1、,第12章 光学分析法导论 An Introduction to Optical Analysis,第12章 光学分析法导论 An Introduction to Optical Analysis,什么叫光学分析法？利用电磁辐射为“探针”来探测物质性质、含量和结构的方法。 12-1 电磁辐射的基本特征 12-2 辐射与物质的相互作用 12-3 光学分析法的分类 12-4 光学光谱法的仪器,12-1 电磁辐射的基本特征,1 什么叫电磁波？ 一种以巨大速度通过空间，不需要以任何物质作为传播媒介的能量形式，称为电磁波。在整个电磁辐射范围内，按波长或频率的大小顺序排列起来，即为电磁波谱 电磁波的二重性
2、,第12章 光学分析法导论,2 波动性可用波性质的波参数来描述 周期P （s） 频率 （s-1=Hz） =1/ P 波长 厘米 微米 纳米 埃 cm m nm 10-2 m 10-6 m 10-9 m 10-10m 波数 （cm-1） 称为开瑟(Kayser, K表示)=1/ ,第12章 光学分析法导论 12-1 电磁辐射的基本特征,第12章 光学分析法导论 12-1 电磁辐射的基本特征2 波动性可用波性质的波参数来描述,“时”域参数周期 P 频率 “空”域参数波长 波数“时”域参数与“空”域参数的联系： 传播速度 V cm/s V= 真空中传播 速度c= (2.9979250.000001)
3、1010cm/s 应该注意：频率更能表征辐射的特征 频率 只决定于辐射源，而与介质无关 波长 与传播速度V、介质（折射率 n=c/V）有关,第12章 光学分析法导论 12-1 电磁辐射的基本特征3 粒子性及普朗克关系式, 粒子性 不连续的能量微粒光子（光量子） 能量 1 eV=1.602189210-19 J常用每摩尔能量 1 erg=10-7 J=2.3901 10-8 Cal =6.2418 1011 eV 1 Cal=4.186 J 普朗克(Prank)关系式 波动性粒子性之间的“桥” E = h = hc / 普朗克常数 (6.62559 0.00015)10-34焦耳秒(Js),核跃
4、迁,磁场中自旋取向,分子转动,分子振动,共价电子跃迁,内层电子跃迁,波数(cm-1),波长(m),200 nm,800 nm,第12章 光学分析法导论 12-1 电磁辐射的基本特征4 电磁波谱及分析方法,电磁波谱区域,近紫外,第12章 光学分析法导论 12-1 电磁辐射的基本特征4 电磁波谱及分析方法,电磁波谱区域与相应的光谱分析方法光谱区域 波长范围 跃迁类型 光谱分析方法射线 0.001 0.1 核能级跃迁 射线发射 法 莫斯堡尔 法 X射线 0. 1 100 原子內层电子能级跃迁 X-荧光、衍射法 电子能谱分析法 真空紫外 10200nm 真空紫外吸收光谱法 紫外 200400nm 外层
5、电子及价电子能级 紫外可见吸收光谱法 可见 400800nm 外层电子及价电子能级 原子吸收、发射、荧光法 分子荧光光谱法近红外 0.82.5m 分子振动能级 红外吸收光谱 法中红外 2.550m 分子振动能级 拉曼光谱 法 远红外 50300m 分子转动能级 微波 0.31000mm 分子转动、电子自旋能级 微波吸收、电子顺磁共振谱无线电波 1m 1000m 核自旋 核磁共振谱,（单色光）入射 法线 反射 I0 Ir i1 i2 空气 n1 =1 玻璃n2 =1.5 r2 折射折射: 斯涅尔（Snell）折射定律 n2Sinr2 = n1Sini1反射: 入射角i1 = 反射角i2 反射的反
6、射率 = Ir / I0= (n2 - n1)2/ (n2 + n1)2 i160时变化不大,12-2 电磁波与物质的相互作用,第12章 光学分析法导论,全反射： Sini2n1/n2时出现 i2超过某一值时， 便发生全反射, 此角称临界角 服从反射定律 仅出现在折射率较高的介质中。色散：折射率n 随频率 而变 ，复合光的折射角随频率 而改变 n 正常色散 适宜制作透镜 n 反常色散 适宜制作棱镜,第12章 光学分析法导论 12-2 电磁波与物质的相互作用,干涉：两个波叠加时，组合波的振幅是组份波的矢量和 同相位组合波相长 相位差1800组合波相消 衍射：干涉现象的结果 平行单色光通过狭缝时
7、, 可在透镜后，屏幕上看到 明 暗交替的衍射条纹,第12 章 光学分析法导论 12-2 电磁波与物质的相互作用,散射： 瑞利(Rayleigh)散射 强度同波长的四次方成反比 频率不改变 拉曼(Raman)散射 量子化的频率改变 吸收： 发射： 能级间跃迁 满足E=h 高能态（激发态）Ei吸收 发射 能级 h h 能级的简并低能态（基态）E0 跃迁 光谱,第12章 光学分析法导论 12-2 电磁波与物质的相互作用,物质辐射能 相互作用为基础 折射 非光谱法 反射 不涉及能级间的跃迁 色散 只改变传播方向、速度 散射 相应方法光学分析法 或某些物理性质 干涉 衍射 旋光 光谱法能级跃迁波长和强度
8、,第12章 光学分析法导论 12-2 电磁波与物质的相互作用,按电磁辐射的物质对象 分子光谱 原子光谱 按电磁辐射的能量传递方式 光谱法 吸收、发射、荧光、拉曼光谱 按电磁辐射的量子跃迁类型格 核能级谱， 电子、振动、转动光谱， 电子自旋及核自旋谱 按电磁辐射的能量大小 相关方法简介，见教材,12-3 光学分析法的分类,第12章 光学分析法导论,第12章 光学分析法导论 12-3 光学分析法的分类,按电磁辐射的能量大小光谱区域 波长范围 跃迁类型 光谱分析方法射线 0.001 0.1 核能级跃迁 射线发射 法 莫斯堡尔 法 X射线 0. 1 100 原子內层电子能级跃迁 X-荧光、衍射法 电子
9、能谱分析法 真空紫外 10200nm 真空紫外吸收光谱法 紫外 200400nm 外层电子及价电子能级 紫外可见吸收光谱法 可见 400800nm 外层电子及价电子能级 原子吸收、发射、荧光法 分子荧光光谱法近红外 0.82.5m 分子振动能级 红外吸收光谱 法中红外 2.550m 分子振动能级 拉曼光谱 法 远红外 50300m 分子转动能级 微波 0.31000mm 分子转动、电子自旋能级 微波吸收、电子顺磁共振谱无线电波 1m 1000m 核自旋 核磁共振谱,电磁波谱区域与相应的光谱分析方法,三种类型光谱仪器的总体结构特点？光学光谱仪器的部件、 特点及光谱的匹配问题？光源、检测器的一般要求、 类型及各自的特点？滤光片、单色器的类型及其光学特性的表述？色散率、分辨率的定义及有关概念。,12-4 光学光谱法的仪器,第 12章 光学分析法导论,光学分析法导论 结束请预习第13章,
