1、.,儀器分析,主講教師：高金波,Instrumental Analysis,.,第二章 光譜分析法概論,主講教師 高金波,.,本章主要介紹:,光學(xué)分析法定義 光學(xué)分析的三個主要過程 電磁輻射和電磁波譜 電磁輻射與物質(zhì)的相互作用 光學(xué)分析法的分類,.,基于物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射或物質(zhì)與電磁輻射相互作用后產(chǎn)生的輻射信號或發(fā)生的信號變化來測定物質(zhì)的性質(zhì)、含量和結(jié)構(gòu)的一類儀器分析法。,一、定義（光學(xué)分析法）,.,1. 能源（光源）提供能量 2. 能量與物質(zhì)相互作用 3. 產(chǎn)生被檢測的信號,二、光學(xué)分析的三個主要過程,.,1. 電磁輻射電磁波（光是其中的一部分） 它是一種以極高的速度傳播的光子流 在傳播過程

2、中不需要任何的物質(zhì)作為傳播媒介 它具有波動性和粒子性。,三、電磁輻射和電磁波譜,.,(1) 波動性表現(xiàn)在: 每種電磁輻射都有確定不變的頻率,(2) 粒子性表現(xiàn)在: 每個粒子都具有能量 E,.,2. 電磁波譜: 電磁輻射按波長順序排列而成,射線 x 射線紫外光可見光紅外光微波無線電波,高能輻射區(qū) 射線 能量最高，可以引起核能級躍遷 射線 可以引起內(nèi)層電子能級的躍遷 光學(xué)光譜區(qū) 紫外光 可以引起原子和分子外層 可見光 電子能級的躍遷 紅外光 可以引起分子振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷 波譜區(qū) 微波 分子轉(zhuǎn)動能級及電子自旋能級躍遷 無線電波 以引起原子核自旋能級的躍遷,五、光學(xué)分析法分類,.,四、電磁輻射與物

3、質(zhì)的相互作用,五、光學(xué)分析法分類,.,光學(xué)分析法,光譜分析法,非光譜分析法,.,.,第十章 可見-紫外吸收光度法,可見光區(qū)和紫外光區(qū)的劃分: 200400nm為紫外光區(qū) 400760nm為可見光區(qū) 可見紫外分光光度法的定義 根據(jù)物質(zhì)的分子對200760nm這一光區(qū)電磁輻射的吸收特性進行的物質(zhì)成分分析與分子結(jié)構(gòu)分析的方法,.,第一節(jié) 紫外-可見分光光度法 的基本原理和概念,轉(zhuǎn)動能級差,0.0050.05V,振動能級差,0.051eV,外層價電子能級差,120eV,電子光譜,25025m,250001250nm,125060nm,吸收光譜,分子光譜,.,一、電子躍遷類型,預(yù)備知識：,價電子：電子

4、飽和的化合物或基團 電子 不飽和的化合物或基團 n電子 含有雜質(zhì)原子的基團,軌道：電子圍繞原子或分子運動的幾率 軌道不同，電子所具有能量不同,.,圖示,b,成鍵軌道與反鍵軌道：,.,一、電子躍遷類型：,1.*躍遷： 飽和烴（甲烷，乙烷） E 很高，n * *n *,.,續(xù)前,結(jié)論： 紫外光譜電子躍遷類型： n *躍遷 *躍遷 飽和化合物無紫外吸收 電子躍遷類型與分子結(jié)構(gòu)及存在基團有密切聯(lián)系 根據(jù)分子結(jié)構(gòu)推測可能產(chǎn)生的電子躍遷類型； 根據(jù)吸收譜帶波長和電子躍遷類型 推測分子中可能存在的基團（分子結(jié)構(gòu)鑒定）,.,二、紫外-可見法相關(guān)的基本概念,1 吸收光譜（吸收曲線）： 不同波長光對樣品作用不同，

5、吸收強度不同 以波長吸光度A作圖，所描繪的曲線為 2 吸收光譜特征：定性依據(jù) 吸收峰最大 吸收谷最小 肩峰 sh 末端吸收靠近200nm的呈現(xiàn),.,圖示,.,3 生色團（發(fā)色團）：,能吸收紫外-可見光的基團 有機化合物：具有不飽和鍵和未成對電子的基團 具 n 電子和電子的基團 產(chǎn)生 n *躍遷和* 躍遷 E 較低 例： CC ； CO ； CN ；NN ， NO2等,.,續(xù)前,本身無紫外吸收，但可以使生色團吸收 峰加強，同時使吸收峰長移的基團 有機物：連有雜原子的飽和基團 例：OH，OR，NH2，SR， X,4 助色團,.,續(xù)前,5 紅移和藍移： 由于化合物結(jié)構(gòu)變化（共軛、引入助色團取代基）或

6、采用不同溶劑后 吸收峰位置向長波方向的移動，叫紅移（長移） 吸收峰位置向短波方向移動，叫藍移（紫移，短移）,.,續(xù)前,6 增色效應(yīng)和減色效應(yīng) 結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時 增色效應(yīng)：吸收強度增強的效應(yīng) 減色效應(yīng)：吸收強度減小的效應(yīng) 7 強帶和弱帶： 104 強帶 104 ( CH CH )n ， CH C CO 共軛體系增長，最大紅移，最大 溶劑極性，最大紅移,.,續(xù)前,3 B 帶：由*躍遷產(chǎn)生 芳香族化合物的主要特征吸收帶 最大 =254nm，寬帶，具有精細結(jié)構(gòu)； 最大=200 極性溶劑中，或苯環(huán)連有取代基，其精細結(jié)構(gòu)消失,三、吸收帶類型和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系,精細結(jié)構(gòu),.,圖示,.,續(xù)前,4 E 帶：由苯環(huán)的

7、環(huán)形共軛系統(tǒng)中的*躍遷產(chǎn)生的 芳香族化合物的特征吸收帶 見圖 E1 180nm最大104 （常觀察不到） E2 200nm最大= 7000 強吸收 苯環(huán)有發(fā)色團取代且與苯環(huán)共軛時， E2 帶與 K 帶合并一起紅移（長移）。,三、吸收帶類型和分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系,.,圖示,.,圖示,.,*下列化合物 K 帶的吸收波長最大的是： A： H2C=CH-CH= CH2 ； B：H2C=CH2； C：H2C=CH-CH=CH-CH=CH2； D ： H2C=CH-C=O,R 帶是由_躍遷引起，其特征是波長_。 K 帶是由_躍遷引起，其特征是波長_。,*丙酮能吸收 280nm， 187nm和 154nm的紫外光

8、，其中最長波長的吸收所對應(yīng)的電子躍遷類型為_，該吸收帶為_ 帶。,*符合比耳定律的有色溶液稀釋時，其吸收曲線的最大吸收峰 A上移； B 下移；C 左移；D 右移 *在分光光度法中，吸收曲線指的是： A. A一c 曲線； B. A一曲線；C. T一c曲線； D. A一T 曲線,練習(xí)：,.,續(xù)前,1 溶劑效應(yīng)： 對最大影響： n-*躍遷：溶劑極性，最大藍移 -*躍遷：溶劑極性，最大紅移 見圖解 對吸收光譜精細結(jié)構(gòu)影響 溶劑極性，苯環(huán)精細結(jié)構(gòu)消失 溶劑的選擇極性；純度高；截止波長E2， A值減少，產(chǎn)生負誤差; E2E1， A值增大，產(chǎn)生誤差,.,續(xù)前,2 雜散光的影響： 雜散光是指從單色器分出的光不

9、在入射光譜帶寬度范圍內(nèi)，與所選波長相距較遠 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 3 反射光和散色光的影響： 一般可用空白對比校正消除 4 非平行光的影響： 比色池要垂直放置，不同儀器測定A值不同。,.,四、透光率的測量誤差 T,影響測定結(jié)果的相對誤差兩個因素：T和T,T 影響因素：儀器噪音 1 ）暗噪音 2 ）訊號噪音,.,續(xù)前,1 ）暗噪音與檢測器和放大電路不確切性有關(guān) 與光訊號無關(guān),.,續(xù)前,2 ）訊號噪音與光訊號有關(guān),表明測量誤差較小的范圍一直可延至較高吸光度區(qū)，對測定有利,.,第二節(jié) 可見-紫外分光光度計,分光光度計構(gòu)成的主要部件 分光光度計

10、的類型：,.,第二節(jié) 紫外-可見分光光度計,光路示意圖,.,第二節(jié) 紫外-可見分光光度計,一、主要部件 1.光源：用于提供足夠強度和穩(wěn)定的連續(xù)光譜。分光光度計中常用的光源有熱輻射光源 (鎢燈) 和氣體放電光源 (氫燈) 兩類。 （ 1 ）鎢燈或鹵鎢燈 在 350nm2500nm連續(xù)用于可見光區(qū) （ 2 ）氫燈或氘燈 在 150nm400nm連續(xù)用于紫外光區(qū),配穩(wěn)壓器,配穩(wěn)流器,.,第二節(jié)紫外-可見分光光度計,2.單色器：單色器是把復(fù)合光分散后，能獲得單色光的裝置。,五個部分,作用：將光源發(fā)出的復(fù)色光按波長順序分離成單色光。,組成：狹縫2、準直鏡2、色散元件(棱鏡、光柵)。,.,單色器光路示意圖

11、,單色器的核心部分是色散元件，起分光的作用。,.,單色器光路示意圖,.,3 吸收池： 玻璃能吸收紫外線光，僅適用于可見光區(qū) 石英不能吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū) 要求：匹配性（對光的吸收和反射應(yīng)一致）,.,4 檢測器：將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置,5 記錄裝置：訊號處理和顯示系統(tǒng),.,1 、光電池：用半導(dǎo)體材料制成的，用得最多的是硒光電池。其結(jié)構(gòu)和作用原理為：,硒光電池,.,光電管：它是在抽成真空或充有惰性氣體的玻璃或石英泡內(nèi)裝上 2 個電極構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖：,2. 光 電 管,.,紅敏管 625-1000 nm 藍敏管 200-625 nm,光電管,.,光電倍增管：它是一個非常靈敏的光電器

12、件，可以把微弱的光轉(zhuǎn)換成電流其靈敏度比前 2 種都要高得多。它是利用九次電子發(fā)射以放大光電流，,3.光電倍增管：,.,光電倍增管,1 個光電子可產(chǎn)生 106 107 個電子,.,訊號處理及顯示系統(tǒng),放大器,表頭顯示,熒屏顯示,數(shù)字顯示,.,二、分光光度計的類型：,.,二、分光光度計的類型： （一）單光束分光光度計：,.,特點： 使用時來回拉動吸收池 移動誤差 對光源要求高 比色池配對,單光束分光光度計（ 751 ）：,.,（二）單波長雙光束分光光度計,.,雙光束分光光度計：,特點： 不用拉動吸收池，可以減小移動誤差 對光源要求不高 可以自動掃描吸收光譜,.,（三）雙光束雙波長分光光度計：,.,

13、3 雙波長分光光度計 特點： 利用吸光度差值定量 消除干擾和吸收池不匹配引起的誤差,.,第三節(jié) 紫外-可見分光光度分析方法,一、定性分析 二、純度檢測 三、單組份的定量分析* 四、多組分的定量分析-同時測定法* 五、結(jié)構(gòu)分析 六、比色分析法*,.,一、定性分析,定性鑒別的依據(jù)吸收光譜 吸收光譜的形狀 吸收峰的數(shù)目 吸收峰的位置（波長） 吸收峰的強度（相應(yīng)的吸光系數(shù)）,.,續(xù)前,1對比吸收光譜的特征值,.,續(xù)前,2對比吸光度或吸光系數(shù)的比值,例：,.,續(xù)前,3對比吸收光譜的一致性,同一測定條件下， 與標準對照物譜圖或標準譜圖進行對照比較,.,續(xù)前,（二）純度檢查和雜質(zhì)限量測定,1純度檢查（雜質(zhì)檢

14、查）,1）峰位不重疊： 找使主成分無吸收，雜質(zhì)有吸收 直接考察雜質(zhì)含量 2）峰位重疊： 主成分強吸收，雜質(zhì)無吸收 測定結(jié)果顯示為弱吸收與純品比較，E 雜質(zhì)強吸收 主成分吸收與純品比較，E， 光譜變形,.,續(xù)前,2雜質(zhì)限量的測定：,例：腎上腺素中微量雜質(zhì)腎上腺酮含量計算 2mg/mL -0.05mol/L的HCL溶液，310nm下測定 規(guī)定 A3100.05 即符合要求的雜質(zhì)限量0.06%,.,二、吸收度的測量（補充內(nèi)容） 1. 比色皿的選擇:1.玻璃;1)石英 2. 溶劑的選擇: 極限波長 3. 波長的選擇: 4. 空白對比 5. 測定步驟 1)本身調(diào)零;2)空白調(diào)零;3)測量樣品 溶液的濃度

15、A=0.20.8,.,1 吸光系數(shù)法 2 標準曲線法 3 對照法：外標一點法 4 增量法,三、單組分的定量方法,.,續(xù)前,1 吸光系數(shù)法（絕對法）,.,例：維生素 B12 的水溶液在 361nm處的百分吸光系數(shù)為 207 ，用 1cm比色池測得某維生素B12溶液的吸光度是 0.414 ，求該溶液的濃度,解：,.,練習(xí),例：精密稱取 B12 樣品 25.0mg，用水溶液配成 100ml，精密吸取 10.00ml，又置 100ml 容量瓶中，加水至刻度。取此溶液在 1 cm 的吸收池中，于 361 nm 處測定吸光度為 0.507 ，求 B12 的百分含量？。,解：,補充系數(shù)法求含量,.,續(xù)前,2

16、 標準曲線法,過程：配制標準系列溶液 測定各標準溶液的吸收度 繪制工作曲線CA曲線求出方程 樣品溶液 測定A值由方程求出濃度,.,2. 標準曲線法,.,Cx,Ax,A,0,Concentration,要 求 1. r 0.999 2. n = 5-7 3.待測濃度盡量在標準曲線中間位置,標準曲線 (A=aC+b,r),.,續(xù)前,3 對照法(外標一點法),注：當(dāng)樣品溶液與標準品溶液的 稀釋倍數(shù)相同時,.,(三)對照法,待測樣品 (Unknown sample),標準樣品 (Reference sample),.,要求-標準溶液的濃度應(yīng)盡量接近樣品濃度,.,練習(xí),例：維生素 B12 的含量測定 精

17、密吸取 B12 注射液 2.50mL ，加水稀釋至 10.00mL ；另配制對照液，精密稱定對照品 25.00mg，加水稀釋至 1000 毫升在 361 nm 處，用 1 cm 吸收池，分別測定吸光度為 0.508 和 0.518 ，求 B12 注射液的濃度以及標示量的百分含量（該 B12 注射液的標示量為 100g/毫升）。,.,解： 1 ）對照法,.,練習(xí),2 ）吸光系數(shù)法,.,續(xù)前,四、多組分的定量方法,三種情況： 1 兩組分吸收光譜不重疊（互不干擾） 兩組分在各自最大下不重疊分別按單組分定量,.,續(xù)前,2 兩組分吸收光譜部分重疊 1 測 A1 b 組分不干擾可按單組分定量測 Ca 2

18、測 A2 組分干擾不能按單組分定量測 Ca,.,續(xù)前,3 兩組分吸收光譜完全重疊 混合樣品測定,（ 1 ）解線性方程組法 （ 2 ）等吸收點法 （ 3 ）等吸收雙波長消去法 （ 4 ）系數(shù)倍率法,.,（1 ）解線性方程組法,步驟：,.,2.等吸收點法,等吸收點：兩物質(zhì)在某波長處的吸收系數(shù)相等，該波長為,Ca=Cb,.,3 等吸收雙波長法,步驟：,消除a的影響后測 b,a,b,.,續(xù)前,消去 b 的影響，測定a組分,注：須滿足兩個基本條件 選定的兩個波長下干擾組分具有等吸收點 選定的兩個波長下待測物的吸光度差值應(yīng)足夠大,a,b,.,五、有色化合物的測定方法 光電比色法,（一）顯色反應(yīng)和顯色劑：

19、1.顯色反應(yīng)： 在光度分析中將試樣中的待測組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)叫顯色反應(yīng)。,.,顯色反應(yīng)一般分為兩大類：一類是配位反應(yīng)；另一類是氧化還原反應(yīng)。 Fe3 SCN =FeSCN2+ ； Mn25e4H2O =MnO48H 在這兩類反應(yīng)中，用得較多的是配位反應(yīng)。,.,（2）有機顯色劑：,1）有機顯色劑的優(yōu)點： A.具有鮮明的顏色，都很大（一般可達到 104 以上），所以測定的靈敏度很高； B.生成的一般為螯合物，穩(wěn)定性很好，一般離解常數(shù)都很??；,2.顯色劑： （1）無機顯色劑：,.,C.選擇性好 D.有些有色配合物易溶于有機溶劑，可進行萃取光度分析，提高了測定的靈敏度和選擇性。,.,（ 3 ）

20、常見的有機顯色劑： 1）磺基水楊酸： 其結(jié)構(gòu)式如下：,它可用于測定三價鐵離子。,.,2 ）鄰二氮菲（鄰菲羅啉）： 結(jié)構(gòu)式為：,直接在 PH = 3 9 時與 Fe2+生成紅色螯合物用于鐵的測定。,.,3 ）雙硫腙：也叫二苯-硫腙結(jié)構(gòu)式為：,測定很多重金屬離子，如：鉛、鋅、銅、銀、汞、鎘等。,.,（二）對顯色反應(yīng)的要求： 1 定量反應(yīng)；有色化合物的組成要恒定， 2 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。 3 顯色劑的顏色與有色化合物的顏色差別要大 4 靈敏度要高； 要足夠大103 105 5 選擇性要好：反應(yīng)的條件要易于控制。,.,（三）反應(yīng)的條件：,1.顯色劑用量： 顯色反應(yīng)就是將待測組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)，其反應(yīng)一般可用下式代表： MR = MR 反應(yīng)具有一定的可逆性，當(dāng)加大 R 的用量時，有利于反應(yīng)向右進行。,.,但要注意，加入的顯色劑用量也不能太多，否則產(chǎn)生副反應(yīng)，對測定產(chǎn)生不利例如：用 SCN-與 Fe3+反應(yīng)生成紅色配