《 谱学导论 》 课程

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任课教师：孙国英 副教授任课教师：孙国英 副教授任课教师：孙国英 副教授任课教师：孙国英 副教授

授课班级：授课班级： 090704 100704090704 100704授课班级：授课班级： 090704 100704090704 100704

分析方法的分类电化学分析

酸碱配位沉淀

氧化还原滴定分析

重量分析

光化学分析

化学分析

仪器分析

色谱分析

质谱分析

热分析

基础发展

分析化学

化学物理、数学

计算机、激光、功能材料

常量分析 微量、痕量分析

光分析法的分类

光分析法

原子吸收法 红外法

原子发射法核磁法

荧光法

紫外可见法

分子光谱原子光谱

分子质谱法

仪器分析的特点• 1. 灵敏度高，检出限低。• 2. 选择性好。• 3. 操作简便 , 分析速度快 , 易于实现自动化。• 4. 相对误差一般较大。• 5. 价格一般来说比较昂贵。

• 仪器分析的最主要的功能是人类五官感触的延伸

• 人类智慧利用了光、电和磁的物理特性通过物理和化学手段将微小的物理量放大，而获得感知

• 小型化集成化（芯片）、多功能化（联用技术）和高稳定、高灵敏度检测是仪器分析发展的最高境界

仪器分析应用领域社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（ DNA技术，物证）化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法；生命科学： DNA测序；活体检测；环境科学：环境监测；污染物分析；材料科学：新材料，结构与性能；药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究；外层空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制。

第一章光学分析法导论第一章

光学分析法导论

Chapter OneChapter One

Guide of Optics Analytical MethodGuide of Optics Analytical Method

一 . 电磁辐射的波粒二象性

1.1. 电磁辐射的波动性电磁辐射的波动性

散射散射 折射与反射折射与反射 衍射衍射 干涉干涉 偏振偏振

波 长— 波 长— cmcm 、、 µmµm 、、 nmnm 、、A A

频 率— 频 率— υυ Hz secHz sec-1-1

波 数— 波 数— σσ cmcm-1-1

2.2. 电磁辐射的粒子性电磁辐射的粒子性

3.3. 普朗克普朗克 ((PlanchPlanch)) 公式公式

λ

hchE

E E ---- 光子的能量 光子的能量 J, J, 焦耳焦耳υυ ------ 光子的频率 光子的频率 Hz, Hz, 赫兹赫兹 ------ 光子的波长 光子的波长 cmcm

C C ------ 光速 光速 2.99792.997910101010 cm.s cm.s-1-1

hh ------PlanchPlanch 常数 常数 6.62566.62561010-34-34 J.s J.s 焦耳焦耳 . . 秒秒

c

λ

光电效应 吸收 发射光电效应 吸收 发射

电磁波谱

电磁辐射具有广泛的波长（频率，能量）分布，将电磁辐射安其波长（频率，能量）顺序排列，即为电磁波谱。

二 . 电磁辐射与物质的相互作用及其光谱 1.1. 物质的能态物质的能态

λ

hchνEEE 01

2.2. 电磁辐射的吸收与发射电磁辐射的吸收与发射

原子、离子 分子原子、离子 分子

A. A. 原子光谱 原子光谱 线光谱 线光谱 Line spectraLine spectra

EE22

EE00

EE11

EE33

hi

波长波长O

A

O

A半宽度半宽度 1010-2-2~10~10-5-5

O

ANa 5890Na 5890 、、58965896

原子吸收光谱原子吸收光谱

原子发射光谱原子发射光谱

hνEE

hc

E

hc

01

B. B. 分子光谱 分子光谱 带光谱 带光谱 Band spectra 有机、无机分子有机、无机分子

)/(

)(

ΔΔΔΔΔ

平动转动振动电子

平动转动振动电子

平动转动振动电子分子

λλλλhc

ννννh

EEEEE

EE22

EE11

EE00

半宽度半宽度 2020~~100n100nmm

分子吸收光谱分子吸收光谱

分子发射光谱分子发射光谱

hi

波长波长 /n/nmm

A(T)A(T)波长波长 /n/n

mm

II

半宽度半宽度 2020~~100n100nmm

C. C. 荧光发射荧光发射 光致发光 光致发光 hh原子荧光原子荧光 -------- 线光谱 线光谱

分子荧光分子荧光 -------- 带光谱 带光谱

E2

E0

E1

E3

hiEE22

EE11

EE00

hihi

三 . 光学分析法

1.1. 电磁波谱与现代仪器分析方法电磁波谱与现代仪器分析方法

波谱区波谱区 -- 射线射线波长波长 5~140 5~140

pmpm

跃迁类型跃迁类型 核能级核能级

X-X- 射线射线 远紫外光远紫外光1010--

33~10nm~10nm10~200n10~200n

mm

原子内层电子原子内层电子

莫斯鲍尔光谱法莫斯鲍尔光谱法 ::-- 射线射线原子核原子核 -- 射线吸射线吸收收

X-X- 射线吸收光谱法射线吸收光谱法 :: X-X- 射线射线 // 放射源放射源原子内层电子（原子内层电子（ n>10)n>10) X - X - 射线吸射线吸收收X-X- 荧光光谱法荧光光谱法 :: X-X- 射线射线原子内层电子原子内层电子 特征 特征 X -X - 射线发射射线发射

远紫外光远紫外光 -------- 真空紫外区。此部分光谱会被空气吸真空紫外区。此部分光谱会被空气吸收收

原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱原子光谱：原子发射光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱分子光谱：紫外分子光谱：紫外 -- 可见吸收光谱、分子荧光可见吸收光谱、分子荧光 // 磷光光谱、化学发磷光光谱、化学发光光

近紫外光近紫外光 可见光可见光200~400nm200~400nm 400~750nm400~750nm

原子外层电子原子外层电子 // 分子成键电分子成键电子子

2.2. 光学分析法的分类光学分析法的分类

波谱区波谱区 近红外光近红外光 中红外光中红外光波长波长 0.75~2.50.75~2.5

mm2.5~502.5~50

mm

跃迁类型 分子振动

远红外光远红外光 微波微波 射频射频50~199050~1990

mm0.1~100c0.1~100c

mm1~100 m1~100 m

分子转动电子、核自旋

近红外光谱区近红外光谱区 :: 配位化学的研究对象配位化学的研究对象

红外吸收光谱法红外吸收光谱法 :: 红外光红外光分子分子吸收吸收 远红外光谱区远红外光谱区

电子自旋共振波谱法电子自旋共振波谱法 :: 微波微波分子未成对电子分子未成对电子吸收吸收

核磁共振波谱法核磁共振波谱法 :: 射频射频原子核自旋原子核自旋吸收吸收

光 谱 法：光 谱 法：以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法以光的波长与强度为特征信号的仪器分析方法

非光谱法：非光谱法：以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器分析方法以光辐射的某些性质变化特征信号的仪器分析方法

吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法

折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法折射法、旋光法、圆二色法、比浊法、衍射法