1、光学分析法导论 AnIntroductiontoOpticalAnalysis 光分析导论AnIntroductiontoOpticalAnalysis 光分析法 是建立在物质发射电磁辐射或电磁辐射与物质相互作用的基础上所建立起来的分析方法 电磁辐射 是以巨大速度通过空间 不需要以任何物质作为传播媒介的一种能量 电磁辐射范围 射线 无线电波所有范围 相互作用方式 反射 吸收 折射 散射 干涉 衍射等 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区代的地位 三个基本过程 能源提供能量 能量与被测物之间的相互作用 产生信号 三个基本特点 所有光分析法均包含三个基本过程 选择性测
2、量 不涉及混合物分离 不同于色谱分析 涉及大量光学元器件 电磁辐射的性质PropertiesofElectromagneticRadiation 1 1电磁辐射的波动性电磁波具有反射 衍射 干涉 折射和散射等现象波长 单位 厘米 纳米等 2 频率 单位 赫兹 3 周期 T 单位 秒 4 波数 单位 厘米 1 5 波的传播速度 波在一秒钟内通过的距离 由于波在每秒钟有 次振动 每次振动通过的距离为 所以 电磁辐射的性质PropertiesofElectromagneticRadiation 1 2电磁辐射的粒子性电磁辐射的波动性不能解释辐射的发射和吸收现象 对于光电效应 Compton效应以及黑
3、体辐射的光谱能量分布等 需要把辐射看成是微粒 光子 才能得到满意的解释 Planck认为物质吸收或者发射能量是不连续的 只能按一个基本的固定量一份一份地或以此基本固定量的整数倍来进行 也就是说 能量是量子化的 光子的能量与它的频率成正比 或者与波长成反比 而与光的强度无关 E h hc 其中 h是Planck常数 h 6 26 10 34J s c为光速 E的单位为焦耳或电子伏 eV 1eV 1 602 10 19J 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为电磁波谱 下图是按波长由大到小的顺序列出的电磁波谱 电磁波谱 电磁波谱 电磁波谱的规律 1 从上到下随着波长的逐渐增大
4、 频率和光量子的能量逐渐减小 它源于核能级跃迁和内层电子能级跃迁 2 电磁波可分为3个波谱区域 即a 高能辐射区 包括 射线和X射线区 b 光谱区 包括紫外区 可见区 红外区 系电磁波谱的中间部分 源于原子和分子外层电子的能级跃迁 以及分子的振动 转动能级的跃迁 c 波谱区 包括微波和射频区是电磁波谱长波部分由于微波和射频区的频率远远小于光学光谱区 它们特别适用于研究间隔很小的能级跃迁 如 微波可研究分子的转动能级跃迁和电子自旋磁能级的跃迁 用射频波谱可研究核自旋能级的跃迁 这些都是进行分子结构分析的重要手段 光学分析法的分类 Typeofopticalanalysis 光谱法所用的仪器 光源
5、 光源应该是稳定且具有一定的强度 光源采用高压放电或连续加热的方式获得 而且要外加稳压电源 A连续光源B线光源C激光光源 紫外光源可见光源红外光源 金属蒸气灯空心阴极灯 气体激发器固体激发器 广泛应用于原子吸收 原子和分子荧光及拉曼光谱中 应用于吸收和荧光光谱中 光谱法所用的仪器 吸收池 石英或碱金属卤化物晶片 检测器读出装置 信号显示系统 单色器 入射狭缝 准光器 色散元件 出射狭缝 聚焦元件 光分析方法的进展Developmentofopticalanalysis 1 采用新光源 提高灵敏度2 联用技术3 新材料4 交叉5 检测器的发展 几个重要物理量的换算 1m 109nm 1010A光
6、速 3 0 1010cm s 真空中 1eV 1 602 10 19Jh 6 626 10 34J S玻兹曼常数k 1 38 10 34J K 1 仪器分析方法的校正 工作曲线法标准加入法内标法 仪器分析法中 除了重量法和库仑法外 所有的分析方法都需要进行校正 即建立测定的分析信号和被分析物质的浓度关系 然而 和经典的分析方法不同 仪器分析一般都需要与被分析物质相同的标准试样进行校正 常用的校正的方法一般有 工作曲线法关键是工作曲线的绘制 其次是被测物质的量一定要落在线性范围内 标准加入法是将已知量的标准试样加到一定量的待测试样中 测得试样量与标准物质的总的响应值后 再进行分析 内标法是在试样各含量不同的一系列标准试样中 分别加入固定量的纯物质 即内标物 当测得分析物和内标物对应的响应后 以分析物和内标物的响应比对分析物的浓度作图 即可得到响应的校正曲线 最后用测得的试样与内标物的响应比在校正曲线上获得对应于试样的浓度 含量
