第2章 光譜分析法概論.ppt

1、1,光學分析法概論,第二章,藥物分析教研室,2,講授提綱 概 述 電磁輻射和電磁波譜 光學分析法分類 光譜分析法發(fā)展概況,3,概 述 1光的定義 2光學分析法定義 3光學分析法包含的 三個主要過程,4,光是一種電磁輻射。 電磁波 量子流,5,光學分析法：,根據(jù)物質(zhì)發(fā)射電磁輻射或物質(zhì)對輻射的相互作用，建立物質(zhì)的濃度、結(jié)構(gòu)或某種性質(zhì)與光學性質(zhì)的關聯(lián)，并借以對物質(zhì)作定性或定量測定的一類分析方法。 儀器分析法,6,光學分析法的三個過程： （1）由儀器設置的能源提供能量照射至被測物質(zhì)。 （2）能量與被測物質(zhì)之間相互發(fā)生作用。 （3）產(chǎn)生可被檢測的訊號。,7,第1節(jié)電磁輻射和電磁波譜 一、電磁輻射 二、電

2、磁波譜三、電磁輻射與物質(zhì)相互作用,8,一、電磁輻射電磁波 電磁輻射是一種以巨大速度通過空間傳播的光子流，具有波粒二象性。 從射線一直到無線電波都是電磁輻射。,9,光是電磁輻射的一種形式，是一種電磁波，一種以巨大速度通過空間而不需要任何物質(zhì)作為傳播媒介的光子流，每個波段之間，由于波長或頻率不同，光子具有的能量也不相同。 光具有波粒二象性。,10,光的波動性 光的波粒二象性 光的微粒性,11,(1)光的波動性：光的波動性用波長(nm)、波數(shù) (cm1)和頻率(Hz)表征。 真空中波長、波數(shù)和頻率的關系為: 光速光的頻率波長 波數(shù)1/波長 單位長度內(nèi)波的振動次數(shù),12,(2)光的微粒性 光的微粒性用

3、每個光子具有的能量E作為表征，光子的能量與頻率成正比，與波長成反比。 與頻率、波長和波數(shù)的關系為： 光的波長越短、頻率越高，能量越大,13,光的波動性體現(xiàn)在光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的反射、折射、干涉、衍射以及偏振等現(xiàn)象。 光的微粒性體現(xiàn)在光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的吸收、發(fā)射、熱輻射、光電效應、光壓等現(xiàn)象以及光的化學作用等方面。,14,二、電磁波譜 1電磁輻射的吸收 2電磁輻射的發(fā)射 3電磁波譜,15,1電磁輻射的吸收： 指輻射（復合光）通過某些透明物質(zhì)（固體、液體或氣體）時，其中某些頻率被選擇性吸收而使輻射強度減弱的過程。 吸收的實質(zhì)是電磁輻射的能量被轉(zhuǎn)移到了物質(zhì)的原子或分子上，結(jié)果，這些粒子由最低能

4、態(tài)（基態(tài)）躍遷到了較高的能態(tài)（激發(fā)態(tài)）。,16,2電磁輻射的發(fā)射： 指物質(zhì)吸收了外界的能量（包括電能、熱能、電磁輻射能、電子或其它基本粒子轟擊等），使處于激發(fā)態(tài)的粒子（離子、原子或分子）在返回到低能級或基態(tài)時，以電磁輻射的形式釋放出多余的能量。,17,吸收或發(fā)射的條件： 任一波長的光子能量（E）必須與物質(zhì)的原子或分子的能級變化（E）相等，才能被吸收或發(fā)射。,18,3電磁波譜： 定義：把電磁輻射按照波長或順序排列起來。 包括波長或能量的無限范圍。 電磁波譜及其在儀器分析中的應用pg.6表21,19,電磁輻射的產(chǎn)生和吸收是物質(zhì)內(nèi)部運動的變化的一種客觀反映，電磁波譜內(nèi)的所有波譜區(qū)都可用于物質(zhì)的分析測

5、定。 主要討論近紫外區(qū)、可見區(qū)和中紅外區(qū)、遠紅外區(qū)的電磁波譜與物質(zhì)的定性和定量關系。,20,三、電磁輻射與物質(zhì)相互作用 （一）常見作用 （二）光的基本術語 （三）光與物質(zhì)的相互作用,21,（一）常見作用,吸收 發(fā)射 散射,物質(zhì)能量變化,透射、 反射折射 散射 衍射 旋光,物質(zhì)能量不變化,熒光 磷光,拉曼,22,（二）光的基本術語 單色光：具有同一波長、同一光能量的光。 復合光：由不同波長的光組合成的光。 紫外光：波長范圍 200400nm 可見光：波長范圍 400760nm，顏色由紫藍青綠黃橙紅，其復合光為白光。,23,（三）光與物質(zhì)的相互作用 復合光在與物質(zhì)相互作用時，一些波長的光被物質(zhì)吸收

6、，另一些波長的光透過物質(zhì)或被物質(zhì)所反射。 透過物質(zhì)的光（或反射光）能被人眼觀察到的即為物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色。 不同波長的光具有不同的顏色。因此，物質(zhì)的顏色由透射光（或發(fā)射光）的波長所決定。,24,互補色：透射光和吸收光，按一定比例混合即成白光。,25,紅 橙 紫紅 黃 藍紫 黃綠 藍 綠 青藍 青,26,第2節(jié) 光學分析法的分類 吸收光譜法 光譜分析法 發(fā)射光譜法 散射光譜法 光學分析法 折射法 非光譜分析法 旋光法 濁度法 X射線衍射法,27,光譜分析法和非光譜分析法 原子光譜法和分子光譜法 吸收光譜、發(fā)射光譜、散射光譜（Raman光譜法 ）,28,一、光譜法和非光譜法,光譜法 1. 光譜 2.

7、光譜分析法 非光譜法,29,光譜法 1. 光譜（spectrum） 當物質(zhì)與輻射能相互作用時，物質(zhì)內(nèi)部的電子、質(zhì)子等粒子發(fā)生能級躍遷，記錄所產(chǎn)生的輻射能強度隨波長（或相應單位）的變化，所得圖譜稱為光譜（波譜）。,30,2. 光譜分析法（spectroscopic analysis） 利用物質(zhì)的光譜進行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法稱為光譜分析法，簡稱光譜法。 光譜法種類很多，吸收、發(fā)射、散射是光譜法的三種基本類型，應用甚廣，是現(xiàn)代分析化學的重要組成部分。,31,非光譜法 非光譜法是指那些不以光的波長為特征訊號，僅通過測量電磁輻射的某些基本性質(zhì)（反射、折射、干涉、衍射和偏振）的變化的分析方法。這類方

8、法主要有折射法，旋光法，濁度法，X射線衍射法。,32,二、原子光譜法和分子光譜法,原子光譜法 分子光譜法,33,原子光譜法（atomic spectroscopy） （1）定義：以測量氣態(tài)原子或離子外層電子能級躍遷所產(chǎn)生的原子光譜為基礎的成分分析方法。 （2）起源：能級躍遷 （3）特點：線狀光譜，只反映原子或離子的性質(zhì)，與來源的分子狀態(tài)無關。 （4）應用：確定試樣物質(zhì)的元素組成和含量。（不能給出物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的信息）,34,原子光譜法,（5）分析方法： 原子吸收光譜法 原子發(fā)射光譜法 原子熒光光譜法 射線熒光光譜法,35,分子光譜法（molecular spectroscopy） （1）定義：以

9、測量分子轉(zhuǎn)動能級、分子中原子的振動能級（包括分子轉(zhuǎn)動能級）和分子電子能級（包括振轉(zhuǎn)能級）躍遷所產(chǎn)生的分子光譜為基礎的定性、定量和物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的方法。 （2）起源：能級躍遷 （3）特點：帶狀光譜,36,三、吸收光譜法和發(fā)射光譜法,吸收光譜 1原子吸收光譜 2分子吸收光譜 (1)紫外分光光度法 (2)可見分光光度法 (3)紅外分光光度法 發(fā)射光譜 1原子發(fā)射光譜法 2熒光或磷光,37,吸收光譜（absorption spectrum） 指物質(zhì)對相應輻射能的選擇性吸收而產(chǎn)生的光譜。 產(chǎn)生的必要條件：所提供的輻射能量恰好滿足該吸收物質(zhì)兩能級間躍遷所需的能量。,38,吸收光譜法（absorption s

10、pectroscopy） 由物質(zhì)對輻射能選擇性吸收而產(chǎn)生的各種吸收光譜進行定性、定量及結(jié)構(gòu)分析的方法。也稱分光光度法。,39,吸收光譜法 原子吸收光譜法 AAS 紫外可見吸收光譜法 Uv-Vis 分子吸收光譜法 紅外吸收光譜法 IR 磁共振波譜法 NMR,40,發(fā)射光譜（emission spectrum） 物質(zhì)的原子、離子或分子受到一定能量激發(fā)后，由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)或較低能態(tài)所產(chǎn)生的光譜。 線狀光譜物質(zhì)三種發(fā)射光譜 帶狀光譜 連續(xù)光譜,41,發(fā)射光譜法（emission spectroscopy） 基于物質(zhì)的發(fā)射光譜對物質(zhì)進行定性、定量分析的方法。 原子發(fā)射光譜法 AES 原子熒光光譜法 AFS發(fā)射光譜法 分子熒光光譜法 FS 分子磷光光譜法 PS X射線熒光分析法 XRF,42,Raman光譜法 瑞利散射（頻率不變） 散射 拉曼散射（頻率改變） 光譜法Raman Stokes線（低頻）分析線 拉曼位移 反Stokes線（高頻） 屬振動光譜，與IR互補,43,質(zhì)譜法（mass spectroscopy，MS） 質(zhì)譜是分子離子和碎片離子依其質(zhì)荷比（m/z） 大小依次