《光譜分析法劉蕓》PPT課件.ppt

1、儀器分析方法分類：2。電化學(xué)分析方法：基于物質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)和變化；4.質(zhì)譜、熱分析、放射化學(xué)方法等。1.光學(xué)分析方法：基于電磁輻射和物質(zhì)之間的相互作用；3.色譜：氣相色譜，液相色譜，1。第3、2章中的光譜分析。本章摘要，第一節(jié)光譜分析導(dǎo)論，第二節(jié)紫外/可見吸收光譜法，光譜分析及其特點(diǎn)光譜分析電磁輻射的基本性質(zhì)光譜分析分子光譜法的分類，紫外/可見分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)紫外/可見分光光度計(jì)類型的基本原理，第三節(jié)分子發(fā)光光譜法，光致發(fā)光分子熒光的基本原理和磷光光譜法影響熒光強(qiáng)度的因素分子熒光光譜儀在磷光光譜法中的應(yīng)用化學(xué)發(fā)光法，4，本章小結(jié)，光譜分析導(dǎo)論第1、5節(jié)，是電磁輻射按波長的有序排列。光譜：第1節(jié)光

2、譜分析導(dǎo)論，6，1，光譜分析及其特性，光譜分析：分析物質(zhì)發(fā)出的輻射能的能譜或輻射能與物質(zhì)相互作用引起的能譜變化。電磁輻射范圍：所有射線范圍(10-10米)和無線電波范圍(103米)；相互作用模式：發(fā)射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。應(yīng)用：光譜分析在研究材料成分、結(jié)構(gòu)表征和表面分析中具有不可替代的地位。(1)能量提供能量；(2)能量和被測物體之間的相互作用；(3)產(chǎn)生信號(hào)?；咎卣鳎?1)所有光分析方法包括三個(gè)基本過程；(2)選擇性測量，不涉及混合物分離(不同于色譜分析)；(3)涉及大量光學(xué)元件。有三個(gè)基本過程：1 .光譜分析及其特點(diǎn)；8.2.電磁輻射的基本特性。電磁輻射(電磁波):以接

3、近光速(真空中的光速)的速度傳播的能量；C=/E=h=h c/c:光速；波長；頻率；波數(shù)；e:能源；普朗克常數(shù)電磁輻射具有揮發(fā)性和粒子特性(波粒二象性)；輻射能的特性：(1)吸收材料有選擇地吸收特定頻率的輻射能，并從低能級(jí)過渡到高能級(jí)；(2)發(fā)射以光的形式釋放吸收的能量；(3)散射由傳播介質(zhì)的不均勻性引起的光并將其射向周圍；(4)折射是指光在兩種介質(zhì)中傳播速度的差異；(5)當(dāng)反射光撞擊不同的介質(zhì)界面時(shí)，部分光從界面發(fā)射回原始介質(zhì)；(6)干擾現(xiàn)象；(7)衍射光繞物體以彎曲方式在他身后傳播的現(xiàn)象；(8)偏振只在一個(gè)固定方向振動(dòng)的光。10，三種常用光學(xué)分析方法的測量過程示意圖，11，光譜分析分類，光

4、譜分析，質(zhì)子吸收，紫外可見，紅外可見，核磁共振，紫外可見，紅外可見，分子熒光，分子磷，核磁共振，化學(xué)發(fā)光，質(zhì)子發(fā)射，質(zhì)子熒光，分子熒光，x光熒光，化學(xué)發(fā)光，12，5，分子光譜學(xué)，物質(zhì)分子的內(nèi)部運(yùn)動(dòng)形式及其相應(yīng)的能級(jí)1。電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)電子能級(jí)：單重態(tài)：激發(fā)態(tài)和基態(tài)的電子自旋方向相反。三重態(tài)：激發(fā)態(tài)和基態(tài)的電子自旋方向相同。2.原子核在其平衡位置附近的相對(duì)振動(dòng)振動(dòng)能級(jí)；3.分子自身圍繞其重心的旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)能級(jí)。13，分子的能級(jí)圖和躍遷，Sn:電子能級(jí)，Vn:振動(dòng)能級(jí)，Jn:旋轉(zhuǎn)能級(jí)，分子的總能量=E電子E振動(dòng)E旋轉(zhuǎn)，14，分子光譜分析分類，分子光譜，分子吸收，分子發(fā)光，光致發(fā)光等。紫外-可見

5、，紅外，如熒光和磷光，如化學(xué)發(fā)光等。15，Sectio屬于分子吸收光譜法，分析波長范圍一般為200800納米。歷史悠久，廣泛應(yīng)用于：分析化學(xué)、藥物分析、臨床檢驗(yàn)等。第二節(jié)紫外/可見光吸收光譜法，17，這是光吸收的基本定律，蘭伯特定律3360 (1760) A=LG (I0/IT)=K1B當(dāng)入射光和光吸收物質(zhì)的C不變時(shí)，溶液的吸光度A與液體層的厚度B成正比。比爾定律(1852) A=lg(I0/It)=k2c當(dāng)入射光和液體層厚度B恒定時(shí)，溶液的吸光度A與吸光物質(zhì)的C成正比。1.基本原則，18。蘭伯特-比爾定律，意為：當(dāng)平行單色光通過均勻透明的吸收介質(zhì)時(shí)，其吸收率與吸收顆粒濃度和吸收層厚度的乘積成

6、正比。A=lg(I0/It)=kbc，1?；驹瓌t，19。透射比，A=LG(i0/it)=LG(1/t)=LGT=KBC，吸光度，1吸收率k，(3)當(dāng)c的單位用g100mL-1表示時(shí)，它用A bc表示，這稱為比吸收系數(shù)。1.基本原則，22。吸光度和光程之間的關(guān)系；1.基本原則，23。吸光度和濃度之間的關(guān)系；1.基本原則，24。吸光度和波長之間的關(guān)系；1.基本原則，25。溶液濃度的測定，工作曲線法(校準(zhǔn)曲線)，蘭伯特3。隨著稀溶液濃度的增加，分子間的相互作用增強(qiáng)。2.具有相同形式的吸光顆粒的離解、絡(luò)合和結(jié)合將破壞線性關(guān)系，因此條件(酸度、濃度、介質(zhì)等。)應(yīng)該得到控制。1。基本原則，27。吸光度的

7、加和性和吸光度的測量，A=A1 A2 An，用參比溶液調(diào)節(jié)T=100%(A=0)，然后測量樣品溶液的吸光度，消除了吸收池對(duì)光的吸收和反射，以及溶劑和試劑對(duì)光的吸收。1?；驹瓌t，28。2.紫外/可見分光光度計(jì)的基本部件、光源、單色儀、吸收池、檢測系統(tǒng)和分光光度計(jì)。通常將工作波段在200納米和800納米的分光光度計(jì)稱為紫外-可見分光光度計(jì)。優(yōu)點(diǎn)：通過色散元件(棱鏡或光柵)獲得近似單色光的光束。波長可調(diào)，因此具有良好的選擇性和高精度。29、光源(在所需波長范圍內(nèi)發(fā)射連續(xù)光譜)、可見光區(qū)：鎢燈、鹵鎢燈(3202500nm)、紫外區(qū)：氫燈(180375nm)、氙燈和汞燈：紫外和可見光區(qū)均可用作光源，要

8、求足夠的光強(qiáng)和穩(wěn)定性。2.紫外/可見分光光度計(jì)的主要部件，30，31，單色儀(將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解成單色光的裝置)，2。紫外/可見分光光度計(jì)的主要部件，32，光柵(光通過光柵時(shí)通過衍射和干涉分光的裝置)，大量等寬等間距的條紋刻在鍍鋁玻璃表面(600，100)優(yōu)點(diǎn)：波長范圍寬，色散均勻，分辨率好，使用方便。二。紫外/可見分光光度計(jì)的主要部件，33。檢流計(jì)(指示器):低級(jí)儀器：刻度顯示，中級(jí)儀器：數(shù)字顯示，自動(dòng)掃描記錄，探測器：利用光電效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。如：光電池、光電池、光電倍增管和吸收池(比色杯):用于盛放待測溶液和參比液。2。紫外/可見分光光度計(jì)的主要部件，34，1?？勺儾ㄩL單光

9、束分光光度計(jì)示意圖，3。紫外/可見分光光度計(jì)的基本類型，35，2。雙光束分光光度計(jì)、參比池、檢測器、濾光器或單色儀、放大器、樣品池、變波長雙光束紫外-可見分光光度計(jì)示意圖，36，第3節(jié)分子發(fā)光光譜，37，分子發(fā)光，光致發(fā)光，化學(xué)發(fā)光，生物發(fā)光，當(dāng)一種物質(zhì)在光的照射下吸收一定波長的光時(shí)，它會(huì)發(fā)出與吸收波長相同或比吸收波長長的光，稱為光致發(fā)光。光致發(fā)光，分子發(fā)光，化學(xué)發(fā)光，生物發(fā)光，38，1575年被西班牙醫(yī)生發(fā)現(xiàn)。1852年，喬治斯托克斯解釋了熒光的機(jī)理，提出了“熒光”。1867年，分子熒光首次用于分析和測定。1928年，杰特和韋斯特提出了第一臺(tái)光電熒光計(jì)。1952年，商用熒光分光光度計(jì)問世。分

10、子熒光技術(shù)的發(fā)展，39，綠色熒光蛋白的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，(GFP)綠色熒光蛋白，2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，下村修木，20世紀(jì)60年代馬丁查爾菲，90年代錢學(xué)森，今天，40，1。分子熒光(磷光)原理，41，。在激發(fā)光源的照射下，物質(zhì)的基態(tài)分子被激發(fā)到激發(fā)態(tài)后，電子從第一激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)返回到基態(tài)的每個(gè)振動(dòng)能級(jí)，最終狀態(tài)下兩個(gè)能級(jí)之間的能量差稱為光形式的熒光?；诨衔餆晒鉁y量的分析方法稱為分子熒光光譜法。分子的多種狀態(tài)：單重態(tài)、激發(fā)態(tài)單重態(tài)、激發(fā)態(tài)三重態(tài)單重態(tài)(S0)分子的一種電子狀態(tài)，其中所有電子自旋都成對(duì)。大多數(shù)有機(jī)分子的基態(tài)是單線態(tài)。當(dāng)處于基態(tài)的一對(duì)電子中的一個(gè)被激發(fā)到更高的能級(jí)時(shí)，被激發(fā)的單

11、重態(tài)的自旋方向不變，分子仍處于單重態(tài)。激發(fā)的三重態(tài)(t)具有兩個(gè)電子的自旋不是成對(duì)而是平行的狀態(tài)。分子激發(fā)和失活，43，分子多態(tài)，ET1 ES1 S0T:禁止躍遷，進(jìn)入幾率?。籑=2S 1，S:是電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和(0或1)；電子激發(fā)態(tài)的多重性，44，非輻射躍遷振動(dòng)弛豫：在相同的電子能級(jí)下，激發(fā)態(tài)分子從較高振動(dòng)能級(jí)變?yōu)檩^低振動(dòng)能級(jí)的過程，效率高。內(nèi)部轉(zhuǎn)變：一種分子內(nèi)過程，其中一個(gè)電子在同一多重態(tài)的兩個(gè)電子能級(jí)之間從高能級(jí)返回低能級(jí)。系統(tǒng)間交叉：具有相同電子能級(jí)的激發(fā)態(tài)分子的電子自旋反轉(zhuǎn)的過程，導(dǎo)致分子多重態(tài)的變化。外部轉(zhuǎn)化：由于激發(fā)態(tài)分子和溶劑或其他溶質(zhì)之間的相互作用和能量轉(zhuǎn)換，熒光(或磷

12、光)減弱甚至消失的過程。熒光強(qiáng)度的降低或消失稱為熒光猝滅。受激分子的失活，45，輻射躍遷熒光：受光激發(fā)的分子發(fā)出的輻射，從第一個(gè)受激單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)回到基態(tài)。因?yàn)槭峭欢酄顟B(tài)之間的轉(zhuǎn)換，所以概率高，速度快，速率常數(shù)kf為106109s-1。磷光：從第一個(gè)激發(fā)的三重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)發(fā)射回基態(tài)的輻射。隨著自旋多態(tài)的變化，輻射速度遠(yuǎn)低于熒光，壽命更長。激發(fā)態(tài)分子的失活、46、熒光和磷光的產(chǎn)生過程、47、熒光和磷光的產(chǎn)生圖、單線態(tài)的激發(fā)、三線態(tài)的激發(fā)、48、熒光、S1 S0躍遷波長概率大、速度大、壽命短、10-9 10 -7s、磷光、T1 S0躍遷波長概率長、但概率小熒光和磷光的比較，49、2。激

13、發(fā)光譜和熒光(磷光)光譜(吸收光譜和發(fā)射光譜)，50，1。熒光(磷光)激發(fā)光譜具有固定的測量波長(選擇最大熒光/發(fā)射波長)，以及化合物發(fā)射的熒光(或磷光)強(qiáng)度與照射波長之間的關(guān)系曲線。2.熒光光譜(或磷光光譜)3.室溫下乙醇溶液中菲的最大激發(fā)波長(ex)和最大熒光波長(em)，激發(fā)光譜和熒光(磷光)光譜，熒光(磷)光譜，52，激發(fā)光譜和發(fā)射光譜之間的關(guān)系，53，圖像規(guī)則的解釋，吸收光譜，熒光光譜，54，圖像規(guī)則的解釋影響熒光強(qiáng)度的因素，分子必須產(chǎn)生熒光的條件：熒光量子產(chǎn)率與激發(fā)態(tài)能量釋放的每個(gè)過程的速率常數(shù)有關(guān)，如kikf，不發(fā)生熒光發(fā)射；熒光產(chǎn)生與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，(1)具有合適的結(jié)構(gòu)；57，

14、一些化合物的熒光效率，58，化合物的結(jié)構(gòu)和熒光，具有共軛雙鍵系統(tǒng)的分子，59，(a)萘：熒光效率為0.29；熒光波長為310納米。蒽：熒光效率為0.46；熒光波長為400納米。多環(huán)芳烴是一種重要的環(huán)境污染物，可以用熒光法測定。Ex=386nm em=430nm，3，4-苯并芘是一種強(qiáng)致癌物質(zhì)！60，具有剛性不飽和平面結(jié)構(gòu)的分子，化合物的結(jié)構(gòu)和熒光，實(shí)施例61，反式：平面強(qiáng)熒光體，順式：非平面非熒光體，實(shí)施例1，2-二苯乙烯，62，金屬螯合物，鐠鉻BBR本身不發(fā)熒光，Al3鐠鉻BBR發(fā)出紅色熒光，所以，它沒有熒光。吸電子基團(tuán)減弱熒光：-COOH，-NO2，-SH，-X等。隨著取代基中鹵素原子系數(shù)的增加，鹵素取代基：使體系間躍遷增強(qiáng)，物質(zhì)的熒光減弱，磷光增強(qiáng)。64、溫度：溫度越高，熒光越低，環(huán)境對(duì)熒光的影響越大，溶劑：極性增加，熒光增加，熒光波長向紅色移動(dòng)，酸堿度：電離平衡的變化導(dǎo)致熒光強(qiáng)度的差異，淬滅劑：動(dòng)態(tài)淬滅、靜態(tài)淬滅和自淬滅，表面活性劑：保護(hù)被激發(fā)的單線態(tài)熒光分子，提高熒光效率。65，酸堿度對(duì)熒光強(qiáng)度的影響，共軛酸堿體具有不同的電子氛圍，這往往表現(xiàn)為兩個(gè)體具有不同的熒光性質(zhì)，每個(gè)體都有自己特殊的熒光效率和熒光波長。電離后，熒光消失，在pH11有熒光，在pH13無熒光。熒光測量儀主要由激發(fā)光