第十四章光學(xué)分析法導(dǎo)論anintroductiontoopticalanalysis

1、,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 An Introduction to Optical Analysis,,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 An Introduction to Optical Analysis,什么叫光學(xué)分析法？利用電磁輻射為“探針”來(lái)探測(cè)物質(zhì)性質(zhì)、含量和結(jié)構(gòu)的方法。 12-1 電磁輻射的基本特征 12-2 輻射與物質(zhì)的相互作用 12-3 光學(xué)分析法的分類 12-4 光學(xué)光譜法

2、的儀器,12-1 電磁輻射的基本特征,1 什么叫電磁波？ 一種以巨大速度通過(guò)空間，不需要以任何物質(zhì)作為傳播媒介的能量形式，稱為電磁波。在整個(gè)電磁輻射范圍內(nèi)，按波長(zhǎng)或頻率的大小順序排列起來(lái)，即為電磁波譜 電磁波的二重性,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論,2 波動(dòng)性可用波性質(zhì)的波參數(shù)來(lái)描述 周期P （s） 頻率? （s-1=Hz）

3、? =1/ P 波長(zhǎng)? 厘米 微米 納米 埃 cm ?m nm Å 10-2 m 10-6 m 10-9 m 10-10m 波數(shù)

4、 （cm-1） 稱為開瑟(Kayser, K表示)=1/ ?,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 12-1 電磁輻射的基本特征,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 12-1 電磁輻射的基本特征2 波動(dòng)性可用波性質(zhì)的波參

5、數(shù)來(lái)描述,“時(shí)”域參數(shù)———周期 P 頻率 ? “空”域參數(shù)———波長(zhǎng) ? 波數(shù)“時(shí)”域參數(shù)與“空”域參數(shù)的聯(lián)系： 傳播速度 V cm/s V=? ? 真空中傳播 速度c= (2.997925±0.000001)×1010cm/s 應(yīng)該注意：頻率更能表征輻射的特征

6、 頻率 只決定于輻射源，而與介質(zhì)無(wú)關(guān) 波長(zhǎng) 與傳播速度V、介質(zhì)（折射率 n=c/V）有關(guān),第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 12-1 電磁輻射的基本特征3 粒子性及普朗克關(guān)系式,☆ 粒子性 不連續(xù)的能量微?！庾樱ü饬孔樱?能量

7、 1 eV=1.6021892×10-19 J常用每摩爾能量 1 erg=10-7 J=2.3901 ×10-8 Cal =6.2418 ×1011 eV 1 Cal=4.186 J ☆ 普朗克(Prank)關(guān)系式 波動(dòng)性——粒子性之間的“橋” E = h? = hc / ?

8、 普朗克常數(shù) (6.62559 ± 0.00015)×10-34焦耳?秒(J?s),,,,,,,核躍遷,磁場(chǎng)中自旋取向,分子轉(zhuǎn)動(dòng),分子振動(dòng),共價(jià)電子躍遷,內(nèi)層電子躍遷,,,,,,,,,,,波數(shù)(cm-1),波長(zhǎng)(m),,,200 nm,800 nm,,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論

9、 12-1 電磁輻射的基本特征4 電磁波譜及分析方法,,電磁波譜區(qū)域,,,近紫外,,,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 12-1 電磁輻射的基本特征4 電磁波譜及分析方法,電磁波譜區(qū)域與相應(yīng)的光譜分析方法光譜區(qū)域 波長(zhǎng)范圍

10、 躍遷類型 光譜分析方法?射線 0.001 ~0.1Å 核能級(jí)躍遷 ? 射線發(fā)射 法 莫斯堡爾 法 X射線 0. 1 ~100Å 原子內(nèi)層電子能級(jí)躍遷

11、 X-熒光、衍射法 電子能譜分析法 真空紫外 10~200nm

12、 真空紫外吸收光譜法 紫外 200~400nm 外層電子及價(jià)電子能級(jí) 紫外可見吸收光譜法 可見 400~800nm 外層電子及價(jià)電子能級(jí) 原子吸收、發(fā)射、熒光法

13、 分子熒光光譜法近紅外 0.8~2.5μm 分子振動(dòng)能級(jí) 紅外吸收光譜 法中紅外 2.5~50μm

14、 分子振動(dòng)能級(jí) 拉曼光譜 法 遠(yuǎn)紅外 50~300?m 分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí) 微波 0.3~1000mm 分子轉(zhuǎn)動(dòng)、電子自旋能級(jí) 微波吸收、電子順磁共振譜無(wú)線電波

15、 1m ~ 1000m 核自旋 核磁共振譜,,,,,,,,,,,,,（單色光）入射 法線 反射 I0

16、 Ir i1 i2 空氣 n1 =1 玻璃n2 =1.5 r2 折射折射: 斯涅爾（Snell）折射定律 n2Si

17、nr2 = n1Sini1反射: 入射角i1 = 反射角i2 ⊥反射的反射率 ?= Ir / I0= (n2 - n1)2/ (n2 + n1)2 i1＜60°時(shí)?變化不大,12-2 電磁波與物質(zhì)的相互作用,,,,,,,,,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論,,全反射： Sini2>n1/n2時(shí)出現(xiàn)

18、 i2超過(guò)某一值時(shí)， 便發(fā)生全反射, 此角稱臨界角 服從反射定律 僅出現(xiàn)在折射率較高的介質(zhì)中。色散：折射率n 隨頻率 ?而變 ，復(fù)合光的折射角隨頻率 而改變 n ↑? ↑ 正常色散

19、 適宜制作透鏡 n↓ ? ↑ 反常色散 適宜制作棱鏡,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 12-2 電磁波與物質(zhì)的相互作用,,,,,,干涉：兩個(gè)波疊加時(shí)，組合波的振幅是組份波的矢量和

20、 同相位組合波相長(zhǎng) 相位差1800組合波相消 衍射：干涉現(xiàn)象的結(jié)果 平行單色光通過(guò)狹縫時(shí) , 可在透鏡后，屏幕上看到 明 暗交替的衍射條紋,第12 章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 12-2 電磁波與物質(zhì)的相互作用,散射： 瑞利(Rayle

21、igh)散射 強(qiáng)度同波長(zhǎng)的四次方成反比 頻率不改變 拉曼(Raman)散射 量子化的頻率改變 吸收： 發(fā)射：—— 能級(jí)間躍遷 滿足△E=h? 高能態(tài)（激發(fā)態(tài)）Ei吸收 發(fā)

22、射 能級(jí) h? h? 能級(jí)的簡(jiǎn)并低能態(tài)（基態(tài)）E0 躍遷

23、 光譜,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 12-2 電磁波與物質(zhì)的相互作用,,,,,,,,物質(zhì)?輻射能 相互作用為基礎(chǔ)

24、 折射 非光譜法—— 反射 不涉及能級(jí)間的躍遷 色散 只改變傳播方向、速度 散射 相應(yīng)方法光學(xué)分析法 或某些

25、物理性質(zhì) 干涉 衍射 旋光

26、 光譜法——能級(jí)躍遷——波長(zhǎng)和強(qiáng)度,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 12-2 電磁波與物質(zhì)的相互作用,,,,,按電磁輻射的物質(zhì)對(duì)象 分子光譜 原子光譜 按電磁輻射的能量傳遞方式 光譜法

27、 吸收、發(fā)射、熒光、拉曼光譜 按電磁輻射的量子躍遷類型格 核能級(jí)譜， 電子、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)光譜， 電子自旋及核自旋譜 按電磁輻射的能量大小 相關(guān)方法簡(jiǎn)介，見教材,12-3

28、 光學(xué)分析法的分類,,,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論,,,第12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論 12-3 光學(xué)分析法的分類,按電磁輻射的能量大小光譜區(qū)域 波長(zhǎng)范圍 躍遷類型 光譜分析方法?射

29、線 0.001 ~0.1Å 核能級(jí)躍遷 ? 射線發(fā)射 法 莫斯堡爾 法 X射線 0. 1 ~100Å 原子內(nèi)層電子能級(jí)躍遷 X-熒光、衍射法

30、 電子能譜分析法 真空紫外 10~200nm 真空紫外吸收光譜法 紫外 200~

31、400nm 外層電子及價(jià)電子能級(jí) 紫外可見吸收光譜法 可見 400~800nm 外層電子及價(jià)電子能級(jí) 原子吸收、發(fā)射、熒光法

32、 分子熒光光譜法近紅外 0.8~2.5μm 分子振動(dòng)能級(jí) 紅外吸收光譜 法中紅外 2.5~50μm 分子振動(dòng)能級(jí)

33、 拉曼光譜 法 遠(yuǎn)紅外 50~300?m 分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí) 微波 0.3~1000mm 分子轉(zhuǎn)動(dòng)、電子自旋能級(jí) 微波吸收、電子順磁共振譜無(wú)線電波 1m ~ 1000m 核自旋

34、 核磁共振譜,,,,,,,,,,,,電磁波譜區(qū)域與相應(yīng)的光譜分析方法,三種類型光譜儀器的總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？光學(xué)光譜儀器的部件、 特點(diǎn)及光譜的匹配問(wèn)題？光源、檢測(cè)器的一般要求、 類型及各自的特點(diǎn)？濾光片、單色器的類型及其光學(xué)特性的表述？色散率、分辨率的定義及有關(guān)概念。,12-4 光學(xué)光譜法的儀器,,第 12章 光學(xué)分析法導(dǎo)論,《光學(xué)分析法導(dǎo)論 》 結(jié)束