1.紫外-可見分光光度法5123

知識點講解內(nèi)容●光譜分析法的基本概念●

光的基礎(chǔ)知識●紫外-可見分光光度法的基本原理

一、光譜分析法的基本概念●當(dāng)物質(zhì)與電磁輻射相互作用時，物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生能級躍遷，根據(jù)能級躍

遷所產(chǎn)生的電磁輻射強度隨波長變化所得到的圖譜稱為光譜。利用光

譜進(jìn)行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法稱為光譜分析法，簡稱光譜法?！褡贤?可見吸收光譜法(UV-Vis)是用分光光度計依據(jù)溶液中的吸光物質(zhì)對紫外和可見光區(qū)(200~760nm)

輻射能的吸收來研究物質(zhì)的組成和含量的分析方法，也稱紫外-可見分光光度法。

二、光的基礎(chǔ)知識●光是一種電磁輻射(又稱電磁波),是一種在空間不需任何物質(zhì)

作為傳播媒介的高速傳播的粒子流，它具有波動性與粒子性。●

光的波動性：表現(xiàn)在光具有反射、折射、干涉、衍射以及偏振

等現(xiàn)象。描述光的波動性常用波長(入)和頻率(v)

來表征。關(guān)系為：c為光在真空中的傳播速度，c=2.997925×108m/s1.電磁輻射光的粒子性：體現(xiàn)在熱輻射、光的吸收和發(fā)射、光電效應(yīng)以及光的化學(xué)作用等方面。式中

：h

是普朗克常數(shù)，h=6.6262×10-34Jos;E為光子能量，單位為焦耳(J)

或電子伏特(eV)(leV=1.6022×10-19J)1.電磁輻射關(guān)系式為：●如果把電磁輻射按照波長的順序排列

成圖表，就稱為電磁波譜。在電磁波

譜當(dāng)中，可以看到紫外光和紅外光之

間是我們常見的可見光。它的波長范圍從400nm

到780nm?！襁@張圖上，從伽馬射線、

X

射線，紫

外可見光，紅外光，微波到射頻都

屬于電磁輻射。波

長

200

780

3200

(nm)y

射

線

×

射

線

紫

外

可見近紅外

中

紅

外

遠(yuǎn)

紅

外

微波射

頻紫外線

青藍(lán)

青

綠

黃綠

黃490

500560

580450480490500560580600

650780可見光：400-780nm近紫外光：200-400nm2.電磁波譜無色光紅外線真空紫外

振動紅外可見光(色光)核磁共振無色光●

單一波長的光稱為單色光，由不同波長

的光混合而成的光稱為復(fù)合光?！?/p>

如果兩種適當(dāng)顏色的單色光按一定強度

比例混合，可以得到白光，則這兩種單色光稱為互補色光?！?/p>

溶液呈現(xiàn)不同的顏色，是由于溶液中的

溶質(zhì)(分子或離子)選擇性地吸收了白光中某種顏色的光而引起的。物質(zhì)對光

的吸收具有選擇性。例如：高錳酸鉀溶液能夠選擇吸收白光中的青綠色光而呈現(xiàn)紫紅色。對角兩個光為互補色光3.物質(zhì)對光的吸收●

吸

收

曲

線：以波長λ為橫坐標(biāo)，吸光度A

為縱坐標(biāo)，

繪制得到的曲線稱為吸收光譜曲線(吸收曲線)?！?/p>

吸收曲線的特點①曲線上最高處對應(yīng)的波長為最大吸收波長，用

λmax表示。②同一物質(zhì)，濃度不同，但曲線形狀相同——定性依據(jù)。

每種物質(zhì)具有自己特征的光吸收曲線。③在一定波長處，吸光度隨濃度增加而增大——定量依據(jù)。4.吸收曲線不同濃度KMnO?溶液的吸收曲線鄰菲羅啉-Fe2+溶液的吸收曲線

三、紫外-可見分光光度法的基本原理透光率(T):當(dāng)一束平行光垂直通過透明溶液時，透過光的強度(I)

和入射光的強度(I?)之比，

稱為透光率或透光度，用T

來表示。T∈(0,1)吸光度(A):

物質(zhì)對光的吸收程度。

吸光度A∈(0,+∞)1.光的吸收定律●

朗伯-比爾定律是分光光度法的基本定律，其表達(dá)式如下：A=Kcb(K

為吸光系數(shù))●代表的物理意義為：·

當(dāng)一束平行單色光垂直通過某一具有一定光照面積的、含吸光物

質(zhì)的稀溶液時，若該溶液均勻、無散射，則在入射光波長、強度

及溶液的溫度等條件保持不變的情況下，該溶液中的吸光物質(zhì)對單色光的吸光度A與溶液的濃度c及溶液液層厚度b的乘積成正比關(guān)

系。2.朗伯-比爾定律以吸光度對濃度作圖應(yīng)得到一條通過原點的直線。吸光度和濃度

是呈線性關(guān)系的。當(dāng)吸光物質(zhì)濃度

較高時，往往發(fā)生彎曲而偏離線性。

若在彎曲部分進(jìn)行定量分析，會產(chǎn)

生較大的測量誤差。3.偏離比爾定律的因素導(dǎo)致偏離比爾定律的主要因素：(1)化學(xué)因素：●溶液必須是稀溶液(10-2mol/L以下)●溶液必須是均勻介質(zhì)、組成穩(wěn)定(2)光學(xué)因素：入射光必須是單色光2.紫外-可見分光光度計5123

知識點講解內(nèi)容紫外-可見分光光度計的主要部件紫外-可見分光光度計的類型●紫外-可見分光光度計使用方法一、紫外-可見分光光度計的主要部件●紫外-可見分光光度計，是在紫外-可見光區(qū)可任意選擇不同波長的光測定被測物質(zhì)吸光度(或透光率)的

儀

器

。●一般紫外-可見分光光度計構(gòu)造由五大部件組成：外觀單色器參比池樣品池數(shù)據(jù)處理和儀器控制吸收池

檢測器數(shù)據(jù)處理

與顯示器光電倍增管當(dāng)

燈單色器光源(1)氫燈或氘燈氫燈或氘燈都是氣體放電發(fā)光，能發(fā)射150~400nm的紫外連續(xù)光譜，用作紫外光區(qū)的測量。(2)鎢燈或鹵鎢燈為熱輻射光源。光源能發(fā)射350-2500nm

的連續(xù)光譜，主要用于可見和近紅外光區(qū)的測量?！窆庠吹闹饕饔檬前l(fā)射足夠強度、均勻穩(wěn)定、具有連續(xù)光譜的復(fù)合光。要使光源穩(wěn)定，其前端一定要有整流穩(wěn)壓電源。紫外-可見光區(qū)常用氫燈和鎢燈兩種光

源

。1.光源單色器：

能從光源發(fā)射的光中分離出一定波長范圍譜線的器件?！?/p>

作用

：復(fù)合光→單色光●

包

括

：狹縫+色散元件+透鏡組單色光出口狹縫2.單色器入射光

出

口

狹縫準(zhǔn)光鏡

鏡聚焦

鏡●

類

型

：①

棱鏡單色器：根據(jù)不同波長的光，在棱鏡中折射率不同，從而使復(fù)合光色散?？梢姽鈪^(qū)用玻璃棱鏡，紫外光區(qū)用石英棱鏡。②

光柵單色器：為一系列等寬平行的狹縫，以光的衍射現(xiàn)象和干涉現(xiàn)象為基礎(chǔ)，使不同波長的光色散。分為透射光柵和反射光

柵。●操作注意事項：·

拿取吸收池，只能接觸毛面，不得接觸透光面?！?/p>

只能用濾紙或絲綢擦拭透光面，不得用硬物接觸?！?/p>

對玻璃有腐蝕的試劑，不能長期存放在吸收池中?！?/p>

使用后立即用蒸餾水沖洗干凈。·

不得在火焰或電爐上烘烤吸收池?！裎粘赜址Q比色皿或比色杯，是用來盛放樣品溶液的器皿?？梢姽鈪^(qū)使用光學(xué)玻璃吸收池，石英吸收池適用于紫外光區(qū)和可見光區(qū)。3.吸收池●操作注意事項：·

拿取吸收池，只能接觸毛面，不得接觸透光面?！?/p>

只能用濾紙或絲綢擦拭透光面，不得用硬物接觸?！?/p>

對玻璃有腐蝕的試劑，不能長期存放在吸收池中?！?/p>

使用后立即用蒸餾水沖洗干凈。·

不得在火焰或電爐上烘烤吸收池?！裎粘赜址Q比色皿或比色杯，是用來盛放樣品溶液的器皿?？梢姽鈪^(qū)使用光學(xué)玻璃吸收池，石英吸收池適用于紫外光區(qū)和可見光區(qū)。3.吸收池●紫外-可見光區(qū)常用檢測器：①光電池：易疲勞，淘汰。②光電管：由一個陽極和一個光敏陰極組成的真空二極管。③光電倍增管：光電管+電信號倍增系統(tǒng)，靈敏度高?！?/p>

檢測器是利用光電效應(yīng)將接收到的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)楸阌跍y量的電信號，光照射產(chǎn)生的光電流，在一定范圍內(nèi)應(yīng)與照射光的強度成正比?！?/p>

檢測器的作用是檢測來自吸收池的光信號并將其轉(zhuǎn)換成電信號。4.檢測器光電管原理示意圖檢流計④硅光電二極管檢測器：可同時檢測由光柵分光，再入射到陣列式接受器上全部波長的信號，然后對二極管陣列快速掃描采集數(shù)據(jù)，得到時間、光強度和波長的三維譜圖。光電管原理示意圖檢流計顯示器常用的有電表指示、熒光屏顯示、數(shù)字顯示裝置等。顯示數(shù)據(jù)主要有透光率與吸光度，有的還能轉(zhuǎn)換成濃度、吸光系數(shù)等顯示。信號處理裝置可對信號進(jìn)行放大及自動記錄與打印，并能進(jìn)行波長掃描?，F(xiàn)在很多型號的分光光度計配有計算機，并開

發(fā)有專門的軟件，可對分光光度計進(jìn)行操作控制，并自動進(jìn)行數(shù)據(jù)處

理

。

5.數(shù)據(jù)處理與顯示器·

可見分光光度計(400-780nm)·

紫外可見分光光度計(200-1000nm)光源波長范圍·單波長分光光度計·雙波長分光光度計測量波長數(shù)光路設(shè)計·

單光束分光光度計·

雙光束分光光度計二、紫外-可見分光光度計的類型●具體使用方法：①預(yù)熱：打開電源預(yù)熱20min。②選擇波長：經(jīng)波長選擇按鈕，選定所需單色光波長。③調(diào)零：點擊調(diào)0”按鈕，使讀數(shù)顯示T=0

%(A=∞)。④調(diào)百：光閘開，將空白溶液放入光路中，點"100%"按鈕，調(diào)至T=100%

(即A=0)?！袷褂貌僮鬟^程預(yù)熱

選擇波長

調(diào)零

調(diào)百

測量

測定完畢紫外-可見分光光度計使用方法三

、紫外-可見分光光度計使用方法⑤測量：將待測溶液的比色皿分別放入比色皿槽中，蓋上樣品室蓋，直接讀出吸

光度A或透射比T%

值。⑥

測

定

完

畢

：切斷電源。取出吸收池，在暗箱中放入干燥劑袋，蓋好暗箱蓋。5123

知識點講解內(nèi)容一、紫外-可見分光光度計的主要部件二、紫外-可見分光光度計的類型三、紫外-可見分光光度計使用方法3.原子吸收分光光度法

知識點講解內(nèi)容原子吸收分光光度法的基本原理●原吸收分光光度計●原子吸收分光光度法的定量分析及應(yīng)用一、原子吸收分光光度法的基本原理●原子的核外電子具有不同的能級，原子光譜是由原子外層的價電子在不同能級

間躍遷而產(chǎn)生的。原子在基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間躍遷所產(chǎn)生的譜線稱為共振線?！窀鞣N元素的原子結(jié)構(gòu)和外層電子排布不同，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)時，吸收的能量并不相同，因此各元素的共振線不同并各有其特征。這種共振

線是各元素的特征譜線，電子從基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)的躍遷最容易發(fā)生，產(chǎn)

生的譜線最靈敏，因此被稱為第一共振線或主共振線?！裨游帐侵笟鈶B(tài)的基態(tài)原子對于同種原子發(fā)射出來的特征光譜輻射具有吸收能力的現(xiàn)象。

●當(dāng)輻照射到原子蒸汽上時，若輻射波長相應(yīng)的能量等于原子由

基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)所需要的能量時，則會引起原子對輻射的吸

收，產(chǎn)生吸收光譜。

1.原子吸收光譜的形成半寬度△v:中心頻率v。的吸光系數(shù)一半處譜線輪廓上兩點之間的頻率

差。2.原子吸收線的輪廓和變寬●原子吸收線的輪廓和變寬1,~(吸收強度與頻率的關(guān)系)K,-v

(譜線輪廓)在一定蒸汽壓力下，原子之間的相互碰撞而引起能級的微小變化，使發(fā)射或吸收的光量子頻率改變而導(dǎo)致的變寬。自然寬度：

無外界條件影響時譜線固有寬度。多普勒變寬：

由于原子無規(guī)則熱運動產(chǎn)生的變寬，又叫熱變寬。影響半寬度的因素壓力寬度：3.原子吸收值與原子濃度的關(guān)系：●原子吸收值和原子濃度之間的關(guān)系：a.

積分吸收：峰面積和濃度成正比b.峰值吸收：峰高(A)和濃度(C)成正比。

A=KC發(fā)射線●用峰值吸收來代替積分吸收需要滿足下面的條件：①

銳線光源的發(fā)射線和原子吸收的中心頻率要完全一致。②

銳線光源發(fā)射線的半寬度比吸收線的半寬度要窄，中心頻率完全一致。吸收線△V.<△V.峰值吸收△V.

△V二、原子吸收分光光度計1.原子吸收分光光度計的主要組成部分：原子化器光源檢測系統(tǒng)交流放大器分光器單色器光電

倍增管高壓

電源燈電源三、原子吸收分光光度法的定量分析及應(yīng)用1.測定條件的選擇●試樣取量及處理：合適的進(jìn)樣量、防止試樣污染、損失

●

分析線：通常選擇主共振線作為分析線●

狹縫寬度：可使用較寬的狹縫，以增加靈敏度，提高信噪比?！窆ぷ麟娏?/p>

：在保證放電穩(wěn)定和足夠光強的條件下，盡量選擇低的工作電流?！裨踊瘲l件的選擇：一般元素使用乙炔-空氣火焰。稀土等選用高溫火焰。

如乙炔-氧化亞氮火焰電離干擾：被測元素在原子化過程中發(fā)生電離，測定結(jié)果偏低。解決方法：加入消電離劑。

基體干擾：試樣在處理、轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)和原子化過程中，由于試樣物理特性的變化引起吸光度下降的現(xiàn)象。解決方法：標(biāo)準(zhǔn)加入法

2.干擾及其抑制化學(xué)干擾：在溶液或氣相中，由于被測元素與其他共存組分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而影響被測元素化合物的解離和原子化的現(xiàn)象。光學(xué)干擾：原子光譜對分析線的干擾。解決方法：另選波長或用化學(xué)方法分離干擾元素。解決方法：加稀釋劑、保護(hù)劑、適當(dāng)提高火焰溫度。2.干擾及其抑制原子吸收分光光度法具有較高的靈敏度和較低的檢出限，適用于微量和痕量元素的測定。有標(biāo)準(zhǔn)曲線法或標(biāo)準(zhǔn)加入法，利用吸光度和濃度之間的線性函數(shù)關(guān)系，由已知濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液求得試樣溶液的濃度。靈敏度和檢出限●靈敏度和檢出限：●

定量分析方法：

知識點講解內(nèi)容一、原子吸收分光光度法的基本原理二、原吸收分光光度計三、原子吸收分光光度法的定量分析及應(yīng)

用4.質(zhì)譜法知識點講解內(nèi)容質(zhì)譜法的概述質(zhì)譜儀及其工作原理質(zhì)譜圖質(zhì)譜中的主要離子質(zhì)譜法的應(yīng)用一、質(zhì)譜法的概述質(zhì)譜法(MS)是采用一定手段使被測樣品產(chǎn)生各種離子，在電場和磁場的作用下，這些離子按照離子質(zhì)量大小依次排

列而成的圖譜被記錄下來，稱為質(zhì)譜圖，然后以此為基礎(chǔ)來

進(jìn)行分析的一種方法。所用儀器是質(zhì)譜儀。質(zhì)譜圖中的每個

峰表示一種質(zhì)荷比(m/z)的離子，峰的強度表示該種離子的

多少，所以，可以根據(jù)質(zhì)譜峰的位置、強度等信息進(jìn)行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析。將樣品氣化，然后導(dǎo)入離子源，樣品分子在離子源中被電離01成分子離子，分子離子再進(jìn)一步裂解，生成各種碎片離子；各種離子在電場和磁場的綜合作用下，按照其質(zhì)荷比(m/z)02的大小依次進(jìn)入檢測器檢測；03

記錄各離子質(zhì)量及強度信號即可得質(zhì)譜圖；04

根據(jù)質(zhì)譜圖對待測物進(jìn)行解析。質(zhì)譜分析的基本過程樣品用量少一般分析樣品僅需1

μg甚至更少，檢出限可達(dá)10-14g

。這為痕量的分析帶來了極大的方便。分析速度快，

一般幾秒鐘就可以完成一個復(fù)雜樣品的分析。分析范圍廣可對氣體、液體、固體進(jìn)行分析。靈敏度高，精密度好。質(zhì)譜法具有以下特點030204電

氣

系

統(tǒng)進(jìn)樣

系

統(tǒng)離

子

源質(zhì)量分

析

器檢

測

器

計

算

機

控

制

與

數(shù)

據(jù)

處

理真

空

系

統(tǒng)質(zhì)譜儀器工作方框圖二、質(zhì)譜儀及其工作原理●

質(zhì)譜儀主要有單聚焦和雙聚焦兩大類型。

一般由進(jìn)樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測器、計算機控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分構(gòu)成三、質(zhì)譜圖質(zhì)譜儀記錄下來的僅是各種正離子的信號，而負(fù)離子及中性

碎片離子由于不受磁場的作用，或

在電場中往相反方向運動，所以在

質(zhì)譜圖中均不出峰。常見的質(zhì)譜圖100-804020-10右圖所示，稱為棒圖。60m/z90

100110120相對強

度

/%ZO305080m/z右圖是以攝譜方式獲得的質(zhì)譜圖，

以質(zhì)荷比m/z為橫坐懷，離子的相對豐

度為縱坐標(biāo)。相對豐度又稱為相對強

度。其中最強離子的強度定為100%,

稱為基峰。以此最強峰的高度去除其

他各峰的高度，所得分?jǐn)?shù)百分比即為