光分析法初探 孙赫男.

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1 光分析法初探 孙赫男

2 一、光分析法及其特点 概念 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 立起来的分析方法 相互作用方式
发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等

3 三个基本过程 （1） 能源提供能量 （2） 能量与被测物之间的相互作用 （3） 产生信号 基本特点 （1）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 （3）涉及大量光学元件

4 二、电磁辐射基本性质 辐射能的特性 级跃迁到高能级； (2) 发射 将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 散射 丁铎尔散射和分子散射；
(1) 吸收 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； (2) 发射 将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 散射 丁铎尔散射和分子散射； (4) 折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同； (5) 反射 (6) 干涉 干涉现象； (7) 衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； (8) 偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光。

5 电磁辐射范围：射线-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 方面具有其他方法不可取代的地位

6 三、光分析法分类 基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁 1、光谱法 而产生的发射、吸收或散射的波长强度进行分 析的方法
（1）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（AAS）、 原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS） 基于原子内层电子跃迁的X射线荧光光谱（XFS） 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱

7 2、非光谱法 （2）分子光谱 基于分子中电子能级、振-转能级跃迁 紫外光谱法（UV） 红外光谱法（IR） 分子荧光光谱法（MFS）
分子磷光光谱法（MPS） 核磁共振与顺磁共振波谱（NMR） 2、非光谱法 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； 偏振法、干涉法、旋光法等

8 光分析法 光谱分析法 非光谱分析法 折 射 法 圆 二 色 性 X 线 衍 干 涉 旋 光 原子光谱分析法 分子光谱分析法
吸 收 光 谱 发 射 荧 X 线 紫 外 光 谱 法 红 分 子 荧 磷 核 磁 共 振 波

9 光谱分析法 吸收光谱法 发射光谱法 原子光谱法 分子光谱法
荧 光 X 线 紫 外 可 见 红 分 子 荧 光 磷 核 磁 共 振 化 学 发 光谱分析法 吸收光谱法 发射光谱法 原子光谱法 分子光谱法 原 子 发 射 荧 光 分 磷 X 线 化 学 原 子 吸 收 紫 外 可 见 红 核 磁 共 振

10 三种光分析法测量过程示意图

11 四、各种光分析法简介 1. 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 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收而进行的定量分析方法

12 3. 原子荧光分析法 气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，在10-8s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90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 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，通过测量荧光强度进行定量分析的方法

13 5. 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 6. X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，发射出特征X射线（ X射线荧光），测定其强度可进行定量分析 7. 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

14 8. 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 9. 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-转动吸收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 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跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析

15 11. 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 12. 旋光法 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问题，旋光计测定糖的含量 13. 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 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

16 五、光分析方法的进展 1. 采用新光源，提高灵敏度 级联光源：电感耦合等离子体-辉光放电；激光蒸发-微波等离子体 2. 联用技术 电感耦合高频等离子体（ICP）—质谱 激光质谱：灵敏度达10-20 g 3. 新材料 光导纤维传导，损耗少；抗干扰能力强

17 4. 交叉 电致发光分析；光导纤维电化学传感器 5. 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、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； 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；

18 制作人 ：孙赫男 03081083 主要参考书目 朱世盛编：仪器分析 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
朱世盛编：仪器分析 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 高等教育出版社 1990 制作人 ：孙赫男