第二節(jié)-紫外-可見分光光度法的基本原理和概念-1

1、2021-7-20第十章第十章 紫外紫外- -可見分光可見分光光度法光度法一、朗伯一、朗伯-比爾定比爾定律的基本原理律的基本原理二、分光光度計(jì)的二、分光光度計(jì)的類型類型2021-7-20一、一、 基本原理基本原理 朗伯朗伯- -比爾比爾( (LamberLamber-Beer)-Beer)定律定律 吸光系數(shù)和吸收光譜吸光系數(shù)和吸收光譜 偏離朗伯偏離朗伯- -比爾定律的因素比爾定律的因素 透光率的測(cè)量誤差透光率的測(cè)量誤差 2021-7-20LamberLamber-Beer-Beer定律定律(P190)(P190) 吸收光譜法基本定律吸收光譜法基本定律 描述物質(zhì)對(duì)單色光吸收強(qiáng)弱與液層厚度和待測(cè)物

2、濃度的關(guān)系描述物質(zhì)對(duì)單色光吸收強(qiáng)弱與液層厚度和待測(cè)物濃度的關(guān)系假設(shè)一束平行單色光通過一個(gè)吸光物體假設(shè)一束平行單色光通過一個(gè)吸光物體 CABeerlALamber定律：，定律：nlSII吸光質(zhì)點(diǎn)數(shù)為厚度為物體截面為透過光強(qiáng)為入射光強(qiáng)為02021-7-20 取物體中一極薄層來討論取物體中一極薄層來討論xxdISdnkSdSdnkdSdnI透過薄層減弱的光強(qiáng)為幾率光子通過薄層被吸收的不讓光子通過的面積為薄層的吸光質(zhì)點(diǎn)數(shù)為設(shè)入射光強(qiáng)為SdnkIdIxxnIIxxSdSkIdI00SnEIISnkII00lglnClSnCVnlVS和由2021-7-20討論：討論：1 1LamberLamber-Bee

3、r-Beer定律的適用條件（前提）定律的適用條件（前提） 入射光為單色光入射光為單色光 溶液是稀溶液溶液是稀溶液2 2該定律適用于固體、液體和氣體樣品該定律適用于固體、液體和氣體樣品3 3在同一波長(zhǎng)下，各組分吸光度具有加和性在同一波長(zhǎng)下，各組分吸光度具有加和性 應(yīng)用：多組分測(cè)定應(yīng)用：多組分測(cè)定lCEIIBeerLamber0lg定律表達(dá)式lCETAIITlg0吸光度透光率lECAT1010或：吸光系數(shù)EcbaAAAA總2021-7-20二、吸光系數(shù)和吸收光譜二、吸光系數(shù)和吸收光譜1 1吸光系數(shù)的物理意義：吸光系數(shù)的物理意義： 單位濃度、單位厚度的吸光度單位濃度、單位厚度的吸光度 討論：討論：(

4、1) E=f（組分性質(zhì)，溫度，溶劑，組分性質(zhì)，溫度，溶劑，） 當(dāng)組分性質(zhì)、溫度和溶劑一定，當(dāng)組分性質(zhì)、溫度和溶劑一定，E=f（）(2) 不同物質(zhì)在同一波長(zhǎng)下不同物質(zhì)在同一波長(zhǎng)下E可能不同（選擇性吸收）可能不同（選擇性吸收） 同一物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下同一物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下E一定不同一定不同(3) E，物質(zhì)對(duì)光吸收能力物質(zhì)對(duì)光吸收能力, 定量測(cè)定靈敏度定量測(cè)定靈敏度 定性、定量依據(jù)定性、定量依據(jù)lCAE2021-7-202 2吸光系數(shù)兩種表示法：吸光系數(shù)兩種表示法： (1) 摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)： 在一定在一定下，下，C=1 mol/l，L=1 cm時(shí)的吸光度時(shí)的吸光度 (2) 百分含量吸光系數(shù)百分

5、含量吸光系數(shù) / 比吸光系數(shù)比吸光系數(shù)： 在一定在一定下，下，C=1 g/100ml，L=1 cm時(shí)的吸光度時(shí)的吸光度 (3) 兩者關(guān)系兩者關(guān)系3吸收光譜（吸收曲線）：吸收光譜（吸收曲線）：A%1110cmEM最大吸收最大吸收最小吸收最小吸收 特征值特征值定性依據(jù)定性依據(jù)肩峰肩峰末端吸收末端吸收2021-7-204 4吸光度測(cè)量的條件選擇：吸光度測(cè)量的條件選擇：(1) 測(cè)量波長(zhǎng)的選擇：測(cè)量波長(zhǎng)的選擇：(2) 吸光度讀數(shù)范圍的選擇：吸光度讀數(shù)范圍的選擇：(3) 參比溶液參比溶液(空白溶液空白溶液)的選擇：的選擇：下測(cè)定須在較小的左右測(cè)定靈敏度高maxmaxmaxmaxlCAEAA選選A=0.20

6、.7樣參調(diào)節(jié)光路光學(xué)性質(zhì)和厚度相同樣品池樣品溶液，參比池空白溶液樣品池參比池配制樣品的溶劑空白溶液ATA%1000 注：注：采用空白對(duì)比消除因溶劑和容器的吸收、光的散射和采用空白對(duì)比消除因溶劑和容器的吸收、光的散射和 界面反射等因素對(duì)透光率的干擾界面反射等因素對(duì)透光率的干擾2021-7-20三、偏離三、偏離BeerBeer定律的因素定律的因素 依據(jù)依據(jù)BeerBeer定律，定律，A A與與C C關(guān)系應(yīng)關(guān)系應(yīng)為為 經(jīng)過原點(diǎn)的直線經(jīng)過原點(diǎn)的直線 偏離偏離BeerBeer定律的主要因素表定律的主要因素表現(xiàn)為現(xiàn)為 以下兩個(gè)方面以下兩個(gè)方面（一）光學(xué)因素（一）光學(xué)因素（二）化學(xué)因素（二）化學(xué)因素 lCE

7、A2021-7-20（一）光學(xué)因素（一）光學(xué)因素 1非單色光的影響：非單色光的影響： Beer定律應(yīng)用的重要前提定律應(yīng)用的重要前提入射光為單色光入射光為單色光 照射物質(zhì)的光經(jīng)單色器分光后照射物質(zhì)的光經(jīng)單色器分光后 并非真正單色光并非真正單色光 其波長(zhǎng)寬度由入射狹縫的寬度其波長(zhǎng)寬度由入射狹縫的寬度 和棱鏡或光柵的分辨率決定和棱鏡或光柵的分辨率決定 為了保證透過光對(duì)檢測(cè)器的響為了保證透過光對(duì)檢測(cè)器的響 應(yīng)，必須保證一定的狹縫寬度應(yīng)，必須保證一定的狹縫寬度 這就使分離出來的光具一定的這就使分離出來的光具一定的 譜帶寬度譜帶寬度2021-7-2021020121IIII和為對(duì)應(yīng)的透過光光強(qiáng)分別和入射光

8、光強(qiáng)分別為的光組成和設(shè)入射光由波長(zhǎng)為lECIIlCEIITA10lglg0002010201020102010201211212110101010IIIIIIIIIIIITlCEElCElCElCE）（又0201020111210lglgIIIIlCETAlCEE）（混合光的透混合光的透光率光率2021-7-20討論：討論： 入射光的譜帶寬度嚴(yán)重影響吸光系數(shù)和吸收光譜形狀入射光的譜帶寬度嚴(yán)重影響吸光系數(shù)和吸收光譜形狀 結(jié)論：結(jié)論： 選擇較純單色光（選擇較純單色光（，單色性單色性） 選選maxmax作為測(cè)定波長(zhǎng)（作為測(cè)定波長(zhǎng)（EE，SS且成線性）且成線性）偏離線性關(guān)系越嚴(yán)重與）（定律不成線性關(guān)系

9、，偏離與成線性關(guān)系CAEEBeerCAEElCEAEE12211212021-7-202雜散光的影響：雜散光的影響： 雜散光是指從單色器分出的光不在入射光譜帶寬度雜散光是指從單色器分出的光不在入射光譜帶寬度 范圍內(nèi)，與所選波長(zhǎng)相距較遠(yuǎn)范圍內(nèi)，與所選波長(zhǎng)相距較遠(yuǎn)雜散光來源：儀器本身缺陷；光學(xué)元件污染造成雜散光來源：儀器本身缺陷；光學(xué)元件污染造成雜散光可使吸收光譜變形，吸光度變值雜散光可使吸收光譜變形，吸光度變值3反射光和散色光的影響：反射光和散色光的影響：反射光和散色光均是入射光譜帶寬度內(nèi)的光反射光和散色光均是入射光譜帶寬度內(nèi)的光 直接對(duì)直接對(duì)T產(chǎn)生影響產(chǎn)生影響散射和反射使散射和反射使T，A，吸

10、收光譜變形吸收光譜變形注：一般可用空白對(duì)比校正消除注：一般可用空白對(duì)比校正消除4非平行光的影響：非平行光的影響：使光程使光程，A，吸收光譜變形吸收光譜變形2021-7-20（二）化學(xué)因素（二）化學(xué)因素 Beer定律適用的另一個(gè)前提：稀溶液定律適用的另一個(gè)前提：稀溶液 濃度過高會(huì)使?jié)舛冗^高會(huì)使C與與A關(guān)系偏離定律關(guān)系偏離定律2021-7-20四、透光率的測(cè)量誤差四、透光率的測(cè)量誤差TT影響測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差兩個(gè)因素：影響測(cè)定結(jié)果的相對(duì)誤差兩個(gè)因素： T和和T T影響因素：儀器噪音影響因素：儀器噪音 隨機(jī)誤差隨機(jī)誤差 (1) 暗噪音暗噪音 (2) 訊號(hào)噪音訊號(hào)噪音TlElEAClCETAlg1lg

11、TTTCClg434. 0濃度的相對(duì)誤差2021-7-20(1) 暗噪音暗噪音與檢測(cè)器和放大電路不確切性有關(guān)，與檢測(cè)器和放大電路不確切性有關(guān)， 與光訊號(hào)無(wú)關(guān)與光訊號(hào)無(wú)關(guān)0)lg()lg434. 0(434. 0)lg434. 0(2TTTTTTTdTd對(duì)應(yīng)最小的測(cè)量誤差，%80.36434. 0lgTT%5 . 0%1%2 . 0TT今假設(shè)大多數(shù)分光光度計(jì)的適宜測(cè)量范圍7 . 02 . 0%20%65：AT測(cè)定結(jié)果相對(duì)誤差較小2021-7-20(2) 訊號(hào)噪音訊號(hào)噪音與光訊號(hào)有關(guān)與光訊號(hào)有關(guān)表明測(cè)量誤差較小的范圍表明測(cè)量誤差較小的范圍一直可延至較高吸光度區(qū)，一直可延至較高吸光度區(qū)，對(duì)測(cè)定有利對(duì)

12、測(cè)定有利 2021-7-20第四節(jié)第四節(jié) 紫外分光光度計(jì)紫外分光光度計(jì) 1光源：光源：分光光度計(jì)要求有能發(fā)射強(qiáng)度足夠分光光度計(jì)要求有能發(fā)射強(qiáng)度足夠并且穩(wěn)定的、具有連續(xù)光譜且發(fā)光面積小的并且穩(wěn)定的、具有連續(xù)光譜且發(fā)光面積小的光源光源2單色器：?jiǎn)紊鳎簩碜怨庠吹倪B續(xù)光譜按波長(zhǎng)順序色將來自光源的連續(xù)光譜按波長(zhǎng)順序色散，并從中分離出一定寬度的譜帶散，并從中分離出一定寬度的譜帶 包括狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件包括狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件 棱鏡棱鏡對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率不同對(duì)不同波長(zhǎng)的光折射率不同色散元件色散元件 分出光波長(zhǎng)不等距分出光波長(zhǎng)不等距 光柵光柵衍射和干涉衍射和干涉 分出光波長(zhǎng)等距分出光波長(zhǎng)等距鎢燈或

13、鹵鎢燈鎢燈或鹵鎢燈可見光源可見光源 3501000nm氫燈或氘燈氫燈或氘燈紫外光源紫外光源 200360nm2021-7-203吸收池：吸收池： 玻璃玻璃能吸收能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)光，僅適用于可見光區(qū) 石英石英不能吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)不能吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū) 要求：要求：匹配性（對(duì)光的吸收和反射應(yīng)一致）匹配性（對(duì)光的吸收和反射應(yīng)一致）4檢測(cè)器：檢測(cè)器：將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置5記錄裝置：記錄裝置：訊號(hào)處理和顯示系統(tǒng)訊號(hào)處理和顯示系統(tǒng)光電池光電池光電管光電管光電倍增管光電倍增管二極管陣列檢測(cè)器二極管陣列檢測(cè)器2021-7-20分光光度計(jì)的類型分光光度計(jì)的類型1 1單光束分光光度計(jì)：?jiǎn)喂馐止夤舛扔?jì)：特點(diǎn)：特點(diǎn)： 使用時(shí)來回拉動(dòng)吸收池使用時(shí)來回拉動(dòng)吸收池 移動(dòng)誤差移動(dòng)誤差 對(duì)光源要求高對(duì)光源要求高 比色池配對(duì)比色池配對(duì)2021-7-202 2雙光束分光光度計(jì)：雙光束分光光度計(jì)： 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 不用拉動(dòng)吸收池