【聚合物分析方法】第二章 光谱分析(紫外光谱、荧光光谱)

【聚合物分析方法】第二章 光谱分析(紫外光谱、荧光光谱)

第二章 光谱分析 概述 紫外光谱 荧光光谱 红外光谱 激光拉曼光谱简介

【聚合物分析方法】第二章 光谱分析(紫外光谱、荧光光谱)

概 述一般光谱分析法光谱分析法：光是一种电磁波， 光谱分析法：光是一种电磁波，具有一定的 辐射能量。当光照射到物体上时， 辐射能量。当光照射到物体上时，电磁波的 电矢量就会与被照射物体的原子和分子发生 相互作用。 相互作用。利用这种相互作用引起被照射物 体内分子运动状态发生变化， 体内分子运动状态发生变化，并产生特征能 态之间的跃迁进行分析的方法， 态之间的跃迁进行分析的方法，称为光谱分 析法。 析法。 非光谱分析法： 非光谱分析法：若不涉及特征能态之间的跃 迁，只适用照射光方向及物体某些物理性质 的变化，这样的方法称为非光谱分析法。 的变化，这样的方法称为非光谱分析法。

【聚合物分析方法】第二章 光谱分析(紫外光谱、荧光光谱)

概述红外 吸收光谱 散射 紫外 折射

光谱分析法： 光谱分析法：

发射光谱

荧光

非光谱分析法： 非光谱分析法：

反射

散射光谱

拉曼

偏振 二色性

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吸收光谱： 吸收光谱： 基态分子吸收光能从低能级跃迁到 高能级产生吸收光谱。 高能级产生吸收光谱。 发射光谱： 发射光谱： 高能级回到低能级释放出光能， 高能级回到低能级释放出光能，形成 发射光谱。 发射光谱。 散射光谱： 散射光谱： 当光被样品散射时， 当光被样品散射时，随着分子内能 级的跃迁，散射光频率发生变化， 级的跃迁，散射光频率发生变化， 这样形成的光谱叫散射光谱。 这样形成的光谱叫散射光谱。概述

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概述 光的两重性：其波动性可用波长( 波数( 光的两重性：其波动性可用波长(λ),波数( )和频率( 和频率(υ)表征： 表征：

1/λ= =υ/c

(2-1)

其中：c=3 其中：c=3×1010cm/s 光真空传播速度

按量子化有： 能级跃迁是量子化的 按量子化有：

E =hυ=hc/λ其中： 为电磁波的能量 其中：E为电磁波的能量 h=6.625×10-34J.s ×

(2-2)

普郎克常数

可见， 可见 ， 不同振动频率的光子具有不同 的能量！ 的能量！

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概述

物质的分子是由原子组成的， 物质的分子是由原子组成的，其分子内部的 运动形式有如下三种： 运动形式有如下三种：

电子绕原子核运动---电子能E 电子绕原子核运动---电子能Ee ---电子能

分子内三种运动形式： 原子核的振动----- 振动能Ev 分子内三种运动形式： 原子核的振动----- 振动能E 原子核的转动-----转动能 原子核的转动-----转动能Er 转动能E 每种运动都具有一定的量子化的能量， 每种运动都具有一定的量子化的能量，分子总能量可近 似看成这三个能量的总和。 似看成这三个能量的总和。

E=Ee+ Ev +Er E=E

(2-3)

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电子能

级间的能级差: 电子能级间的能级差:△E e 20eV 1-20eV 05△E v 0.05-1eV △Er 10-4-0.05eV 最大 中 最小

在每个电子能级中，还存在着几种可能的振动能级， 在每个电子能级中，还存在着几种可能的振动能级，而 每一个振动能级中，又包含有几种可能的转动能级。 每一个振动能级中，又包含有几种可能的转动能级。 上面已讲到能级跃迁具有量子化的特征， 上面已讲到能级跃迁具有量子化的特征，也就是说分 子吸收光能并不是连续的，只有满足下面公式： 子吸收光能并不是连续的，只有满足下面公式：

(2-4) 分子才能吸收光能，由较低的能级E跃迁到较高的能级E’。 分子才能吸收光能，由较低的能级E跃迁到较高的能级E’。

hυ=E’- E=△ hυ=E’- E=△E

概述

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电磁辐射范围与光谱的关系如下图： 电磁辐射范围与光谱的关系如下图：x射线 远紫外 近紫外 可见光 近红外 远红外无线电波微波

100

200

400

800

1

25

350

nm

μm 图 2—1 电磁辐射范围与光谱的关系

可以看出不同波段的光波提供不同能量， 可以看出不同波段的光波提供不同能量，按(2-4)式 可知，其引起的分子运动形式也不同。 可知，其引起的分子运动形式也不同。 如微波或远红外υ= υ=3 如微波或远红外 υ=3×1010-3×1011s-1 由于能量小于 Ee和 Ev而接近于 Er, 而接近于△ △Ee和△Ev而接近于△Er,因此称为转动光谱和远红外光 这种光谱可提供分子的键长、键角和偶极矩等参数。 谱。这种光谱可提供分子的键长、键角和偶极矩等参数。

概述

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概述光谱分析仪的组成几个基本部分： 几个基本部分： 光源 单色器 样品池 检测器 数据处理与读出装置

吸收光谱的典型流程图： 吸收光谱的典型流程图：

光源

单色器

样品池

显示与数据光路

放大电路

检测池

图 2—2 吸收光谱仪的典型流程图

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概述 吸收光谱图的表示方法 吸收光谱图是光强(E)随频率 υ)或波长 随频率( 吸收光谱图是光强(E)随频率(υ)或波长 变化的曲线。 (λ)变化的曲线。 横坐标用以表征分子结构： 横坐标用以表征分子结构： 横坐标频率(波长) 能量坐标， 横坐标频率(波长)-能量坐标，反映物 质吸收带的能量与分子结构的关系， 质吸收带的能量与分子结构的关系 ， 因此吸 收曲线在横坐标的位置也可作为分子结构的 表征。是定性分析的主要依据。 表征。是定性分析的主要依据。

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概述 吸收光谱图的表示方法: 吸收光谱图的表示方法: 纵坐标表示光强： 纵坐标表示光强： 一般应遵守比尔定律， 一般应遵守比尔定律 ， 既光强与分子吸 收的光子数成正比。 收的光子数成正比。 吸收光子数的多少， 吸收光子数的多少

,即反映分子中能级跃 迁的几率，又与样品中的分子数有关。 迁的几率，又与样品中的分子数有关。因此 不但可以给出分子结构信息 构信息， 不但可以给出分子结构信息，而且可作为定 量分析的依据。 量分析的依据。 此处举例：横坐标确定基团种类， (此处举例：横坐标确定基团种类，纵坐标 看峰值大小，曲线下积分出量多少。) 看峰值大小，曲线下积分出量多少。)

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概述

吸光和透光强度表示： 吸光和透光强度表示：1 透光率 T(%) =100×I/IO =100× (2 - 5 ) A=lg( (2 - 6 ) 2 吸光度 A=lg(I/ IO) 3 吸光系数 ε=A/cl (2-7) 4 对数吸光系数 lgε 5 吸收率 A (% )= 1 - T (% ) (2 - 8 ) 例 :同一化合物的紫外吸收曲线的各种表示方法 见书 P15 图2-3

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