光譜分析基礎(chǔ)及紫外可見光分光光度計

光譜分析基礎(chǔ)及紫外可見光分光光度計第一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日主要內(nèi)容光譜基礎(chǔ)知識郎伯_比爾吸收定理紫外可見光分光光度計的原理和結(jié)構(gòu)紫外可見光分光光度計的性能評價第二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光譜(spectrum)第三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日各種顏色的波長范圍/nm顏色互補(bǔ)色400-450紫黃綠450-480藍(lán)黃480-490綠藍(lán)橙490-500藍(lán)綠紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍(lán)610-650橙綠藍(lán)650-760紅藍(lán)綠第四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光的特征光的波粒二象性：微粒性波動性

E為光子的能量；ν為光波的頻率（Hz）；h為普朗克常數(shù)（6.626×10-34J.s

）;c為光速（2.9977×108m／s）；λ為光波的波長

第五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光譜分析（spectralanalysis)：對物質(zhì)發(fā)射的輻射能能譜進(jìn)行的分析或?qū)椛淠芘c物質(zhì)相互作用引起的能譜改變進(jìn)行的分析。：基于物質(zhì)發(fā)射的電磁波輻射及電磁輻射與物質(zhì)的相互作用而建立起來的分析方法。光譜分析光譜分析法第六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光譜分析基礎(chǔ)理論吸收光譜:即物質(zhì)對不同波長光的吸收程度不同而產(chǎn)生的光譜。其吸收光譜取決于物質(zhì)的結(jié)構(gòu).包括原子吸收光譜和分子吸收光譜第七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日原子吸收光譜原理只有光子的能量與被照射物質(zhì)粒子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量之差相等時，才能被吸收。S2S1S0S3E2E0E1E3h第八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日分子吸收光譜原理物質(zhì)分子內(nèi)的三種運(yùn)動方式：1.電子相對與原子核的運(yùn)動、2.分子內(nèi)原子在其平衡位置移動、3.分子本身繞其中心轉(zhuǎn)動三種運(yùn)動方式?jīng)Q定分子具有三種能級：電子能級、振動能級、轉(zhuǎn)動能級第九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日分子吸收光譜原理當(dāng)用可見光照射分子時，價電子可以躍遷產(chǎn)生吸收光譜，在電子能級變化的同時，不可避免地伴隨分子振動和轉(zhuǎn)動的能級變化。因此他包含了大量譜線，并由于這些譜線的重疊而成為連續(xù)的吸收帶。

第十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光譜種類原子光譜：吸收、發(fā)射、熒光線狀光譜黑體輻射：白熾燈、液、固灼熱發(fā)光連續(xù)光譜分子光譜：紫外、可見、紅外等吸收光譜帶狀光譜I第十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日當(dāng)依次將各種波長的單色光通過某一有色溶液，測量每一波長下有色溶液對該波長光的吸收程度（吸光度A），然后以波長為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，得到一條曲線，稱為該溶液的吸收曲線，亦稱為吸收光譜。第十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日λmax吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax第十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日吸收曲線討論：

（1）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(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax（2）不同濃度的KMnO4溶液的光吸收曲線形狀相似，其最大吸收波長不變；

不同物質(zhì)吸收曲線的形狀和最大吸收波長均不相同。光吸收曲線與物質(zhì)特性有關(guān)，故據(jù)此可作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)。第十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日（3）同一物質(zhì)不同濃度的溶液，在一定波長處吸光度隨溶液的濃度的增加而增大。這個特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。在測定時，只有在λmax處測定吸光度，其靈敏度最高。

因此，吸收曲線是吸光光度法中選擇測量波長的依據(jù)。第十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)理論朗伯-比爾定律：

I0：入射光強(qiáng)度C:溶液濃度

b:液層厚度I:透射光強(qiáng)度

T:透光度A:吸光度

k:吸光系數(shù)bI0I當(dāng)用一束單色光照射到吸收溶液時，其吸光度與液層厚度及溶液的體積成正比。第十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)理論朗伯-比爾定律的適用條件：

1.入射光為單色光。波長范圍越大，單色光純度越低，對郎伯-比爾定律的偏離越大；

2.溶液中鄰近分子的存在并不改變每一給定分子的特性，即分子間互不干擾。

3.適用于分子吸收和原子吸收第十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光譜分析技術(shù)的基礎(chǔ)理論發(fā)射光譜:由物質(zhì)分子或原子吸收了外來的能量后發(fā)生分子或原子間的能級躍遷而產(chǎn)生的光譜。發(fā)散光譜分析方法就是根據(jù)每種元素特有的線光譜來識別或檢查各種元素。產(chǎn)生機(jī)理：物質(zhì)分子或原子吸收外來能量后，可從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的分子或原子是不穩(wěn)定的，會很快從激發(fā)態(tài)自發(fā)回到基態(tài)，吸收的能量以發(fā)光的形式釋放出來。第十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光譜分析法吸收光譜法發(fā)射光譜法原子光譜法分子光譜法原子發(fā)射原子吸收原子熒光X射線熒光原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光核磁共振化學(xué)發(fā)光原子發(fā)射原子熒光分子熒光分子磷光X射線熒光化學(xué)發(fā)光第二十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日紫外－可見光分光光度計能從含有各種波長的混合光中將每一單色光分離出來并測量其強(qiáng)度的儀器稱為分光光度計。第二十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日0.208光源單色器吸收池檢測器顯示系統(tǒng)一、紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)示意圖

第二十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光源（lightsource）：提供入射光的裝置。要求:

1.能在所需波長范圍的光譜區(qū)域內(nèi)發(fā)射連續(xù)光譜；

2.有足夠的輻射強(qiáng)度并能長時間穩(wěn)定。常用的光源有熱輻射燈（鎢燈、鹵鎢燈等），氣體放電燈（氫燈、氘燈及氙燈等），金屬弧燈（各種汞燈）等。一、紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第二十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光源波長范圍(nm)特點鎢燈320~2500鎢絲易蒸發(fā)，壽命短。用于可見光區(qū)鹵鎢燈320~2500加入鹵素使用壽命延長，穩(wěn)定性好氫燈185~375用于紫外區(qū)氘燈185~375發(fā)光強(qiáng)度比氫燈高3～5倍汞燈254~734用于紫外或熒光分析儀一、紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理幾種常見光源比較第二十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日氙燈氫燈鎢燈第二十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日單色器（Monochromator）：是將來自光源的復(fù)合光分解為單色光并分離出所需波段光束的裝置。入射狹縫：限制雜散光進(jìn)入；色散元件：將復(fù)合光分解為單色光，有棱鏡和光柵兩種；準(zhǔn)直鏡：1.從入射狹縫來的光線經(jīng)準(zhǔn)直鏡反射，變?yōu)槠叫泄馔墩盏缴⒃?2.

將來自色散元件的平行光束聚集在出射狹縫上；出射狹縫：將固定波長范圍的光射出單色器，可以限制通帶寬度。一、紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第二十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日狹縫狹縫通常有兩塊加工為銳邊緣的金屬片組成，其邊緣保持平行，并處處于同一平面上。第二十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日色散元件分棱鏡和光柵兩種鋁鍍面當(dāng)光線進(jìn)入棱鏡后，由棱鏡的鋁反射面反射回來再進(jìn)入空氣，由于經(jīng)過兩次棱鏡，其效果相當(dāng)于一個頂角對折起來的600等腰棱鏡。第二十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日棱鏡色散示意圖第二十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光柵色散均勻、譜線清晰、工作波段寬是棱鏡無法比擬的原指大量等寬、等間距的平行狹縫所組成的元件實際所使用的光柵多為反射型復(fù)制光柵，它是在平面玻璃上黏結(jié)上一定角度刻槽的鋁反射膜而制成第三十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第三十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日準(zhǔn)直鏡為一凹面反射鏡若一束平行與主軸的近軸光線，射到凹面鏡上時，它的反射光線將會聚于主軸焦平面上若是一束不平行與主軸的近軸光線投射到凹面鏡上時，它的反射關(guān)線將會聚與凹面鏡的焦平面上光的可逆性第三十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日吸收池（absorptioncell）：又稱比色皿，是用來盛放被測溶液的器件。在可見光區(qū)常用無色光學(xué)玻璃或塑料制作；在紫外區(qū)需用能透紫外線的石英或熔凝石英制作。同一套吸收池的厚度、透光面的透射、反射、折射應(yīng)嚴(yán)格保持一致。指紋、油污及池壁上的沉淀物都會影響吸收池的透光性能。國際規(guī)定，液層厚度為10mm的比色皿為標(biāo)準(zhǔn)比色皿。一、紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第三十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第三十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日通過改進(jìn)吸收池的幾何形狀，可提高“光程/體積比”，即盡可能延長單位體積的光程。常用的有：微型吸收池（Microdrillabsorptioncell）：“光程/體積比”提高了近10倍。多光路吸收池（Multipie-pathabsorptioncell）：在吸收池壁上裝有反射鏡，使光線在溶液中經(jīng)多次反射后才離開吸收池，大大增加了有效光程，提高了測定的靈敏度。一、紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第三十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日檢測器：把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。對檢測器的要求：

1.產(chǎn)生的電信號與照射到它上面的光強(qiáng)有恒定的函數(shù)關(guān)系；

2.波長響應(yīng)范圍大；

3.靈敏度高；

4.響應(yīng)速度快，一般要求小于10-8s；

5.產(chǎn)生的電信號易于檢測、放大，噪聲低。一、紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理第三十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日光照射在某些金屬表面，會有光電子從金屬表面逸出，這種光電效應(yīng)稱為外光電效應(yīng)。利用外光電效應(yīng)可以制成光電管和光電倍增管。光深入到物體內(nèi)部，將物體內(nèi)部原子中的一部分束縛電子激發(fā)成自由電子，但這些電子并不逸出物體，而是留在物體內(nèi)部從而使物體導(dǎo)電性增強(qiáng)，稱為內(nèi)光電效應(yīng)。利用內(nèi)光電效應(yīng)可制成光敏電阻、光敏二極管以及光電池。一、紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理檢測器工作原理第三十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第三十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日中央陽極式光電管工作原理玻璃泡內(nèi)的一半內(nèi)壁上涂以金屬膜作陰極，陽極一般為一圓環(huán)形，位于玻璃泡的中央，使用時在陽極和陰極之間加上幾十至幾百伏的電壓。在沒有光照射時，光電管內(nèi)無電流通過，當(dāng)有光照射陰極K時，陰極便發(fā)射電子，在所加電壓產(chǎn)生的電場的作用下，電子奔向陽極，經(jīng)外回路后，又返回陰極。這樣便在電路中出現(xiàn)了電流。第三十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第四十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日第四十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日檢測器工作原理特點光電管外光電效應(yīng)簡單,靈敏度低光電倍增管外光電效應(yīng)與多級二次發(fā)射體相結(jié)合靈敏度比光電管高200多倍光電二極管陣列外光電效應(yīng)，由一行光敏區(qū)和二行讀出寄存器構(gòu)成可同時檢測多個波長的光強(qiáng)度。壽命長、光譜響應(yīng)范圍寬、可靠性高、讀出速度快光電池內(nèi)光電效應(yīng)結(jié)實、便宜、使用方便。但產(chǎn)生的電流大小不穩(wěn)定電荷耦合器件模擬集成電路芯片能同時多譜線檢測，極大地提高分析速度一、紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理幾種常用檢測器比較第四十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日信號顯示系統(tǒng):

是把放大的信號以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示或記錄下來的裝置。一、紫外-可見分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理信號顯示裝置直讀檢流計電位調(diào)節(jié)指零裝置自動記錄和數(shù)字顯示裝置第四十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日三、紫外-可見分光光度計的類型按其光學(xué)系統(tǒng)分可分為

單波長分光光度計

單光束單波長分光光度計雙光束單波長分光光度計雙波長分光光度計

第四十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日0.208光源單色器吸收池檢測器顯示系統(tǒng)三、紫外-可見分光光度計的類型單波長單光束分光光度計第四十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日單波長單光束分光光度計特點

①單光束光路，從光源到試樣至接收器只有一個光通道；

②儀器只有一個色散元件，工作波長范圍較窄；

③通常采用直接接收放大顯示的簡單電子系統(tǒng)，用電表或數(shù)字顯示；

④結(jié)構(gòu)簡單、附件少、功能范圍小，不能做特殊試樣如渾濁樣品、不透明樣品等的測定。

檢測準(zhǔn)確性不夠穩(wěn)定，不能用于精密分析。

三、紫外-可見分光光度計的類型第四十六頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日三、紫外-可見分光光度計的類型721型分光光度計光路圖30o棱鏡第四十七頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日三、紫外-可見分光光度計的類型751型分光光度計光路圖30o棱鏡第四十八頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日比值光源單色器吸收池檢測器顯示系統(tǒng)光束分裂器三、紫外-可見分光光度計的類型單波長雙光束分光光度計第四十九頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日單波長雙光束分光光度計在出射狹縫和樣品吸收池之間增加了一個光束分裂器或斬波器，用一定的頻率將一個光束交替分成兩路，使一路經(jīng)過參比溶液，另一路經(jīng)過樣品溶液，然后由一個檢測器交替接收或由兩個匹配器分別接收兩路信號。

三、紫外-可見分光光度計的類型第五十頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日單波長雙光束分光光度計特點1.從光源到檢測器有試樣光路和參考光路兩條通路；2.采用兩個光柵或棱鏡加光柵的雙單色器，能有效地提高分辨率和降低雜散光；3.可以自動進(jìn)行波長掃描、自動記錄光譜曲線，也可以外接計算機(jī)，實現(xiàn)自動化運(yùn)行；4.可裝備各種附件，功能范圍寬。三、紫外-可見分光光度計的類型第五十一頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日圖5雙光束分光光度計結(jié)構(gòu)示意圖第五十二頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日三、紫外-可見分光光度計的類型雙波長分光光度計第五十三頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日雙波長分光光度計工作原理將從同一光源發(fā)出的光分為兩束，分別經(jīng)兩個單色器分光后得到兩束不同波長（λ1，λ2）的單色光，經(jīng)斬光器使兩束光以一定頻率交替照射同一樣品，測定兩個波長下的吸光度差值（ΔA=Aλ1-Aλ2），將ΔA用于計算結(jié)果。三、紫外-可見分光光度計的類型第五十四頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日圖6雙波長分光光度計結(jié)構(gòu)示意圖第五十五頁，共六十三頁，編輯于2023年，星期日雙波長分光光度計波長選擇原則1.被測物在一個波長上有最大吸收峰，在另一個波長上沒有吸收或很少吸收；2.非被測物在兩個波長上的吸收相同。雙波長分光光度計的優(yōu)點只要λ1、λ2選擇適當(dāng)，ΔA就是消除了非特征性吸收干擾的吸光度值。將ΔA用于計算結(jié)果能較好的解決由于非特征吸收信號（