光譜分析的發(fā)展

胡金忠

【摘 要】光譜分析在現(xiàn)代分析化學(xué)中占有非常重要的地位，是現(xiàn)代分析化學(xué)的重要組成部分，本文通過原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、紫外—可見分光光度法、紅外光譜法、熒光分析法等光譜分析方法的知識積累階段、建立階段、蓬勃發(fā)展階段來探索光譜分析的發(fā)展，揭示了光譜分析方法在分析化學(xué)中的重要意義。

【關(guān)鍵詞】光譜分析 發(fā)展 重要意義

【中圖分類號】TP391【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）02-0041-01

光譜分析法是測定物質(zhì)與電磁輻射相互作用時所產(chǎn)生的發(fā)射、吸收輻射的波長和強度進(jìn)行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法。光譜分析是近幾十年發(fā)展起來的，當(dāng)今發(fā)展迅速、方法門類眾多，能夠適應(yīng)各個領(lǐng)域所提出的新任務(wù)，已成為現(xiàn)代分析的重要方法：

1、原子發(fā)射光譜法

1859年基爾霍夫、本生研制了第一臺用于光譜分析的分光鏡，實現(xiàn)了光譜檢驗； 1900年普朗克提出了“量子化”概念并于1918年因創(chuàng)立量子論、發(fā)現(xiàn)基本量子獲諾貝爾物理學(xué)獎；1905年愛因斯坦提出了光量子假說并于1921年因“光的波粒二象性”這一成就獲得諾貝爾物理學(xué)獎，他們的理論為光譜分析的發(fā)展奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)30年代建立了光譜定量分析法。20世紀(jì)60年代以后原子發(fā)射光譜得到迅速發(fā)展，期間主要應(yīng)用火焰、電弧及電火花等激發(fā)光源，在發(fā)現(xiàn)新元素、促進(jìn)原子結(jié)構(gòu)理論的發(fā)展及其在各種無機材料定性分析中發(fā)揮了重要作用。20世紀(jì)70年代以來，應(yīng)用了電感耦合高頻率等離子體焰炬、激光等新型激發(fā)光源。

2、原子吸收光譜法

1802年，伍朗斯頓在研究太陽連續(xù)光譜時發(fā)現(xiàn)了太陽連續(xù)光譜中有暗線。1817年福勞霍費在研究太陽連續(xù)光譜時，再次發(fā)現(xiàn)了這些暗線，將這些暗線稱為福勞霍費線。1860年，本生和克希荷夫證明太陽連續(xù)光譜中的暗線，正是太陽大氣圈中的鈉原子對太陽光譜中的鈉輻射吸收的結(jié)果。1955年澳大利亞的瓦爾西發(fā)表了論文《原子吸收光譜在化學(xué)分析中的應(yīng)用》奠定了原子吸收光譜法的理論基礎(chǔ)；50年代末和60年代初，Hilger， Varian Techtron及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光譜商品儀器，發(fā)展了瓦爾西的設(shè)計思想。1961年里沃夫發(fā)表了非火焰原子吸收法的研究工作。1965年威爾斯將氧化亞氮—乙炔火焰成功地用于火焰原子吸收光譜法中，使可測定的元素達(dá)到了70個之多。近年來，使用電視攝像管做多元素分析鑒定器，結(jié)合中階梯光柵，設(shè)計了用電子計算機控制測定多元素的原子吸收分光光度計，為解決同時測定多種元素的問題開辟了新的途徑。激光的應(yīng)用使原子分光光度法為微區(qū)和薄膜分析提供了新手段。

3、紫外—可見分光光度法

紫外—可見分光光度法是在比色法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，比色法是通過比較或測量有色物質(zhì)溶液顏色深度來確定待測組分含量的方法。早在公元初古希臘人就曾用五倍子溶液測定醋中的鐵。比色法作為一種定量分析的方法，大約開始于19世紀(jì)30～40年代。皮埃爾·布格和約翰·海因里?！だ什謩e在1729年和1760年闡明了物質(zhì)對光的吸收程度和吸收介質(zhì)厚度之間的關(guān)系；1852年奧古斯特·比爾又提出光的吸收程度和吸光物質(zhì)濃度也具有類似關(guān)系，兩者結(jié)合起來就得到有關(guān)光吸收的基本定律——朗伯-比爾定律。1945年美國的Beckman 公司推出了第一臺紫外可見分光光度計。20世紀(jì)60年代，紫外-可見分光光度計已逐漸代替光電比色計，分光光度法也隨之逐漸代替了比色法。20世紀(jì)60年代以后隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紫外可見分光光度計儀器得到了飛速發(fā)展，自動化程度大大提高。

4、紅外光譜法

1800年英國天文學(xué)家Hershel發(fā)現(xiàn)了紅外光區(qū)。此后陸續(xù)有人用紅外輻射觀測物質(zhì)的吸收光譜。1905年前后，人們已系統(tǒng)地研究了幾百種化合物的紅外吸收光譜并且發(fā)現(xiàn)了一些吸收譜帶與分子基團(tuán)間的相互關(guān)系。1918年到1940年期間人們對雙原子分子進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，建立起了一套完整的理論，隨后在量子力學(xué)的基礎(chǔ)上又建立了多原子分子光譜理論基礎(chǔ)。20世紀(jì)50年代在化學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)積累了豐富的資料，收集了大量純物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜圖。20世紀(jì)40年代中期到50年代末，紅外光譜法主要是采用以棱鏡為色散元件的雙光束記錄式紅外分光光度計，到六十年代，光柵式紅外分光光度計得到了普及。七十年代初，又發(fā)展起來富里哀變換光譜儀，為紅外光譜的應(yīng)用開辟了許多新領(lǐng)域。近年來，電子計算機技術(shù)在紅外光譜中發(fā)揮了重要的作用，電子計算機被用于記錄分析結(jié)果，數(shù)據(jù)自動處理，通過求解性方程對多組分混合物進(jìn)行定量分析。在定性及未知物結(jié)構(gòu)鑒定中可用計算機進(jìn)行譜圖檢索，辨認(rèn)和確定未知物所含的基團(tuán)和結(jié)構(gòu)。

5、熒光分析法

1575年西班牙植物學(xué)家N.Monardes第一次記錄了熒光現(xiàn)象。1852年stokes在考查奎寧和葉綠素的熒光時，用分光計觀察到其熒光才判明這種現(xiàn)象是這些物質(zhì)在吸收光能后重新發(fā)射不同波長的光，從而導(dǎo)入了熒光的光發(fā)射概念，還由發(fā)熒光的礦物“瑩石”提出“熒光”這一術(shù)語。1867年Goppelsroder進(jìn)行了歷史上首次的熒光分析工作，應(yīng)用鋁—桑藍(lán)色配合物的熒光進(jìn)行鋁的測定。1880年Liebeman提出了最早的關(guān)于熒光與化學(xué)結(jié)構(gòu)關(guān)系的經(jīng)驗法則。19世紀(jì)末，人們已經(jīng)知道了包括熒光素、曙紅、多環(huán)芳烴等600種以上的熒光化合物。1905年Wood發(fā)現(xiàn)了共振熒光；1914年Frank和Hertz利用電子沖擊發(fā)光進(jìn)行定量研究；1922年Frank和Gario發(fā)現(xiàn)增感熒光；1924年Wawillow進(jìn)行了熒光產(chǎn)率的絕對測定；1926年Gaviola進(jìn)行了熒光壽命的直接測定等；1928年，Jette和West研制出第一臺充電熒光計；1939年Zworykin和Rajchman發(fā)明充電倍增管以后，使增加熒光計的靈敏度和容許使用分辨率更高的單色器成為可能。1943年Button和Bailey提出了一種熒光光譜的手工校正裝置，到1952年才出現(xiàn)商品的校正光譜儀器。近十幾年來，激光、微處理機、電子學(xué)、光導(dǎo)纖維和納米材料新技術(shù)的引入，大大推動了熒光分析法在理論和應(yīng)用方面發(fā)展，促進(jìn)了熒光方面的新方法、新技術(shù)的發(fā)展。

目前，光譜分析越來越受到重視，并向多技術(shù)綜合聯(lián)用、自動化高速分析的方向發(fā)展。相信隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，光譜分析方法會在科學(xué)的各個領(lǐng)域發(fā)揮極其重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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