1、物质成分的光谱分析孙 梅第一章 光谱分析基础知识1.1 基本概念光学分析法是根据物质发射的电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用而建立起来的一类分析化学方法。1 电磁辐射电磁辐射是高速通过空间的光子流，通常简称为光，它具有二象性，即波动性和粒子性。波动性表现在光的折射、衍射和干涉等现象；粒子性表现在光电效应等现象。每个光子的能量 （ EL）与其频率（ ）、波长（）及波数（ ）之间的关系为：EL=h=hc/=hc式中： h为普朗克常数（ Planck constant），其值为 6.62610-34Js; c为光速，其值为 31010cms-1； 为波数（ wave number），其单位为 cm-1
2、； 为波长（ wave length），单位为 cm。由上式可知： 电磁辐射的波长越 短，其光子的能量越高 。普朗克认为：物质对辐射能的吸收和发射是不连续的，是量子化的。当物质内的分子或原子发生能级跃迁时，若以辐射能的形式传递能量，则辐射能一定等于物质的能级变化，即E=EL=h=hc/例 ： 某电子在能量差为 3.37510-19 J的两能级间跃迁，其吸收或发射光的波长为多少纳米？解： 根据公式， = hc/E=6.62610-34 Js31010 cms-1/3.37510-19 J=5.8910-5 cm=589 nm2. 电磁波谱将各种电磁辐射按照波长或频率的大小顺序排列起来即称为电磁波
3、谱。各波谱区所具有的能量不同，其产生的机理也各不相同。 例如： 红外光区的光是由分子的振动和转动能级跃迁产生的；近紫外区和可见光区的光是由于原子及分子的价电子或成键电子能级跃迁产生的 。因此可根据所使用的不同波谱区，建立起不同的分析方法。表 1-1列出了电磁波谱区的波长范围和相应能量及跃迁能级类型。表 1-1 电磁波谱波 谱 区名称 波 长 范 围 a 光子能量 b/J 跃 迁能 级类 型 射 线 510-30.14nm 4.010-131.310-15 核能 级射 线 0.0110nm 1.910-132.010-17 内 层电 子能 级 远 紫外区 10200nm 2.010-179.61
4、0-19 同上 近紫外区 200400nm 9.610-195.010-19 原子及分子价 电 子或成 键电 子 可 见 区 400760nm 5.010-192.710-19 同上 近 红 外区 0.752.5m 2.710-198.010-20 分子振 动 能 级中 红 外区 2.550m 8.010-203.210-21 同上远红 外区 501000m 3.210-216.810-23 分子 转动 能 级微波区 0.1100cm 6.810-236.410-26 电 子自旋及核自旋射 频 区 11000m 6.410-266.410-29 同上a. 1 m=102 cm=106 m=109 nm; b. 1 eV=1.602010-19 J。3. 单色光、复合光和互补色光（ 1） 单色光： 具有同一波长（或频率）的光称为单色光。（ 2） 复合 光： 由不同波长的光组合而成的光称为复合光。单色光很难从光源获得，多数光源 如： 太阳、白炽灯和氢灯等发出的光都是复合光，通过适当的手段可以从复合光中获得单色光。v 人的眼睛对不同光的感受不一样。凡是能被肉眼感受到的光称为可见光，可见光的波长范围为400780 nm。凡是超出此范围的光，人的眼睛感觉不到。
