1、第十一章第十一章 光學分析法導論光學分析法導論 利用光電轉換或其它電子器件測定利用光電轉換或其它電子器件測定“輻射與物輻射與物質相互作用質相互作用” ”之后的之后的輻射強度輻射強度等光學特性，進行物等光學特性，進行物質的質的定性和定量分析定性和定量分析的方法。的方法。 歷史上，此相互作用只是局限于電磁輻射與歷史上，此相互作用只是局限于電磁輻射與物質的作用，這也是目前應用最為普遍的方法。物質的作用，這也是目前應用最為普遍的方法。現在，光譜方法已擴展到現在，光譜方法已擴展到其它各種形式其它各種形式的能量與的能量與物質的相互作用，如聲波、粒子束（離子和電子物質的相互作用，如聲波、粒子束（離子和電子）

2、等與物質的作用。）等與物質的作用。 一電磁波的基本性質一電磁波的基本性質1 1電磁波的種類：電磁波的種類： 波波長長5 51010-3-30.10.10.10.110101010200200200200400400名名稱稱射線射線x x射線射線遠紫外光遠紫外光近紫外光近紫外光波波長長4 0 04 0 0 7507507 5 0 1.01061.01.010106 61.01.010109 91.01.010109 91.01.010101212名名稱稱可見光可見光紅外光紅外光微波微波無線電波無線電波 射射線線x射射線線紫外紫外光光紅外紅外光光微微波波無線無線電波電波10-2 nm 10 nm

3、102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 見見 光光表征電磁波特性的參數：表征電磁波特性的參數： 可以用波長可以用波長、頻率、頻率、速度、速度c c、波數波數、能量等來表示其特性。、能量等來表示其特性。 波長（波長（）：表示相鄰兩個光波各）：表示相鄰兩個光波各相應點間的直線距離（或相應兩個波相應點間的直線距離（或相應兩個波峰或波谷間的直線距離）。峰或波谷間的直線距離）。 波數（波數（）：指在單位長度內波的）：指在單位長度內波的數目。數目。 頻率（頻率（）：指在）：指在1 1秒時間內經過秒時間內經過某點的波數（即每秒內振動的次數）。某點的波數（即每秒內振

4、動的次數）。 能量能量(E)(E)：光子所具有的能量。光子所具有的能量。光的能量與光的波長及頻率之間的關光的能量與光的波長及頻率之間的關系為：系為：=h=hc/=h=hc/式中為光的能量（爾格）；式中為光的能量（爾格）；為頻為頻率；率；為波長；為波長；h h為普朗克常數，其值為普朗克常數，其值為為6.62566.62561010-27-27爾格爾格秒；秒；c c為光速。為光速。三、物質與光的相互作用：三、物質與光的相互作用：1 1、折射和反射、折射和反射2 2、散射、散射3 3、吸收和發射、吸收和發射 光學分析法可分為光學分析法可分為光譜法光譜法和和非光譜非光譜法法兩大類。兩大類。 二、光學分

5、析法分類二、光學分析法分類 光譜法光譜法 光譜法是基于物質與輻射能作用時，光譜法是基于物質與輻射能作用時，測量由物質內部發生量子化的能級之間測量由物質內部發生量子化的能級之間的躍遷而產生的發射、吸收或散射輻射的躍遷而產生的發射、吸收或散射輻射的波長和強度進行分析的方法。的波長和強度進行分析的方法。 它又可分為吸收光譜法、發光光它又可分為吸收光譜法、發光光譜法、散射光譜法三種。譜法、散射光譜法三種。 ）吸收光譜法：它是利用物質吸）吸收光譜法：它是利用物質吸收光后所產生的吸收光譜來進行分收光后所產生的吸收光譜來進行分析的方法。析的方法。 ）發光光譜法：物質中的粒子）發光光譜法：物質中的粒子用一定的

6、能量（如光、電、熱等）激用一定的能量（如光、電、熱等）激發到高能級后，當躍遷回低能級時，發到高能級后，當躍遷回低能級時，便產生出特征的發射光譜，利用此發便產生出特征的發射光譜，利用此發射光譜進行的分析的方法射光譜進行的分析的方法 ）散射光譜法：利用物質對光）散射光譜法：利用物質對光的散射來進行分析的方法。的散射來進行分析的方法。 非光譜法：非光譜法： 非光譜法是基于物質與輻非光譜法是基于物質與輻射相互作用時，測量輻射的某些射相互作用時，測量輻射的某些性質，如折射、散射、干涉、衍性質，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等變化的分析方法。主射、偏振等變化的分析方法。主要有折射法和旋光法。要有折射法和旋

7、光法。三三. .光譜種類光譜種類 （一）依外形分類（一）依外形分類： 線狀光譜線狀光譜: :帶狀光譜帶狀光譜: :連續光譜：連續光譜： 線光譜線光譜: : 由若干條強度不同的譜線和由若干條強度不同的譜線和暗區相間而成的光譜。暗區相間而成的光譜。 帶狀光譜帶狀光譜: : 由幾個光帶和暗區相間而成由幾個光帶和暗區相間而成的光譜。的光譜。線光譜線光譜帶光譜帶光譜連續光譜：在一定范圍內。各種連續光譜：在一定范圍內。各種波長的光都有，連續不斷，無明波長的光都有，連續不斷，無明顯的譜線和譜帶。顯的譜線和譜帶。（二）分子光譜和原子光譜：（二）分子光譜和原子光譜：原子光譜主要是由于核外電子能級發原子光譜主要是

8、由于核外電子能級發生變化而產生的輻射或吸收而產生的生變化而產生的輻射或吸收而產生的光譜。光譜。分子光譜則是由于分子中電子能級及分子光譜則是由于分子中電子能級及分子的振動、分子的轉動能級的變化分子的振動、分子的轉動能級的變化而產生的光譜。而產生的光譜。一、一、光分析法儀器的基本流程光分析法儀器的基本流程 光譜儀器通常包括五光譜儀器通常包括五個基本單元：個基本單元：光源；單色器；樣品；檢測器；顯示與數據處理；二、二、光分析法儀器的基本單元光分析法儀器的基本單元1. 1. 光源光源 依據方法不同，采用不同的光源：火焰、燈、激光、電火花、電弧等；依據光源性質不同，分為： 連續光源連續光源：在較大范圍提

9、供連續波長的光源，氫燈、氘燈、鎢絲燈等； 線光源線光源：提供特定波長的光源，金屬蒸氣燈(汞燈、鈉蒸氣燈)、空心陰極燈、激光等；2.2.單色器單色器 單色器單色器：獲得高光譜純度輻射束的裝置，而輻射束的波長可在很寬范圍內任意改變； 主要部件主要部件：（1）進口狹縫；（2）準直裝置(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)：使不同波長的輻射以不同的角度進行傳播； （4）聚焦透鏡或凹面反射鏡，使每個單色光束在單色器的出口曲面上成像。棱鏡棱鏡 棱鏡對不同波長的光具有不同的折射率，波長長的光，折射率小；波長短的光，折射率大。 平行光經過棱鏡后按波長順序排列成為單色光；經聚焦后

10、在焦面上的不同位置上成像，獲得按波長展開的光譜； 棱鏡的分辨能力取決于棱鏡的幾何尺寸和材料； 棱鏡的光學特性可用色散率和分辨率來表征；光柵光柵 透射光柵，反射光柵；透射光柵，反射光柵； 光柵光譜的產生是多狹縫干涉與單狹縫衍射共同作用的結果，前者決定光譜出現的位置，后者決定譜線強度分布；3.3.試樣裝置試樣裝置 光源與試樣相互作用的場所（1）吸收池）吸收池 紫外-可見分光光度法：石英比色皿 熒光分析法： 紅外分光光度法：將試樣與溴化鉀壓制成透明片（2）特殊裝置）特殊裝置 原子吸收分光光度法：霧化器中霧化，在火焰中，元素由離子態原子； 原子發射光譜分析：試樣噴入火焰； 詳細內容在相關章節中介紹。4. 4. 檢測器檢測器（1）光檢測器）光檢測器