儀器分析技術(shù)光譜法

關(guān)于儀器分析技術(shù)光譜法Part1光譜分析法

Spectroscopy1、光譜分析法的誕生2、光譜分析的基本知識(shí)光的性質(zhì)a.光的波動(dòng)性波動(dòng)性參數(shù)：λ（波長(zhǎng)）;

（頻率）;C（光速）

＝1／λ（波數(shù)）

關(guān)系式

＝C／λ＝C

單色光--只含一種頻率或波長(zhǎng)的光;

復(fù)合光--多種頻率或波長(zhǎng)的光;

散射光--由于光子與物質(zhì)分子相互碰撞，使光子的運(yùn)動(dòng)

方向發(fā)生改變而向不同角度散射。第2頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

紫

蘭

綠黃橙

紅

300400500600700800nm

可見(jiàn)光區(qū)

宇宙射線γ射線X射線遠(yuǎn)紫外

紅外微波區(qū)無(wú)線電波

10-610-310-11011031051091012

E

λ

<10nm

10nm－1mm

>1mm

>124ev102ev－10-3ev<10-3ev

能譜分析光譜分析波譜分析

X－衍射分析紫外、可見(jiàn)核磁共振穆斯堡爾譜紅外、原子吸收順磁共振

第3頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

光譜區(qū)

波長(zhǎng)范圍

常用單位E

射線10-4-10-3nm

nm

>102eV

X射線10-3–10nmnm遠(yuǎn)紫外10-200nmAornm

124-6.2ev紫外

200-400nmAornm6.2-3.26ev

可見(jiàn)光400-760nmAornm3.26-1.59ev

近紅外760-2500nmAornm1.59-0.50ev中紅外2.5-50μm

μmorv

0.50-0.025ev遠(yuǎn)紅外50-1000μmμmorv

0.025-0.004ev微波0.1mm-1mmmcmm

<10-3eV

無(wú)線電波

1–1000m第4頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天b、光的粒子性

粒子性的參數(shù)：E

E=h

=hC/λ

h--普朗克常數(shù)

h=4.14×10-15ev.sec=6.626×10-27erg.secC=3×1010cm/sec

則每個(gè)光子的能量為:E=1240/λ(ev)；λ的單位為

nm第5頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天原子與分子的能級(jí)及電子在能級(jí)間的躍遷（1）原子能級(jí)及電子在能級(jí)間的躍遷

Li原子示意圖

3s基態(tài)電子2p激發(fā)態(tài)電子2s1s原子核第6頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

E’3E2’

激發(fā)態(tài)E’1h

=△E

E0???基態(tài)原子能級(jí)及電子在能級(jí)間的躍遷示意圖

原子能級(jí)差：ΔE1--20ev在紫外可見(jiàn)光譜區(qū)第7頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）原子光譜的特征電子能級(jí)間的躍遷,屬電子光譜,線狀光譜。

A

2003004005006007008009001000nm第8頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天（3）分子的能級(jí)及電子在能級(jí)間的躍遷

v’3J‘

v’2J‘

電子v1’激發(fā)態(tài)能級(jí)v’oJ

v3

v2J

電子

v1J

基態(tài)能級(jí)

v0J轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)振動(dòng)能級(jí)電子能級(jí)之間躍遷之間躍遷之間躍遷

分子的能級(jí)及電子在能級(jí)間的躍遷示意圖

第9頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子能級(jí)能級(jí)差反映的信息

電子能級(jí)

△E1--20ev反映價(jià)電子能量狀

（紫外可見(jiàn)波區(qū)）

況等信息可給出物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)的信息。(主要用于定量測(cè)定)振動(dòng)能級(jí)

△E0.05--1ev反映價(jià)鍵特性等結(jié)（紅外波區(qū)）構(gòu)信息。主要用于定性，定量比UV/Vis差。

轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)

△E0.05-0.005ev反映分子大小、鍵（遠(yuǎn)紅外區(qū)）長(zhǎng)度、折合質(zhì)量等分子特性的信息。

第10頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天（4）分子光譜的特征

帶狀光譜,在一些特定條件下,能反映振動(dòng)能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

A

UVVisInfraredFarInfrared

200200020000波長(zhǎng)(nm)理想和真實(shí)吸收光譜示意圖

第11頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.3物質(zhì)發(fā)光的量子解釋

當(dāng)一束光照射到物體上時(shí),除透過(guò)部分光與分子沒(méi)有作用外,物質(zhì)將吸收和散射一部分光。(1)物質(zhì)吸收光的過(guò)程分子吸收光能,吸收時(shí)間極短,只有10-15sec.,電子由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)的激發(fā)態(tài)。

X+hv→X*

激發(fā)態(tài)的壽命很短,約為10～8sec，然后以發(fā)生光物理和光化學(xué)反應(yīng)后,以下列形式回到基態(tài)。第12頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天A.激發(fā)分子與其它分子相碰，損失能量產(chǎn)生熱能回到基態(tài),稱(chēng)無(wú)輻射退激。

X*→X+熱能B.激發(fā)分子發(fā)射光子直接回到基態(tài):X*→X+hv

如發(fā)射光的波長(zhǎng)等于入射光的波長(zhǎng),這種發(fā)射稱(chēng)共振發(fā)射,其譜線稱(chēng)共振譜線。對(duì)分子來(lái)說(shuō),這種可能性很少,對(duì)原子來(lái)說(shuō),可能性較大。第13頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天C.激發(fā)分子與其它分子相碰,一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能后,下降到第一激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí),然后再回到基態(tài)的其它振動(dòng)能級(jí)并發(fā)射光子,這種發(fā)射光稱(chēng)熒光。

X*→X+hv+熱能熒光的發(fā)射波長(zhǎng)比入射光的波長(zhǎng)長(zhǎng)。D.激發(fā)分子與其它分子相碰,一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能后,下降到第一激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí),它不直接躍遷回到基態(tài)而是轉(zhuǎn)入到亞穩(wěn)的三重態(tài),分子在三重態(tài)的壽命較長(zhǎng)(從10～4sec.到10sec.),然后再回到基態(tài)的其它振動(dòng)能級(jí)并發(fā)射光子,這種發(fā)射光稱(chēng)磷光。第14頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天(2)物質(zhì)散射光的過(guò)程《拉曼(raman)散射》

入射光與分子碰撞后,可發(fā)生彈性散射或非彈性散射。彈性散射時(shí),光子與分子無(wú)能量交換,僅光子方向改變,這種散射稱(chēng)瑞利散射。非彈性散射不僅方向改變,而且光子與分子有能量交換。此時(shí)有兩種情況:第15頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天A.斯托克斯散射入射光與基態(tài)分子碰撞后,將一部分能量給了分子,于是散射光的能量比入射光的能量下降,即波長(zhǎng)變長(zhǎng)。散射光譜中的譜線稱(chēng)斯托克斯譜線。B.反斯托克斯散射入射光與振動(dòng)能級(jí)處于較高能態(tài)的分子發(fā)生非彈性碰撞后,被碰撞分子由較高的振動(dòng)能級(jí)躍回較低能級(jí),其能量的差值給了光子,于是,光子能量增加,產(chǎn)生的譜線波長(zhǎng)比入射光的波長(zhǎng)更短,此譜線稱(chēng)反斯托克斯線。散射光的能量比入射光的能量下降,即波長(zhǎng)變長(zhǎng)。散射光譜中的譜線稱(chēng)斯托克斯譜線。第16頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天物質(zhì)吸收和散射光的過(guò)程示意圖

第二激發(fā)態(tài)第一激發(fā)態(tài)

h=△E

三重態(tài)

振動(dòng)能級(jí)基態(tài)

吸收無(wú)輻射退激熒光

磷光共振發(fā)射A

BC

[注]拉曼散射：A斯托克斯散射，B瑞利散射，C反斯托克斯散射

第17頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

物質(zhì)吸收和散射光的過(guò)程示意圖

第二激發(fā)態(tài)第一激發(fā)態(tài)

h=△E

三重態(tài)

振動(dòng)能級(jí)基態(tài)

吸收無(wú)輻射退激熒光磷光共振發(fā)射ABC

[注]拉曼散射：A斯托克斯散射，B瑞利散射，C反斯托克斯散射

第18頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天物質(zhì)的光譜與光譜分析

光譜的基本類(lèi)型按照光譜產(chǎn)生的方式可分:

1.吸收光譜

原子吸收光譜(如AA)

分子吸收光譜(如UV/VI,IR等)

2.發(fā)射光譜原子發(fā)射光譜(原子發(fā)射,原子熒光)

分子發(fā)射光譜(分子熒光,磷光)

3.散射光譜(拉曼散射光譜)

第19頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天光譜分析法

利用各種光譜包含著原子或分子能級(jí)結(jié)構(gòu)和含量的信息,作定性和定量分析的方法。主要光譜分析法有：

1、吸收光譜法原子吸收光譜法(AA)

分子吸收光譜法(如UV/VI,IR等)

2、發(fā)射光譜法原子發(fā)射光譜法(原子發(fā)射,原子熒光)

分子發(fā)射光譜法(分子熒光,磷光)

3、散射光譜法(拉曼散射光譜法)第20頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

分子吸收法:可見(jiàn)與紫外分光光度法、紅外光譜法分子光譜

分子發(fā)射法:分子熒光光度法光譜技術(shù)原子吸收法：原子吸收法原子光譜原子發(fā)射法：發(fā)射光譜分析法、原子熒光法等

第21頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天常用光譜分析儀器紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)原子吸收分光光度計(jì)紅外光譜儀原子發(fā)射光譜儀熒光分析儀原子熒光分析儀等第22頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天光譜儀的作用:

通過(guò)分析過(guò)程的信息傳遞鏈,取得樣品的真實(shí)光譜。光譜儀的基本構(gòu)成:

1、*:光源(Souse)2、△:單色器(Monochromator)3、□:樣品池(Samplecell)

或⊙:原子化器(Atomiser)

4、◎:檢測(cè)器(Detector)5、∽:信號(hào)轉(zhuǎn)換、處理器(Transmodulator)6、■:顯示器(Display)第23頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

吸收光譜

發(fā)射光譜熒光光譜磷光光譜散射光譜分子光譜儀

A.*→△→□→◎→∽→■

C.□→△→◎→∽→■

↑△

↑

*原子光譜儀

B.

*

→⊙→△→◎→∽→■

D.

⊙→△→◎→∽→■

↑

△

↑

*

光譜儀的幾種基本模式

*:光源△:單色器□:樣品池◎:檢測(cè)器

(Souse)(Monochromator)(Samplecell)(Detector)

∽:信號(hào)轉(zhuǎn)換、處理器■:顯示器⊙:原子化器

(Transmodulator)(Display)(Atomiser)第24頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天紫外可見(jiàn)吸收光譜分析法

UltravioletVisibleSpectrophotometer

簡(jiǎn)稱(chēng)UV-Vis第25頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天分子吸收光譜

分子吸收光譜的產(chǎn)生是由于能級(jí)間的躍遷。分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)有三種形式：電子圍繞原子核的運(yùn)動(dòng)即價(jià)電子運(yùn)動(dòng)；內(nèi)部原子在平衡位置的振動(dòng)；分子繞其質(zhì)心的轉(zhuǎn)動(dòng)。所以分子的能量是上述三種能量之和:

E分子＝E電+E振+E轉(zhuǎn)其中E電>E振>E轉(zhuǎn)因?yàn)檫@些能量是量子化的，所以只有光子的能量恰好等于兩能級(jí)之間的能量差時(shí)才能被吸收。第26頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差ΔE轉(zhuǎn)一般為0.005～0.05eV，則產(chǎn)生此能級(jí)躍遷所需吸收電磁輻射的波長(zhǎng)可用公式計(jì)算:λ=hC/△E=6.626×10-27×3×1010/0.005=248μm(1eV=1.6×10-12erg)當(dāng)ΔE轉(zhuǎn)＝0.05ev，λ＝24.8μm

所以，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷需吸收波長(zhǎng)約為：25～250μm的遠(yuǎn)紅外光，它所形成的吸收光譜稱(chēng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜或遠(yuǎn)紅外光譜。第27頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

分子的振動(dòng)能級(jí)差ΔE振一般在0.05～1ev，對(duì)應(yīng)所需吸收波長(zhǎng)為1.25～25μm的紅外光才能產(chǎn)生躍遷。在分子振動(dòng)時(shí)同時(shí)有分子的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以分子振動(dòng)所產(chǎn)生的吸收光譜中包括轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，故常稱(chēng)為振轉(zhuǎn)光譜，此吸收能量在紅外區(qū)，故稱(chēng)紅外光譜。

第28頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

電子躍遷所需能量最大，多在1～20eV，對(duì)應(yīng)所需吸收的波長(zhǎng)為1.25～0.06μm（1250nm～60nm），此吸收能量主要在紫外-可見(jiàn)光區(qū)，故稱(chēng)紫外-可見(jiàn)光譜。其中10nm～200nm叫遠(yuǎn)紫外區(qū)；200nm～400nm叫近紫外區(qū)；400nm～760nm叫可見(jiàn)光區(qū)。第29頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

空氣中的氧、二氧化碳、水等都吸收遠(yuǎn)紫外光，所以要研究物質(zhì)分子對(duì)遠(yuǎn)紫外光的吸收必須在真空條件下進(jìn)行，所以遠(yuǎn)紫外區(qū)又叫真空紫外區(qū)，鑒于真空紫外分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，使用受到限制。通常我們所說(shuō)的紫外吸收法僅指近紫外吸收法。紫外可見(jiàn)吸收光譜就是指在200～760nm區(qū)域內(nèi)分子對(duì)光輻射選擇性吸收引起電子躍遷產(chǎn)生的。紫外光譜法、可見(jiàn)光光譜法和紅外光譜法一起統(tǒng)稱(chēng)為分子吸收光譜法。第30頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

分子吸收光譜在微觀上體現(xiàn)為分子由較低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)，在宏觀上則體現(xiàn)為透射光的強(qiáng)度變?nèi)?。若用一連續(xù)輻射的電磁波照射分子，將照射前后光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并記錄下來(lái)就可得到一張光強(qiáng)度變化對(duì)波長(zhǎng)的關(guān)系曲線，即分子吸收光譜圖。第31頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

1A34

2

λ1：最大吸收λmax；2:最小吸收；3:肩峰；4：末端吸收第32頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

吸收曲線的橫坐標(biāo)一般用波長(zhǎng)表示，一定的波長(zhǎng)---一定的能量，不同物質(zhì)的分子由于結(jié)構(gòu)不同，發(fā)生躍遷時(shí)吸收光的能量也不同，即吸收峰的位置不同。所以吸收曲線在橫坐標(biāo)的位置可作為分子結(jié)構(gòu)的表征，是定性的主要依據(jù)，λmax是化合物中電子能級(jí)躍遷時(shí)吸收的特征波長(zhǎng)，對(duì)鑒定化合物尤為重要，整個(gè)吸收光譜的形狀決定于物質(zhì)性質(zhì)，反映分子內(nèi)部能級(jí)分布狀況是物質(zhì)定性的依據(jù)。

第33頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

吸收曲線的縱坐標(biāo)用光強(qiáng)表示，強(qiáng)度參數(shù)可用透光率T（％），吸光度A，吸光系數(shù)ε等表示。透光率T（％）：為透過(guò)光強(qiáng)度I與入射光強(qiáng)度I0之比T=100%*I/I0吸光度A（也稱(chēng)消光值E，光密度OD,D）：表示單色光通過(guò)溶液時(shí)被吸收的程度，等于入射光強(qiáng)度I0與透射光強(qiáng)I之比的對(duì)數(shù)值，即A=lg(I/I0)T與A的關(guān)系為：A=-lgT第34頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天根據(jù)朗伯—比爾定律：A=εbc它的意義是：溶液的吸光度與溶液中的吸光物質(zhì)的濃度及液層厚度的乘積成正比。其中：ε--摩爾吸光系數(shù)（Lmol-1cm-1）

B--液層厚度，即樣品池厚度（cm）

C--溶液中被測(cè)物質(zhì)的濃度（mol/L）如將C單位換成g/100mL，則吸光系數(shù)用符號(hào)E1%1CM表示,稱(chēng)百分吸光系數(shù)E1%1CM=10ε/M。

M--被測(cè)物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。

通常將在最大的吸收波長(zhǎng)處測(cè)得的吸收系數(shù)用εmaxorE1amλmax表示作為定性的依據(jù)。因?yàn)椴煌奈镔|(zhì)λmax可能相同，但εmax卻不一定相同。所得吸收峰的強(qiáng)度作為定量的依據(jù)。第35頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天基本原理紫外可見(jiàn)吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系1、電子躍遷類(lèi)型

紫外可見(jiàn)光吸收光譜是分子中價(jià)電子能級(jí)躍遷產(chǎn)生的，所以這種吸收光譜決定于分子中價(jià)電子分布和結(jié)合情況，在有機(jī)化合物中，有三種不同性質(zhì)的價(jià)電子：即σ成鍵與σ*反鍵軌道電子,π成鍵與π*反鍵軌道電子,ｎ非鍵軌道電子。第36頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天Hσπｎ

COHσ

σｎ第37頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天2、分子電子能級(jí)和躍遷

σ*

激發(fā)態(tài)

π*

ｎ

π基態(tài)

σ分子電子能級(jí)和躍遷分子躍遷有六種類(lèi)型,常見(jiàn)的有四種類(lèi)型,即:σ→σ*，ｎ→σ*，ｎ→π*,π→π*

躍遷。第38頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天A.σ→σ*躍遷

△E較大,躍遷發(fā)生在遠(yuǎn)紫外區(qū),波長(zhǎng)范圍低于200nm。如甲烷(125nm),乙烷(135nm)。B.ｎ→σ*躍遷△E較σ→σ*躍遷要小,躍遷發(fā)生在150--250nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)。如含有雜原子飽和烴衍生物。摩爾吸收系數(shù)一般在100-300范圍內(nèi)。由ｎ→σ*躍遷而產(chǎn)生吸收的一些例子

化合物最大波長(zhǎng)摩爾吸收系數(shù)化合物最大波長(zhǎng)摩爾吸收系數(shù)

(nm)(nm)

H2O1671480(CH3)2S229140CH3OH184150(CH3)2O1842520CH3Cl173200CH3NH2

215600CH3Br204200(CH3)2NH

220100

CH3I258365(CH3)3N227900第39頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

C.ｎ→π*和π→π*躍遷這兩類(lèi)躍遷是最有用的。△E比較少,最大吸收波長(zhǎng)均大于200nm。這兩類(lèi)躍遷的差別在于吸收峰的強(qiáng)度不同。ｎ→π*躍遷摩爾吸收系數(shù)很少,僅在10-100范圍內(nèi)。而π→π*躍遷摩爾吸收系數(shù)很大,比ｎ→π*躍遷大100-1000倍,達(dá)到1000-100000。

ｎ→π*和π→π*躍遷的吸收特征

生色團(tuán)

例

子

溶

劑

最大波長(zhǎng)(nm)摩爾吸收系數(shù)

躍遷類(lèi)型

烯烴C6H13CH＝CH2

正庚烷17713000π→π*

17810000

炔C5H11≡CCH3

正庚烷1962000π→π*

225165

酮(CH3)2C=O

28016n→π*

醛CH3CH=O

29312n→π*

其它CH3C(NH2)=O

21460n→π*

CH3NO2

28022n→π*

CH3N=NCH3

3395

n→π*第40頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.影響分子中電子能級(jí)結(jié)構(gòu)的因素

分子軌道的能量狀態(tài)還受分子內(nèi)外環(huán)境的影響,這些影響規(guī)律也可用作分析的信息。

A.當(dāng)分子含有多個(gè)π鍵,并且被單鍵隔開(kāi)時(shí),共軛效應(yīng)增加,π→π*躍遷能量更低,吸收光譜最大吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng),摩爾吸收系數(shù)增大。稱(chēng)紅移效應(yīng)。

如:

最大吸收波長(zhǎng)(nm)摩爾吸收系數(shù)

C＝C180-20010000C＝C－C＝C21721000C＝C－C＝C－C＝C25835000第41頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

B.含有π電子芳香體系,最大吸收向紫外方向移動(dòng)。稱(chēng)藍(lán)移效應(yīng)。

如:

NSNOH254nm250nm232nm217nm210nm第42頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

C.一些助色團(tuán)的引入,能使生色團(tuán)的最大吸收向長(zhǎng)波或短波方向移動(dòng)。向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的,一般摩爾吸收系數(shù)增加,稱(chēng)紅移效應(yīng)。向短波方向移動(dòng)的,一般摩爾吸收系數(shù)減少,稱(chēng)藍(lán)移效應(yīng)。助色團(tuán):一些原子和原子團(tuán)不吸收200-800nm范圍內(nèi)的光,但與生色團(tuán)結(jié)合后,具有能使生色團(tuán)的吸收峰向長(zhǎng)波或短波方向移動(dòng)的作用,這樣的原子或原子團(tuán)稱(chēng)為助色團(tuán)。如:

OH

NH2

λmax256nm270nm280nm

εmax20014501430

第43頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天定量分析的基礎(chǔ)－Beer-Lambert定律

1.T與C的關(guān)系

I0I

←L→

I

───＝TT透過(guò)率(Transmittance)I0

第44頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

設(shè)T＝0.5＝50%100Photons→

→50photons100→

→50→

→25→

→12.5→

→6.25

T100

50

1234cellnumber

即T與C成對(duì)數(shù)關(guān)系。第45頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天2.Beer-Lambert定律

I＝I0

e-kCL

I

───

＝e-kCL

＝10-0.4343kCL

＝10-KCL

I0

∵I／I0＝T，∴－logT＝KCL

A＝－logT＝KCLA--吸光度(absorbance)

A

A與C成線性關(guān)系

C第46頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

K---吸收系數(shù)當(dāng)C為摩爾濃度時(shí),K用ε表示,ε稱(chēng)摩爾吸收系數(shù)。

ε單位為:升/摩爾.厘米。

當(dāng)C為mg/ml時(shí),用K表示，K單位為ml/mg.cm。K的常用單位還有:

K1%1cm或E1%1cm即：表示1%樣品濃度在一厘米比色池中比色時(shí)的K值。

T與A的關(guān)系當(dāng)T以T%表示時(shí),

A＝－logT＝log100/T＝2-logT例:當(dāng)T＝50%,則A＝2-log50＝2-1.699＝0.301列出A與T的關(guān)系表:

T100%50%25%10%1.0%0.1%0.01%0.001%0%A00.3010.6021.002.03.04.05.0

上述說(shuō)明：T值為0％至100％內(nèi)的任何值。

A值可以取任意的正數(shù)值。第47頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.濃度測(cè)量中相對(duì)誤差與透光率和吸光度的關(guān)系

A既然可取任何數(shù)值,究竟取何數(shù)值最為合適?這要由相對(duì)誤差的大小決定。

-logT＝KCL.......①

左邊換成自然對(duì)數(shù)后,求導(dǎo)得:-0.4343.dT/T＝KLdC........②

②/①得:dC/C＝0.4343dT/TlogT

即:△C/C＝0.4343△T/TlogT

設(shè)T的測(cè)量誤差△T為0.005，則濃度相對(duì)誤差與T和A的關(guān)系見(jiàn)下表:TA（△C/C）×1000.950.022±10.20.800.097±2.80

0.700.155±2.00測(cè)測(cè)量最理想范圍為：

0.600.222±1.63量T＝70%-15%0.400.399±1.36最A(yù)＝0.150-0.8000.3680.434±1.36理

此時(shí)相對(duì)誤差少于±2.00％

0.200.699±1.55想

0.300.523±1.38范

0.150.824±1.76圍

0.101.000±2.17

0.012.000±10.850.0013.000±72.33第48頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天定性和定量分析

一.儀器條件的選擇

1.測(cè)量波長(zhǎng)的選擇A.優(yōu)先選擇最大吸收波長(zhǎng)B.最大波長(zhǎng)受到共存雜質(zhì)干擾時(shí),選擇次強(qiáng)波長(zhǎng)。C.最大波長(zhǎng)的吸收峰太尖銳,測(cè)量波長(zhǎng)難以重復(fù)時(shí),選擇次強(qiáng)波長(zhǎng)。

2.透過(guò)率或吸光度的范圍的選擇選擇T＝15%--70%或A＝0.150-0.800之間。

3.狹縫寬度的選擇定性分析：選擇較小的狹縫,以盡量保留振動(dòng)能級(jí)躍遷的精細(xì)結(jié)構(gòu)。定量分析：在吸光度穩(wěn)定的情況下,選用最少狹縫。

4.樣品池選擇根據(jù)測(cè)定波長(zhǎng)、溶液濃度(選擇L)等選擇。第49頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天定性分析1.未知試樣檢定根據(jù)光譜形狀(極大、極小和拐點(diǎn)波長(zhǎng))吸收峰數(shù)目,位置與標(biāo)準(zhǔn)試樣比較。2.有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)的推測(cè)

eogε

65π＞200nmπ*4ππ*3σ少于200σ*2n150-250nmσ*1ππ*>200nm

100200300400500600700800nm

第50頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.同份異構(gòu)體鑒別

己二酮(調(diào)配白脫、乳酪、奶油、焦糖、菠蘿蜜、荔枝等，食用香精）異構(gòu)體鑒別

O

OH3C-C-CH2-CH2-C-CH3λmax270nm

OOH3C-CH2-C--C-CH2-CH3λmax400nm第51頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天4.純度的檢查

3

2211

甲醇被苯污染容器塞子對(duì)乙醇污染1－合成維生素A2

1－甲醇1－乙醇2－天然維生素A2

2－被苯污染的甲醇2－乙醇被軟木塞污染

3－乙醇被橡皮塞污染第52頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天定量分析依據(jù)：Beer-Lambert定律

A=εbc一、一般定量分析法1、單一組分的測(cè)定試樣中只一種組分，or在待測(cè)組分波長(zhǎng)最大處λmax無(wú)其他共存物質(zhì)吸收，多采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，在λmax處定量。A=0.15～0.8，最佳0.34第53頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天２、多組分的測(cè)定a.若各種吸光物質(zhì)吸收曲線互不重疊，則可按單一組分的測(cè)定方法。第54頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天b.若各種吸光物質(zhì)吸收曲線相互重疊，則可根據(jù)加和性，通過(guò)解聯(lián)立方程測(cè)定。

Aλ1A+B=ελ1AbcA

+ελ1BbcB

Aλ2A+B=ελ2AbcA

+ελ2BbcB

解方程可求cA，cB。當(dāng)溶液中有多個(gè)組分時(shí)也可用上述方法。第55頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、雙波長(zhǎng)分光光度法

此法適合于渾濁試樣及吸收光譜相互重疊的混合物。

λ1λ2

Aλ1=H

+ελ1BbcB

Aλ2=H

+ελ2BbcB第56頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天應(yīng)用舉例蛋白酶的測(cè)定：在一定T、pH下，蛋白酶作用于底物酪蛋白，則酪蛋白水解成酪氨酸，酪氨酸和福林試劑(Na2WO4.2H2O,Na2MoO4.2H2O)反應(yīng)顯色。酶活力高，則酪氨酸多，則顏色深，在680nm下測(cè)定。酶液提?。捍蠖狗?，用pH7.5緩沖液溶解定容過(guò)濾濾液定容。第57頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天AABλ1λ2c第58頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天紅外光譜法Infraredabsorptionspectrographicanalysis第59頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天紅外區(qū)按波長(zhǎng)分成三個(gè)波區(qū):A.近紅外區(qū)

0.76～2.5um(760nm～2500nm)

C-H,N-H,O-H振動(dòng)能級(jí)躍遷所產(chǎn)生的吸收或能量較低的電子能級(jí)的躍遷發(fā)生在此波區(qū)。主要用于蛋白質(zhì)、脂肪、水分、淀粉、纖維、半纖維、木質(zhì)素等的定性定量分析。B.中紅外區(qū)

2.5～25um

絕大部分的有機(jī)化合物和許多無(wú)機(jī)化合物的化學(xué)鍵的振動(dòng)基頻都出現(xiàn)在此區(qū),是紅外分析最重要的區(qū)域。此區(qū)又分二個(gè)區(qū):官能團(tuán)區(qū):2.5～7.7um反映分子中特征基團(tuán)的振動(dòng),受分子骨架影響小,基團(tuán)的波數(shù)位置較固定。鑒別基團(tuán)結(jié)構(gòu)。指紋區(qū):7.7～25um反映分子結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化,每一種化合物在該區(qū)的譜帶位置、形狀、強(qiáng)度都不一樣,相當(dāng)于人的指紋,故稱(chēng)指紋區(qū)。鑒別分子結(jié)構(gòu)細(xì)微變化及異構(gòu)體。C.遠(yuǎn)紅外區(qū)

25～1000um

純轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷。主要是鑒別氣體分子純轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷及鹵素、硫等原子的伸縮振動(dòng)引起。第60頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天定性分析1.利用已知物與未知物圖譜比較對(duì)照鑒定。

2.未知物的結(jié)構(gòu)測(cè)定步驟：

A.用元素分析儀測(cè)定未知物的C,H,O,N等元素的比例,求取分子式。

B.測(cè)定紅外光譜。第61頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

有機(jī)分子紅外吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系

OHNH

C=O

C-O

C-H脂肪

C=N

C-H伸，O-H彎曲

C-H烯烴

C=C烯烴

C-C

C-H炔烴

C=C芳烴

N-H

C=NC=C

N-H彎曲

C-H

C-H

平面內(nèi)彎曲

平面內(nèi)彎曲

官能團(tuán)區(qū)

指紋區(qū)4000

3000

2500200015001000700670cm-1

X-H伸縮振動(dòng)區(qū)

雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)

叁鍵和積累雙鍵區(qū)

部分單鍵振動(dòng)和指紋區(qū)第62頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天第63頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天C.計(jì)算不飽和度

U＝1+n4+(n3-n1)/2n1、n3、n4分別是價(jià)數(shù)為1、3、4的原子數(shù)通常:雙鍵和飽和環(huán)狀化合物的U為1，叁鍵U為2，苯環(huán)U為4。D.先找官能團(tuán)區(qū),后找指紋區(qū)證實(shí)。第64頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天例：C4H8O2的紅外圖譜如下，推斷其結(jié)構(gòu)式。

1460

2800－300017401375

1239400032002400200018001600140012001000800600

結(jié)構(gòu)式的推斷：1.U=1+4+(0-8)/2=1,意味著有雙鍵或環(huán)狀化合物。2.圖譜解釋?zhuān)篈.1740cm-1強(qiáng)吸收可能為C=O。再看指紋區(qū)：1239cm-1有吸收，為C-O，故認(rèn)為有-C00H存在。B.3000-2800cm-1有C-H伸縮振動(dòng)，可能有CH2-、CH3-，再看指紋區(qū)，1375cm-1、1460cm-1有C-H彎曲振動(dòng)，證實(shí)有此基團(tuán)。第65頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天3.結(jié)構(gòu)式的推斷：據(jù)分子式，可能存在下列結(jié)構(gòu)：HOOC-CH2CH2CH3CH3-COO-CH2CH3

丁酸乙酸乙酯CH3-CH2-COOCH3

丙酸甲酯由于1239cm-1最強(qiáng)，可斷定為乙酸乙酯。第66頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天A

c

第67頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天原子吸收光譜法Atomicabsorptionspectrophotometry，AAS第68頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天原子吸收光譜法，又稱(chēng)為原子吸收分光光度法、原子吸收法：是基于物質(zhì)的原子蒸氣對(duì)同種原子發(fā)射的特征輻射（譜線）的吸收作用而建立起來(lái)的分析方法?；鶓B(tài)原子吸收其共振輻射，外層電子由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)而產(chǎn)生原子吸收光譜。原子吸收光譜位于光譜的紫外區(qū)和可見(jiàn)區(qū)。分析過(guò)程：用(銳線光源)同種原子發(fā)射的特征輻射照射(原子蒸氣)試樣溶液被霧化和原子化的焰層，測(cè)量(特征輻射)透過(guò)的光強(qiáng)或吸光度，根據(jù)吸光度對(duì)濃度的關(guān)系計(jì)算試樣中被測(cè)元素的含量。第69頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天原子吸收光譜分析基礎(chǔ)1.原子的能級(jí)與躍遷

基態(tài)

第一激發(fā)態(tài),吸收一定頻率的輻射能量。產(chǎn)生共振吸收線（簡(jiǎn)稱(chēng)共振線）

吸收光譜

激發(fā)態(tài)

基態(tài)發(fā)射出一定頻率的輻射。產(chǎn)生共振吸收線（也簡(jiǎn)稱(chēng)共振線）

發(fā)射光譜2.元素的特征譜線

（1）各種元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子排布不同，基態(tài)

第一激發(fā)態(tài):躍遷吸收能量不同——具有特征性。

（2）各種元素的基態(tài)

第一激發(fā)態(tài)

最易發(fā)生，吸收最強(qiáng)，最靈敏線——特征譜線。

（3）利用特征譜線可以進(jìn)行定量分析。3.能夠測(cè)定的基礎(chǔ)

原子是否處于基態(tài)；原子吸收線的寬度太窄，如何測(cè)量；能否制備出比吸收線更窄的銳線光源。第70頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天原子是否處于基態(tài)？在一定的溫度下,原子達(dá)到熱平衡時(shí),基態(tài)原子數(shù)No與激發(fā)原子數(shù)Ni的比值符合波爾曼分布:Niq

──＝──ｅ-E/KT

Noqo

E--激發(fā)電位；T--絕對(duì)溫度；K--波茲曼常數(shù),1.38×10-16爾格/度；q/qo--分別為激發(fā)態(tài)和基態(tài)的統(tǒng)計(jì)權(quán)重。

第71頁(yè),共114頁(yè)，2024年2月25日，星期天

不同溫度下的Ni/No的值元素

共振線（nm）

qi/qo

激發(fā)能（ev）Ni/No2000K2500K3000K

Cs852.1121.4554.31×10-42.33×10-37.19×10-3

K766.4921.6171.68×10-41.10×10-33.84×10-3

Na589.0022.1040.99×10-51.44×10-45.83×10-4

Ba553.5632.2896.83×10-43.19×10-55.19×10-4

Ca422.6732.9321.22×10-73.67×10-63.55×10-5

Fe371.99-3.3822.29×10-91.04×10-71.31×10-6

Ag328.0723.7786.03×10-10