光谱分析法大全

　　光谱分析法有很多仪器应用，比如紫外分光光度计、原子吸收光谱、红外光谱、原子荧光光谱、近红外光谱、激光拉曼、分子荧光等。这些仪器如何区分呢？原理有啥区别？看完本文希望你能建构起光谱分析法的宏观概念。

　　光学分析法

　　凡是根据物质与辐射能的相互作用所建立起来的定性、定量和结构分析的方法，均可称为光学分析法。光学分析法是基于物质发射的电磁辐射(electromagneticradiation)或物质与辐射相互作用产生的辐射信号或发生的信号变化来测定物质的性质、含量和结构的仪器分析方法。

　　电磁辐射是一种以电磁波的形式在空间高速传播的粒子流，具有波动性和微粒性。

　　根据物质与辐射能作用的性质不同，光学分析法可分为光谱法和非光谱法。

　　光谱法：

　　当物质与辐射能作用时，物质内部发生能级之间的跃迁;记录由能级跃迁所产生的辐射能强度随波长（或相应单位）的变化，所得的图谱称为光谱。

　　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。

　　非光谱法：

　　非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。

　　非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质。属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。

　　光谱分析法的分类

　　光谱法可分为原子光谱法和分子光谱法。

　　原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。

　　分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR），分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。

　　光谱法按不同的分类角度，可归为不同类别。按物质和辐射能的转换方向，光谱法可以产生发射、吸收和散射三种类型的光谱。

　　 一、发射光谱法

　　物质通过电致激发、热致激发或光致激发等激发过程获得能量，变为激发态原子或分子M*，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱。

　　      M*——M+hv

　　通过测量物质的发射光谱的波长和强度来进行定性和定量分析的方法叫做发射光谱分析法。

　　发射光谱的类型：

　　1.线光谱

　　当辐射物质是单个的气态原子时，产生紫外、可见光区的线光谱。

　　通过内层电子的跃迁可以产生X射线线光谱。

　　2.带光谱

　　带光谱是由许多量子化的振动能级叠加在分子的基态电子能级上而形成的。

　　3.连续光谱

　　 固体加热至炽热会发射连续光谱，这类热辐射称为黑体辐射。通过热能激发凝聚体中无数原子和分之振荡产生黑体辐射。

　　被加热的固体发射连续光谱，它们是红外、可见及长波侧紫外光区分析仪器的重要光源。

　　根据发射光谱所在的光谱区和激发方法不同，发射光谱法分为：

　　1. g射线光谱法

　　天然或人工放射性物质的原子核在衰变的过程中发射a和b粒子后，往往使自身的核激发，然后该核通过发射g射线回到基态。测量这种特征g射线的能量（或波长），可以进行定性分析，测量g射线的强度，可以进行定量分析。

　　2.X射线荧光分析法

　　原子受高能辐射激发，其内层电子能级跃迁，即发射出特征X射线，称为X射线荧光。用X射线管发生的一次X射线来激发X射线荧光是最常用的方法。测量X射线的能量（或波长）可以进行定性分析，测量其强度可以进行定量分析。

　　3.原子发射光谱分析法

　　用火焰、电弧、等离子炬等作为激发源，使气态原子或离子的外层电子受激发发射特征光学光谱，利用这种光谱进行分析的方法叫做原子发射光谱分析法。波长范围在190-900nm，可用于定性和定量分析。

　　4.原子荧光分析法

　　气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子从基态或低能态跃迁到较高能态，约经10-8s，又跃迁至基态或低能态，同时发射出与原激发波长相同（共振荧光）或不同的辐射（非共振荧光），称为原子荧光。

　　发射的波长在紫外和可见光区。在与激发光源成一定角度（通常为90°）的方向测量荧光的强度，可以进行定量分析。

　　5.分子荧光分析法

　　某些物质被紫外光照射后，物质分子吸收了辐射而成为激发态分子，然后回到基态的过程中发射出比入射波长更长的荧光。测量荧光的强度进行分析的方法称为荧光分析法。波长在光学光谱区。

　　6.分子磷光分析法

　　物质吸收光能后，基态分子中的一个电子被激发跃迁至第一激发单重态轨道，由第一激发单重态的最低能级，经系统间交叉跃迁至第一激发三重态（系间窜跃），并经过振动弛豫至最低振动能级，因此，由此激发态跃迁回至基态时，便发射磷光。

　　根据磷光强度进行分析的方法成为磷光分析法。它主要用于环境分析、药物研究等方面的有机化合物的测定。

　　7.化学发光分析法

　　由化学反应提供足够的能量，使其中一种反应的分子的电子被激发，形成激发态分子。激发态分子跃回基态时，就发出一定波长的光。其发光强度随时间变化，并可得到较强的发光（峰值）。

　　在合适的条件下，峰值与被分析物浓度成线性关系，可用于定量分析。

　　由于化学发光反应类型不同，发射光谱范围为400-1400nm。

　　 二、吸收光谱法

　　当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量满足△E=hv的关系时，将产生吸收光谱。

　　      M+hv——M*

　　吸收光谱法可分为：

　　1.Mōssbauer（莫斯鲍尔）谱法

　　由与被测元素相同的同位素作为g射线的发射源，使吸收体（样品）原子核产生无反冲的g射线共振吸收所形成的光谱。光谱波长在g射线区。

　　从Mōssbauer谱可获得原子的氧化态和化学键、原子核周围电子云分布或邻近环境电荷分布的不对称性以及原子核处的有效磁场等信息。

　　2.紫外-可见分光光度法

　　利用溶液中的分子或基团在紫外和可见光区产生分子外层电子能级跃迁所形成的吸收光谱，可用于定性和定量测定。

　　3.原子吸收光谱法

　　利用待测元素气态原子对共振线的吸收进行定量测定的方法。其吸收机理是原子的外层电子能级跃迁，波长在紫外、可见和近红外区。

　　4.红外光谱法

　　利用分子在红外区的振动-转动吸收光谱来测定物质的成分和结构。

　　5.顺磁共振波谱法

　　在强磁场作用下电子的自旋磁矩与外磁场相互作用分裂为磁量子数Ms值不同的磁能级，磁能级之间的跃迁吸收或发射微波区的电磁辐射。在这种吸收光谱中不同化合物的耦合常数不同，可用来进行定性分析。根据耦合常数，可用来帮助结构的确定。

　　6.核磁共振波谱法

　　在强磁场作用下，核自旋磁矩与外磁场相互作用分裂为能量不同的核磁能级，核磁能级之间的跃迁吸收或发射射频区的电磁波。

　　利用这种吸收光谱可进行有机化合物结构的鉴定，以及分子的动态效应、氢键的形成、互变异构反应等化学研究。

　　 三、Raman散射

　　频率为n0的单色光照射到透明物质上，物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，它的能量也发生变化，则称为Raman散射。

　　这种散射光的频率（νm）与入射光的频率不同，称为Raman位移。Raman位移的大小与分子的振动和转动的能级有关，利用Raman位移研究物质结构的方法称为Raman光谱法。

　　未完待续！

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