紫外-可见吸收光谱分析说课材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,紫外,可见吸收光谱,现代分析技术研究中心,赵娟,跨越众多领域，提供完美技术,分析装置,测定装置,试验检查装置,真空机器,医疗器械等,紫外,-,可见分光光度法原理,(Ultraviolet and Visible Spectrophotometry,UV-Vis),2.1,紫外,-,可见吸收光谱,2.2,吸收光谱的测量,-,Lambert-Beer,定律,2.3,分析条件选择,2.4,UV-Vis,分光光度法的应用,UV-Vis,方法是分子光谱方法，它利用分子对外来辐射的吸收特性。,UV-Vis,涉及分子外层电子的能级跃迁；光谱区在,160780nm,.,UV-Vis,主要用于分子的定量分析，但紫外光谱,(UV),为四大波谱之一，是鉴定,许多化合物，尤其是有机化合物的重要定性工具之一。,电磁波谱,g,-X-,射线,紫外,可见,红外,微波,无线电,200 400 800,10000,(nm),波长,真空紫外,近红外,核磁共振,波长越短，能量越高,引起,UV/VIS,吸收的原因,某些单键,大多数双键,共轭双键,某些金属与非金属化合物,N,O,S,卤素,2.1,紫外,-,可见吸收光谱,一、分子吸收光谱的形成,1.,过程：分子外层电子,-,吸收外来辐射,-,产生电子能级跃迁,-,分子吸收谱。,基态,E,0激发态,E,1,D,E=E1-E,0,=h,n,能量,激发,e,能量差,D,E,有机分子包括,:,成键轨道,、,；反键轨道,*,、,*；,非键轨道,n,；,可能的跃迁类型：,-,*,；,-,*,；,-,*,；,n-,*,；,-,*,；,n-,*,二、分子吸收光谱跃迁类型,n,非成键轨道,s,成键轨道,p*,反键轨道,p,成键轨道,s*,反键轨道,Energy level,-*,跃迁，能量很高。电子以单键存在，如饱和碳氢,化合物，一般在波长,220nm,时无强的紫外吸收；,n-*,跃迁，能量相对较高。化合物中含有非键合的,O,，,N,，,S,，或,X,-,的电子。在紫外区有强吸收；,-*,跃迁n-*,跃迁，能量较低。含有双键，螯合双键,芳香烃，闭环芳香烃及杂环芳香烃的化合物。,紫外和可见区有中等至强的吸收。,只有,-,*,和,n-,*,两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。,-,胡罗卜素,咖啡因,阿斯匹林,丙酮,几种有机化合物的分子吸收光谱图。,2.2,吸收光谱的测量,-,Lambert-Beer,定律,一、透射率,入射光,I,0,透射光,I,光程长,b,透射率,T%=,I,I,0,X 100%,二、,Lambert-Beer,定律,当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度,A,与其浓度和液层厚度成正比，即,k,为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。,当浓度以,g/L,表示时，称,k,为吸光系数，以,a,表示，即,当浓度以,mol/L,表示时，称,k,为摩尔吸光系数，以,表示，即,比,a,更常用。,越大，表示方法的灵敏度越高。,与波长有关，因此，,常以,表示。,A=-lgT%=lgI,0,/I=Kbc,三、偏离,L-B,定律的因素,样品吸光度,A,与光程,b,总是成正比。但当,b,一定时，,A,与,c,并不总是成正比，即偏离,L-B,定律！这种偏离由样品性质和仪器决定。,1.,样品性质影响,a,）待测物高浓度,-,吸收质点间隔变小,质点间相互作用,对特定辐射,的吸收能力发生变化,-,变化；,b,）试液中各组份的相互作用，如缔合、离解、光化反应、异构化、配,体数目改变等，会引起待测组份吸收曲线的变化；,c,）溶剂的影响：对待测物生色团吸收峰强度及位置产生影响；,d,）胶体、乳状液或悬浮液对光的散射损失。,浓度影响,适用于稀溶液,高浓度区偏离线形范围,(0.01 M),High concentration,more molecules are,packed in one volume,化学反应影响,Deviation from linearity may caused by,分析物分解,分析物缔合,分析物与溶剂发生反应,杂散光影响,1.0,2.0,0 2.5 5.0 7.5 10.0,Concentration,M*10,3,Absorbance,0.0%,0.2%,1.0%,5.0%,Stray light=*100,I,s,I,o,Diagram was taken from:Douglas A.Skoog and James J.Leary,Principles of,Instrumental Analysis,4th ed.,Saunders College Publishing,1992,page 131.,pH,值的影响,Diagram taken from:James D.Ingle Jr.and Stanley R.Crouch,Spectrochemical,Analysisprentice-Hall International Editions,page 374,1.0,0.9,0.8,0.7,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,0,325 400 475 550 625 700 (nm),Absorbance,10,9,8,6.8,6,9,8,7,6.8,6.5,6,酚红不同,pH,值的吸收,2.3,分析条件选择,一、仪器测量条件,当分析高浓度的样品时，误差更大。,由,L-B,定律：,微分后得：,将上两式相比，并将,dT,和,dc,分别换为,T,和,c,，得,当相对误差,c/c,最小时，求得,T=0.368,或,A=0.434,。即当,A=0.434,时，吸光度读数误差最小！,通常可通过调节溶液浓度或改变光程,b,来控制,A,的读数在,0.151.00,范围内。,二、反应条件选择,显色剂的选择原则：,使配合物吸收系数,最大、选择性好、组成恒定、配合物稳定、显色剂吸收波长与配合物吸收波长相差大等。,2.,显色剂用量：,配位数与显色剂用量有关；在形成逐级配合物，其用量更要严格控制。,3.,溶液酸度：配位数和水解等与,pH,有关。,4.,显色时间、温度、放置时间等。,三、参比液选择,溶剂参比：试样组成简单、共存组份少（基体干扰少）、显色剂不吸收时，直接采用溶剂（多为蒸馏水）为参比；,2.,试剂参比：当显色剂或其它试剂在测定波长处有吸收时，采用试剂作参比（不加待测物）；,3.,试样参比：如试样基体在测定波长处有吸收，但不与显色剂反应时，可以试样作参比（不能加显色剂）。,四、干扰消除,1.,控制酸度：,配合物稳定性与,pH,有关，可以通过控制酸度提高反应选择性，副反应减少，而主反应进行完全。如在,0.5MH,2,SO,4,介质中，双硫腙与,Hg,2+,生成稳定有色配合物，而与,Pb,2+,、,Cu,2+,、,Ni,2+,、,Cd,2+,等离子生成的有色物不稳定。,2.,选择掩蔽剂,3.,合适测量波长,4.,干扰物分离,5.,导数光谱及双波长技术,二、定量分析,1.,单组份定量方法,1,）标准曲线法（略）,2,）标准对比法：,该法是标准曲线法的简化，即只配制一个浓度为,c,s,的标准溶液，并测量其吸光度，求出吸收系数,k,，然后由,A,x,=kc,x,求出,c,x,该法只有在测定浓度范围内遵守,L-B,定律，且,c,x,与,c,s,大致相当时，才可得到准确结果。,校正曲线,Analyte concentration(ppm),Absorbance,Slope m =,e,l,Abs=m*Concentration+K,0,紫外可见分光光度计,UV2550,紫外,-,可见分光光度计的结构,紫外,-,可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：,光源,单色器,吸收池,检测器,数据系统,紫外,-,可见分光光度计的结构,（一）光源,热辐射光源用于可见光区，如钨丝灯和卤钨灯，钨灯和碘钨灯可使用的范围在,340,2500nm,；,气体放电光源用于紫外光区，如氘灯。它可在,160,375 nm,范围内产生连续光源。氘灯的灯管内充有氢的同位素氘，它是紫外光区应用最广泛的一种光源。,氘灯：紫外区，,190nm-,光源转换波长（,282-393nm,）,钨灯：可见,-,近红外，光源转换波长,-3200nm,（二）单色器,单色器主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在紫外可见区域内任意可调。,单色器一般由入射狭缝、准光器、色散元件、聚焦元件和出射狭缝等几部分组成。单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影响到测定的,灵敏度、选择性及校准曲线的线性关系,等。狭缝的大小直接影响单色光纯度，但过小的狭缝又会减弱光强。,紫外,-,可见分光光度计的结构,AFM,显微镜下的光栅图像,（三）吸收池,吸收池用于盛放分析试样，一般有,石英和玻璃材料,两种。石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只能用于可见光区。,为减少光的损失，吸收池的,光学面必须完全垂直于光束方向,。,在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要），,吸收池要挑选配对,。因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。,（四）检测器,常用的检测器有光电池和光电倍增管等。,硅光电池对光的敏感范围为,190-1100nm,。但由于容易出现疲劳效应而只能用于中低档的分光光度计中。,光电倍增管是检测微弱光最常用的光电元件，它的灵敏度比一般的光电池要高,200,倍，因此可使用较窄的单色器狭缝，从而对光谱的精细结构有较好的分辨能力。,紫外可见区：光电倍增管（,PMT,）,近红外区：,PbS,光电池,切换波长：,750-895 nm,（五）数据系统,它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下来。现在一般的紫外可见分光光度计有计算机控制和主机单片机控制两种类型，功能基本类似。,紫外,-,可见分光光度计的类型很多，但可归纳为三种类型，即单光束分光光度计、双光束分光光度计和比例双光束分光光度计。,1,，单光束分光光度计,经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品溶液，以进行吸光度的测定。这种简易型分光光度计结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。,2,，双光束分光光度计,经单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束光。,紫外,-,可见分光光度计的类型,一束通过参比池，一束通过样品池。光度计能自动比较两束光的强度，此比值即为试样的透射比，经对数变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。,双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲线。由于两束光同时分别通过参比池和样品池，还能自动消除光源强度变化所引起的误差。,3,，比例双光束分光光度计,由同一单色器发出的光被分成两束，一束直接到达检测器，另一束通过样品后到达另一个检测器。这种仪器的优点是可以监测光源变化带来的误差，但是并不能消除参比造成的影响。,常见附件,比色皿（长光程、短光程，微量池）,池架（,4,联，恒温，微量）,自动分析（,Sipper,）,积分球,软件,分析混浊、固体、不透明样品的积分球,