1、第一章 有机波谱学概论本课程设置目的第一章 有机波谱学概论n什么是有机波谱分析？n有机波谱分析的主要任务是什么第一章 有机波谱学概论有关分析化学的相关概念和分类第一章 有机波谱学概论分析化学学科的主要内容：第一章 有机波谱学概论分析化学方法分类：第一章 有机波谱学概论分析分析方法方法化学分析化学分析仪器分析仪器分析定性分析定性分析定量分析定量分析光谱分析法光谱分析法电化学分析法电化学分析法色谱分析色谱分析热分析热分析重量法重量法容量法（酸碱、络合、氧容量法（酸碱、络合、氧化化- -还原、沉淀等滴定法）还原、沉淀等滴定法）第一章 有机波谱学概论仪仪器器分分析析电化学分析光化学分析色谱分析波谱分析
2、电导、电位、电解、库仑极谱、伏安发射、吸收，荧光、光度气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳红外、核磁、质谱第一章 有机波谱学概论光谱分析法光谱分析法原子光谱法原子光谱法分子光谱法分子光谱法其它波谱法其它波谱法原子发射光谱法原子发射光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子荧光光谱法原子荧光光谱法紫外紫外- -可见吸收光谱法可见吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法分子荧光与磷光光谱法分子荧光与磷光光谱法化学发光光谱法化学发光光谱法拉曼光谱法拉曼光谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法质谱法质谱法第一章 有机波谱学概论电化学分析法电化学分析法电导分析法电导分析法电位分析法（电位分析法（pHpH与离子
3、选择性电极）与离子选择性电极）电流分析法（库仑分析和电重量法）电流分析法（库仑分析和电重量法）伏安分析法（极谱和溶出伏安法）伏安分析法（极谱和溶出伏安法）分离法分离法色谱分离法色谱分离法电泳分离法电泳分离法气相色谱法气相色谱法液相色谱法液相色谱法超临界流体色谱法超临界流体色谱法毛细管电泳法毛细管电泳法毛细管电动色谱法毛细管电动色谱法第一章 有机波谱学概论 分析化学分析化学主要发展趋向主要发展趋向化学计量学在线分析实时分析原位分析活体分析教育定性传感器固定化接口自动化微型化新原理新技术新仪器分离技术联用技术仪器和计算机其它科技领域生物分析环境分析过程分析表面分析大分子表征化学图象无损分析单细胞分
4、析单分子单聚集体分析第一章 有机波谱学概论与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者第一章第一章 有机波谱学概论第一章 有机波谱学概述第一章 有机波谱学概论第一节 有机分析的基本任务第一章 有机波谱学概论有机波谱分析在材料学中的位置制 备 技 术材 料 的 性 能 分 析 与 测 定容 量 分 析重 量 分 析比 色 分 析化 学 分 析色 谱 分 析G C ,LC ,T LCE C ,G P C波 谱 分 析U V , IRN M R , M S E SR ， A A S ,A E S热 分 析D T A , D SCT G电 分 析电 位 分 析极 谱 、 库 仑
5、 电 导介 电 松 弛 谱 等仪 器 分 析材 料 的 组 成 和 结 构 分 析 与 测 定分 析 与 表 征 技 术结 构 与 性 能 研 究应 用 研 究材 料 科 学第一章 有机波谱学概论材料的组成与结构第一章 有机波谱学概论可用于结构分析的物理性质 第一章 有机波谱学概论第二节 常见有机分析方法第一章 有机波谱学概论第三节 波谱分析的基本原理 光谱分析法是基于检测能量（电磁辐射）作用于待测物质后产生的辐射信号或所引起的变化的分析方法。这些电磁辐射包括从射线到无线电波的所有电磁波谱范围。第一章 有机波谱学概论一、光分析法及其特点 optical analysis and its cha
6、racteristics光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法；方法； 电磁辐射范围：射线无线电波所有范围；电磁辐射范围：射线无线电波所有范围； 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；、衍射等； 注意：注意：光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可区代的地位；方面具有其他方法不可区代的地位；第一章 有
7、机波谱学概论辐射能量与物质结构之间的相关性第一章 有机波谱学概论第一章 有机波谱学概论（1 1）能源提供能量；）能源提供能量；（2 2）能量与被测物之间的相互作用；）能量与被测物之间的相互作用；（3 3）产生信号）产生信号。 基本特点：基本特点：（1 1）所有光分析法均包含三个基本过程；）所有光分析法均包含三个基本过程；（2 2）不）不适合适合混合物混合物测定测定（不同于色谱分析）（不同于色谱分析）（3 3）涉及大量光学元器件）涉及大量光学元器件。第一章 有机波谱学概论二、电磁辐射的基本性质 basic properties of electromagnetic radiation电磁辐射（电
8、磁波）：以接近光速（真空中为光速）传电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量；播的能量； c c = =/ E E = = h h = = h c h c / /c c：光速；：光速；：波长；：波长；：频率；：频率；：波数：波数 ；E E ：能量；：能量； h h：普朗克常数：普朗克常数 电磁辐射具有波动性和微粒性；电磁辐射具有波动性和微粒性；第一章 有机波谱学概论辐射能的特性：(1) (1) 吸收吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级； (2) (2) 发射发射 将吸收的能量以光的形式释放出； (3) (3) 散射散射 瑞利(Reyleigh)散射和拉曼
9、(laman)散射； (4) (4) 折射折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同产生的方向变化； (5) (5) 反射反射 反射与入射方向相反 (6) (6) 干涉干涉 两束光相互叠加产生干涉现象； (7) (7) 衍射衍射 光绕过物体而弯曲地向后面传播的现象； (8) (8) 偏振偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光第一章 有机波谱学概论物质辐射的吸收与发射过程振动能级辐射与吸收振动能级辐射与吸收三线激发态三线激发态热驰豫热驰豫级间串越级间串越磷光发射磷光发射荧光发射荧光发射辐射吸收辐射吸收激发过程激发过程驰豫过程驰豫过程基态基态激发态激发态第一章 有机波谱学概论三、光分析分类
10、type of optical analysis光谱法光谱法基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法； 原子光谱、分子光谱、非光谱法原子光谱、分子光谱、非光谱法 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种原子光谱（线性光谱）：最常见的三种 基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AASAAS）；）； 原子发射光谱（原子发射光谱（AESAES）、原子荧光光谱（）、原子荧光光谱（AFSAFS）；）； 基于原子内层电子跃迁的基于原子内层
11、电子跃迁的 X X射线荧光光谱（射线荧光光谱（XFSXFS）；）； 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；第一章 有机波谱学概论光谱分析法可分为光谱分析法可分为光谱法光谱法和和非光谱法非光谱法两大类。两大类。1.1.光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。分析的方法。2.2.光谱法可根据分析对象进一步分为光谱法可根据分析对象进一步分为原子光谱法原子光谱法和和分子光谱法
12、分子光谱法。3.3.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，它的表现形式为形式为线光谱线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AESAES）、）、原子吸收光谱法（原子吸收光谱法（AASAAS），原子荧光光谱法（），原子荧光光谱法（AFSAFS）以及）以及X X射线荧光射线荧光光谱法（光谱法（XFSXFS）等。）等。4.4.分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级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，的变化产生的，表现形式为表现形式为带光谱带光谱。属于这类分析方
13、法的有紫外。属于这类分析方法的有紫外- -可见分光光度法可见分光光度法（UV-VisUV-Vis），红外光谱法（），红外光谱法（IRIR），分子荧光光谱法（），分子荧光光谱法（MFSMFS）和分子）和分子磷光光谱法（磷光光谱法（MPSMPS）等。）等。5.5.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、速度或某些及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速
14、度或某些物理性质。物理性质。 属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、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。干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。第一章 有机波谱学概论基于分子中电子能级、振基于分子中电子能级、振- -转能级跃迁；转能级跃迁； 紫外光谱法（紫外光谱法（UVUV）；）； 红外光谱法（红外光谱法（IRIR）；）； 分子荧光光谱法（分子荧光光谱法（MFSMFS）；）； 分子磷光光谱法（分子磷光光谱法（MPSMPS）；）； 核磁共振与顺磁共振波谱（核磁共振与顺磁共振波谱（NN）；）； 非光谱法：非光谱法： 不涉及能级跃迁，物质与辐
15、射作用时，仅改变传播不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；第一章 有机波谱学概论光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原原子子吸吸收收光光谱谱原原子子发发射射光光谱谱原原子子荧荧光光光光谱谱X X射射线线荧荧光光光光谱谱折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法紫紫外外光光谱谱法法红红外外光光谱谱法法分分子子荧荧光光光光谱谱法法分分子子磷磷光光光光谱谱法法核核磁磁共共振振波波谱谱法法第一章 有机波谱学概论光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光
16、原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光第一章 有机波谱学概论第四节 常见波谱分析方法及其适用领域第一章 有机波谱学概论一、各种光谱分析法简介 a brief introduction of optical analysis1. 1.原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法 以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法。2.2.原子吸收光谱分析法原子吸收光谱分析法 利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的
17、定量分析方法。第一章 有机波谱学概论气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，后跃回基态或低能态时，发射出特征不同的荧光辐射，在与光源成90度的方向上，测定荧光强度进行定性和定量分析的方法。 4.4.分子荧光分析法分子荧光分析法 物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度和荧光光谱进行的定量和定量分析方法。 第一章 有机波谱学概论第一章 有机波谱学概论5. 5. 分子磷光分析法分子磷光分析法 处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第一三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进行定性和定量分析的方法。6. X6
18、. X射线荧光分析法射线荧光分析法 原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征X射线（ X射线荧光），测定其强度可进行定性和定量分析。7. 7. 化学发光分析法化学发光分析法 利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。第一章 有机波谱学概论8. 8. 紫外吸收光谱分析法紫外吸收光谱分析法利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。 9.9.红外吸收光谱分析法红外吸收光谱分析法 利用分子中基团吸收红外光产生的振动-转动吸收光谱进行定
19、量和有机化合物结构分析的方法。 10.10.核磁共振波谱分析法核磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析 。第一章 有机波谱学概论11.11.顺磁共振波谱分析法顺磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为磁量子数不同的磁能级，吸收微波辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行结构分析 。12.12.旋光法旋光法 溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学问题，旋光计测定糖的含量。 13. 13.衍射法衍射法 X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同衍射图。 电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物质的内部组织结构。第一章 有机波谱学概论常见的有机波谱分析方法第一章 有机波谱学概论二、波谱分析的主要特点第一章 有机波谱学概论三、常见波谱分析方法的适用范围
