光譜分析法概論

1、第一、二章光學(xué)分析簡(jiǎn)介，第二、概述，光學(xué)分析方法解決的問(wèn)題：物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性和含量使用的手段：物質(zhì)與能量(輻射)的相互作用光學(xué)分析方法：基于物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射或物質(zhì)與輻射相互作用所產(chǎn)生的輻射信號(hào)或產(chǎn)生的信號(hào)的變化，物質(zhì)的特性能量供給能量與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生檢測(cè)信號(hào)，4，3種分析方法比較滴定分析：物質(zhì)的含量光學(xué)分析：物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，含量色譜分析：混合物的分離，定量，定性，5，光是一種具有波粒子二重性的電磁輻射。波動(dòng)性：光在傳播的同時(shí)看起來(lái)有波動(dòng)，這是變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)從空間中的光源出發(fā)，通過(guò)近距離傳播。顆粒度：光由具有一定能量的物質(zhì)粒子組成，稱為光子。光和物質(zhì)相互作用時(shí)表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)。第一節(jié)電磁輻

2、射和電磁波譜，6，頻率和波長(zhǎng)的關(guān)系：v=c/=1/=v/c能量和頻率的關(guān)系：Planck方程：E=h v=h c/=h c，波粒子二重性的統(tǒng)一，7E=E0 E平面E旋轉(zhuǎn)E振動(dòng)E電量子理論(Max Planck，1900):物質(zhì)粒子總是處于特定的不連續(xù)能量狀態(tài)，即能量量化；不同能量狀態(tài)下的粒子之間發(fā)生能量轉(zhuǎn)移時(shí)的能量差e和光的波長(zhǎng)、頻率之間也與Plank方程一致。9，兩個(gè)重要的推論：物質(zhì)粒子有不連續(xù)的能量狀態(tài)，每個(gè)能量狀態(tài)都有特定的能量。粒子的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，粒子完全吸收或發(fā)射兩個(gè)能量級(jí)別之間的能量差異。反之亦然。也就是說(shuō)，E=E激發(fā)-E基態(tài)=h，10，光的吸收在光通過(guò)固體、液體、氣體的透明層時(shí)

3、，分子可以選擇性地吸收特定波長(zhǎng)的光，使這些波長(zhǎng)的光強(qiáng)度在通過(guò)的光譜中減弱，從而形成吸收光譜。分子的能量具有量子化特性，分子不能隨意吸收各種波長(zhǎng)的光，只能吸收一定能量的光，即一定波長(zhǎng)的光。吸收的能量e的大小是分子的結(jié)構(gòu)，分子不同，e不同，吸收光譜不同，因此可以確認(rèn)物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，物質(zhì)吸收光子的量與物質(zhì)的分子數(shù)(與物質(zhì)濃度有關(guān))相關(guān)的定量依據(jù)。11，電磁波譜(electromagnetic spectrum)，12，3節(jié)光學(xué)分析的分類，光學(xué)分析可分為光譜學(xué)和非光譜學(xué)兩類。光譜法是在物質(zhì)和輻射能起作用的情況下，物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生量子化的能量準(zhǔn)位轉(zhuǎn)移，進(jìn)而測(cè)量發(fā)射、吸收或散射光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度的方法。非光譜分析

4、方法在物質(zhì)和輻射相互作用時(shí)測(cè)量折射、散射、干涉、衍射、偏振等變化的分析方法；13，光譜分析分類：由活性物質(zhì)分類：分子光譜(帶狀光譜)原子光譜(線性光譜)物質(zhì)和輻射能的轉(zhuǎn)換方向：吸收光譜(原子，UV)氣體自由基或小分子振動(dòng)-旋轉(zhuǎn)能級(jí)轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的光譜(波段譜):由于能級(jí)之間的能量差異很小，因此很難區(qū)分具有幾十到幾十個(gè)nm帶寬的所謂帶狀光譜。連續(xù)光譜(Continuum spectra):固體在熱狀態(tài)下加熱時(shí)，由無(wú)數(shù)原子和分子的運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)產(chǎn)生的熱輻射，也稱為黑體輻射。通常，生成背景干涉。溫度越高，輻射越強(qiáng)，短波長(zhǎng)的輻射強(qiáng)度增長(zhǎng)最快！另一方面，熱固體產(chǎn)生的連續(xù)輻射是紅外、可見(jiàn)光、長(zhǎng)波長(zhǎng)的重要輻射源(光源

5、)。15，節(jié)iv光譜分析設(shè)備，基本配置：輻射源單色儀樣品池輻射探測(cè)器和顯示設(shè)備，16，1，光源，紅寶石激光，693，4nm，h，e，-，ne，激光，632.8nm，也就是說(shuō)，單色光具有固定的寬度(有效帶寬)。有效帶寬越小，分析的靈敏度越高，選擇度越好，分析物濃度和光學(xué)響應(yīng)信號(hào)的線性相關(guān)性也越好。18，19，2.1棱鏡(Prism):原理：棱鏡的色散作用是基于構(gòu)成棱鏡的光學(xué)，對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的折射率。N=A B/2 C/4式的情況下，n是折射率，而波長(zhǎng)的情況下，A、B、C是恒定波長(zhǎng)大的折射率小，波長(zhǎng)小的折射率大。光波的各向異性陣列：長(zhǎng)波長(zhǎng)區(qū)域密度，短波長(zhǎng)區(qū)域稀疏石英：UV，Vis玻璃：Vi

6、s，20，2.2光柵制作：在堅(jiān)硬、磨光的光學(xué)平面上刻劃很多大而平行的板材。你可以用母板，在上面用液體樹(shù)脂復(fù)制光柵。創(chuàng)建的光柵是平面透射光柵、平面反射光柵(或閃耀光柵)和凹面反射光柵。典型的雕塑數(shù)為300-2000槽/mm。最常用的是1200-1400插槽/毫米(顯示uv)和100-200插槽/毫米(紅外)原理：衍射干涉的優(yōu)點(diǎn)：波長(zhǎng)范圍寬度，色散為線性，21，平面反射光柵(光澤光柵，小階梯光柵)此時(shí)，入射線的小反射面與各個(gè)角度相適應(yīng)，反射線集中在一個(gè)方向上，集中在所需水平的光譜上。這個(gè)格子也稱為閃耀格。=表示在衍射角度方向上獲得最大亮度，也稱為閃耀角度。22，2.3狹縫配置：狹縫是具有經(jīng)過(guò)精密加

7、工的兩個(gè)銳角的金屬配置；這兩種金屬位于同一平面且相互平行的有效帶寬。整體單色元分辨率與分光元件的分散速度相關(guān)，與狹縫寬度相關(guān)。也就是說(shuō)，單色儀分辨率(有效帶寬S)在S=DW中，d是線色散率的倒數(shù)，w是狹縫寬度單色儀色散率固定時(shí)，波長(zhǎng)間隔隨狹縫寬度的變化而變化，23、狹縫寬度選擇原則的定性分析：選擇窄狹縫寬度以提高分辨率，減少其他譜線的干擾，提高選擇性。定量分析：選擇寬狹縫寬度，以增加照射狹縫的亮度，提高分析的靈敏度，必須根據(jù)樣品特性和分析要求確定狹縫寬度。最佳狹縫寬度通過(guò)條件優(yōu)化確定。原子吸收光譜可以使用寬狹縫，因?yàn)榕c發(fā)射光譜分析相比，光譜線數(shù)較少。但是，如果背景較大，則可以相應(yīng)地減小接縫寬度

8、。24，3，吸收池(Sample container、Cell、Cuvette)要求所有頻譜分析(發(fā)射光譜除外)使用吸收池。試樣的吸收罐是用光透明材料制成的。石英或熔融石英：紫外線可視區(qū)域3m；玻璃：可見(jiàn)光區(qū)域(350-2000n m)；透明塑料：可見(jiàn)光區(qū)域(350-2000n m)；鹽窗(NaCl，NaBr確定):紅外線區(qū)域。，25，4，光電轉(zhuǎn)換器(Transducer)定義：光轉(zhuǎn)換器是將光輻射轉(zhuǎn)換為可測(cè)量電信號(hào)的設(shè)備。肉眼光電轉(zhuǎn)換觀測(cè)：量化檢測(cè)(對(duì)光子的響應(yīng))熱探測(cè)器(對(duì)熱的響應(yīng))，26，27，28，29，30，31，說(shuō)明：在單個(gè)硅片上，許多pn連接以一維線性排列，并被“排列”；每個(gè)pn接頭或元素(element，64-4096)均對(duì)應(yīng)于硅二極管探測(cè)器。硅片有集成電路，使每個(gè)pn連接對(duì)應(yīng)于單獨(dú)的光電轉(zhuǎn)換器。置于分散機(jī)焦平面上的晶片利用不同波長(zhǎng)的光形成電信號(hào)。實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)或多目標(biāo)同時(shí)檢測(cè)。PDA在靈敏度、線性范圍和S/N方面不如光電倍增管(光電倍增管)。應(yīng)用少。32，感溫計(jì)是熱電偶、熱輻射計(jì)和熱輻射計(jì)等。這些探測(cè)器主要用于紅外和拉曼光譜，稍后相關(guān)章節(jié)將對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。33，原子光譜學(xué)是由原子外層或內(nèi)層電子能級(jí)的變化而產(chǎn)生的，其表達(dá)是線光譜。這些分析方法包括原子發(fā)射光譜(AES)、原子熒光光譜(AAS)、原子熒光光譜(AFS)和x射線熒光光譜(XFS)。分子光譜法由分子