光谱分析法初探.ppt

光分析法初探光分析法初探孙赫男孙赫男一、光分析法及其特点一、光分析法及其特点概念概念基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法立起来的分析方法相互作用方式相互作用方式发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等三个基本过程三个基本过程（1）能源提供能量能源提供能量（2）能量与被测物之间的相互作用能量与被测物之间的相互作用（3）产生信号产生信号基本特点基本特点（1）所有光分析法均包含三个基本过程）所有光分析法均包含三个基本过程（2）选择性测量，不涉及混合物分离）选择性测量，不涉及混合物分离（3）涉及大量光学元件）涉及大量光学元件二、电磁辐射基本性质二、电磁辐射基本性质辐射能的特性辐射能的特性 (1)(1)吸收吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能 级跃迁到高能级；级跃迁到高能级；(2)(2)发射发射 将吸收的能量以光的形式释放出；将吸收的能量以光的形式释放出；(3)(3)散射散射 丁铎尔散射和分子散射；丁铎尔散射和分子散射；(4)(4)折射折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同；折射是光在两种介质中的传播速度不同；(5)(5)反射反射 (6)(6)干涉干涉 干涉现象干涉现象；(7)(7)衍射衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；(8)(8)偏振偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。光。电磁辐射范围：射线电磁辐射范围：射线-无线电波所有范围无线电波所有范围光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可取代的地位方面具有其他方法不可取代的地位三、光分析法分类三、光分析法分类1、光谱法、光谱法基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长强度进行分而产生的发射、吸收或散射的波长强度进行分析的方法析的方法（1）原子光谱：常见三种）原子光谱：常见三种基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）、）、原子发射光谱（原子发射光谱（AES）、）、原子荧光光谱（原子荧光光谱（AFS）基于原子内层电子跃迁的基于原子内层电子跃迁的X射线荧光光谱（射线荧光光谱（XFS）基于原子核与射线作用的穆斯堡谱基于原子核与射线作用的穆斯堡谱（2）分子光谱）分子光谱基于分子中电子能级、振基于分子中电子能级、振-转能级跃迁转能级跃迁紫外光谱法（紫外光谱法（UV）红外光谱法（红外光谱法（IR）分子荧光光谱法（分子荧光光谱法（MFS）分子磷光光谱法（分子磷光光谱法（MPS）核磁共振与顺磁共振波谱（核磁共振与顺磁共振波谱（NMR）2、非光谱法、非光谱法不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变转播方向等物理性质；改变转播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等偏振法、干涉法、旋光法等光分析法光分析法光谱分析法光谱分析法非光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法分子光谱分析法原原子子吸吸收收光光谱谱原原子子发发射射光光谱谱原原子子荧荧光光光光谱谱X射射线线荧荧光光光光谱谱折折射射法法圆圆二二色色性性法法X射射线线衍衍射射法法干干涉涉法法旋旋光光法法紫紫外外光光谱谱法法红红外外光光谱谱法法分分子子荧荧光光光光谱谱法法分分子子磷磷光光光光谱谱法法核核磁磁共共振振波波谱谱法法光谱分析法光谱分析法吸收光谱法吸收光谱法发射光谱法发射光谱法原子光谱法原子光谱法分子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光三种光分析法测量过程示意图三种光分析法测量过程示意图四、各种光分析法简介四、各种光分析法简介1.原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法 以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法的外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法2.原子吸收光谱分析法原子吸收光谱分析法 利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分析方法收而进行的定量分析方法3.原子荧光分析法原子荧光分析法 气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，在低能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能态时，后跃回基态或低能态时，发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射，在与光源成90度的方向上，测定荧光强度进行定量分析的方法度的方向上，测定荧光强度进行定量分析的方法4.分子荧光分析法分子荧光分析法 某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程某些物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度进行定量分析的方法进行定量分析的方法5.分子磷光分析法分子磷光分析法 处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第一三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷入第一三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进行定量分析的方法光强度进行定量分析的方法6.X射线荧光分析法射线荧光分析法 原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征出特征X射线（射线（X射线荧光），测定其强度可进行定量射线荧光），测定其强度可进行定量分析分析7.化学发光分析法化学发光分析法 利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法浓度之间的线性关系进行定量分析的方法8.紫外吸收光谱分析法紫外吸收光谱分析法 利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析波长强度变化可进行定量分析9.红外吸收光谱分析法红外吸收光谱分析法 利用分子中基团吸收红外光产生的振动利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收转动吸收光谱进行定量和有机化合物结构分析的方法光谱进行定量和有机化合物结构分析的方法10.核磁共振波普分析法核磁共振波普分析法 在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析11.顺磁共振波谱分析法顺磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩与磁场相互作在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为磁量子数不同的磁能级，吸收微波辐射后用而裂分为磁量子数不同的磁能级，吸收微波辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行结构分析产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行结构分析12.旋光法旋光法 溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学问题，旋光计测定糖的含量问题，旋光计测定糖的含量13.衍射法衍射法 X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同衍射图射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同衍射图 电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物质的内部组织结构质的内部组织结构五、光分析方法的进展五、光分析方法的进展1.采用新光源，提高灵敏度采用新光源，提高灵敏度级联光源：电感耦合等离子体级联光源：电感耦合等离子体-辉光放电；激光辉光放电；激光蒸发蒸发-微波等离子体微波等离子体2.联用技术联用技术 电感耦合高频等离子体（电感耦合高频等离子体（ICP）质谱质谱 激光质谱：灵敏度达激光质谱：灵敏度达10-20 g3.新材料新材料光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强4.交叉交叉 电致发光分析；光导纤维电化学传感器电致发光分析；光导纤维电化学传感器5.检测器的发展检测器的发展 电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、电荷耦合阵列检测器光谱范围宽、量子效率高、线性范围宽、多道同时数据采集、三维谱图，将取线性范围宽、多道同时数据采集、三维谱图，将取代光电倍增管；代光电倍增管；光二极激光器代替空心阴极灯，使原子吸收可光二极激光器代替空心阴极灯，使原子吸收可进行多元素同时测定；进行多元素同时测定；主要参考书目主要参考书目朱世盛编：仪器分析朱世盛编：仪器分析 复旦大学出版社复旦大学出版社 1983赵藻藩、周性尧、张悟铭、赵文宽编：仪器分析赵藻藩、周性尧、张悟铭、赵文宽编：仪器分析 高等教育出版社高等教育出版社 1990