光谱分析原理讲解

文章来源: 人气:778 发表时间:2018-01-19

由原子的吸收或发射形成的光谱称为原子光谱,为线光谱;由分子的吸收或发光形成的光谱称为分子光谱,为带状光谱。物质粒子存在不连续的能量状态,这些能量值是量子化的称为能级。每种分子都具有特定的能级结构。处于于基态的分子受到光的能量激发时,可以选择吸收特征值频率能量跃迁到较高能级,即光致激发,所需能量即为两个能级之间的能量差。

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  一、什么是光谱分析法

  1、光的性质

  波动性与粒子性(物质发射或吸收电磁辐射,会发射能量跃迁)。

  2、光谱

  光谱是光的不同波长成分及强度分布按波长或波数次序排列的记录。

  3、光谱组成

  线光谱:由处于气相的单个原子发生能级跃迁所产生的单线;

  带状光谱:由气态自由基或小分子振动-转动能级跃迁产生的光谱;

  连续光谱:固体被加热到炽热状态,无数原子和分子的运动或振动所产生的热辐射,也称黑体辐射。

  4、光谱分析法

  基于物质对不同波长光的吸收、发射等现象建立起来的一类光学分析法称为光谱分析法。

  5、光谱分析法分类

  由原子的吸收或发射形成的光谱称为原子光谱,为线光谱;由分子的吸收或发光形成的光谱称为分子光谱,为带状光谱。

  

  二、光谱分析原理

  1、量子理论

  物质粒子存在不连续的能量状态,这些能量值是量子化的称为能级。每种分子都具有特定的能级结构。处于于基态的分子受到光的能量激发时,可以选择吸收特征值频率能量跃迁到较高能级,即光致激发,所需能量即为两个能级之间的能量差。

  2、分子能级跃迁

  光致激发时,分子总能量

  E=E内能+E平动+E电子+E振动+E转动

  其中(1)E内能为分子固有内能,与光谱产生无关;

  (2)E平动仅是温度的函数,不产生光谱;

  (3)E电子为分子的价电子能,与光谱的产生有关,相邻价电子的能级间距为1~20eV,可给出物质化学性质等信息;

  (4)E振动为分子的振动能,与光谱产生有关,相邻两个振动能级相距0.025~1eV,可给出价键特性等结构信息;

  (5)E转动为分子转动能,与光谱产生有关,相邻两个转动能级相距0.004~0.025eV,可给出分子大小、键长等特性信息。

  因此分子跃迁时,分子能量变化⊿E=⊿E电子+⊿E振动+⊿E转动

  一个电子能级的跃迁往往叠加许多振动能级,一个振动能级跃迁又叠加许多转动跃迁,因此形成带状光谱。

  双原子分子的三种能量跃迁示意图如下

  3、光谱的波长

  分子吸收能量为两能级的能量差

  E为光子具有能量,v为光频率,λ为波长,h为普朗克常量,c为真空中光速。

  利用此式可计算出物质发生各类跃迁时的波长范围。

  4、物质对各种电磁波的吸收

  当电磁辐射通过固体、液体或气体时,具一定频率的辐射将能量转移给处于基态的原子、分子或离子,并跃迁至高能态,从而这些辐射被选择性的吸收。

  原子吸收:原子吸收光谱分析

  分子吸收:紫外、红外、拉曼

  核吸收: 核磁共振


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