•   光是一种电磁波,不同波长的光能量不同,各种光(电磁波)按其波长(或频率)顺序排列的各种光谱方法。

      物质是由分子、原子构成的。单一原子由原子核及电子构成。大多数分子由双原子或多原子构成,分子、原子、电子均处于不同的运动状态,通常认为分子内部运动方式有三种:分子内电子相对原子核的运动(称为电子运动);分子内原子在其平衡位置上的振动(称分子振动);分子本身绕其重心的转动(称分子转动)。

      处于不同运动状态的分子、电子均具有一定的能量,按能级分布情况见图5-1。

      分子具有电子(价电子)能级、分子的振动能级和分子的转动能级,它们的能级分布是不连续的、量子化的。实现电子能级跃迁需能量最大,能级差△En为1~20eV,相当于波长为200~800nm紫外、可见光区电磁波具有的能量;实现分子的振动能级跃迁所需能量小一些,能级差△Ev为0.05~1eV,相当于波长为1~50um近红外、中红外光区电磁波所具有的能量;实现分子的转动能级跃迁所需能量最小,能级差△ET0.05eV,相当于波长为10~1000um中红外-微波光区电磁波所具有的能量。

    可睹光罗致光谱法的根本道理(一)

      由于△En△Ev△ET,在电子能级跃迁时,同时伴有分子振动能级和转动能级的跃迁;在分子振动能级跃迁时,也伴有转动能级的跃迁,所以分子吸收光谱是由密集谱线组成的带状光谱,而不是线状光谱。

      当光波照射到物质上时,光子的能量可在一非连续过程中传递给物质的分子、电子,若其能量恰恰符合

    可睹光罗致光谱法的根本道理(一)

      (h为普郎克常数,v、c、λ分别为光的频率、速度和波长)量子化条件,使之发生能级跃迁。如果接受光子的能量是电子,便产生原子吸收光谱;若接受光子的能量是分子,便产生分子吸收光谱。

      当原子、分子发生能级跃迁时,由基态变为不稳定的激发态M+hv→M*,激发态原子、分子寿命为10-9~10-8s,它会以热、光、电磁波发射返回到基态,并产生发射光谱。

      应当强调,由于物质的原子、分子结构不同,实现能级跃迁时所需量子化的能量△E不同,即物质对光呈现选择性吸收,并产生相应的吸收光谱。

      颜色是光和眼睛相互作用而产生的一种生理感觉,事实上颜色是大脑对投射在视网膜上不同性质光线进行辨认的结果。

      物质呈现的颜色与光有着密切的关系。不同波长的可见光可使眼睛感觉到不同的颜色。日常所见的白光,如日光、白炽灯光,都是复合光,即它们是由波长400~760nm的电磁波按适当强度比例混合而成的。这段波长范围的光是人们视觉可觉察到的,所以称为可见光。由于人们视觉分辨能力所限,人们看到的某种颜色光是介于一个波长范围的光。

      白光,它在可见光区包括七种颜色。物质呈现某种颜色的原因,是物质对可见光区域的辐射光具有选择性吸收,所呈现的颜色为吸收光的互补色,见表5-1。

    可睹光罗致光谱法的根本道理(一)

      如果让一束白光(日光)通过棱镜,经折射后,便可分解为上述红橙黄绿青蓝紫七色光。反之,这些颜色的光按一定强度比例混合便可产生白光。我们也可以把两种适当颜色的单色光(见表5-1)按一定强度比例混合而得到白光,此时这两种单色光称互补色光。

      测量溶液对不同波长单色光的吸收程度,可以波长为横坐标,吸光度为纵坐标,得一曲线,称吸收曲线或吸收光谱。光谱峰值处对应的波长称最大吸收波长,以λmax表示。图5-2是浓度为0.001(1/5KMnO4)mol/L和0.001(1/6K2Cr2O7) mol/L溶液的吸收曲线的λmax=325nm。图5-3为不同浓度的KMnO4溶液的吸收曲线,由图可知吸收曲线描述了物质对不同波长光的吸收能力,它反映了物质分子中电子能级的跃迁,所以不同物质由于内部结构不同,对不同波长的光具有选择性吸收,从而吸收曲线形状不同,具有各自特征的吸收曲线,借此可以定性鉴定各种物质。另外不同浓度的同一物质,它的吸收曲线形状与最大吸收波长是不变的,但吸光度随浓度增大而增大。显然,在最大吸收波长处测量吸光度,其灵敏度最高。因此,吸收曲线是吸光光度法选择测量波长的依据。图5-2 KMnO4和K2

     

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    光谱仪器
    光谱仪器
    2019-11-05 16:42
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