第一章光譜技術(shù)

第一章光譜技術(shù)作者:王英聯(lián)系電話二十四頁

許多物質(zhì)有顏色,大量無色的物質(zhì)可以與顯色劑作用生成有色的物質(zhì)，這些有色的物質(zhì)顏色的深淺與其濃度成正相關(guān)，則濃度越大，顏色越深。故通過測(cè)定物質(zhì)顏色的深淺來對(duì)物質(zhì)進(jìn)行(jìnxíng)定量分析的方法，稱為比色分析法。

一、比色分析發(fā)展的概況：

最早的納氏比色法是按濃度從低到高，配好系列標(biāo)準(zhǔn)管，然后將待測(cè)樣品與標(biāo)準(zhǔn)管進(jìn)行比較定量，如黃疸指數(shù)的測(cè)定(cèdìng)，它屬于目力比色法。這種方法很簡(jiǎn)單，但人為誤差很大。概述共二十四頁

后來造出光電比色計(jì)，其原理是一束平行單色光通過一定厚度的有色溶液時(shí)，一部分光被吸收，未被吸收的光透過溶液照到光電池上，光電池將光能轉(zhuǎn)換成電能，推動(dòng)檢流計(jì)偏轉(zhuǎn)，再和標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)管比較可計(jì)算出待測(cè)溶液的濃度。我國早年生產(chǎn)的光電比色計(jì)有58-1G等。

光電比色計(jì)用濾光片來分光，只適合在有限波長內(nèi)測(cè)量，不能滿足(mǎnzú)不同分析工作的需要。共二十四頁

為了克服以上不足制造了性能更好的分光光度計(jì)，分光光度計(jì)將分析區(qū)域擴(kuò)展到紅外和紫外波段。這樣許多用普通比色法無法進(jìn)行分析的無色物質(zhì)，只要在紅外或紫外區(qū)域內(nèi)有適當(dāng)?shù)奈辗?，便可以用相?yīng)的分光光度計(jì)加以測(cè)定。從而大大擴(kuò)展了物質(zhì)的測(cè)定范圍(fànwéi)，尤其是在有機(jī)化合物檢測(cè)方面的應(yīng)用。分光光度計(jì)分吸收光譜儀和發(fā)射光譜儀兩類。發(fā)射光譜儀主要有光柵光譜儀、熒光分光光度計(jì)和火焰光度計(jì)。可見及紫外分光光度計(jì)、紅外分光光度計(jì)等為吸收光譜儀。共二十四頁

根據(jù)物質(zhì)具有吸收、發(fā)射或散射光譜譜系的特征，來測(cè)定其性質(zhì)、結(jié)構(gòu)或含量的一類分析技術(shù)稱為光譜分析技術(shù)。光譜分析技術(shù)包括吸收光譜分析、發(fā)射光譜分析和散射光譜分析三大類。它具有靈敏、快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，是一種(yīzhǒnɡ)最常用的生化分析技術(shù)。

常用的有：可見(kějiàn)及紫外分光光度法、紅外分光光度法、熒光法，原子吸收光譜法、火焰光度法及比濁法等。二、光譜分析技術(shù)共二十四頁第一節(jié)光譜分析(ɡuānɡpǔfēnxī)的基本原理一、光的基本(jīběn)性質(zhì)

光是一種電磁波，是能的一種表現(xiàn)形式，是一種以巨大速度通過空間傳播的光量子流，在不同的介質(zhì)可發(fā)生反射、折射、衍射、色散和偏振等現(xiàn)象。

光是電，電是光，光電可相互轉(zhuǎn)換。共二十四頁

光具有波動(dòng)性，以波動(dòng)的形式進(jìn)行傳播，并可用波長(bōcháng)、頻率、傳播速度等參數(shù)來描述。兩個(gè)波峰之間的距離為波長（

），單位時(shí)間內(nèi)通過某一點(diǎn)波的數(shù)目為頻率（

）,c為光速。波長與頻率之間的關(guān)系是：

不同波長的光具有不同的能量，光的能量與光的波長成反比，波長越長（頻率(pínlǜ)越低），能量越??；波長越短（頻率(pínlǜ)越高），則能量越大。紫外光的波長小于可見光和紅外光的波長，因此，紫外光的能量大于可見光和紅外光的能量。共二十四頁二、光譜(guāngpǔ)

光譜是復(fù)合光（白光）經(jīng)色散后的單色光按一定順序排成一幅光的色譜(sèpǔ)。光譜又可分為發(fā)射光譜、吸收光譜和散射光譜。

1.發(fā)射光譜

發(fā)光體通過三棱鏡或光柵色散后得到的光譜，為發(fā)射光譜，不同的發(fā)光體（光源）有其獨(dú)特的發(fā)射光譜。

共二十四頁2.吸收光譜

物質(zhì)的原子或分子對(duì)光選擇性地吸收而得到的光譜，為吸收光譜。（1）對(duì)固體物質(zhì)來說，當(dāng)復(fù)合光照射到物質(zhì)上，物質(zhì)對(duì)于不同波長的光吸收、透過、反射、折射的程度(chéngdù)不同而使物質(zhì)呈現(xiàn)不同的顏色。對(duì)各種波長的光完全吸收則呈現(xiàn)黑色；完全反射則呈現(xiàn)白色；吸收程度差不多則呈現(xiàn)灰色。如果某固體物質(zhì)只吸收了部分波長的光，這種物質(zhì)則呈現(xiàn)出反射光的顏色。

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（2）對(duì)溶液來說，溶液呈現(xiàn)不同(bùtónɡ)的顏色，是由于溶液中的分子或離子選擇性地吸收某種波長的光所引起的。如果各種光透過程度相同，這種溶液是無色透明的。若只讓一部分波長的光透過，其它波長的光被吸收，這溶液則呈現(xiàn)出透過光的顏色，是它吸收光的互補(bǔ)顏色。

共二十四頁表1-1列了物質(zhì)顏色與吸收光顏色之間的關(guān)系(guānxì)。將表中相對(duì)應(yīng)的光按一定的比例混合，可以成為白光，因此，這兩種光稱為互補(bǔ)色光。共二十四頁表1-1物質(zhì)的顏色和吸收(xīshōu)光顏色的關(guān)系

物質(zhì)(wùzhì)的顏色吸收光顏色波長（nm）黃、綠紫400~450黃藍(lán)450~480橙青、藍(lán)480~490紅青490~500紫、紅綠500~560紫黃、綠560~580藍(lán)黃580~600青、藍(lán)橙600~650青紅650~750共二十四頁第二節(jié)吸收光譜(xīshōuɡuānɡpǔ)分析法一、吸收光譜(xīshōuɡuānɡpǔ)分析法的基本定律

朗伯-比爾（Lambert-Beer）定律是討論吸收光能與溶液濃度和液層厚度之間關(guān)系的基本定律，它是分光分析的理論基礎(chǔ)。朗伯-比爾定律適用于可見光、紫外光、紅外光和均勻非散射的液體。共二十四頁透光度：透過光強(qiáng)度（I）與入射光強(qiáng)度（I0）之比用T表示：

T=I/I0

T×100稱為百分透光度（T%）。吸光度：透光度的負(fù)對(duì)數(shù)用A表示A=-LgT=LgI0/I

A=kbc

式中k為吸光系數(shù)（常數(shù)），c為濃度(nóngdù)，b為液層厚度，該式是分光分析的定量公式。I0I共二十四頁二、偏離(piānlí)朗伯-比爾定律的因素

被測(cè)物質(zhì)(wùzhì)的濃度與吸光度成正比，以兩者關(guān)系作圖得到一條通過原點(diǎn)的直線。但在實(shí)際測(cè)定中，往往有偏離定律的現(xiàn)象。導(dǎo)致偏離定律的主要原因有光學(xué)和化學(xué)兩方面的因素。共二十四頁1、光學(xué)因素

朗伯-比爾定律成立的重要前提是單色光，但在實(shí)際測(cè)定中使用的入射光并不是100%純的單色光，會(huì)有其它波長的光混雜入，不純的單色光是引起(yǐnqǐ)偏離的主要因素。

比色分析要注意校準(zhǔn)(jiàozhǔn)波長，特別是在氣候變化時(shí)。共二十四頁2、化學(xué)因素

被測(cè)物的濃度、pH、溶劑和溫度等均可影響比色分析的線性，被測(cè)物的離解、締合或形成新的物質(zhì)等原因也可導(dǎo)致溶液各組分間比例發(fā)生變化，若各組分的吸光系數(shù)差別較大，則吸光度與濃度間的關(guān)系也會(huì)偏離直線。在應(yīng)用(yìngyòng)朗伯-比爾定律的實(shí)際工作中，溶液應(yīng)該是一個(gè)均勻體系，否則吸光度與溶液的濃度不成直線關(guān)系。各份待測(cè)溶液顏色的深淺要相近。共二十四頁3、透光度與吸光度轉(zhuǎn)換的誤差

為了減少誤差，掌握好儀器的透光度或吸光度的讀數(shù)范圍至關(guān)重要，因而透光度與吸光度的準(zhǔn)確度是衡量(héngliáng)儀器精度的指標(biāo)之一。三、吸收光譜(xīshōuɡuānɡpǔ)分析的特點(diǎn)1、可見光分光分析特點(diǎn)：

（1）靈敏度高

最低的檢測(cè)濃度可達(dá)10-7g/ml，通常物質(zhì)濃度在10-5~10-2mol/L范圍內(nèi)較為合適。（2）操作簡(jiǎn)便、快速、應(yīng)用廣泛、重服性好。（3）可見光的比色池以光學(xué)玻璃作入射和出射光學(xué)面。共二十四頁2、紫外分光分析(fēnxī)特點(diǎn)：

紫外分光分析法除具備靈敏度高、操作簡(jiǎn)便及應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)外，更重要的是無需顯色(xiǎnsè)，無論是有色或無色溶液，只要在紫外光區(qū)有特異性吸收峰即可進(jìn)行定性或定量分析，故不破壞標(biāo)本。

紫外分光分析法的比色池要求用不吸收紫外線的石英玻璃作入射和出射的光學(xué)面。

紫外分光分析法除可采用標(biāo)準(zhǔn)品比較檢測(cè)外，還可采用被測(cè)物質(zhì)的克分子吸光系數(shù)計(jì)算其含量，而無需標(biāo)準(zhǔn)管。共二十四頁四、可見(kějiàn)紫外分光分析儀（一）儀器的主要(zhǔyào)部件

1、光源:白熾燈、氫弧燈或氘燈(360~1000nm

)(150~400nm)2、單色器:濾光片、三梭鏡、光柵

3、吸收池:比色杯（玻璃杯或石英杯）4、檢測(cè)器:硒光電池、光電管、光電倍增管5、指示器:檢流計(jì)、微安表、數(shù)字顯示器6、其它：共二十四頁1.數(shù)字顯示器2.吸光度調(diào)零旋鈕3.選擇開關(guān)4.吸光度調(diào)斜率電位器5.組成量度旋鈕6.光源(guāngyuán)室7.電源開關(guān)8.波長手輪9.波長刻度窗10.試樣拉手架11.100%T旋鈕12.0%T旋鈕13.靈敏度調(diào)節(jié)旋鈕14.干燥器共二十四頁（二）分光分析(fēnxī)定量方法1、標(biāo)準(zhǔn)曲線法:2、直接(zhíjiē)對(duì)比測(cè)定法:C

樣

=A樣A標(biāo)XC標(biāo)3、吸光系數(shù):A=abC4、摩爾吸光系數(shù):A=

C共二十四頁吸光度(guāngdù)標(biāo)準(zhǔn)(biāozhǔn)品濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線共二十四