《《光譜分析法概論》PPT課件.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《光譜分析法概論》PPT課件.ppt（51頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 分析方法 化學(xué)分析法 儀器分析法 (Chemical analysis) (Instrumental analysis) 化學(xué)定性分析 化學(xué)定量分析 重量分析法 容量分析法 光學(xué)分析法 (Optical analysis) 色譜分析法 （ Chromatography) 質(zhì)譜法 (Mass spectrometry) 電化學(xué)分析法 (Electrochemistry) 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 光學(xué)分析法概論 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 光學(xué)分析法 (Optical analysis) 基于物質(zhì) 發(fā)射 的電磁輻射或物質(zhì)與輻射 相互作用 后 產(chǎn)生
2、的 輻射信號(hào)或發(fā)生的信號(hào)變化來測(cè)定物質(zhì)的 性質(zhì) 、 含量 和 結(jié)構(gòu) 的 一類 儀器分析方法 。 光學(xué)分析方法涉及到三個(gè)問題： 能源提供能量（包括輻射能） 能量與物質(zhì)的相互作用； 分析信號(hào)的產(chǎn)生及其檢測(cè)。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 光學(xué)分析法的應(yīng)用 2.環(huán)境和大氣研究 主要是原子光譜的應(yīng)用，也有分子光譜 。 3.藥物分析 鑒別、檢查、含量測(cè)定。 1.結(jié)構(gòu)鑒定 專屬性強(qiáng) ; 樣品用量少 ;不改變混合體系的組成就能 快速分析。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 第一節(jié) 電磁輻射及其與物質(zhì)的 相互作用 第二節(jié) 光學(xué)分析法的分類 第三節(jié) 光譜分析儀器 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 光 : 是
3、一種電磁波 , 具有波動(dòng)性和粒子性 . 波動(dòng)性 傳播運(yùn)動(dòng)過程中突出 , 表現(xiàn)在光的偏振 , 干涉 , 衍射 粒子性 與物質(zhì)相互作用時(shí)突出 , 表現(xiàn)在光電效 應(yīng) , 光的吸收和發(fā)射 衍射 干射 散射 第一節(jié) 電磁輻射及其與物質(zhì)的相互作用 一 、 電磁輻射的性質(zhì) 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 1. 光的波動(dòng)性 波動(dòng)性：可用波長(zhǎng) 、頻率 和波數(shù) 來描述。 = c c : 光速 (3 108 m/s) : Hz : m : 光在傳播過程中 , 同一電磁波曲線上兩個(gè)相鄰的 相位相同的點(diǎn)之間的距離 . : 單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過某一點(diǎn)的波的數(shù) . : 波長(zhǎng)的倒數(shù) (1/ ),常用于紅外光譜 , 可以理解 為
4、1cm長(zhǎng)度中波的數(shù)目 . 頻率與波長(zhǎng)成反比 , 即波長(zhǎng)越長(zhǎng) , 頻率越低 , 波數(shù)越小 = 1 / = /c 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 對(duì)于不同的光波 , 波長(zhǎng)采用不同的單位 . 紫外 -可見光區(qū) : nm(10-9m) 紅外光區(qū) : m(10-6m)或 cm-1 微波區(qū) : cm 無線電波 : m 2. 光的粒子性 h : 普朗克常數(shù) 光量子的能量 (E)與波長(zhǎng)成反比 , 而與頻率及波數(shù)成正比 . 可用光量子的能量來描述 E = h =h c / = h c 化學(xué)分析 第九章 光學(xué)分析法概論 例如：計(jì)算 1mol (6.022171023個(gè) )波長(zhǎng)為 200nm的光子的能量 E )(
5、J10985 102 0 0 100 2 2 1 76109 9 7 9 2 52106 2 6 26 5 7 231034 . .ch E 化學(xué)分析 第九章 光學(xué)分析法概論 3 電磁波譜：電磁輻射按波長(zhǎng)順序排列 ， 稱 。 射線 X 射線 紫外光 可見光 紅外光 微波 無線電波 化學(xué)分析 第九章 光學(xué)分析法概論 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 物質(zhì)與輻射能作用時(shí)內(nèi)部 發(fā)生 能級(jí)躍遷 光譜 光譜分析法 (Spectroscopic analysis) 光學(xué)分析法 物質(zhì)與輻射能作用時(shí) 不發(fā)生 能級(jí)躍遷 非光譜法 二 、 電磁輻射與物質(zhì)的相互作用 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 (一 ) 物質(zhì)
6、內(nèi)部發(fā)生能級(jí)躍遷 吸收 (Absorption) 輻射能量恰好滿 足物質(zhì)兩能級(jí)間躍遷所需的能量。 X+h X 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 發(fā)射 (Emission) 物質(zhì)受到激發(fā)而躍遷 到激發(fā)態(tài)后，由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)以 輻射 的 方式釋放能量。 X X X X+h 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 散射 (Scattering) 光子與物質(zhì)分子之間發(fā)生 碰撞 ， 使光子的運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變而向不同角度 散射 。 瑞利散射 光子與物質(zhì)分子發(fā)生彈性碰撞 ， 不 發(fā)生能量交換 ， 僅光子運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變 。 (波長(zhǎng) =入射光波長(zhǎng) ) 拉曼散射 光子和介質(zhì)分子發(fā)生 非彈性 碰撞 ， 光子運(yùn)動(dòng)方向和
7、能量均發(fā)生改變 。 (波長(zhǎng) 入射光波長(zhǎng) ) 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 折射和反射 當(dāng)光從介質(zhì) 1照射到介質(zhì) 2界面時(shí) ， 一 部分光返回介質(zhì) 1， 稱為光的 反射 ， 另一部分光則改變 方向 ， 以一定折射角度進(jìn)入介質(zhì) 2， 稱為光的 折射 。 干涉和衍射 在一定條件下光波會(huì)相互作用 。 當(dāng)疊 加時(shí) ， 將產(chǎn)生一個(gè)其強(qiáng)度視各波的相位而定的加強(qiáng)或 減弱的合成波 ， 稱為 干涉 。 光波繞過障礙物或通過狹 縫時(shí) ， 以約 180的角度向外輻射 ， 波前進(jìn)的方向發(fā)生 彎曲 ， 稱為 衍射 。 (二 ) 不發(fā)生能級(jí)躍遷 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 第二節(jié) 光學(xué)分析法的分類 儀器分析 第九
8、章 光學(xué)分析法概論 一 、 按照電磁輻射與物質(zhì)的相互作用分類 1.光譜法 物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生 能級(jí)躍遷 ，記錄 由能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的輻射能強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變 化，所得的圖譜稱為 光譜 ，利用光譜進(jìn)行定 性定量和結(jié)構(gòu)分析，包括 吸收光譜法 ， 發(fā)射 光譜法 和 散射光譜法 。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 吸收光譜 (absorption spectrum) 1 1 (nm) 吸 光 度 (A) 1 2 3 4 5 6 n 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 nm 光譜的不同形式 帶狀光譜 :由幾個(gè)光帶和暗區(qū)相間而成的光譜。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 線狀光譜 :由若干條強(qiáng)度不同的譜線和暗區(qū)相間而
9、成的光譜。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 連續(xù)光譜： 由熾熱的固體或液體發(fā)射。在一定范圍內(nèi)。各種波 長(zhǎng)的光都有，連續(xù)不斷，無明顯的譜線和譜帶。它們是紅外、 可見及遠(yuǎn)紫外區(qū)分析儀器的重要光源。 太陽連續(xù)光譜 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 2.非光譜法 不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級(jí)的躍遷， 僅通過測(cè)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 , 主要有折 射法，旋光法，濁度法， X-射線衍射法和圓 二色法等 。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 利用 X-射線能夠繞過障礙物而彎曲地向后面?zhèn)鞑サ默F(xiàn) 象，是測(cè)定晶體結(jié)構(gòu)的重要手段。 DNA晶體的 X射線衍射照片 (by Rosa
10、lind Franklin) X-射線衍射法 (X-ray diffraction analysis, XRD) 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 二、按照作用物不同分類 1.原子光譜法 (atomic spectroscopy) 以測(cè)量氣態(tài) 原子 或 離子 外層或內(nèi)層電子能級(jí) 躍遷所產(chǎn)生的原子光譜為基礎(chǔ)的分析方法，為 線 狀光譜 。 2.分子光譜法 (molecular spectroscopy) 由 分子 中電子能級(jí)、振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化 產(chǎn)生，為 帶光譜 。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 三 、 按輻射能轉(zhuǎn)換方向分類 1. 原子吸收光譜法 (第十三章 ) 原子外層電子躍遷的兩個(gè)能級(jí)之
11、間的能量差 可確定試樣的元素組成和含量，但不能給出分 子結(jié)構(gòu)的信息 (一 ) 吸收光譜法 定義：物質(zhì) 吸收 相應(yīng)的輻射能而產(chǎn)生的光譜。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 (1) 紫外 -可見分光光度法 (第十章 ) 價(jià)電子能級(jí)躍遷而產(chǎn)生 ， 伴隨振動(dòng)能級(jí) 等躍遷 ， 帶狀光譜 。 電子能級(jí)間隔 1 20eV， 波長(zhǎng) 200 760nm。 2. 分子吸收光譜法 (2) 紅外分光光度法 (第十二章 ) 屬于分子振 -轉(zhuǎn)光譜，能量差為 0.05 1eV， 波長(zhǎng) 1250 25000nm。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 (3) 核磁共振波譜法 (第十四章 ) 是原子核自旋能級(jí)躍遷，激發(fā)波長(zhǎng)是在 6
12、0cm 300m的電磁波。 (4) 拉曼光譜法 利用拉曼散射獲得結(jié)果。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 (二 )發(fā)射光譜法 定義：原子或分子受激發(fā)后 ， 電子由激發(fā)態(tài)回至基 態(tài)所產(chǎn)生的光譜為發(fā)射光譜 。 1 原子發(fā)射光譜法 氣態(tài)金屬原子與高能量粒子 (電子 、 原子或分子 )碰撞 而激發(fā) ， 發(fā)射出的 特征線狀光譜 。 2 原子熒光光譜法 氣態(tài)金屬原子受電磁輻射 (一次輻射 )激發(fā)后 ， 發(fā)射 的 二次輻射 。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 3. 分子熒光 (第十二章 )和磷光光譜法 物質(zhì)分子受輻射激發(fā)后其外層電子由基態(tài)躍遷 到激發(fā)態(tài) ， 當(dāng)它們返回基態(tài)時(shí) ， 以輻射的形式 釋放出能量
13、。 4. 化學(xué)發(fā)光分析 在一些特殊的化學(xué)反應(yīng)中 ， 由于吸收了反應(yīng) 所釋放出的化學(xué)能而處于電子激發(fā)態(tài)的反應(yīng) 中間體或反應(yīng)產(chǎn)物 ， 由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)所 產(chǎn)生的一種光輻射 。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 質(zhì)譜是分子離子和碎片離子依其質(zhì)荷比 (m/z)大小依次進(jìn)行排列所成的質(zhì)量譜 (mass spectrum)。 根據(jù)質(zhì)譜的分析 ， 來確定分子的原子 組成 、 分子量 、 分子式和分子結(jié)構(gòu)的方法稱為質(zhì) 譜法 。 四、質(zhì)譜法 (第十五章 ) m / z 1 5 2 9 4 3 5 7 8 5 9 9 1 1 3 1 4 2 7 1 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 光學(xué)分析法 光譜分析法 非光
14、譜分析法 原子光譜分析法 分子光譜分析法 原 子 吸 收 光 譜 原 子 發(fā) 射 光 譜 原 子 熒 光 光 譜 X 射 線 熒 光 光 譜 折 射 法 圓 二 色 性 法 X 射 線 衍 射 法 干 涉 法 旋 光 法 紫 外 光 譜 法 紅 外 光 譜 法 分 子 熒 光 光 譜 法 分 子 磷 光 光 譜 法 核 磁 共 振 波 譜 法 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 光譜分析法 吸收光譜法 發(fā)射光譜法 原子光譜法 分子光譜法 原 子 發(fā) 射 原 子 吸 收 原 子 熒 光 X 射 線 熒 光 原 子 吸 收 紫 外 可 見 紅 外 可 見 核 磁 共 振 紫 外 可 見 紅 外 可
15、見 分 子 熒 光 分 子 磷 光 核 磁 共 振 化 學(xué) 發(fā) 光 原 子 發(fā) 射 原 子 熒 光 分 子 熒 光 分 子 磷 光 X 射 線 熒 光 化 學(xué) 發(fā) 光 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 第三節(jié) 光譜分析儀器 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 能源提供能量 能量與被測(cè)物之間相互作用 產(chǎn)生信號(hào) 輻射源 (光源 Source) 單色器 (Monochromator) 樣品池 輻射檢測(cè)器 (Detector) 訊號(hào)處理及顯示器 分光光度計(jì) (spectrophotometer) 光學(xué)分析法三個(gè)基本過程 : 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 1. 光源
16、依據(jù) 方法 不同，采用不同的光源：激光、電火 花、電弧等； 依據(jù)光源 性質(zhì) 不同，分為： 連續(xù)光源 在較大范圍提供連續(xù)波長(zhǎng)的光源，氫燈、氘 燈、鎢絲燈等； 線光源 提供特定波長(zhǎng)的光源，金屬蒸氣燈 (汞燈、鈉 蒸氣燈 )、空心陰極燈、激光等。 一、基本元件 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 2.單色器： 單色器的主要作用是將復(fù)合光分解成單 色光或有一定寬度的譜帶。 (1) 進(jìn)出口狹縫； (2) 準(zhǔn)直裝置 (透鏡或反射鏡 )：使輻射束成為平行光線； (3) 色散裝置： 棱鏡 、 光柵 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 棱鏡： 棱鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有不同的折射率，波
17、長(zhǎng)長(zhǎng)的光，折 射率??；波長(zhǎng)短的光，折射率大。 平行光經(jīng)過棱鏡后按波長(zhǎng)順序排列成為單色光；經(jīng)聚焦后 在焦面上的不同位置上成像，獲得按波長(zhǎng)展開的光譜； 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 光柵： 由一系列等寬等間距的平行狹縫組成，在 1cm 的長(zhǎng)度上往往刻有幾千條甚至上萬條的刻痕?？毯?處不透光，未刻處透光，稱之為透射光柵，另一種 光柵是反射光柵。 光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉與單狹縫衍射共同 作用的結(jié)果，前者決定光譜出現(xiàn)的位置，后者決定 譜線強(qiáng)度分布。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 3.試樣裝置 光源與試樣相互作用的場(chǎng)所 (1)吸收池 :比色皿 (如紫外 -可見分光光度法 )、 透明片 (如紅外
18、分光光度法 )等 (2) 特殊裝置 :霧化器 (如原子吸收分光光度法 ) 等 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 4. 檢測(cè)器 (1) 光檢測(cè)器 硒光電池、光電二極管、光電倍增管、硅二極 管陣列檢測(cè)器、半導(dǎo)體檢測(cè)器等 (2) 熱檢測(cè)器 真空熱電偶檢測(cè)器、熱釋電檢測(cè)器等 5. 信號(hào)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 集成、自動(dòng)、智能 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 二、儀器相關(guān)術(shù)語 1.光譜范圍 (spectral range) 儀器能測(cè)量 光譜的波長(zhǎng)范圍 。 2.工作范圍 (working range) 儀器能按規(guī)定的 準(zhǔn)確度和精密度進(jìn)行測(cè)量的吸光度或強(qiáng)度范圍。 3.厚度 (thickness) 樣品池的兩個(gè)平行
19、且透光的 內(nèi)表平面之間的距離 。 4.光路長(zhǎng)度 (optical path length) 光通過吸 收池內(nèi)物質(zhì)的入射面和出射面之間的路程。當(dāng)垂 直入射時(shí)，應(yīng)與厚度相同。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 5.儀器的準(zhǔn)確度 (accuracy) 在不考慮隨機(jī)誤差的 情況下 ， 儀器給出的讀數(shù)與被測(cè)量的真值相一致的能 力 。 考察系統(tǒng)誤差 。 6.儀器的重復(fù)性 (repeatability) 在不考慮系統(tǒng) 誤差的情況下，儀器對(duì)某一測(cè)量值能給出相一致讀數(shù) 的能力 (短時(shí)間內(nèi) ) 。 7.儀器的穩(wěn)定性 (stability) 在一段時(shí)間內(nèi)，儀 器保持其精密度的能力。 8.儀器的可靠性 (reliab
20、ility) 儀器保持其所有 性能 (準(zhǔn)確度、精密度和穩(wěn)定性 )的能力。 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 第四節(jié) 光譜分析法發(fā)展概況和主要文獻(xiàn) 一 、 光譜分析法發(fā)展概況 20世紀(jì) 40年代中期 ， 光電倍增管的出現(xiàn) 20世紀(jì) 50年代 ， 原子物理的發(fā)展 20世紀(jì) 60年代 ， 等離子體 、 傅立葉變換與激光技術(shù)的 引入 20世紀(jì) 70年代 ， 激光 、 微電子學(xué) 、 微波 、 半導(dǎo)體 、 自 動(dòng)化 、 化學(xué)計(jì)量學(xué)等科學(xué)技術(shù)和各種新材料的應(yīng)用 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 二 、 目前的研究熱點(diǎn) 1. 采用新光源，提高靈敏度 級(jí)聯(lián)光源：電感耦合等離子體 -輝光放電； 激光蒸發(fā) -微波等
21、離子體 2. 聯(lián)用技術(shù) 電感耦合高頻等離子體 ICP-質(zhì)譜 激光質(zhì)譜：靈敏度達(dá) 10-20 g 3. 新材料 光導(dǎo)纖維傳導(dǎo)，損耗少；抗干擾能力強(qiáng) 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 4. 交叉 電致發(fā)光分析；光導(dǎo)纖維電化學(xué)傳感器 5. 檢測(cè)器的發(fā)展 電荷耦合陣列檢測(cè)器光譜范圍寬、量子 效率高、線性范圍寬、多道同時(shí)數(shù)據(jù)采集、三 維譜圖，將取代光電倍增管； 光二極激光器代替空心陰極燈，使原子 吸收可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 三 、 參考文獻(xiàn) 1. 文獻(xiàn)檢索工具 Chemical Abstract （“ CA” ，美國(guó) ) Analytical Abstracts (英國(guó) ) 分析化學(xué)文摘 (中國(guó) ) 化學(xué)文獻(xiàn) (俄羅斯 ) Guide to Fluorescence literature (熒 光文獻(xiàn)指南，英國(guó) ) 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 2.主要期刊 Analytical Chemistry (美國(guó) ) The Analyst (英國(guó) ) Spectrochimica Acta (英國(guó) ) Applied Spectroscopy (美國(guó) ) 分析化學(xué) (中國(guó) ) 分析試驗(yàn)室 (中國(guó) ) 光譜學(xué)與光譜分析 (中國(guó) ) 儀器分析 第九章 光學(xué)分析法概論 光學(xué)分析法原理 光學(xué)分析法的分類 光譜儀的基本構(gòu)造 光譜發(fā)展趨勢(shì) 、 熱點(diǎn)和主要文獻(xiàn) 小 結(jié)
《光譜分析法概論》PPT課件.ppt
