光學(xué)特性實用實用教案實用教案

1、紫外-可見(kjin)分光光度法(ultraviolet-visible spectrophotometry, UV-VIS) 按所吸收光的波長區(qū)域不同，分為(fn wi)紫外分光光度法和可見分光光度法，合稱為紫外-可見分光光度法。 它是利用物質(zhì)的分子或離子對某一波長范圍的光的吸收作用，對物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析及結(jié)構(gòu)分析, 所依據(jù)的光譜是分子或離子吸收入射光中特定(tdng)波長的光而產(chǎn)生的吸收光譜。第1頁/共49頁第一頁，共50頁。紫外-可見(kjin)分光光度法的特點： 1 與其它光譜分析(fnx)方法相比，其儀器設(shè)備和操作都比較簡單，費用少，分析(fnx)速度快;2 靈敏度高;3 選

2、擇性好;4 精密度和準(zhǔn)確度較高;5 用途(yngt)廣泛。 第2頁/共49頁第二頁，共50頁。1. 紫外-可見(kjin)吸收光譜 1. 物質(zhì)對光(du gung)的選擇性吸收 物質(zhì)對光的吸收是選擇性的，利用被測物質(zhì)對某波長的光的吸收來了解物質(zhì)的特性(txng)，這就是光譜法的基礎(chǔ)。第3頁/共49頁第三頁，共50頁。 通過測定被測物質(zhì)對不同波長的光的吸收強度（吸光度），以波長為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，得出該物質(zhì)在測定波長范圍的吸收曲線。如圖3-1； 在吸收曲線中，通常(tngchng)選用最大吸收波長max進(jìn)行物質(zhì)含量的測定。 第4頁/共49頁第四頁，共50頁。第5頁/共49頁第五頁，共5

3、0頁。 飽合有機化合物的電子躍遷(yuqin)類型為*，n* 躍遷(yuqin)，吸收峰一般出現(xiàn)在真空紫外區(qū)，吸收峰低于200nm，實際應(yīng)用價值不大。 不飽合機化合物的電子躍遷(yuqin)類型為n*，* 躍遷(yuqin)，吸收峰一般大于200nm。 第6頁/共49頁第六頁，共50頁。生色團(tuán)：是指分子(fnz)中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團(tuán)。人們通常將能吸收紫外、可見光的原子團(tuán)或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義為生色團(tuán)。見表3-1和3-2。助色團(tuán)：是指帶有非鍵電子對的基團(tuán)，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它們本身(bnshn)不能吸收大于200nm的光，但是當(dāng)它們與生色團(tuán)相連

4、時，會使生色團(tuán)的吸收峰向長波方向移動，并且增加其吸收強度。見表3-4。第7頁/共49頁第七頁，共50頁。紅移和紫移 在有機(yuj)化合物中，常常因取代基的變更或溶劑的改變，使其吸收帶的最大吸收波長max發(fā)生移動。向長波方向移動稱為紅移(表3-3)，向短波方向移動稱為紫移。第8頁/共49頁第八頁，共50頁。第9頁/共49頁第九頁，共50頁。鑭系和錒系元素的離子對紫外和可見光的吸收是基于內(nèi)層f電子的躍遷而產(chǎn)生的。其紫外可見光譜為一些狹長的特征吸收峰，這些峰幾乎不受金屬離子的配位環(huán)境(hunjng)的影響。 1. f電子(dinz)躍遷吸收光譜第10頁/共49頁第十頁，共50頁。過渡金屬的電子躍遷

5、類型為d電子在不同d軌道間的躍遷，吸收紫外或可見光譜。這些峰強烈受配位環(huán)境的影響。 例如(lr) cu2+以水為配位體，吸收峰在794nm處，而以氨為配位體，吸收峰在663nm處。此類光譜吸收強度弱，較少用于定量分析。2. d電子躍遷(yuqin)吸收光譜第11頁/共49頁第十一頁，共50頁。3. 電荷遷移光譜 某些分子既是電子給體，又是電子受體，當(dāng)電子受輻射能激發(fā)從給體外層軌道向受體躍遷時，就會產(chǎn)生較強的吸收(xshu)，這種光譜稱為電荷遷移光譜。如 苯?；〈镌诠庾饔孟碌漠悩?gòu)反應(yīng)。第12頁/共49頁第十二頁，共50頁。1.4 影響紫外-可見吸收光譜(x shu un p)的因素 物質(zhì)(w

6、zh)的吸收光譜與測定條件有密切的關(guān)系。測定條件（溫度、溶劑極性、pH等）不同，吸收光譜的形狀、吸收峰的位置、吸收強度等都可能發(fā)生變化。1.溫度 在室溫范圍內(nèi)，溫度對吸收光譜的影響不大。 第13頁/共49頁第十三頁，共50頁。2. 溶劑 注意如下幾點：（1）盡量選用低極性溶劑；（2）能很好地溶解被測物，并且形成的溶液具有(jyu)良好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性；（3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)無明顯吸收。3. pH值第14頁/共49頁第十四頁，共50頁。1.5 紫外-可見(kjin)吸收光譜的應(yīng)用 紫外-可見吸收光譜除主要可用于物質(zhì)的定量分析外，還可以用于物質(zhì)的定性分析、純度鑒定( jindng)、結(jié)構(gòu)

7、分析。1.定性分析第15頁/共49頁第十五頁，共50頁。2.純度的鑒定 用紫外吸收光譜確定試樣的純度是比較方便(fngbin)的。 如蛋白質(zhì)與核酸的純度分析中，可用A280/A260的比值，鑒定其純度。 第16頁/共49頁第十六頁，共50頁。3.結(jié)構(gòu)分析 紫外-可見吸收光譜一般不用于化合物的結(jié)構(gòu)分析，但利用紫外吸收光譜鑒定化合物中的共軛結(jié)構(gòu)和芳環(huán)結(jié)構(gòu)還是(hi shi)有一定價值。例如，某化合物在近紫外區(qū)內(nèi)無吸收，說明該物質(zhì)無共軛結(jié)構(gòu)和芳香結(jié)構(gòu)。第17頁/共49頁第十七頁，共50頁。 設(shè)入射光強度為I0，吸收光強度為Ia,透射光強度為 It，反射光強度為Ir，則 I0= Ia+ It+ Ir由

8、于反射光強度基本相同，其影響(yngxing)可相互抵消，上式可簡化為： I0= Ia+ It一、吸光度(gungd)和透光度(gungd)第18頁/共49頁第十八頁，共50頁。吸光度(gungd): 為透光度(gungd)倒數(shù)的對數(shù)，用A表示，即 A=lg1/T=lgI0/It透光度：透光度為透過(tu u)光的強度It與入射光強度I0之比，用T表示： 即 T= It/I0第19頁/共49頁第十九頁，共50頁。二、朗伯-比爾定律朗伯-比爾定律：當(dāng)一束平行單色光通過含有吸光物質(zhì)的稀溶液時，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)濃度、液層厚度乘積成正比，即 A= cl 式中比例常數(shù)與吸光物質(zhì)的本性，入射光波長及

9、溫度(wnd)等因素有關(guān)。c為吸光物質(zhì)濃度，l為透光液層厚度。 朗伯-比爾定律是紫外-可見分光(fn un)光度法的理論基礎(chǔ)。第20頁/共49頁第二十頁，共50頁。三、吸光系數(shù)(xsh)當(dāng)l以cm，c以g/L為單位，稱為吸光系數(shù)(xsh)，用 a表示。A= a cla的單位(dnwi)為L/(g.cm)第21頁/共49頁第二十一頁，共50頁。 當(dāng)l以cm，c以mol/L為單位，稱為摩爾吸光系數(shù)，用 表示。 的單位為L/mol.cm，它表示物質(zhì)的濃度(nngd)為1mol/L，液層厚度為1cm時，溶液的吸光度。摩爾(m r)吸光系數(shù)第22頁/共49頁第二十二頁，共50頁。比吸光系數(shù)(xsh)比吸

10、光系數(shù)(xsh)是指百分含量為1%， l為1cm時的吸光度值，用 表示。%11cmE%111 . 0cmrEM第23頁/共49頁第二十三頁，共50頁。四、偏離(pinl)朗伯-比耳定律的因素（1）入射光為非單色光（3）光程的不一致性。 光源不是點光源，比色皿光徑長度不一致，光學(xué)元件的缺陷引起的多次反射等，均造成(zo chn)光徑不一致，從而與定律偏離。（2）溶液的不均性。 實際樣品(yngpn)的混濁，加入的保護(hù)膠體，蒸餾水中的微生物，存在散射以及共振發(fā)射等，均可吸光質(zhì)點的吸光特性變化大。第24頁/共49頁第二十四頁，共50頁。3. 紫外-可見(kjin)分光光度計一、主要部件的性能與作用基

11、本結(jié)構(gòu)( jigu):光源單色器吸收池檢測器信號顯示系統(tǒng) 樣品(yngpn)第25頁/共49頁第二十五頁，共50頁。 在紫外可見分光光度計中，常用的光源(gungyun)有兩類：熱輻射光源(gungyun)和氣體放電光源(gungyun) 1 光源(gungyun) 熱輻射光源用于可見光區(qū)，如鎢燈和鹵鎢燈；氣體(qt)放電光源用于紫外光區(qū)，如氫燈和氘燈。第26頁/共49頁第二十六頁，共50頁。單色器的主要組成(z chn)：入射狹縫、出射狹縫、色散元件和準(zhǔn)直鏡等部分。 2 單色器 單色器質(zhì)量的優(yōu)劣，主要決定于色散元件的質(zhì)量。色散元件常用棱鏡(lngjng)和光柵。第27頁/共49頁第二十七頁，

12、共50頁。 吸收池又稱比色皿或比色杯，按材料可分為(fn wi)玻璃吸收池和石英吸收池，前者不能用于紫外區(qū)。 3 吸收(xshu)池 吸收池的種類很多，其光徑可在0.110cm之間，其中(qzhng)以1cm光徑吸收池最為常用。第28頁/共49頁第二十八頁，共50頁。4 檢測器 檢測器的作用是檢測光信號(xnho)，并將光信號(xnho)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?xnho)?，F(xiàn)今使用的分光光度計大多采用光電管或光電倍增管作為檢測器。5 信號顯示(xinsh)系統(tǒng) 常用的信號顯示(xinsh)裝置有直讀檢流計，電位調(diào)節(jié)指零裝置，以及自動記錄和數(shù)字顯示(xinsh)裝置等。第29頁/共49頁第二十九頁，共50

13、頁。二、紫外-可見分光(fn un)光度計的類型 按其光學(xué)系統(tǒng)可分為單波長(bchng)分光光度計和雙波長(bchng)分光光度計。第30頁/共49頁第三十頁，共50頁。1.單波長單光束(gungsh)分光光度計 目前國內(nèi)廣泛采用721型分光光度計。具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、操作方便、維修(wixi)也比較容易，適用于常規(guī)分析。 單波長(bchng)單光束分光光度計還有國產(chǎn)751型、XG-125型、英國SP500型和伯克曼DU-8型等。第31頁/共49頁第三十一頁，共50頁。2.單波長(bchng)雙光束分光光度計 單波長雙光束分光光度計有國產(chǎn)(guchn)710型、730型、740型、日立UV

14、-340型等就屬于這種類型。第32頁/共49頁第三十二頁，共50頁。3.雙波長(bchng)分光光度計雙波長分光光度計的優(yōu)點：是可以在有背景干憂或共存組分吸收干憂的情況下對某組分進(jìn)行定量(dngling)測定。國產(chǎn)(guchn)WFZ800-5型、島津UV-260型、UV-265型等。第33頁/共49頁第三十三頁，共50頁。三、分光(fn un)光度計的校正和檢驗1.波長(bchng)校正2.吸光度校正3.雜散光的檢驗4.穩(wěn)定性的檢驗第34頁/共49頁第三十四頁，共50頁。4 分析(fnx)條件的選擇 一、 儀器測量(cling)條件的選擇 1.適宜的吸光度范圍由朗伯-比爾定律可知： A=lg

15、1/T=cl 微分后得： dlgT=0.4343dT/T= -ldc 或 0.4343T/T= -lc第35頁/共49頁第三十五頁，共50頁。代入朗伯-比爾定律有： c/c=0.4343T/TlgT要使測定的相對誤差c/c最小，求導(dǎo)取極小(j xio)得出： lgT=-0.4343=A即當(dāng)A=0.4343時，吸光度測量誤差最小。 最適宜(shy)的測量范圍為0.20.8之間。第36頁/共49頁第三十六頁，共50頁。 通常是根據(jù)被測組分的吸收光譜，選擇最強吸收帶的最大吸收波長為入射波長。當(dāng)最強吸收峰的峰形比較尖銳時，往往選用吸收稍低，峰形稍平坦的次強峰或肩峰進(jìn)行( jnxng)測定。 2.入射光

16、波長(bchng)的選擇第37頁/共49頁第三十七頁，共50頁。3 狹縫寬度的選擇 為了選擇合適(hsh)的狹縫寬度，應(yīng)以減少狹縫寬度時試樣的吸光度不再增加為準(zhǔn)。一般來說，狹縫寬度大約是試樣吸收峰半寬度的十分之一。第38頁/共49頁第三十八頁，共50頁。 對多種物質(zhì)進(jìn)行測定(cdng)，常利用顯色反應(yīng)將被測組分轉(zhuǎn)變?yōu)樵谝欢úㄩL范圍有吸收的物質(zhì)。常見的顯色反應(yīng)有配位反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等。第39頁/共49頁第三十九頁，共50頁。這些顯色反應(yīng)，必須滿足(mnz)以下條件： 4.反應(yīng)(fnyng)生成物的組成恒定。3. 反應(yīng)(fnyng)生成的產(chǎn)物有足夠的穩(wěn)定性，以保證測量過程中溶液的吸光度不變；2反

17、應(yīng)有較高的選擇性，即被測組分生成的化合物吸收曲線應(yīng)與共存物質(zhì)的吸收光譜有明顯的差別；1反應(yīng)的生成物必須在紫外-可見光區(qū)有較強的吸光能力，即摩爾吸光系數(shù)較大；第40頁/共49頁第四十頁，共50頁。1酸度 顯色反應(yīng)最適宜的酸度范圍可通過實驗來確定：測定某一固定(gdng)濃度的試樣的吸光度隨酸度的變化，以吸光度為縱坐標(biāo)，溶液的PH值為橫坐標(biāo)作圖。3.顯色(xin s)時間和溫度2.顯色劑的用量第41頁/共49頁第四十一頁，共50頁。 測定(cdng)試樣溶液的吸光度，需先用參比溶液調(diào)節(jié)透光度（吸光度為0）為100%，以消除其它成分及吸光池和溶劑等對光的反射和吸收帶來的測定(cdng)誤差。第42頁

18、/共49頁第四十二頁，共50頁。參比溶液的選擇(xunz)視分析體系而定，具體有： 1溶劑參比 試樣簡單、共存其它成分對測定波長吸收弱，只考慮消除溶劑與吸收池等因素； 2試樣參比 如果試樣基體溶液在測定波長有吸收，而顯色(xin s)劑不與試樣基體顯色(xin s)時，可按與顯色(xin s)反應(yīng)相同的條件處理試樣，只是不加入顯色(xin s)劑。第43頁/共49頁第四十三頁，共50頁。3試劑參比 如果顯色劑或其它試劑在測定波長有吸收，按顯色反應(yīng)相同的條件(tiojin)，不加入試樣，同樣加入試劑和溶劑作為參比溶液。 4. 平行操作參比 用不含被測組分的試樣，在相同的條件下與被測試樣同時進(jìn)行處理，由此得到(d do)平行操作參比溶液。第44頁/共49頁第四十四頁，共50頁。一、 單組分定量(dngling)方法 單組分是指樣品溶液中含有一種組分，或者是在混合物溶液中待測組分的吸收峰與其他(qt)共有物質(zhì)的吸收峰無重疊。其定量(dngling)方法包括校準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)對比法和吸收系數(shù)法。第45頁