光谱分析基础及紫外可见光分光光度计.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,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,*,*,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,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,*,光谱分析基础(jch)及紫外可见光分光光度计,第一页，共63页。,主要(zhyo)内容,光谱基础知识,郎伯_比尔吸收定理,紫外可见光分光光度计的原理和结构(jigu),紫外可见光分光光度计的性能评价,第二页，共63页。,光 谱,(spectrum),第三页，共63页。,各种颜色的波长(bchng)范围,/nm,颜色,互补色,400-450,紫,黄绿,450-480,蓝,黄,480-490,绿蓝,橙,490-500,蓝绿,红,500-560,绿,红紫,560-580,黄绿,紫,580-610,黄,蓝,610-650,橙,绿蓝,650-760,红,蓝绿,第四页，共63页。,光 的特征(tzhng),光的波粒二象性：微粒性,波动性,E 为光子(gungz)的能量；为光波的频率（Hz）；,h为普朗克常数（6.62610-34 J.s）;,c为光速（2.9977108ms）；为光波的波长,第五页，共63页。,光谱分析(un p fn x)（spectral analysis),：对物质发射的辐射(fsh)能能谱进行的分析或对辐射(fsh)能与物质相互作用引起的能谱改变进行的分析。,：基于物质发射的电磁波辐射(fsh)及电磁辐射(fsh)与物质的相互作用而建立起来的分析方法。,光谱分析(un p fn x),光谱分析法,第六页，共63页。,光谱分析(un p fn x)基础理论,吸收光谱(x shu un p):即物质对不同波长光的吸收程度不同而产生的光谱。其吸收光谱(x shu un p)取决于物质的结构.包括原子吸收光谱(x shu un p)和分子吸收光谱(x shu un p),第七页，共63页。,原子吸收光谱(x shu un p)原理,只有光子的能量与被照射(zhosh)物质粒子的基态和激发态能量之差相等时，才能被吸收。,S,2,S,1,S,0,S,3,E,2,E,0,E,1,E,3,h,第八页，共63页。,分子吸收光谱(x shu un p)原理,物质分子内的三种运动方式：1.电子相对与原子核的运动、2.分子内原子在其平衡位置移动(ydng)、3.分子本身绕其中心转动,三种运动方式决定分子具有三种能级：电子能级、振动能级、转动能级,第九页，共63页。,分子吸收光谱(x shu un p)原理,当用可见光照射分,子时，价电子可以,跃迁产生吸收光谱,，在电子能级变化,的同时，不可避免,地伴随分子振动和,转动的能级变化。,因此他包含了大量,谱线，并由于(yuy)这些,谱线的重叠而成为,连续的吸收带。,第十页，共63页。,第十一页，共63页。,光谱(gungp)种类,原子光谱：吸收、发射、荧光,线状光谱,黑体辐射(fsh)：白炽灯、液、固灼热发光,连续光谱(lin x un p),分子光谱：紫外、可见、红外等吸收光谱,带状光谱,I,第十二页，共63页。,当依次(yc)将各种波长的单色光通过某一有色溶液，测量每一波长下有色溶液对该波长光的吸收程度（吸光度A），然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到一条曲线，称为该溶液的吸收曲线，亦称为吸收光谱。,第十三页，共63页。,max,吸光度最大处对应的波长(bchng)称为最大吸收波长(bchng)max,第十四页，共63页。,吸收(xshu)曲线讨论：,（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max,（2）不同浓度的KMnO4溶液的光吸收曲线形状相似，其最大吸收波长不变；,不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相同(xin tn)。,光吸收曲线与物质特性有关，故据此可作为物质定性分析的依据。,第十五页，共63页。,（3）同一物质不同浓度的溶液，在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增大。这个特性可作为物质定量分析的依据。在测定(cdng)时，只有在max 处测定(cdng)吸光度，其灵敏度最高。,因此，吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长的依据。,第十六页，共63页。,光谱分析(un p fn x)技术的基础理论,朗伯-比尔定律：,I0：入射光强度 C:溶液浓度,b:液层厚度(hud)I:透射光强度,T:透光度 A:吸光度,k:吸光系数,b,I,0,I,当用一束单色光照射到吸收(xshu)溶液时，其吸光度与液层厚度及溶液的体积成正比。,第十七页，共63页。,光谱分析(un p fn x)技术的基础理论,朗伯-比尔定律的适用条件：,1.入射光为单色光。波长范围越大，单色光纯度越低，对郎伯-比尔定律的偏离越大；,2.溶液中邻近分子(fnz)的存在并不改变每一给定分子(fnz)的特性，即分子(fnz)间互不干扰。,3.适用于分子(fnz)吸收和原子吸收,第十八页，共63页。,光谱分析(un p fn x)技术的基础理论,发射光谱:由物质分子或原子吸收了外来(wili)的能量后发生分子或原子间的能级跃迁而产生的光谱。,发散光谱分析方法就是根据每种元素特有的线光谱来识别或检查各种元素。,产生机理：物质分子或原子吸收外来能量后，可从基态跃迁至激发态。处于(chy)激发态的分子或原子是不稳定的，会很快从激发态自发回到基态，吸收的能量以发光的形式释放出来。,第十九页，共63页。,光谱分析(un p fn x)法,吸收光谱(x shu un p)法,发射光谱(f sh un p)法,原子光谱法,分子光谱法,原,子,发,射,原,子,吸,收,原,子,荧,光,X,射,线,荧,光,原,子,吸,收,紫,外,可,见,红,外,可,见,核,磁,共,振,紫,外,可,见,红,外,可,见,分,子,荧,光,分,子,磷,光,核,磁,共,振,化,学,发,光,原,子,发,射,原,子,荧,光,分,子,荧,光,分,子,磷,光,X,射,线,荧,光,化,学,发,光,第二十页，共63页。,紫外可见光分光(fn un)光度计,能从含有各种波长的混合光中将每一单色光分离出来并测量其强度的仪器(yq)称为分光光度计。,第二十一页，共63页。,0.208,光源(gungyun),单色器,吸收(xshu)池,检测器,显示(xinsh)系统,一、紫外-可见分光光度计的基本结构和工作原理,紫外-可见分光光度计的基本结构示意图,第二十二页，共63页。,光源（light source）：提供入射光的装置。,要求:,1.能在所需波长范围的光谱区域内发射连续光谱；,2.有足够的辐射强度并能长时间稳定。,常用的光源有热辐射灯（钨灯、卤钨灯等），气体放电灯（氢灯、氘灯及氙灯(xindng)等），金属弧灯（各种汞灯）等。,一、紫外-可见分光(fn un)光度计的基本结构和工作原理,第二十三页，共63页。,光源,波长范围(nm),特 点,钨灯,320,2500,钨丝易蒸发，寿命短。用于可见光区,卤钨灯,320,2500,加入卤素使用寿命延长，稳定性好,氢灯,185,375,用于紫外区,氘灯,185,375,发光强度比氢灯高35倍,汞灯,254,734,用于紫外或荧光分析仪,一、紫外-可见分光光度计的基本结构和工作(gngzu)原理,几种常见(chn jin)光源比较,第二十四页，共63页。,氙灯,氢灯,钨灯,第二十五页，共63页。,单色器（Monochromator）：是将来自光源的复合光分解为单色光并分离出所需波段光束的装置。,入射狭缝：限制杂散光进入；,色散元件(yunjin)：将复合光分解为,单色光，有棱镜和光栅两种；,准直镜：1.从入射狭缝来的,光线经准直镜反射，变为平,行光投照到色散元件(yunjin)上;2.,将来自色散元件(yunjin)的平行光,束聚集在出射狭缝上；,出射狭缝：将固定波长范围,的光射出单色器，可以限制,通带宽度。,一、紫外-可见分光光度计的基本结构和工作(gngzu)原理,第二十六页，共63页。,狭 缝,狭缝通常有两块加工为锐边缘(binyun)的金属片组成，其边缘(binyun)保持平行，并处处于同一平面上。,第二十七页，共63页。,色散(ssn)元件,分棱镜(lngjng)和光栅两种,铝镀面,当光线进入棱镜后，由棱镜的铝反射面反射回来再进入空气，由于(yuy)经过两次棱镜，其效果相当于一个顶角对折起来的600等腰棱镜。,第二十八页，共63页。,棱镜(lngjng)色散示意图,第二十九页，共63页。,光 栅,色散均匀、谱线清晰、工作(gngzu)波段宽是棱镜无法比拟的,原指大量等宽、等间距的平行狭缝所组成的元件,实际所使用的光栅多为反射型复制光栅，它是在平面玻璃上黏结上一定角度刻槽的铝反射膜而制成,第三十页，共63页。,第三十一页，共63页。,准直(zhn zh)镜,为一凹面反射镜,若一束(y sh)平行与主轴的近轴光线，射到凹面镜上时，它的反射光线将会聚于主轴焦平面上,若是一束不平行(pngxng)与主轴的近轴光线投射到凹面镜上时，它的反射关线将会聚与凹面镜的焦平面上,光的可逆性,第三十二页，共63页。,吸收池（absorption cell）：又称比色皿，是用来盛放被测溶液的器件。在可见光区常用无色光学玻璃或塑料制作；在紫外区需用能透紫外线的石英或熔凝石英制作。,同一套吸收池的厚度、透光面的透射、反射、折射应严格保持一致。指纹、油污(yu w)及池壁上的沉淀物都会影响吸收池的透光性能。,国际规定，液层厚度为10mm的比色皿为标准比色皿。,一、紫外-可见(kjin)分光光度计的基本结构和工作原理,第三十三页，共63页。,第三十四页共63页。,通过改进吸收(xshu)池的几何形状，可提高“光程/体积比”，即尽可能延长单位体积的光程。,常用的有：,微型吸收(xshu)池（Microdrill absorption cell）：“光程/体积比”提高了近10倍。,多光路吸收(xshu)池（Multipie-path absorption cell）：在吸收(xshu)池壁上装有反射镜，使光线在溶液中经多次反射后才离开吸收(xshu)池，大大增加了有效光程，提高了测定的灵敏度。,一、紫外-可见分光光度计的基本结构和工作(gngzu)原理,第三十五页，共63页。,第五十六页，共63页。,若一束(y sh)平行与主轴的近轴光线，射到凹面镜上时，它的反射光线将会聚于主轴焦平面上,接通电源后，指示(zhsh)灯不亮，仪器不工作，可能是电路故障；,62610-34 J.,包括原子吸收光谱(x shu un p)和分子吸收光谱(x shu un p),一、紫外-可见分光光度计的基本结构(jigu)和工作原理,黑体辐射(fsh)：白炽灯、液、固灼热发光,三种运动方式决定分子具有三种能级：电子能级、振动能级、转动能级,第四十二页，共63页。,已知某化合物的相对分子质量为251，将此化合物用乙醇做溶剂(rngj)配成浓度为0.,光深入到物体内部(nib)，将物体内部(nib)原子中的一部分束缚电子激发成自由电子，但这些电子并不逸出物体，而是留在物体内部(nib)从而使物体导电性增强，称为内光电效应。,二、影响(yngxing)分光光度法准确性的因素,单波长(bchng)双光束分光光度计,紫外可见光分光光度计的原理和结构(jigu),第五十四页，共63页。,：基于物质发射的电磁波辐射(fsh)及电磁辐射(fsh)与物质的相互作用而建立起来的分析方法。,检测器：把光信号转换为电信号的装置。,对检测器的要求：,1.产生的电信号与照射到它上面的光强有恒定的函数关系；,2.波长响应(xingyng)范围大；,3.灵敏度高；,4.响应(xingyng)速度快，一般要求小于10-8s；,5.产生的电信号易于检测、放大，噪声低。,一、紫外-可见分光(fn un)光度计的基本结构和工作原理,第三十六页，共63页。,光照射在某些金属表面，会有光电子从金属表面逸出，这种光电效应称为外光电效应。利用外光电效应可以制成光电管和光电倍增管。,光深入到物体内部(nib)，将物体内部(nib)原子中的一部分束缚电子激发成自由电子，但这些电子并不逸出物体，而是留在物体内部(nib)从而使物体导电性增强，称为内光电效应。利用内光电效应可制成光敏电阻、光敏二极管以及光电池。,一、紫外-可见分光光度计的基本结构(jigu)和工作原理,检测器工作(gngzu)原理,第三十七页，共63页。,第三十八页，共63页。,中央阳极式光电管工作(gngzu)原理玻璃泡内的一半内壁上涂以金属膜作阴极，阳极一般为一圆(y yun)环形，位于玻璃泡的中央，使用时在阳极和阴极之间加上几十至几百伏的电压。在没有光照射时，光电管内无电流通过，当有光照射阴极K时，阴极便发射电子，在所加电压产生的电场的作用下，电子奔向阳极，经外回路后，又返回阴极。这样便在电路中出现了电流。,第三十九页，共63页。,第四十页，共63页。,第四十一页，共63页。,检测器,工 作 原 理,特 点,光电管,外光电效应,简单,灵敏度低,光电倍增管,外光电效应与多级二次发射体相结合,灵敏度比光电管高200多倍,光电二极管阵列,外光电效应，由一行光敏区和二行读出寄存器构成,可同时检测多个波长的光强度。寿命长、光谱响应范围宽、可靠性高、读出速度快,光电池,内光电效应,结实、便宜、使用方便。但产生的电流大小不稳定,电荷耦合器件,模拟集成电路芯片,能同时多谱线检测，极大地提高分析速度,一、紫外-可见分光光度计的基本(jbn)结构和工作原理,几种常用(chn yn)检测器比较,第四十二页，共63页。,信号显示系统:,是把放大的信号以适当的方式(fngsh)显示或记录下来的装置。,一、紫外-可见分光(fn un)光度计的基本结构和工作原理,信号显示装置,直读,检流计,电位调节,指零装置,自动记录,和数字显,示装置,第四十三页，共63页。,三、紫外-可见分光(fn un)光度计的类型,按其光学系统分可分为,单波长(bchng)分光光度计,单光束单波长(bchng)分光光度计,双光束单波长(bchng)分光光度计,双波长(bchng)分光光度计,第四十四页，共63页。,0.208,光源,单色器,吸收池,检测器,显示系统,三、紫外-可见分光(fn un)光度计的类型,单波长(bchng)单光束分光光度计,第四十五页，共63页。,单波长单光束分光光度计特点,单光束光路，从光源到试样至接收器只有(zhyu)一个光通道；,仪器只有(zhyu)一个色散元件，工作波长范围较窄；,通常采用直接接收放大显示的简单电子系统，用电表或数字显示；,结构简单、附件少、功能范围小，不能做特殊试样如浑浊样品、不透明样品等的测定。,检测准确性不够稳定，不能用于精密分析。,三、紫外-可见(kjin)分光光度计的类型,第四十六页，共63页。,三、紫外-可见(kjin)分光光度计的类型,721型分光(fn un)光度计光路图,30o棱镜(lngjng),第四十七页，共63页。,三、紫外-可见(kjin)分光光度计的类型,751型分光(fn un)光度计光路图,30o棱镜(lngjng),第四十八页，共63页。,比值,光源,单色器,吸收池,检测器,显示系统,光束分裂器,三、紫外-可见分光(fn un)光度计的类型,单波长(bchng)双光束分光光度计,第四十九页，共63页。,单波长双光束分光光度计,在出射狭缝和样品吸收池之间增加了一个光束分裂器或斩波器，用一定的频率将一个光束交替分成两路，使一路经过(jnggu)参比溶液，另一路经过(jnggu)样品溶液，然后由一个检测器交替接收或由两个匹配器分别接收两路信号。,三、紫外-可见(kjin)分光光度计的类型,第五十页，共63页。,单波长双光束分光光度计特点,1.从光源到检测器有试样光路和参考光路两条通路；,2.采用两个光栅或棱镜加光栅的双单色器，能有效地提高分辨率和降低杂散光；,3.可以(ky)自动进行波长扫描、自动记录光谱曲线，也可以(ky)外接计算机，实现自动化运行；,4.可装备各种附件，功能范围宽。,三、紫外-可见分光(fn un)光度计的类型第五十一页，共63页。,图5 双光束分光(fn un)光度计结构示意图,第五十二页，共63页。,三、紫外-可见分光(fn un)光度计的类型,双波长(bchng)分光光度计,第五十三页，共63页。,双波长分光光度计工作原理,将从同一光源发出的光分为两束，分别经两个单色器分光后得到两束不同波长（1，2）的单色光，经斩光器使两束光以一定(ydng)频率交替照射同一样品，测定两个波长下的吸光度差值（A=A1-A2），将A用于计算结果。,三、紫外-可见分光(fn un)光度计的类型,第五十四页，共63页。,图6 双波长(bchng)分光光度计结构示意图,第五十五页，共63页。,双波长分光光度计波长选择原则,1.被测物在一个波长上有最大吸收峰，在另一个波长上没有吸收或很少吸收；,2.非被测物在两个波长上的吸收相同。,双波长分光光度计的优点,只要1、2选择适当，A就是消除了非特征性吸收干扰的吸光度值。将A用于计算结果能较好的解决由于非特征吸收信号（如试样的浑浊、吸收池与空气界面以及吸收池与溶液界面的折射差别等）影响而带来的误差(wch)，结果更准确。,三、紫外-可见(kjin)分光光度计的类型,第五十六页，共63页。,721 可见(kjin)分光光度计,第五十七页，共63页。,722系列 可见(kjin)分光光度计,第五十八页，共63页。,SP-756P紫外可见(kjin)分光光度计,第五十九页，共63页。,二、影响(yngxing)分光光度法准确性的因素,单色性不纯的影响,杂散光的影响,吸收池的影响,电压(diny)、检测器负高压波动的影响,其它因素的影响,第六十页，共63页。,四、紫外-可见分光(fn un)光度计性能评价指标,(一)波长准确度和波长重复性,(二)光度准确度,(三)光度线性范围,(四)分辨率,(五)光谱带宽,(六)杂散光,(七)基线(jxin)稳定度,(八)基线(jxin)平直度,第六十一页，共63页。,五、紫外-可见(kjin)分光光度计常见故障及排除方法,分光光度计常见故障包括光路、电路故障。根据故障不同应采取不同的排除措施。,接通电源后，指示(zhsh)灯不亮，仪器不工作，可能是电路故障；,读数表不能调零（即0T）和不能置100T则可能是光路故障或微电流放大器损坏。,需根据具体情况采取不同的处理方法。,第六十二页，共63页。,作业：,已知某化合物的相对分子质量为251，将此化合物用乙醇做溶剂(rngj)配成浓度为0.15mol/L的溶液，在480nm波长用2.0cm吸收池测得透光率为39.8%，求该化合物在上述条件下的摩尔吸收系数及比吸光系数a？,第六十三页，共63页。,