光學(xué)分析法與元素分析法

第三章光學(xué)分析法

1光分析方法的分類classificationofelectrochemicalanalysis光分析法原子吸收法紅外法原子發(fā)射法核磁法熒光法紫外可見(jiàn)法分子光譜原子光譜2紫外-可見(jiàn)分光光度分析(UltravioletandVisibleSpectrophotometry,UV-Vis)

紫外-可見(jiàn)吸收光譜原理吸收光譜的測(cè)量-----Lambert-Beer定律紫外-可見(jiàn)光度計(jì)儀器組成分析條件選擇不同類型分光光度法的應(yīng)用

3UV-Vis方法是分子光譜方法，它利用分子對(duì)外來(lái)輻射的選擇性吸收特性。

UV-Vis涉及分子外層電子的能級(jí)躍遷；光譜區(qū)在160~780nm.

UV-Vis主要用于分子的定量分析，但紫外光譜(UV)為四大波譜之一，是鑒定許多化合物，尤其是有機(jī)化合物的重要定性工具之一。4紫外-可見(jiàn)吸收光譜原理一、分子吸收光譜的形成過(guò)程：運(yùn)動(dòng)的分子外層電子--------吸收外來(lái)輻射------產(chǎn)生電子能級(jí)躍遷-----分子吸收譜。5有機(jī)分子能級(jí)躍遷1.可能的躍遷類型有機(jī)分子包括:成鍵軌道、；反鍵軌道*、*非鍵軌道n

分子吸收光譜躍遷類型6各軌道能級(jí)高低順序：n**（分子軌道理論計(jì)算結(jié)果）；可能的躍遷類型：-*；-*；-*；n-*；-*；n-*72.能級(jí)組成：除了電子能級(jí)外，分子吸收能量將伴隨著分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，即同時(shí)將發(fā)生振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷！據(jù)量子力學(xué)理論，分子的振-轉(zhuǎn)躍遷也是量子化的或者說(shuō)將產(chǎn)生非連續(xù)譜。因此，分子的能量變化E為各種形式能量變化的總和：其中Ee最大：1-20eV;Ev次之：0.05-1eV;Er最?。?.05eV可見(jiàn)，電子能級(jí)間隔比振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)間隔大1~2個(gè)數(shù)量級(jí)，在發(fā)生電子能級(jí)躍遷時(shí)，伴有振-轉(zhuǎn)能級(jí)的躍遷，形成所謂的帶狀光譜。8

不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同或者說(shuō)其分子能級(jí)的能量(各種能級(jí)能量總和)或能量間隔各異，因此不同物質(zhì)將選擇性地吸收不同波長(zhǎng)或能量的外來(lái)輻射，這是UV-Vis定性分析的基礎(chǔ)。

定性分析具體做法是讓不同波長(zhǎng)的光通過(guò)待測(cè)物，經(jīng)待測(cè)物吸收后，測(cè)量其對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A為縱坐標(biāo)，輻射波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)作圖，得到該物質(zhì)的吸收光譜或吸收曲線，據(jù)吸收曲線的特性(峰強(qiáng)度、位置及數(shù)目等)研究分子結(jié)構(gòu)。9-胡羅卜素咖啡因阿斯匹林丙酮幾種有機(jī)化合物的分子吸收光譜圖。10吸收光譜的測(cè)量-----Lambert-Beer定律當(dāng)入射光波長(zhǎng)一定時(shí)，待測(cè)溶液的吸光度A與其濃度和液層厚度成正比，即k為比例系數(shù)，與溶液性質(zhì)、溫度和入射波長(zhǎng)有關(guān)。

當(dāng)濃度以g/L表示時(shí)，稱k為吸光系數(shù)，以a表示，即

當(dāng)濃度以mol/L表示時(shí)，稱k為摩爾吸光系數(shù)，以表示，即比a更常用。越大，表示方法的靈敏度越高。與波長(zhǎng)有關(guān)，因此，常以表示。11紫外-可見(jiàn)光度計(jì)儀器組成

一、基本組成generalprocess二、分光光度計(jì)的類型typesofspectrometer

12儀器紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)13一、基本組成

generalprocess光源單色器樣品室檢測(cè)器顯示1.光源

在整個(gè)紫外光區(qū)或可見(jiàn)光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長(zhǎng)的使用壽命。

可見(jiàn)光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長(zhǎng)范圍在320～2500nm。紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185～400nm的連續(xù)光譜。14

2.單色器

將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出任一波長(zhǎng)單色光的光學(xué)系統(tǒng)。①入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器；②準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵；

④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；⑤出射狹縫。153.樣品室

樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見(jiàn)區(qū)一般用玻璃池。4.檢測(cè)器利用光電效應(yīng)將透過(guò)吸收池的光信號(hào)變成可測(cè)的電信號(hào)，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。5.結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)檢流計(jì)、數(shù)字顯示、微機(jī)進(jìn)行儀器自動(dòng)控制和結(jié)果處理16二、分光光度計(jì)的類型

typesofspectrometer

1.單光束

簡(jiǎn)單，價(jià)廉，適于在給定波長(zhǎng)處測(cè)量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測(cè)器具有很高的穩(wěn)定性。2.雙光束

自動(dòng)記錄，快速全波段掃描。可消除光源不穩(wěn)定、檢測(cè)器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價(jià)格較高。173.雙波長(zhǎng)

將不同波長(zhǎng)的兩束單色光(λ1、λ2)快速交替通過(guò)同一吸收池而后到達(dá)檢測(cè)器。產(chǎn)生交流信號(hào)。無(wú)需參比池。△=1～2nm。兩波長(zhǎng)同時(shí)掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。18光路圖19分析條件選擇

一、儀器測(cè)量條件由于光源不穩(wěn)定性、讀數(shù)不準(zhǔn)等帶來(lái)的誤差。當(dāng)分析高濃度的樣品時(shí)，誤差更大。當(dāng)A=0.434時(shí)，吸光度讀數(shù)誤差最小！通常可通過(guò)調(diào)節(jié)溶液濃度或改變光程b來(lái)控制A的讀數(shù)在0.15~1.00范圍內(nèi)。20二、反應(yīng)條件選擇顯色劑的選擇原則：使配合物吸收系數(shù)最大、選擇性好、組成恒定、配合物穩(wěn)定、顯色劑吸收波長(zhǎng)與配合物吸收波長(zhǎng)相差大等。2.顯色劑用量：配位數(shù)與顯色劑用量有關(guān)；在形成逐級(jí)配合物，其用量更要嚴(yán)格控制。3.溶液酸度：配位數(shù)和水解等與pH有關(guān)。4.顯色時(shí)間、溫度、放置時(shí)間等。21三、參比液選擇

當(dāng)強(qiáng)度為I0的入射光束(Incidentbeam)通過(guò)裝有均勻待測(cè)物的介質(zhì)時(shí)，該光束將被部分吸收，未被吸收的光將透過(guò)(Emergent)待測(cè)物溶液以及通過(guò)散射(Scattering)、反射(Reflection),包括在液面和容器表面的反射)而損失，這種損失有時(shí)可達(dá)10%，那么，I0=Ie+Is+Ir因此，在樣品測(cè)量時(shí)必須同時(shí)采用參比池和參比溶液扣除這些影響！22參比液種類1.溶劑參比：試樣組成簡(jiǎn)單、共存組份少（基體干擾少）、顯色劑不吸收時(shí)，直接采用溶劑（多為蒸餾水）為參比；2.試劑參比：當(dāng)顯色劑或其它試劑在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收時(shí)，采用試劑作參比（不加待測(cè)物）；3.試樣參比：如試樣基體在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收，但不與顯色劑反應(yīng)時(shí)，可以試樣作參比（不能加顯色劑）。23應(yīng)用領(lǐng)域：

涉及化學(xué)化工、醫(yī)療衛(wèi)生、冶金地質(zhì)、食品飲料、農(nóng)業(yè)化肥、畜牧水產(chǎn)、機(jī)械制造、計(jì)量科學(xué)、環(huán)保、制藥、生物、材料、石油等領(lǐng)域中的科研、教學(xué)、生產(chǎn)中的質(zhì)量控制、原材料和產(chǎn)品檢驗(yàn)等各個(gè)方面，進(jìn)行定性分析、定量測(cè)定、純度檢查、結(jié)構(gòu)分析、絡(luò)合物組成及穩(wěn)定常數(shù)測(cè)定、動(dòng)力學(xué)研究等等。

目前，紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)已成為全世界歷史最悠久、使用最多、覆蓋面最廣的常規(guī)分析儀器。24測(cè)定范圍：

幾乎所有的無(wú)機(jī)元素和在紫外及可見(jiàn)光區(qū)有特征吸收的有機(jī)物或有機(jī)化合物都能用紫外/可見(jiàn)分光光度法進(jìn)行測(cè)定。25具體應(yīng)用一、定性分析二、純度檢查三、定量分析四、固體樣品的分析26一、定性分析

1、利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定性

在相同條件下，用光譜掃描法測(cè)定未知物的吸收光譜，與所推斷化合物的標(biāo)準(zhǔn)物的吸收光譜進(jìn)行比較，如果兩吸收光譜的形狀和吸收峰的數(shù)目、位置、拐點(diǎn)等完全一致，就可初步判定未知物與標(biāo)準(zhǔn)物是同一種物質(zhì)。但要注意，物質(zhì)不同但光譜相似的特殊情況。

2、用波長(zhǎng)位置判斷有機(jī)化合物的生色基團(tuán)

例如，若發(fā)現(xiàn)在210-250nm有強(qiáng)吸收峰，則可能有雙鍵并處在共扼狀態(tài)。在260nm、300nm、330nm有高強(qiáng)度的吸收帶，表示有3-5個(gè)共扼單位，如在270-300nm之間有弱吸收(e=10-100)，表示有羥基的存在；在250-300nm之間有中強(qiáng)度吸收(e=1000-10000)，表示有苯環(huán)存在等。27二、純度檢查

主要用于檢查對(duì)光沒(méi)有特征吸收的化合物中的具有特征吸收的雜質(zhì)。

如檢查乙醇中醛的量，可用蒸餾水作參比，在270-290nm處測(cè)量吸光度，如在280nm處有吸收，表示有醛。

雙波長(zhǎng)或三波長(zhǎng)核酸（DNA、RNA）的測(cè)定時(shí)，根據(jù)A260/A280的比值可確定DNA或RNA的純度。對(duì)于DNA，比值為1.6-1.8之間,RNA比值為1.8-2.0之間,認(rèn)為純度較高。

又如四氯化碳中，最主要的雜質(zhì)是二硫化碳（CS2）。二硫化碳雜質(zhì)的多少，衡量產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。二硫化碳在紫外區(qū)的318nm處有一個(gè)很強(qiáng)的吸收峰。因此，只要檢查318nm處二硫化碳吸收峰的大小，就可知道四氯化碳產(chǎn)品是否合格。28三.定量分析

依據(jù)：朗伯-比耳定律

吸光度：A=bc當(dāng)入射光波長(zhǎng)一定時(shí)，待測(cè)溶液的吸光度A與其濃度和液層厚度成正比。

29定量分析方法

1、絕對(duì)法

基于朗伯-比爾定律A=ebC

，當(dāng)某一物質(zhì)在一定波長(zhǎng)下e為一常數(shù)，比色皿的光程也是已知，也是一個(gè)常數(shù)，只要在吸收系數(shù)指定的波長(zhǎng)處測(cè)定樣品溶液的吸光度值(A值)，然后由下式求得該樣品溶液的濃度或含量：

C

=A/

e

b

2、標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法

在同樣條件下，在選定的波長(zhǎng)處，分別測(cè)定已知濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度值A(chǔ)標(biāo)和樣品溶液的吸光度值A(chǔ)樣，然后由下式求得樣品溶液的濃度或含量：

C樣

=A樣A標(biāo)

C標(biāo)303、標(biāo)準(zhǔn)曲線法（最常用的定量分析方法）所配置的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的吸光度應(yīng)在0.11.5Abs范圍內(nèi)，吸收測(cè)定的精密度可達(dá)0.5%。314.多組分定量方法由于吸光度具有加合性，因此可以在同一試樣中測(cè)定多個(gè)組份。設(shè)試樣中有兩組份X和Y，將其顯色后，分別繪制吸收曲線，會(huì)出現(xiàn)如圖所示的三種情況：

圖a)：X,Y組份最大吸收波長(zhǎng)不重迭，相互不干擾，可以按兩個(gè)單一組份處理。圖b)和c)：X,Y相互干擾，此時(shí)可通過(guò)解聯(lián)立方程組求得X和Y的濃度：其中，X,Y組份在波長(zhǎng)1和2處的摩爾吸光系數(shù)可由已知濃度的X,Y純?nèi)芤簻y(cè)得。解上述方程組可求得cx及cy。32四、固體樣品的分析

固體樣品分析的配件主要有：積分球、鏡面反射裝置、固體樣品支架、凝膠掃描裝置及凝膠薄膜支架等。

積分球是利用固體樣品的正反射（入射光按以法線為中心的對(duì)稱角度反射，稱鏡面反射）或漫反射（入射光向各方向反射）的特性進(jìn)行分析的裝置。

鏡面反射裝置主要用于半導(dǎo)體、光學(xué)材料的反射率測(cè)試。

固體樣品支架、凝膠掃描裝置及凝膠薄膜支架用于光學(xué)玻璃、電泳膠條等的測(cè)定。

積分球、鏡面反射裝置是利用光的反射原理進(jìn)行定性、定量測(cè)定。如配備有透射樣品池架，也可進(jìn)行樣品溶液的透射測(cè)定。如配備大內(nèi)徑積分球（Φ150mm）可測(cè)定粉狀、紙、布料及溶液等樣品的反射透射光譜，同時(shí)最適合于色彩分析。

33迷彩服基片基準(zhǔn)片（BaSO4）、基底粉體樣品粉體槽漫反射：可測(cè)定粉狀、紙、布料及溶液等樣品的反射透射光譜（還可進(jìn)行面料的防紫外性能測(cè)定）34鏡面反射裝置主要用于半導(dǎo)體、光學(xué)材料的反射率測(cè)試。還可以利用光的干涉原理測(cè)定膜的厚度。5度角鏡面反射裝置薄膜支架35化學(xué)發(fā)光分析法

化學(xué)反應(yīng)中，產(chǎn)物分子吸收了反應(yīng)過(guò)程中釋放的化學(xué)能而被激發(fā)，在返回基態(tài)時(shí)發(fā)出光輻射稱為化學(xué)發(fā)光，根據(jù)化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度或化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的總發(fā)光強(qiáng)度來(lái)確定物質(zhì)含量的方法稱為化學(xué)發(fā)光分析法。(chemiluminescenceanalysis)361.分子熒光分析的理論基礎(chǔ)

分子熒光也稱紫外-可見(jiàn)光熒光，即利用某些物質(zhì)受到紫外-可見(jiàn)光照射后，發(fā)射出比吸收的紫外-可見(jiàn)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)或相等的紫外-可見(jiàn)熒光。通過(guò)測(cè)定物質(zhì)分子產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度進(jìn)行分析的方法稱為分子熒光分析。

372.熒光分析可用于物質(zhì)的定性或定量分析。定性分析：依據(jù)不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)所發(fā)射的熒光波長(zhǎng)不同；定量分析：同種物質(zhì)的稀溶液，其產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度與濃度呈線性關(guān)系。383.特點(diǎn)(4)應(yīng)用不夠廣泛。(3)取樣量少，操作簡(jiǎn)單；(2)選擇性強(qiáng)；(1)靈敏度高；394.應(yīng)用熒光分析方法在有機(jī)化合物及其它領(lǐng)域中的應(yīng)用也很廣泛。在一般的有機(jī)物和生物化學(xué)物質(zhì)方面包括100多類物質(zhì)分析，例如，腺嘌呤、氨茴酸、芳香多環(huán)碳?xì)浠衔?、半光氨酸、胍、吲哚、萘酚、蛋白質(zhì)、水楊酸及尿酸等；在醫(yī)藥試劑分析方面，有50多類可用熒光方法進(jìn)行分析，例如，腎上腺素、烷基嗎啡、氯奎、青霉素、普魯卡因、利血平及本巴比妥等；還包括甾類化合物和酶、輔酶等；在植物制品方面包括葉綠素、蘿芙藤螺旋生物堿、黃烷酮類及魚藤酮類等；還包括維他命及維他命制品等，以及食品和天然產(chǎn)品的分析。熒光分析方法較高的靈敏度和選擇性使得它在這些領(lǐng)域成為一種特別有用的分析工具。40一、維生素A的測(cè)定

維生素A存在于動(dòng)物性脂肪中，主要來(lái)源于肝臟、魚肝油、蛋類、乳類等動(dòng)物性食品中。植物性食品中不含VA，但在深色果蔬中含有胡蘿卜素，它在人體內(nèi)可轉(zhuǎn)變?yōu)閂A，故稱為VA原。

4142

維生素A的測(cè)定常用的方法有三氯化銻比色法、紫外分光光度法、熒光分析法、液相色譜法。43

二、比色法測(cè)定VA的含量（GB/T5009.82—2003中第二法）

（一）原理在氯仿溶液中，VA與三氯化銻可生成藍(lán)色可溶性絡(luò)合物，在620nm波長(zhǎng)處有最大吸收峰，其吸光度與VA的含量在一定的范圍內(nèi)成正比，故可比色測(cè)定。44三氯化銻比色法適用于樣品中含VA高的樣品，方法簡(jiǎn)便、快速、結(jié)果準(zhǔn)確，但是對(duì)維生素A含量低的樣品，如每克樣品中含5～10μg維生素A時(shí)，這時(shí)樣品由于受其脂溶性物質(zhì)的干擾，不應(yīng)用比色法測(cè)定。

45

元素分析法元素分析法-----元素分析與相對(duì)分子質(zhì)量的確定46現(xiàn)在,人們常借助____________來(lái)確定有機(jī)物的組成元素分析儀元素分析儀47德國(guó)元素VarioEL48儀器功能及特點(diǎn)：元素分析儀是一種快速、精確、用途廣泛的檢測(cè)C、H、N、S、O的全自動(dòng)儀器。普遍用于分析一些燃燒性可控制、非劇烈性化學(xué)物質(zhì)（固體或液體