強(qiáng)度降低，得到紅外吸收光譜圖。紅外光譜吸收峰與分子及分子中各基團(tuán)的不同的振動(dòng)形式相對(duì)應(yīng)，從吸收峰的位置和強(qiáng)度，可得到此種分子的()紅外吸收光譜儀定性及定量的數(shù)據(jù)，就可*現(xiàn)在常用的傅立葉變換紅外光譜儀twnsfornn infrared spetrophotometer,簡稱FTIR)的計(jì)涉儀結(jié)構(gòu) 與功能示意團(tuán)見圖馴4°以確定分子中不同的鍵 或基團(tuán)，確定其分子結(jié) 構(gòu)。

46、組成：由五局部組成，光源輻射源T吸收池T單色器T檢測(cè)器T 信號(hào)顯示器 對(duì)樣品的要求：純物質(zhì)、不含水、濃度適當(dāng)紫外紅外氫燈、氘燈作為光源能斯特?zé)艋蚬杼及裘子檬⑽粘夭捎脡A金屬鹵化物鹽窗作吸收池六，光譜分析的應(yīng)用及前景其它3%拉丁美洲1%亞太地區(qū)14%歐洲29%北美53%分子光譜分析儀使用情況調(diào)查餅圖不久前對(duì)全球525家分子光譜用戶的調(diào)查結(jié)果顯示，上述分子光譜 儀中，紫外-可見和紅外光譜儀最為常用，在接受調(diào)查的用戶中使用 率分別占70痢50%接受調(diào)查的用戶來自40多個(gè)國家的不同工業(yè)領(lǐng) 域，其中多數(shù)來自美國和歐洲。我國對(duì)近紅外光譜技術(shù)的研究及應(yīng)用起步較晚，上世紀(jì) 70年代開始， 進(jìn)行了近紅外光譜分

47、析的根底與應(yīng)用研究， 到了 90年代，石化、農(nóng)業(yè)、 煙草等領(lǐng)域開始大量應(yīng)用近紅外光譜分析技術(shù)，但主要是依靠國外大型分析儀器生產(chǎn)商的進(jìn)口儀器。目前國內(nèi)能夠提供完整近紅外光譜分 析技術(shù)近紅外光譜分析儀器、化學(xué)計(jì)量學(xué)軟件、應(yīng)用模型的研發(fā) 的公司正處于開展階段。由于我國經(jīng)濟(jì)的快速開展，持續(xù)開展型經(jīng)濟(jì) 與建立節(jié)約型社會(huì)方針確實(shí)定與貫徹我國生產(chǎn)、科研、教學(xué)領(lǐng)域和市 場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的檢測(cè)與控制要求迫切， 按照國際經(jīng)驗(yàn)，近紅外光譜分析技 術(shù)將是一種首選技術(shù)。隨著國產(chǎn)近紅外光譜儀的研制和生產(chǎn)， 近紅外 光譜分析技術(shù)在分析界必將為更多的人所認(rèn)識(shí)和接受，會(huì)在越來越多 的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。近紅外光譜NIR分析應(yīng)用例如：近紅外光

48、譜主要是反映與C-H O-H N-H S-H等基團(tuán)有關(guān)的樣品結(jié)構(gòu)、 組成、性質(zhì)的信息，因此分析范圍幾乎可覆蓋所有的有機(jī)化合物和混 合物。加之其獨(dú)有的諸多優(yōu)點(diǎn)，決定了它應(yīng)用領(lǐng)域的廣闊，使其在許 多行業(yè)中都能發(fā)揮重要作用。主要的應(yīng)用領(lǐng)域包括：石油及石油化工、 農(nóng)業(yè)、煙草、食品、飲料、制藥、有機(jī)化工、精細(xì)化工、生命科學(xué)、 醫(yī)學(xué)臨床、紡織、造紙、化裝品、地理地質(zhì)、航空、遙感、質(zhì)量監(jiān)督、 環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。在石化領(lǐng)域可測(cè)定油品的辛烷值、十六烷值、閃點(diǎn)、 冰點(diǎn)、凝固點(diǎn)、餾程等；在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可以測(cè)定谷物的蛋白質(zhì)、 氨基酸、 醣、脂肪、纖維、水分等內(nèi)部組份含量與硬度等性質(zhì)；在醫(yī)藥領(lǐng)域可 以測(cè)定藥品中的有效成分、組成和含量；亦可進(jìn)行樣品的種類鑒別， 如酒類和香水的真假區(qū)分，環(huán)保廢棄物的分檢等。我國近紅外光譜分析主要應(yīng)用于石化、農(nóng)業(yè)、煙草、食品、飲料等領(lǐng)域，其他還可應(yīng)用于寶石鑒定、遙感等方面。以煙草分析為例，煙草常規(guī)分析包括總氮、總醣及煙堿等九種成分， 通常采用流動(dòng)注射分析方式，速度慢、本錢高，對(duì)分析人員的技術(shù)要 求也高。采用近紅外光譜分析方法一旦數(shù)學(xué)模型建立后， 分析速度可 以提高數(shù)