第2章 光谱分析法概论

1光学分析法概论第二章药物分析教研室2讲授提纲•概述•电磁辐射和电磁波谱•光学分析法分类•光谱分析法发展概况3概述1．光的定义2．光学分析法定义3．光学分析法包含的三个主要过程4•光是一种电磁辐射。电磁波量子流5光学分析法：•根据物质发射电磁辐射或物质对辐射的相互作用，建立物质的浓度、结构或某种性质与光学性质的关联，并借以对物质作定性或定量测定的一类分析方法。仪器分析法6•光学分析法的三个过程：（1）由仪器设置的能源提供能量照射至被测物质。（2）能量与被测物质之间相互发生作用。（3）产生可被检测的讯号。7第1节电磁辐射和电磁波谱一、电磁辐射二、电磁波谱三、电磁辐射与物质相互作用8一、电磁辐射——电磁波•电磁辐射是一种以巨大速度通过空间传播的光子流，具有波粒二象性。•从γ射线一直到无线电波都是电磁辐射。9•光是电磁辐射的一种形式，是一种电磁波，一种以巨大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光子流，每个波段之间，由于波长或频率不同，光子具有的能量也不相同。•光具有波粒二象性。10光的波动性•光的波粒二象性光的微粒性11(1)光的波动性：光的波动性用波长λ(nm)、波数σ(cm－1)和频率υ(Hz)表征。真空中波长、波数和频率的关系为:光速＝光的频率×波长波数＝1/波长→单位长度内波的振动次数cc112(2)光的微粒性•光的微粒性用每个光子具有的能量E作为表征，光子的能量与频率成正比，与波长成反比。•与频率、波长和波数的关系为：•光的波长越短、频率越高，能量越大hcchhE13•光的波动性体现在光与物质相互作用产生的反射、折射、干涉、衍射以及偏振等现象。•光的微粒性体现在光与物质相互作用产生的吸收、发射、热辐射、光电效应、光压等现象以及光的化学作用等方面。14二、电磁波谱1．电磁辐射的吸收2．电磁辐射的发射3．电磁波谱151．电磁辐射的吸收：•指辐射（复合光）通过某些透明物质（固体、液体或气体）时，其中某些频率被选择性吸收而使辐射强度减弱的过程。•吸收的实质是电磁辐射的能量被转移到了物质的原子或分子上，结果，这些粒子由最低能态（基态）跃迁到了较高的能态（激发态）。162．电磁辐射的发射：•指物质吸收了外界的能量（包括电能、热能、电磁辐射能、电子或其它基本粒子轰击等），使处于激发态的粒子（离子、原子或分子）在返回到低能级或基态时，以电磁辐射的形式释放出多余的能量。17•吸收或发射的条件：•任一波长的光子能量（E）必须与物质的原子或分子的能级变化（ΔE）相等，才能被吸收或发射。183．电磁波谱：•定义：把电磁辐射按照波长或顺序排列起来。•包括波长或能量的无限范围。电磁波谱及其在仪器分析中的应用pg.6表2－119•电磁辐射的产生和吸收是物质内部运动的变化的一种客观反映，电磁波谱内的所有波谱区都可用于物质的分析测定。•主要讨论近紫外区、可见区和中红外区、远红外区的电磁波谱与物质的定性和定量关系。20三、电磁辐射与物质相互作用（一）常见作用（二）光的基本术语（三）光与物质的相互作用21（一）常见作用吸收发射散射物质能量变化透射、反射折射散射衍射旋光物质能量不变化荧光磷光→拉曼22（二）光的基本术语•单色光：具有同一波长、同一光能量的光。•复合光：由不同波长的光组合成的光。•紫外光：波长范围200－400nm•可见光：波长范围400－760nm，颜色由紫－蓝－青－绿－黄－橙－红，其复合光为白光。23（三）光与物质的相互作用•复合光在与物质相互作用时，一些波长的光被物质吸收，另一些波长的光透过物质或被物质所反射。•透过物质的光（或反射光）能被人眼观察到的即为物质呈现的颜色。•不同波长的光具有不同的颜色。因此，物质的颜色由透射光（或发射光）的波长所决定。24•互补色：透射光和吸收光，按一定比例混合即成白光。25红橙紫红黄蓝紫黄绿蓝绿青蓝青26第2节光学分析法的分类吸收光谱法光谱分析法发射光谱法散射光谱法光学分析法折射法非光谱分析法旋光法浊度法X射线衍射法27•光谱分析法和非光谱分析法•原子光谱法和分子光谱法•吸收光谱、发射光谱、散射光谱（Raman光谱法）28一、光谱法和非光谱法•光谱法1.光谱2.光谱分析法•非光谱法29光谱法1.光谱（spectrum）•当物质与辐射能相互作用时，物质内部的电子、质子等粒子发生能级跃迁，记录所产生的辐射能强度随波长（或相应单位）的变化，所得图谱称为光谱（波谱）。302.光谱分析法（spectroscopicanalysis）•利用物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱分析法，简称光谱法。•光谱法种类很多，吸收、发射、散射是光谱法的三种基本类型，应用甚广，是现代分析化学的重要组成部分。31非光谱法•非光谱法是指那些不以光的波长为特征讯号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质（反射、折射、干涉、衍射和偏振）的变化的分析方法。这类方法主要有折射法，旋光法，浊度法，X射线衍射法。32二、原子光谱法和分子光谱法•原子光谱法•分子光谱法33原子光谱法（atomicspectroscopy）（1）定义：以测量气态原子或离子外层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的成分分析方法。（2）起源：能级跃迁（3）特点：线状光谱，只反映原子或离子的性质，与来源的分子状态无关。（4）应用：确定试样物质的元素组成和含量。（不能给出物质分子结构的信息）34原子光谱法（5）分析方法：原子吸收光谱法原子发射光谱法原子荧光光谱法Ｘ射线荧光光谱法35分子光谱法（molecularspectroscopy）（1）定义：以测量分子转动能级、分子中原子的振动能级（包括分子转动能级）和分子电子能级（包括振－转能级）跃迁所产生的分子光谱为基础的定性、定量和物质结构分析的方法。（2）起源：能级跃迁（3）特点：带状光谱36三、吸收光谱法和发射光谱法•吸收光谱1．原子吸收光谱2．分子吸收光谱(1)紫外分光光度法(2)可见分光光度法(3)红外分光光度法•发射光谱1．原子发射光谱法2．荧光或磷光37吸收光谱（absorptionspectrum）•指物质对相应辐射能的选择性吸收而产生的光谱。•产生的必要条件：所提供的辐射能量恰好满足该吸收物质两能级间跃迁所需的能量。38吸收光谱法（absorptionspectroscopy）•由物质对辐射能选择性吸收而产生的各种吸收光谱进行定性、定量及结构分析的方法。也称分光光度法。39吸收光谱法原子吸收光谱法AAS紫外可见吸收光谱法Uv-Vis分子吸收光谱法红外吸收光谱法IR磁共振波谱法NMR40发射光谱（emissionspectrum）•物质的原子、离子或分子受到一定能量激发后，由激发态回到基态或较低能态所产生的光谱。线状光谱物质三种发射光谱带状光谱连续光谱41发射光谱法（emissionspectroscopy）•基于物质的发射光谱对物质进行定性、定量分析的方法。原子发射光谱法AES原子荧光光谱法AFS发射光谱法分子荧光光谱法FS分子磷光光谱法PSX射线荧光分析法XRF42Raman光谱法瑞利散射（频率不变）•散射拉曼散射（频率改变）→光谱法RamanStokes线（低频）→分析线•拉曼位移反Stokes线（高频）属振动光谱，与IR互补43质谱法（massspectroscopy，MS）•质谱是分子离子和碎片离子依其质荷比（m/z）大小依次进行排列所形成的质量谱（massspectrum）。•根据质谱的分析，来确定分子的原子组成、分子量、分子式和分子结构的方法称为质谱法。44UV四大谱IRNMRMS45第3节光谱分析法发展概况•各种色谱与光谱联用技术如GC-FTIR、HPLC-UV、HPLC-IR、HPLC-NMR、HPLC-MSn、GC-MSn