第二章--光學(xué)分析法導(dǎo)論(修改稿1)

1、第二章光學(xué)分析法導(dǎo)論,1.光學(xué)分析及其特點(diǎn)2.電磁輻射的性質(zhì)3.電磁波譜,第一節(jié)電磁輻射,1.光學(xué)分析及其特點(diǎn),光學(xué)分析法：基于電磁輻射能量與待測(cè)物質(zhì)相互作用后所產(chǎn)生的輻射信號(hào)與物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)關(guān)系所建立起來的分析方法,電磁輻射范圍：射線至無線電波所有范圍；相互作用方式：發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；應(yīng)用：在研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)表征、表面分析等方面具有其他方法不可區(qū)代的地位；,光學(xué)分析法的三個(gè)基本過程：,所有光學(xué)分析法均包含三個(gè)基本過程選擇性測(cè)量，不涉及混合物分離（不同于色譜分析）涉及大量光學(xué)元器件,能源提供能量能量與被測(cè)物之間的相互作用產(chǎn)生信號(hào),光學(xué)分析法基本特點(diǎn)：,2.電磁輻射的

2、基本性質(zhì),電磁輻射：以接近光速（真空中為光速）傳播的能量，如微波、可見光、紅外光、紫外光、X射線等。電磁輻射具有波粒二象性。,波動(dòng)性：按照經(jīng)典物理學(xué)的觀點(diǎn)，電磁輻射是在空間傳播著的交變電磁場(chǎng)，稱之為電磁波；微粒性：根據(jù)量子理論，電磁輻射是在空間高速運(yùn)動(dòng)的一個(gè)光量子或光子流。,波動(dòng)性,頻率()：1s內(nèi)電磁場(chǎng)振蕩的次數(shù)，單位為Hz或s-1，與輻射傳播的介質(zhì)無關(guān)，是不變的特征量波長()：電磁波相鄰兩個(gè)同相位點(diǎn)之間的距離，常用的單位有cm、m、nm，與傳播介質(zhì)有關(guān)波數(shù)()：1cm內(nèi)波的數(shù)目，單位為cm-1,電磁波可用頻率()、波長()和波數(shù)()等波參數(shù)來表征,微粒性,用每個(gè)光子的能力E來表征，單位為e

3、V或J,普朗克方程：,h:普朗克常數(shù)，6.6310-34Js,光能量與頻率成正比，與波長成反比,3.電磁波譜,高能輻射區(qū),中能輻射區(qū),低能輻射區(qū),第二章光學(xué)分析法導(dǎo)論,1.原子光譜2.分子光譜,第二節(jié)原子光譜和分子光譜,1.原子光譜,原子外層有一個(gè)電子時(shí)，其能級(jí)可由四個(gè)量子數(shù)決定:主量子數(shù)n、角量子數(shù)l、磁量子數(shù)m、自旋量子數(shù)s原子外層有多個(gè)電子時(shí)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用主量子數(shù)n、總角量子數(shù)L、總自旋量子數(shù)S、內(nèi)量子數(shù)J描述,1.1光譜項(xiàng),1.2能級(jí)圖,元素的光譜線系常用能級(jí)圖來表示。最上面的是光譜項(xiàng)符號(hào)；最下面的橫線表示基態(tài)；上面的表示激發(fā)態(tài)；可以產(chǎn)生的躍遷用線連接線系：由各種高能級(jí)躍遷到同一低能級(jí)

4、時(shí)發(fā)射的一系列光譜線；,例：鈉原子的雙重線Na5889.96;32S1/232P3/2Na5895.93;32S1/232P1/2,一條譜線是原子的外層電子在兩個(gè)能級(jí)之間的躍遷產(chǎn)生的，可用兩個(gè)光譜項(xiàng)符號(hào)表示著種躍遷或躍遷譜線：,1.3電子能級(jí)躍遷的選擇定則：,總角量子數(shù)的變化L=1總自旋量子數(shù)的變化S=0，即不同多重性狀態(tài)之間的躍遷被禁阻內(nèi)量子數(shù)的變化J=0，1；但是當(dāng)J=0時(shí)，J=0的躍遷被禁阻,根據(jù)量子力學(xué)原理，電子的躍遷不能在任意兩個(gè)能級(jí)之間進(jìn)行；必須遵循一定的“選擇定則”：,共振線：,元素由基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)的躍遷最易發(fā)生，需要的能量最低，產(chǎn)生的譜線也最強(qiáng)，該譜線稱為共振線，也稱為該元素

5、的特征譜線；,2.分子光譜,原子光譜為線狀光譜分子光譜為帶狀光譜,原子光譜圖,分子光譜圖,2.1分子中的能量,分子中原子的核能：En分子的平移能：Et電子運(yùn)動(dòng)能：Ee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,E=En+Et+Ee+Ev+Er+Ei,在一般化學(xué)反應(yīng)中，En不變；Et、Ei較?。?E=Ee+Ev+Er,雙原子分子能級(jí)圖：,分子中價(jià)電子位于自旋成對(duì)的單重基態(tài)S0分子軌道上，當(dāng)電子被激發(fā)到高能級(jí)上時(shí)，若激發(fā)態(tài)與基態(tài)中的電子自旋方向相反，稱為單重激發(fā)態(tài)，以S1、S2、表示；反之，稱為三重激發(fā)態(tài)，以T1、T2、表示；,2.2躍遷類型與分子光譜,紫外-可見吸收光譜：由純電子躍遷引起紅外吸收光譜：是由于分子中基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷引起，也稱振轉(zhuǎn)光譜；熒光光譜：是在紫外或可見光照射下，電子躍遷至單重激發(fā)態(tài)，并以無輻射弛豫方式回到第一單重激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)，再躍回基態(tài)或基態(tài)中的其他振動(dòng)能級(jí)所發(fā)出的光；磷光：是指處于第一最低單重激發(fā)態(tài)的分子以無輻射弛豫方式回