第二章第二章 光学分析法导论光学分析法导论Introduction to Optical Analysis1电磁波谱：电磁辐射按波长的长短顺序排列起来。电磁波谱：电磁辐射按波长的长短顺序排列起来。描述电磁辐射的参数有波长、频率、波数和能量。描述电磁辐射的参数有波长、频率、波数和能量。波波 长长 l l：10200nm真空（远）紫外真空（远）紫外200400nm（近）紫外近）紫外400750nm可见光可见光0.752.5 m近红外近红外2.550 m中红外中红外501000 m远红外远红外11000mm微波微波11000m无线电波无线电波1nm=10-9m1 m=10-6m1mm=10-3m1cm=10-2m2.1 电磁辐射电磁辐射2频率频率波数波数能量能量3 4光谱可分为：线光谱、带光谱和连续光谱光谱可分为：线光谱、带光谱和连续光谱 线：产生于原子、离子线：产生于原子、离子带：产生于分子带：产生于分子连续：产生于固体颗粒连续：产生于固体颗粒线线带带连续光谱连续光谱Il l2.2 原子光谱原子光谱51、原子光谱的产生、原子光谱的产生 发射（发射（E）：）：加热使电子跃迁至高能态，回到低能态时发出光子加热使电子跃迁至高能态，回到低能态时发出光子吸收（吸收（A）：）：处于低能态的电子吸收光子跃迁至高能态处于低能态的电子吸收光子跃迁至高能态荧光（荧光（F）：）：用光使电子跃迁至高能态，返回后发荧光用光使电子跃迁至高能态，返回后发荧光12n1n00EFAhhEn26强度强度A10：跃迁几率跃迁几率n1：能态能态1上的原子个数上的原子个数强度强度I、波长、波长和形状是描述光谱线的三个参数和形状是描述光谱线的三个参数7（1）描述谱线形状的参数描述谱线形状的参数线型函数，即光强度随波长变化的函数线型函数，即光强度随波长变化的函数2、谱线形状谱线形状Il半宽度：在峰高一半的宽度（半宽度：在峰高一半的宽度（）信号信号8（2）自然变宽（）自然变宽（）10-5nm1 高能态02测不准原理测不准原理1 （3）热热(Doppler)变宽变宽（4）压力变宽压力变宽10-3nm10-3nm9正常正常自吸自吸自蚀自蚀CuCuCu火焰火焰高温高温低温低温火火焰焰中中心心高高温温中中Cu的的发发射射被被周周围围低低温温下下基基态态Cu吸收，吸收后产生自吸或自蚀，表观上变宽吸收，吸收后产生自吸或自蚀，表观上变宽（5）自吸、自蚀自吸、自蚀101、分子光谱产生分子光谱产生电子跃迁电子跃迁 分子基态，单重态分子基态，单重态S，二个电子同处于基态，二电子自旋二个电子同处于基态，二电子自旋方向相反。方向相反。分子激发态，单重态分子激发态，单重态S，一个电子处于基态，一个电子一个电子处于基态，一个电子处于高能态，二电子自旋方向相反。处于高能态，二电子自旋方向相反。分子激发态，三重态分子激发态，三重态T，一个电子处于基态，一个电一个电子处于基态，一个电子处于高能态，二电子自旋方向相同。子处于高能态，二电子自旋方向相同。振动振动转动转动 二二原子间距改变，即键长改变，或键长不变，键角变化原子间距改变，即键长改变，或键长不变，键角变化键长和键角都不变，只旋转。键长和键角都不变，只旋转。内内能能平动：能量是非量子化的。平动：能量是非量子化的。分子光谱：产生内能的变化分子光谱：产生内能的变化2.3 分子光谱分子光谱112、分子光谱形状分子光谱形状 0-0 0-1 0-2稀薄气体，振动、转动结构存在稀薄气体，振动、转动结构存在中等气体压力，振动结构中等气体压力，振动结构分子间作用力小的液体，振动结构存在分子间作用力小的液体，振动结构存在分分子子间间作作用用力力大大的的液液体体，振振动动转转动动结结构均消失构均消失12