現(xiàn)代儀器分析-紫外可見吸收光譜分析-2011

1、第第3章章 紫外紫外-可見吸收光譜分析可見吸收光譜分析內(nèi)容介紹：內(nèi)容介紹：1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征）2 紫外紫外-可見分光光度計的基本組成與結構可見分光光度計的基本組成與結構3 紫外紫外-可見吸收光譜法的基本實驗技術可見吸收光譜法的基本實驗技術4 紫外紫外-可見吸收光譜的應用可見吸收光譜的應用1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征）1.1 紫外紫外-可見光譜的產(chǎn)生可見光譜的產(chǎn)生1.2 分子吸收曲線分子吸收曲線1.3 紫外吸收光譜分析法紫外吸收光譜分析法1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征）1.1 紫外可見吸收光譜紫外可見吸收光譜: 分子

2、價電子能級躍遷。波長范圍：100-800 nm.(1) 遠紫外光區(qū)遠紫外光區(qū): 10-200nm (2) 近紫外光區(qū)近紫外光區(qū): 200-400nm(3) 可見光區(qū)可見光區(qū):400-800nm（760nm） 250 300 350 400nm1234e e 可用于結構鑒定和定量分析?？捎糜诮Y構鑒定和定量分析。電子躍遷的同時，伴隨著振動轉(zhuǎn)電子躍遷的同時，伴隨著振動轉(zhuǎn)動能級的躍遷動能級的躍遷; ;帶狀光譜。帶狀光譜。1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征）1.2 電子躍遷與分子吸收光譜電子躍遷與分子吸收光譜物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動形式：物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動形式： 1.電子電子相對于原子核

3、的運動；相對于原子核的運動； 2.原子核在其平衡位置附近的相對原子核在其平衡位置附近的相對振動振動； 3.分子本身繞其重心的分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動。 分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級 三種能級都是量子化的，且各自具有相應的能量。三種能級都是量子化的，且各自具有相應的能量。 分子的內(nèi)能：電子能量分子的內(nèi)能：電子能量Ee 、振動能量、振動能量Ev 、轉(zhuǎn)動能量、轉(zhuǎn)動能量Er 即即: EEe+Ev+Er evr 1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征）討論：討論：（1 1） 轉(zhuǎn)動能級轉(zhuǎn)動能級間的能量差間的能量差r r

4、：0.0050.0050.050eV0.050eV，躍遷，躍遷產(chǎn)生吸收光譜位于遠紅外區(qū)。遠紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜；產(chǎn)生吸收光譜位于遠紅外區(qū)。遠紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜；（2 2） 振動能級振動能級的能量差的能量差v v約為：約為：0.050.05eVeV，躍遷產(chǎn)，躍遷產(chǎn)生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動光譜；生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動光譜；（3 3） 電子能級電子能級的能量差的能量差e e較大較大1 120eV20eV。電子躍遷產(chǎn)生。電子躍遷產(chǎn)生的吸收光譜在的吸收光譜在紫外紫外可見光區(qū)可見光區(qū)，紫外，紫外可見光譜或分子的電可見光譜或分子的電子光譜；子光譜；1 概概 述（信

5、號和信息的特征）述（信號和信息的特征）討論：討論： （4 4）吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的）吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的躍遷能級躍遷能級間的間的能量差能量差所決定，所決定，反映了分子內(nèi)部能級分布狀況反映了分子內(nèi)部能級分布狀況，是，是物質(zhì)定性物質(zhì)定性的依據(jù)的依據(jù)； （5 5）吸收譜帶的強度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有關，）吸收譜帶的強度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有關，也提供分子結構的信息。通常將在最大吸收波長處測得的摩也提供分子結構的信息。通常將在最大吸收波長處測得的摩爾吸光系數(shù)爾吸光系數(shù)maxmax也作為定性的依據(jù)也作為定性的依據(jù)。不同物質(zhì)的。不同物質(zhì)的maxmax有時有時可能相同，但

6、可能相同，但maxmax不一定相同；不一定相同； （6 6）吸收譜帶強度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正比吸收譜帶強度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正比，定定量分析的依據(jù)量分析的依據(jù)。1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征）1.3有機物吸收光譜與電子躍遷（有機物吸收光譜與電子躍遷（P24-25）有機化合物的紫外可見吸收光譜是三種電子躍遷的結果：電子、電子、n電子。s sp p *s s *RKE,Bnp p ECOHnp ps sH分子軌道：是指在分子中各原子核的周圍最可能找到給定電子的區(qū)域。1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征）躍遷躍遷 特點特點：所需能量最大；：所需能

7、量最大；電子只有吸收遠紫外光的能量電子只有吸收遠紫外光的能量才能發(fā)生躍遷；含有才能發(fā)生躍遷；含有C-C, C-HC-C, C-H鍵的飽和烷烴的分子產(chǎn)生的躍鍵的飽和烷烴的分子產(chǎn)生的躍遷。吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū)遷。吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū), ,吸收波長吸收波長200 nm200 nm；例：甲烷的例：甲烷的maxmax為為125nm , 125nm , 乙烷乙烷maxmax為為135nm135nm。 只能被真空紫外分光光度計檢測到；只能被真空紫外分光光度計檢測到； 多數(shù)多數(shù)作為溶劑使用（水、甲醇等）；作為溶劑使用（水、甲醇等）； 當外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)當外層電子吸收紫外或可見

8、輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)( (反反鍵軌道鍵軌道) )躍遷。躍遷。主要有四種躍遷四種躍遷所需能量大小順序大小順序為：n n n 104Fe2+與鄰菲羅啉配合物的紫外吸收光譜屬于此。配位場躍遷：配位場躍遷：是過渡金屬是過渡金屬元素的無機物在紫外可見元素的無機物在紫外可見區(qū)產(chǎn)生的吸收，主要是形區(qū)產(chǎn)生的吸收，主要是形成絡合物。成絡合物。1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征）1.4分子吸收曲線 E = E2 - E1 = h 量子化量子化 ；選擇性吸收；選擇性吸收 吸收曲線與最大吸收吸收曲線與最大吸收波長波長 max 用不同波長的單色光用不同波長的單色光照射，測吸光度照射，測吸光度;M

9、+ 熱M + 熒光或磷光M + h M *基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)E1 （E） E2M +h 1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征）吸收曲線的討論吸收曲線的討論： 同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應的波長稱度不同。吸光度最大處對應的波長稱為為最大吸收波長最大吸收波長maxmax 不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似曲線形狀相似maxmax不變。而對于不不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和maxmax則不同。則不同。改變通過某一吸光物質(zhì)的入射光波長，記錄物質(zhì)在不同波長處的

10、吸光度，以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，這種圖稱為該物質(zhì)的吸收曲線吸收曲線 1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征） 吸收曲線可以提供物質(zhì)的結構信息，并作為物質(zhì)定性吸收曲線可以提供物質(zhì)的結構信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。分析的依據(jù)之一。 不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度 A 有有差異，在差異，在max處吸光度處吸光度A 的差異最大。此特性可作作為的差異最大。此特性可作作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。物質(zhì)定量分析的依據(jù)。 在在max處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定

11、量分析中選擇入射光波長的重要依靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。據(jù)。吸收曲線的討論吸收曲線的討論：1 概概 述（信號和信息的特征）述（信號和信息的特征）紫外吸收光譜分析法（紫外吸收光譜分析法（ UV-VIS）定義：利用分子吸收紫外和可見光產(chǎn)生躍遷所記錄的吸收光譜利用分子吸收紫外和可見光產(chǎn)生躍遷所記錄的吸收光譜圖，對該物質(zhì)進行圖，對該物質(zhì)進行結構分析（定性分析），結構分析（定性分析），根據(jù)最大吸收波長強根據(jù)最大吸收波長強度變化可進行度變化可進行定量分析定量分析。紫外吸收可見光譜法的特點：1. 研究的區(qū)域是紫外可見光譜區(qū)域，所發(fā)射的能量可以使外層電子發(fā)生躍遷。2. 該方法可用于無

12、機有機物的定量分析，也可進行有機物的定性及結構分析。3. 具有較高的靈敏度（10-410-7g.mL-1）和較高準確度（相對誤差2%-5%）2 紫外紫外-可見分光光度計的基本組成與結構可見分光光度計的基本組成與結構內(nèi)容：內(nèi)容：2.1 基本組成（功能及類型）基本組成（功能及類型）2.2 紫外紫外- -可見分光光度計的類型可見分光光度計的類型2.1 基本組成基本組成 general process光源光源 在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有具有足夠的輻射強度輻射強度、較好的穩(wěn)定性穩(wěn)定性、較長的使用壽命使用壽命?？梢姽鈪^(qū)可見光區(qū)：鎢燈作為光源

13、，其輻射波長范圍在3502500nm。紫外區(qū)：紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射160360nm的連續(xù)光譜。氙弧燈：紫外可見區(qū)光源光源單色器單色器樣品室樣品室檢測器檢測器顯示顯示分光系統(tǒng)光度計系統(tǒng)單色器單色器 將光源發(fā)射的復合光分解成單色光并可從中選出一任將光源發(fā)射的復合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學系統(tǒng)。波長單色光的光學系統(tǒng)。p入射狹縫入射狹縫：光源的光由此進入單色器；光源的光由此進入單色器；p準光裝置準光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束； p色散元件色散元件：將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵；將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵；p聚焦裝置聚焦裝置：

14、透鏡或凹面反透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；聚焦至出射狹縫；p出射狹縫出射狹縫2.1 基本組成基本組成 general process棱鏡：棱鏡：棱鏡對棱鏡對不同波長的光具有不同的折射率不同波長的光具有不同的折射率，波長長的光，折射，波長長的光，折射率??；波長短的光，折射率大。率??；波長短的光，折射率大。 平行光經(jīng)過棱鏡后按波長順序排列成為單色光；經(jīng)聚焦平行光經(jīng)過棱鏡后按波長順序排列成為單色光；經(jīng)聚焦后在焦面上的不同位置上成像，獲得按波長展開的光譜；后在焦面上的不同位置上成像，獲得按波長展開的光譜； 棱鏡的分辨能力取棱鏡的分辨能力取決于棱鏡的幾何尺寸

15、和決于棱鏡的幾何尺寸和材料；材料； 棱鏡的光學特性可棱鏡的光學特性可用用色散率色散率和和分辨率分辨率來表來表征；征；色散元件色散元件棱鏡的特性與參數(shù)棱鏡的特性與參數(shù)（1 1）色散率）色散率 角色散率：用d/d表示，偏向角對波長的變化率：dd2sin12sin2dd22nn 棱鏡的棱鏡的頂角越大或折射率越大頂角越大或折射率越大，角色散率越大角色散率越大，分開分開兩兩條相鄰譜線的條相鄰譜線的能力越強能力越強，但頂角越大，反射損失也增大，通，但頂角越大，反射損失也增大，通常為常為6060度角；度角； 線色散率：線色散率：用用d dl l /d/d表示，表示，兩條相鄰譜線在焦面上被兩條相鄰譜線在焦面上

16、被分開的距離對波長的變化率分開的距離對波長的變化率； 倒線色散率倒線色散率：用用d/dd/dl l 表示。表示。 相鄰兩條譜線分開程度的度量：相鄰兩條譜線分開程度的度量：ddnbR： 兩條相鄰譜線的平均波長；兩條相鄰譜線的平均波長；：兩條譜線的波長差；：兩條譜線的波長差；b b：棱鏡的底邊長度；：棱鏡的底邊長度；n n：棱鏡介質(zhì)材料的折射率。：棱鏡介質(zhì)材料的折射率。 分辨率與波長有關分辨率與波長有關，長波的分辨率要比短波的分辨率小，長波的分辨率要比短波的分辨率小，棱鏡分離后的光譜屬于棱鏡分離后的光譜屬于非均排光譜非均排光譜。（2 2）分辨率）分辨率若要增加棱鏡角色散率，可以采用下列辦法： 增加

17、棱鏡的數(shù)目增加棱鏡的數(shù)目 使用這種辦法時，要考慮成本和光強減小的問題。使用這種辦法時，要考慮成本和光強減小的問題。 增大棱鏡的頂角增大棱鏡的頂角這種辦法將受到入射角大于臨界角時發(fā)生全反射的限這種辦法將受到入射角大于臨界角時發(fā)生全反射的限制。例如，對于棱鏡，當頂角等于制。例如，對于棱鏡，當頂角等于6565 時，紫外線就不時，紫外線就不能折射出來，所以其頂角一般為能折射出來，所以其頂角一般為6060 。 改變棱鏡的材料改變棱鏡的材料 即改變即改變d dn n /d /d 。在。在400nm 800nm400nm 800nm波長范圍內(nèi)，波長范圍內(nèi)，玻璃棱鏡比石英棱鏡的色散率大。但在玻璃棱鏡比石英棱鏡

18、的色散率大。但在200nm 400nm200nm 400nm的波長范圍內(nèi)，由于玻璃強烈地吸收紫外光，無法采的波長范圍內(nèi)，由于玻璃強烈地吸收紫外光，無法采用，故只能采用石英棱鏡。用，故只能采用石英棱鏡。、光柵：光柵：使用光柵作為分光元件的優(yōu)點是：使用光柵作為分光元件的優(yōu)點是：波長范圍比玻璃棱鏡寬；反射光束強度對波長的依賴性比棱鏡的透射光束要小得多；光柵的角色散率幾乎不隨波長而變化，近似于均勻色散；分辨率大，一塊寬50mm刻槽數(shù)為1200條/ mm的光柵，分辨率可達6104 4 。集光能力強，用優(yōu)質(zhì)的閃爍光柵可將80%以上的光能量聚集到所需要的波長范圍。色散元件色散元件反射光柵，透射光柵反射光柵，

19、透射光柵： 光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫光柵光譜的產(chǎn)生是多狹縫干涉干涉與單狹縫與單狹縫衍射衍射共同作共同作用的結果，前者決定用的結果，前者決定光譜出現(xiàn)的位置光譜出現(xiàn)的位置，后者決定，后者決定譜線譜線強度分布強度分布；2 紫外紫外-可見分光光度計的基本組成與結構可見分光光度計的基本組成與結構 如果：如果： DB-AC=DB-AC=d d (sin (sinsinsin)=)=nn 即光柵公式：即光柵公式：d d (sin (sinsinsin)=)=nn角規(guī)定取正值，如果角規(guī)定取正值，如果角與角與角在光柵法線同側(cè)，角在光柵法線同側(cè)， 角角取正值，反之區(qū)負值；取正值，反之區(qū)負值； 當當n n=0=0時，

20、時，零級光譜，衍射角與波長無關，無分光作用零級光譜，衍射角與波長無關，無分光作用?？煽吹剑嚎煽吹剑阂患壒庾V的一級光譜的1200nm1200nm與二級光譜的與二級光譜的600nm600nm、三級光譜的、三級光譜的400nm400nm、四級光譜的、四級光譜的300nm300nm、五級光譜的、五級光譜的240nm240nm、六級、六級光譜的光譜的200nm200nm疊加在一起。實驗上必須予以分離才能疊加在一起。實驗上必須予以分離才能正確測量光譜信號。正確測量光譜信號。分離的方法有兩類：分離的方法有兩類：一類，利用一類，利用濾光器濾光器，用于低級光譜分離；，用于低級光譜分離；另一類，采用另一類，采用預

21、色散器預色散器，用于高譜級分離。，用于高譜級分離。 光柵的特性可用光柵的特性可用色散率色散率和和分辨率分辨率來表征，當入射角不變來表征，當入射角不變時，光柵的角色散率可通過對光柵公式求導得到：時，光柵的角色散率可通過對光柵公式求導得到：cosdndd d d/d/d為入射角對波長的變化率，即為入射角對波長的變化率，即光柵的角色散率光柵的角色散率。 當當很小，且變化不大時，很小，且變化不大時，coscos 1 1，光柵的角色散，光柵的角色散率決定于光柵常數(shù)率決定于光柵常數(shù) d d 和光譜級數(shù)和光譜級數(shù)n n ，常數(shù)，不隨波長改變，常數(shù)，不隨波長改變，均排光譜均排光譜（優(yōu)于棱鏡之處）。 角色散率角

22、色散率只與只與色散元件的性能色散元件的性能有關；線色散率還與儀器有關；線色散率還與儀器的焦距有關。的焦距有關。dfndfnfddddlcos f f 為會聚透鏡的焦距。為會聚透鏡的焦距。 光柵的分辨能力根光柵的分辨能力根據(jù)據(jù)RakleighRakleigh準則準則來確定：來確定： 等強度的兩條譜線（等強度的兩條譜線（I I，IIII）中，一條（）中，一條（IIII）的衍射最）的衍射最大強度落在另一條的第一最小強度上時，兩衍射圖樣中間大強度落在另一條的第一最小強度上時，兩衍射圖樣中間的光強約為中央最大的的光強約為中央最大的80%80%，在這種情況下，兩譜線中央最，在這種情況下，兩譜線中央最大距離

23、即是光學儀器能分辨的最小距離（可分離的最小波大距離即是光學儀器能分辨的最小距離（可分離的最小波長間隔）；長間隔）；光柵的線色散率光柵的線色散率 光柵的分辨率光柵的分辨率R R 等于光譜級次（n）與光柵刻痕條數(shù)（N）的乘積：NnR 光柵越寬、單位刻痕數(shù)越多、光柵越寬、單位刻痕數(shù)越多、R R 越大。越大。 寬度寬度50mm50mm，N N=1200=1200條條/mm/mm， 一級光譜的分辨率：一級光譜的分辨率： R R=1=150501200=61200=610104 4光柵的分辨率光柵的分辨率R R狹縫狹縫:兩邊的邊緣應銳利且位于同一平面上。兩邊的邊緣應銳利且位于同一平面上。 單色器的進口狹縫

24、起著單色器光學系統(tǒng)虛光源的作用。單色器的進口狹縫起著單色器光學系統(tǒng)虛光源的作用。復合光經(jīng)色散元件分開后，在出口曲面上形成相當于每條復合光經(jīng)色散元件分開后，在出口曲面上形成相當于每條光譜線的像，即光譜。轉(zhuǎn)動色散元件可使不同波長的光譜光譜線的像，即光譜。轉(zhuǎn)動色散元件可使不同波長的光譜線依次通過。線依次通過。 分辨率大小不僅與色散元件的性能有關，也取決分辨率大小不僅與色散元件的性能有關，也取決于成像的大小，因此希望采用較窄的進口狹縫。于成像的大小，因此希望采用較窄的進口狹縫。分辨率用分辨率用來衡量單色器能分開波長的最小間隔的能力；最小間隔的來衡量單色器能分開波長的最小間隔的能力；最小間隔的大小用大小

25、用光譜有效帶寬光譜有效帶寬表示表示： S = DWS = DWD D為線色散率的倒數(shù)；為線色散率的倒數(shù)；W W為狹縫寬度；為狹縫寬度； 在在原子發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜分析中，分析中， 定性分析時，減小狹縫寬度，使相鄰譜線的分辨率提高；定性分析時，減小狹縫寬度，使相鄰譜線的分辨率提高； 定量分析時，增大狹縫寬度，可使光強增加。定量分析時，增大狹縫寬度，可使光強增加。 在在原子吸收光譜原子吸收光譜分析中分析中, , 一般原則是一般原則是, ,在不引起吸光度減小的情況下在不引起吸光度減小的情況下, ,采用盡可能小采用盡可能小的狹縫寬度的狹縫寬度( (降低火焰背景）。降低火焰背景）。 試樣裝置（樣品室）

26、試樣裝置（樣品室） 光源與試樣相互作用的場所光源與試樣相互作用的場所（1 1）吸收池）吸收池 紫外紫外- -可見分光光度法：比色皿可見分光光度法：比色皿 （2 2）特殊裝置）特殊裝置原子吸收分光光度原子吸收分光光度：霧化器中霧化，在火：霧化器中霧化，在火焰中，元素由離子態(tài)焰中，元素由離子態(tài)原子；原子；原子發(fā)射光譜分析原子發(fā)射光譜分析：試樣噴入等離子體；：試樣噴入等離子體；紅外分光光度法紅外分光光度法：將試樣與溴化鉀壓制成：將試樣與溴化鉀壓制成透明片透明片 詳細內(nèi)容在相關章節(jié)中介紹。詳細內(nèi)容在相關章節(jié)中介紹。2.1 基本組成基本組成 general process 檢測器檢測器光電檢測器光電檢測

27、器，主要有以下幾種：，主要有以下幾種： 硒光電池、光電二極管、光電倍增管、硒光電池、光電二極管、光電倍增管、硅二極管陣列檢測器、半導體檢測器；硅二極管陣列檢測器、半導體檢測器； 檢測原理：當一定強度的光照射到檢測原理：當一定強度的光照射到陰極陰極上時，上時，光敏物質(zhì)光敏物質(zhì)要放要放出電子，出電子，放出電子的多少與照射到它的光的大小成正比放出電子的多少與照射到它的光的大小成正比，而而放出的電子在電場的作用下要流向陽極，從而造成在整個回放出的電子在電場的作用下要流向陽極，從而造成在整個回路中有電流通過。而此路中有電流通過。而此電流的大小與照射到光敏物質(zhì)上的光電流的大小與照射到光敏物質(zhì)上的光的強度的

28、大小成正比的強度的大小成正比。這就是光電管產(chǎn)生。這就是光電管產(chǎn)生光電效應光電效應的原理的原理。2.1 基本組成基本組成 general process硒光電池硒光電池硒光電池：硒光電池：光電管光電管：它是在抽成真空或充有惰性氣體的玻璃或石它是在抽成真空或充有惰性氣體的玻璃或石英泡內(nèi)裝上英泡內(nèi)裝上2 2個電極構成，其結構如圖：個電極構成，其結構如圖：1 1 光電管的光電管的陽極陽極，它由一個，它由一個鎳鎳環(huán)或鎳片環(huán)或鎳片組成；組成；2 2 光電管的光電管的陰極陰極，它由一個金，它由一個金屬片上涂一層屬片上涂一層光敏物質(zhì)光敏物質(zhì)構成，構成，如涂上一層氧化銫。涂上的光如涂上一層氧化銫。涂上的光敏物質(zhì)

29、具有這樣一個特性：當敏物質(zhì)具有這樣一個特性：當光照射到光敏物質(zhì)上時，它能光照射到光敏物質(zhì)上時，它能夠放出電子；夠放出電子；3 3 電池電池，其作用是在陰、，其作用是在陰、陽極之間加上一電壓；陽極之間加上一電壓；4 4 放大器放大器，放大由光電管，放大由光電管產(chǎn)生的電信號；產(chǎn)生的電信號；1234紅敏管紅敏管 625-1000 nm625-1000 nm藍敏管藍敏管 200-625 nm200-625 nm光光電電倍倍增增管管1 1個光電子可產(chǎn)生個光電子可產(chǎn)生10106 610107 7個電子個電子光電倍增管：它是一它是一個非常靈敏的光電器個非常靈敏的光電器件，可以把微弱的光件，可以把微弱的光轉(zhuǎn)換

30、成電流。其靈敏轉(zhuǎn)換成電流。其靈敏度比前度比前2 2種都要高得種都要高得多。多。它是利用二次電子發(fā)射以放大光電流，放大倍數(shù)可達到108倍。 熱導檢測器熱導檢測器，主要有：，主要有： 真空熱電偶檢測器真空熱電偶檢測器：紅外光譜儀中常用的一：紅外光譜儀中常用的一種；種；熱釋電檢測器熱釋電檢測器： 信號、與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)信號、與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 現(xiàn)代分析儀器多配有計算機完成數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)代分析儀器多配有計算機完成數(shù)據(jù)采集、信號處理、數(shù)據(jù)分析、結果打印，工作站軟件系信號處理、數(shù)據(jù)分析、結果打印，工作站軟件系統(tǒng)；統(tǒng)；2.1 基本組成基本組成 general process2.2 紫外紫外- -可見分光光度計的類型

31、可見分光光度計的類型1.1.單光束單光束 特點：特點： 結構結構簡單，價廉簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，一般或透光度，一般不能作全波段光譜掃描不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性有很高的穩(wěn)定性。2.2.雙光束雙光束 自動記錄，快速自動記錄，快速全波段掃全波段掃描描?？??？上庠床环€(wěn)定消除光源不穩(wěn)定、檢檢測器靈敏度變化測器靈敏度變化等因素的影等因素的影響，特別適合于結構分析。響，特別適合于結構分析。儀器復雜儀器復雜，價格較高。，價格較高。2.2 紫外紫外- -可見分光光度計的類型可見分光光度計的類型3.3.雙波長

32、雙波長光源發(fā)出的光被分為兩束，分別經(jīng)過光源發(fā)出的光被分為兩束，分別經(jīng)過兩個單色器兩個單色器，獲得，獲得兩束兩束不同波長的單色光不同波長的單色光，將兩束單色光將兩束單色光( (1 1、2 2) ) 快速交替通過快速交替通過同一吸收池同一吸收池而后到達檢測器。產(chǎn)生交流信號。而后到達檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池無需參比池。對于多組分混對于多組分混合物或存在背合物或存在背景及共存物的景及共存物的干擾的溶液適干擾的溶液適用，靈敏度高用，靈敏度高，選擇性強。，選擇性強。2.2 紫外紫外- -可見分光光度計的類型可見分光光度計的類型儀器儀器 紫外-可見分光光度計2.3 紫外紫外-可見吸收光譜法的基本實驗

33、技術可見吸收光譜法的基本實驗技術內(nèi)容：內(nèi)容：2.3.1 分光光度計的性能調(diào)試分光光度計的性能調(diào)試2.3.2 分光光度計的校正分光光度計的校正2.3.3 分析條件的選擇分析條件的選擇2.3.1 分光光度計的性能調(diào)試分光光度計的性能調(diào)試波長范圍波長范圍波長準確度波長準確度波長精確度波長精確度單色光帶寬單色光帶寬雜散光強度雜散光強度實現(xiàn)分析項目的能力實現(xiàn)分析項目的能力分析的準確度分析的準確度分析的精確度分析的精確度分析的準確度分析的準確度 分析的檢測限分析的檢測限信噪比信噪比分析的檢測限分析的檢測限1、光度計的性能指標：、光度計的性能指標：2. 性能指標對分析的影響波長準確度（波長誤差）：波長準確度

34、（波長誤差）：儀器所指示的波長值和單色器儀器所指示的波長值和單色器 實際輸出單色光的波長值之間實際輸出單色光的波長值之間 相符的程度（兩值之差）。相符的程度（兩值之差）。影影 響響定性分析：直接關系到光譜吸收峰的位置定量分析：影響測定值測葉綠素測葉綠素B，波長偏差，波長偏差1-2nm,測量結果偏差測量結果偏差10-20隨波長變化越快，對測量結果影響越大隨波長變化越快，對測量結果影響越大2.3.1 分光光度計的性能調(diào)試分光光度計的性能調(diào)試單色光帶寬的影響單色光帶寬的影響： 雜散光的影響：雜散光的影響：雜散光會造成分光光度計的測量本底，影雜散光會造成分光光度計的測量本底，影響濃度的檢測限。在高吸光

35、度時，雜散光響濃度的檢測限。在高吸光度時，雜散光引起的相對誤差比低吸光度時要大得多。引起的相對誤差比低吸光度時要大得多。單色光帶寬決定了儀器的波長分辨率單色光帶寬決定了儀器的波長分辨率精確的定性、定量分析，要求單色光的精確的定性、定量分析，要求單色光的 帶寬相當于樣品吸收峰的帶寬相當于樣品吸收峰的1/51/10。2.3.1 分光光度計的性能調(diào)試分光光度計的性能調(diào)試2.3.2 分光光度計的校正分光光度計的校正吸收池校正：吸收池校正：在測定溶液的吸光度時，除了待測物質(zhì)吸收在測定溶液的吸光度時，除了待測物質(zhì)吸收使透過光減弱外，吸收池中的反射、散射等使透過光減弱外，吸收池中的反射、散射等也會影響透過光

36、的強度，因此，進行定量分也會影響透過光的強度，因此，進行定量分需進行吸收池的配對和校正。需進行吸收池的配對和校正。方法：方法：在吸收池A內(nèi)裝入試樣溶液試樣溶液，在吸收池B內(nèi)裝入?yún)⒈热芤簠⒈热芤?，測量試驗的吸光度，然后倒出吸收池內(nèi)的溶液，洗凈吸收池。再分別在吸收池A內(nèi)裝入?yún)⒈热芤簠⒈热芤?，往吸收池B內(nèi)裝入試樣溶液試樣溶液，測量吸光度。要求前后兩次測得的吸光度值應小于兩次測得的吸光度值應小于0.005。2.3.2 分光光度計的校正分光光度計的校正2.整機校正（動態(tài)）步驟：整機校正（動態(tài)）步驟：第一步第一步 調(diào)零點調(diào)零點把光源的光擋住，在檢測器不見光的條件下，把光源的光擋住，在檢測器不見光的條件下，

37、 將輸出調(diào)為零。將輸出調(diào)為零。第二步第二步 調(diào)滿刻度調(diào)滿刻度在樣品池中放入樣品中除待測成分以外的在樣品池中放入樣品中除待測成分以外的背景成分，再將儀器的輸出調(diào)為背景成分，再將儀器的輸出調(diào)為100。2.3.3 分析條件的選擇分析條件的選擇1.光源的調(diào)節(jié)光源的調(diào)節(jié)通過通過燈電流燈電流和和燈位置燈位置的調(diào)整，充分發(fā)揮光源的強度，的調(diào)整，充分發(fā)揮光源的強度， 使單色器獲得最大光強。使單色器獲得最大光強。 2. 測量波長的選擇測量波長的選擇 一般情況下，為了使測定結果有較高的靈敏度，一般情況下，為了使測定結果有較高的靈敏度，分析用的單色光應選擇被測定物質(zhì)溶液的分析用的單色光應選擇被測定物質(zhì)溶液的最大吸收

38、最大吸收波長波長，以得到較大的吸光度值，且受分析波長誤差，以得到較大的吸光度值，且受分析波長誤差的影響較小。但有時也根據(jù)分析要求選擇。的影響較小。但有時也根據(jù)分析要求選擇。例如：共存雜質(zhì)干擾；樣品濃度差異等例如：共存雜質(zhì)干擾；樣品濃度差異等2.3.3 分析條件的選擇分析條件的選擇3.狹縫的調(diào)節(jié)狹縫的調(diào)節(jié)狹縫寬度直接影響測定的靈敏度和校正曲線的線性范圍。狹縫寬度直接影響測定的靈敏度和校正曲線的線性范圍。調(diào)節(jié)原則：依據(jù)測定靈敏度，能保證吸光度不明顯降低時的最大狹縫寬度就是應該選擇的最合適的寬度。依據(jù)待測物質(zhì)在擬選擇波長附近吸收光譜的斜率變化，如果斜率變化較大，應適當調(diào)小狹縫寬度。s 靈敏度靈敏度

39、線性破壞線性破壞 ；s 信號強度信號強度 信噪比信噪比= =s/dl/d入入2.3.3 分析條件的選擇分析條件的選擇由于儀器光源的不穩(wěn)定性、讀數(shù)的不確定性和雜散光的影由于儀器光源的不穩(wěn)定性、讀數(shù)的不確定性和雜散光的影響，都會給測定帶來誤差。當分析高濃度樣品時，誤差更大響，都會給測定帶來誤差。當分析高濃度樣品時，誤差更大。為了減小誤差，。為了減小誤差，一般應控制吸光度在一般應控制吸光度在0.20.7的范圍。的范圍。方法：方法： 控制濃度和光程控制濃度和光程4.控制適宜的吸光度范圍控制適宜的吸光度范圍5.參比溶液的選擇：參比溶液的選擇： 參比溶液應包括待測成分以外的全部背景成分參比溶液應包括待測成

40、分以外的全部背景成分,以消除以消除由于樣品池壁及溶劑等背景成分對作用光的反射和吸收由于樣品池壁及溶劑等背景成分對作用光的反射和吸收帶來的誤差。帶來的誤差。2.3.3 分析條件的選擇分析條件的選擇顯色劑的作用：顯色劑的作用：可使在譜區(qū)沒有吸收的物質(zhì)生成有強烈吸收的產(chǎn)物?？墒鼓承┑臀瘴镔|(zhì)的吸光系數(shù)比未結合前增大幾個數(shù)量級，提高測定靈敏度。顯色劑要求：顯色劑要求：靈敏度高、穩(wěn)定性好、選擇性強。靈敏度高、穩(wěn)定性好、選擇性強。顯色劑的選擇顯色劑的選擇:使被測物質(zhì)顯色生成有色化合物的試劑稱顯色劑使被測物質(zhì)顯色生成有色化合物的試劑稱顯色劑6.顯色反應顯色反應2.4 紫外紫外-可見吸收光譜的應用可見吸收光譜

41、的應用1. 1. 化合物純度的鑒定化合物純度的鑒定如果某一化合物在紫外區(qū)無吸收峰如果某一化合物在紫外區(qū)無吸收峰,而雜質(zhì)有較強的吸收而雜質(zhì)有較強的吸收峰峰,則可用紫外吸收光譜法檢出該化合物中的痕量物質(zhì)。則可用紫外吸收光譜法檢出該化合物中的痕量物質(zhì)。2. 2. 未知物的定性鑒定（對比法）未知物的定性鑒定（對比法） 一般可通過對未知樣品所作的光譜與文獻記載的標準光譜加以一般可通過對未知樣品所作的光譜與文獻記載的標準光譜加以比較（相同的測試條件）。若相同，則可能為同一化合物。比較（相同的測試條件）。若相同，則可能為同一化合物。有機化合物的紫外吸收光譜反映結構中生色團和助色團有機化合物的紫外吸收光譜反映

42、結構中生色團和助色團團的特性，不完全反映分子特性。團的特性，不完全反映分子特性。 3.3.分子結構判斷：分子結構判斷：定性分析定性分析2.4 紫外紫外-可見吸收光譜的應用可見吸收光譜的應用光譜解析光譜解析確認確認 max，并算出并算出，初步估計屬于何種吸收帶；，初步估計屬于何種吸收帶；(2) 觀察主要吸收帶的范圍，判斷屬于何種共軛體系；觀察主要吸收帶的范圍，判斷屬于何種共軛體系；在解析有機物的紫外在解析有機物的紫外-可見光譜時，可把可見光譜時，可把吸收帶分為四類：吸收帶分為四類：R吸收帶吸收帶 n 躍遷產(chǎn)生的躍遷產(chǎn)生的 較弱較弱K吸收帶吸收帶 躍遷產(chǎn)生的躍遷產(chǎn)生的 強強B吸收帶吸收帶 是芳香族

43、化合物（包括雜環(huán)芳香族）的特征吸收帶是芳香族化合物（包括雜環(huán)芳香族）的特征吸收帶E吸收帶吸收帶 也是芳香族化合物的特征譜帶，苯為也是芳香族化合物的特征譜帶，苯為184nm和和204nm2.4 紫外紫外-可見吸收光譜的應用可見吸收光譜的應用 （1）200-400nm 無吸收峰無吸收峰。飽和化合物，單烯飽和化合物，單烯。 （2） 270-350 nm有吸收峰有吸收峰（=10-100）醛酮醛酮 n* 躍遷產(chǎn)躍遷產(chǎn)生的生的R 帶帶。 （3） 250-300 nm 有中等強度的吸收峰有中等強度的吸收峰（=200-2000），），芳芳環(huán)的特征環(huán)的特征 吸收吸收（具有精細解構的（具有精細解構的B帶）。帶）。

44、 （4） 200-250 nm有強吸收峰（有強吸收峰（ 104），），表明含表明含有一個共軛有一個共軛體系（體系（K）帶）帶。共軛二烯：共軛二烯：K帶（帶（ 230 nm）；）；不飽和醛不飽和醛酮：酮：K帶帶 230 nm ，R帶帶 310-330 nm260nm,300 nm,330 nm有強吸收峰，有強吸收峰，3,4,5個雙鍵的共軛體系個雙鍵的共軛體系。（5）紫外光譜中有許多吸收峰，有的在可見區(qū)域紫外光譜中有許多吸收峰，有的在可見區(qū)域；該化合物；該化合物可能可能具有長鏈共軛體系或稠環(huán)芳香生色團具有長鏈共軛體系或稠環(huán)芳香生色團 1.位阻影響：化合物中若有兩個生色團產(chǎn)生共軛效應，化合物中若有兩

45、個生色團產(chǎn)生共軛效應，吸收帶紅移，但若兩生色團由于立體結構阻礙他們處于吸收帶紅移，但若兩生色團由于立體結構阻礙他們處于同一平面，就會影響共軛效應。同一平面，就會影響共軛效應。CCHHCCHH順反異構順反異構：順式：順式：max=280nm； max=10500反式：反式：max=295.5 nm；max=29000互變異構互變異構： 酮式：酮式：max=204 nm 烯醇式：烯醇式：max=243 nm H3CCH2CCOEtOOH3CCHCCOEtOHO乙苯乙稀乙烯丙酮影響吸收的因素（4點）：立體結構和互變結構的影響立體結構和互變結構的影響2.溶劑的影響COCO非極性極性np p p p n

46、 n p n pn p p*躍遷躍遷：蘭移；蘭移； ；eep p p p*躍遷躍遷：紅移紅移； ；eemax(正己烷)max(氯仿)max(甲醇)max(水)pp230238239243np329315309305*溶劑的影響1：乙醚2：水12250300苯酰丙酮非極性極性np*躍遷：蘭移；蘭移； ；pp*躍遷：紅移； ；極性溶劑使精細結極性溶劑使精細結構消失；構消失；4.4.體系體系 pHpH值的影響：值的影響：無論是對酸性、堿性或中性樣品都有明顯影響無論是對酸性、堿性或中性樣品都有明顯影響。加NaOH紅移酚類化合物，烯醇。加HCl蘭移苯胺類化合物。3.3.跨環(huán)效應：跨環(huán)效應：在有些在有些、不飽和的酮中，雖然雙鍵與酮基不產(chǎn)生不飽和