仪器分析-光学分析法导论

这是一篇关于光学分析法导论的思维导图，主要内容包括：光学分析法，电磁辐射和电磁波谱，原子光谱和分子光谱，电磁辐射与物质的相互作用，光学分析法的分类。

光学分析法导论

• 光学分析法
  • 光学分析法是以电磁辐射的测量或辐射与物质的相互作用为基础的一大类仪器分析方法
• 电磁辐射和电磁波谱
  • 电磁辐射
    • 电磁辐射既具有波动性,又具有粒子性，这种波动性与粒子性共存的性质称为电磁辐射的波粒二象性
    • 电磁辐射是物质内部原子、分子处于运动状态的一种外在表现形式
      • 波动性
        • 波长与频率的乘积就是电磁辐射传播的速率
        • 波数与波长的关系
      • 粒子性（光子学说）
        • 根据量子理论,电磁辐射是在空间高速运动的光量子(或称光子)流。可以用每个光子所具有的能量来表征
          • 电磁辐射波动性和粒子性的关系（能量与频率的关系）
          • 光子的能量
  • 电磁波谱
    • 电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列就得到电磁波谱（光谱）
      • 电子波谱
• 原子光谱和分子光谱
  • 原子光谱
    • 原子光谱产生于原子外层电子能级的跃迁。原子外层电子能级亦称原子能级,它不但取决于外层电子的运动状态,也取决于电子间的相互作用
      • 核外电子的运动状态
      • 光谱项
      • 原子光谱
        • 原子的基态只有一种能级,但却存在许多不同的激发态能级
        • 原子在不同能级之间跃迁就产生了原子谱线
          • 谱线的波长取决于两能级的能量差 DE=hn=hc/l
        • 不同原子的结构不同,能级的数目和分布亦不相同。 所以,各种原子都有自己的特征光谱。
  • 分子光谱
    • 分子能级
      • 分子光谱产生于分子的能级跃迁
        • 一定条件下,分子处在一定的电子能级、振动能级和转动能级上,具有一定的能量:
    • 分子光谱
      • 分子在不同能级间跃迁,产生分子光谱
        • 电子光谱
          • 分子在电子能级间跃迁产生电子光谱
            • 电子光谱的波长在紫外区和可见区
        • 振动光谱
          • 分子在振动能级间跃迁产生振动光谱
            • 振动光谱一般在红外光谱区
        • 转动光谱
          • 分子在不同的转动能级间跃迁产生转动光谱
            • 转动光谱位于远红外区和微波区。
• 电磁辐射与物质的相互作用
  • 吸收
    • 当电磁辐射作用于某种物质时，若辐射的能量正好与物质的原子或分子的某两个能级(如基态和第一激发态)之间的能量差相等,电磁辐射就可能被吸收，使原子或分子从较低能级激发到较高能级成激发态
      • 原子吸收
        • 当光辐射通过原子蒸气时,原子将吸收与其原子能级变化相应频率的谱线由基态或低能态跃迁到较高能态。这种选择性的吸收可得到该原子特征的吸收光谱
      • 分子吸收
        • 当电磁辐射作用于分子时,电磁辐射也可能被分子所吸收,产生分子吸收光谱
      • 磁场诱导吸收
  • 发射
    • 处于激发态的物质很不稳定,会在较短的时间内将多余的能量释放而回到基态。若多余的能量以光子形式释放出来,就产生电磁辐射，这过程称为发射跃迁
      • 原子发射
        • 向基态原子提供一定的能量(热能、电能等),可将其激发到激发态。所提供的能量称为激发能。激发态的寿命约为10-s,在激发态返回基态或较低能态时会发射出特征谱线,产生原子发射光谱
      • 分子发射
        • 适当的能量也可使分子激发,进而产生分子发射光谱
          • 分子发的电磁辐射基本上处于紫外、可见和红外光区
  • 散射
    • 对光来讲,当按一定方向传播的光子与其他粒子碰撞时,会改变其传播方向,而且方向的改变在宏观上具有不确定性这种现象称为光的散射
      • 丁铎尔散射
      • 分子散射
        • 瑞利散射(弹性，无能量交换）
        • 拉曼散射（非弹性，有能量交换，且光子方向改变）
• 光学分析法的分类
  • 光谱分析法
    • 原子光谱法
      • 原子光谱法（线光谱）涉及原子不同能级之间的跃迁,包括原子外层电子能级的跃迁原子内层电子能级的跃迁和原子核能级的跃迁
    • 分子光谱法
      • 分子光谱法（带光谱）涉及分子不同能级之间的跃迁,包括分子外层电子能级的跃迁、分子振动和转动能级的跃迁。 这种跃迁可以是吸收辐射的跃迁,可以是发射辐射的跃迁,也可以是散射辐射的跃迁
  • 非光谱法
    • 非光谱法是依据作用于物质后,电磁辐射的反射、折射、衍射、干涉或偏振等现象建立的分析方法
      • 属于这类方法的有折射法、浊度法、旋光法、射线衍法和电子衍射法等
• 辐射的频率越高(波长越小),光子的能量就越高