紫外、红外

第5章紫外-可见分光光度法概述紫外-可见吸收光谱法的基本原理吸收光谱与分子结构的关系（定性的原理）朗伯-比尔定律（定量的原理）紫外-可见分光光度计紫外-可见分光光度计的定性与定量分析紫外-可见分光光度法在食品检测中的应用5.1概述第5章紫外-可见分光光度法基于物质分子对光的选择性吸收而建立的分析方法，称为分子吸收光分析法。紫外分光光度法(UV)：λ∈(200~400nm)，用于有机物定性、定量、结构分析。可见分光光度法(Vis)：λ∈(400~760nm)，用于有色物质定量分析。红外分光光度法(IR)：λ∈(2.5~50μm)，用于有机物结构（定性）分析。核磁共振谱(NMR)：原子核吸收无线电波，发生核自旋级跃迁，产生光谱。用于分子结构分析。5.1概述第5章紫外-可见分光光度法利用紫外-可见分光光度计测量物质对紫外-可见光的吸收程度（吸光度），以此来确定物质的组成、含量，推测物质结构的分析方法，称为紫外-可见分光光度法(ultravioletandvisiblespectrophotometry,UV-VIS)。紫外-可见吸收光谱法的特点：灵敏度高：10-6g级的物质。准确度高：相对误差一般在1%~5%之内。方法简便：操作容易、仪器设备简单、分析速度快。应用广泛：用于无机化合物、有机化合物的定量分析及配合物的组成和稳定常数测定，也用于有机化合物的鉴定及结构分析。5.2紫外-可见吸收光谱法的基本原理第5章紫外-可见分光光度法光吸收：一束紫外-可见光通过一透明物质时，当光子的能量等于电子能级的能量差（即△E电=hν）时，此能量的光子被吸收，电子由基态跃迁到激发态，产生吸收。吸收光谱：以波长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标作图，得到的A-λ曲线，即为吸收光谱。谱图分析：最大吸收波长（λmax），次峰，肩峰，波谷（λmin），末端吸收。定性分析：最大吸收波长（λmax）的位置。定量分析：吸光度。特征值5.3吸收光谱与分子结构的关系（定性的原理）第5章紫外-可见分光光度法吸收光谱取决于分子中价电子的性质。产生紫外-可见吸收光谱的价电子种类：形成单键的σ电子，形成不饱和键的π电子，分子中未成键的孤对电子n电子。电子能级跃迁的种类：σ→σ*跃迁：饱和键，吸收峰在远紫外区，作为光谱分析的溶剂。n→σ*跃迁：含O、N、X、S等的饱和化合物，150~250nm范围内，中等强吸收。π→π*跃迁：碳碳不饱和键，200nm附近，强吸收。n→π*跃迁：碳氧等杂原子的双键化合物，100~400nm范围，弱吸收。第5章紫外-可见分光光度法发色团：分子结构中含有π电子的基团，如C=C、C=O、-N=N-、-NO2、-C=S等。助色团：本身在200nm以上不产生吸收，但其存在能增强生色团的生色能力（改变分子的吸收位置和增加吸收强度）的一类基团，如-COOH,-OH,-SO3H，-NHR,-NR2,-NH2等吸收带：R带（n→σ*跃迁，100~400nm），K带（共轭体系的π→π*跃迁，217~280nm），B带（芳香族π→π*跃迁的精细结构，230~270nm），E带（芳香族π→π*跃迁，特征吸收，185和204nm）。谱图偏移：共轭效应、助色效应、超共轭效应、溶剂效应。共轭多烯类化合物最大吸收波长计算方法（略）。5.3吸收光谱与分子结构的关系（定性的原理）朗伯(Lambert)和比尔(Beer)分别于1760年和1852年研究吸光度Ａ与溶液厚度Ｌ和其浓度Ｃ的定量关系：朗伯定律：A=k1×L比尔定律：A=k1×CA=kCL一束平行单色光通过一均匀、非散射的吸光物质溶液时，在入射光的波长、强度以及溶液温度等保持不变时，该溶液的吸光度A与其浓度C及液层厚度L的乘积成正比。①入射光为单色光，适用于可见、红外、紫外光。②均匀、无散射溶液、固体、气体。③吸光度A具有加和性。Aa+b+c=Aa+Ab+Ac注意!适用范围朗伯-比尔定律:L→2L时，A、T→？2AA=-lgT,T=10-A=10-kcL吸光系数浓度液层厚度T2第5章紫外-可见分光光度法5.4朗伯-比尔定律（定量的原理）比尔定律的偏移吸光物质浓度较高。吸光度数范围在0.16~0.80。非单色光引起的偏离。介质不均匀引起的偏离，吸光质点对入射光的散射而导致。吸光物质不稳定引起的偏离。第5章紫外-可见分光光度法5.4朗伯-比尔定律（定量的原理）5.5紫外-可见分光光度计仪器基本组成第5章紫外-可见分光光度法0.575光源单色器吸收池检测器信号处理及显示光源可见光光源：碘钨灯或钨灯，发射波长范围为320~2500nm的连续光谱。紫外光源：氢灯、氘灯、汞灯、氙灯，发射波长范围为150~400nm的连续光谱。单色器功能：把从光源发射出的连续光分为波长宽度很窄的单色光。玻璃能吸收紫外线，因此紫外区的光源必须用石英棱镜色散，可见光区域可用玻璃棱镜。吸收池玻璃吸收池也只能用于可见光区，而石英池即可使用可见光区，也可用于紫外光区。5.5紫外-可见分光光度计第5章紫外-可见分光光度法紫外-可见分光光度计的类型：分为单光束、双光束、双波长、多道分光等。5.5紫外-可见分光光度计第5章紫外-可见分光光度法双波长分光光度计的优势：①仅用一个样品池进行测量；②可消除不同浑浊度所引起的背景吸收；③可掩蔽共存组份的干扰④检测限低，0.01~0.005的消光度值5.5紫外-可见分光光度计第5章紫外-可见分光光度法5.6紫外-可见分光光度计的定性定量分析第5章紫外-可见分光光度法定性分析对比法：比较样品化合物的吸收光谱特征与标准化合物的吸收光谱特征；或与文献所载的化合物的标准谱图进行核对。同一物质有相同吸收光谱图，反之不一定是同一物质。定量分析标准曲线法。注意：吸光度范围为T∈20%~65%，A∈0.2～0.7之间；选择吸收最大的波长为入射光，干扰最小5.6紫外-可见分光光度计的定性定量分析第5章紫外-可见分光光度法5.7紫外-可见分光光度法在食品检测中的应用国标测试方法中对物质定量的辅助方法。食物中磷的测定方法GB/T12393食品中环己基氨基磺酸钠的测定方法第二法GB13112食品中总砷的测定方法第三法GB/T5009.11食品中铅的测定方法第三法GB/T5009.12食品中铜的测定方法第三法GB/T5009.13……第5章紫外-可见分光光度法课程作业：1、什么是分子吸收光分析法，包括哪些光分析法，列举每种光分析法的特征波长。2、电子跃迁有哪几种类型？哪些类型的跃迁能在紫外-可见吸收光谱中反映出来？3、偏离朗伯-比尔定律的原因主要有哪些？4、如何根据紫外-可见分光光度计进行物质的定性和定量测定？第5章紫外-可见分光光度法第6章红外吸收光谱分析技术概述红外吸收光谱法的基本原理红外吸收光谱仪及应用近红外光谱分析技术简介近红外光谱分析技术在食品检测中的应用红外光谱(InfraredAbsorptionSpectrum,IR)谱区示意图6.1概述第6章红外吸收光谱分析技术整个红外吸收光谱可划分为远、中、近三个吸收区间。近红外区(NearInfrared,NIR)是指波长780nm~2500nm范围内的电磁波，波数为12500～4000cm-1。光谱测量的是分子中单个化学键的基频振动的倍频和合频信息，主要是含氢基团（C-H、O-H、N-H、S-H)，食品工业上用于样品水分的快速在线检测、品质的快速在线分级等。中红外区(MiddleInfrared,MIR)是指波长2.5~25μm范围内的电磁波，波数为4000～400cm-1。此波段中，分子的基频振动最强，因此主要用作物质的组成分析，例如红外光谱仪。6.1概述第6章红外吸收光谱分析技术远红外区(FarInfrared,FIR)是指波长25~1000μm范围内的电磁波，波数为400～10cm-1。远红外有致热和保健的效果，是对人和植物最有效用的波长。主要用于加热电器、医疗中对人体的保健等。红外吸收光谱中，习惯上以微米(μm)为波长单位，以波数σ(cm-1)来表示频率。由于中红外区域是有机化合物红外吸收最重要的范围，因此所有文献中如无特殊说明，一般是指中红外吸收。6.1概述第6章红外吸收光谱分析技术波数=1/波长×100006.1概述第6章红外吸收光谱分析技术6.2红外吸收光谱法的基本原理第6章红外吸收光谱分析技术红外吸收光谱的产生：分子在未受光照射前，其能量均处于最低能级，称之为基态。当分子受到红外光的辐射，吸收红外光的能量后，其分子振动或转动且偶极矩发生变化，产生能级的跃迁，使相应区域的透射光强度减弱。记录红外光透射比与波数之间的关系，即得IR谱。分子振动与红外吸收峰：只有发生偶极矩变化(△μ≠0)的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的；△μ=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红外活性的，例如N2、O2、Cl2等。多原子分子的振动形式：伸缩振动（键长变化）、弯曲振动（键角变化）。6.2红外吸收光谱法的基本原理第6章红外吸收光谱分析技术在有机物分子中，组成分子的各种基团（官能团）都有自己特定的红外吸收区域。通常把能代表某基团存在并有较高强度的吸收峰，称为该基团（官能团）的特征频率，对应的吸收峰称为特征吸收峰。同一类型化学键的基团在不同化合物的红外光谱中，吸收峰位置大致相同，因此红外光谱定性的基础即为特征吸收峰。红外谱图常见的分区：4000~1300cm-1为官能团区，在这个区域内的每一个红外吸收峰都和一定的官能团相对应；1300~670cm-1为指纹区，对结构上的微小变化表现极为敏感，可表征整个分子的结构特征。6.2红外吸收光谱法的基本原理第6章红外吸收光谱分析技术从官能团区可以找出该化合物存在的官能团，而指纹区的吸收则适宜于用来与标准谱图或已知物谱图进行比较，从而得出未知物与已知物结构相同或不同的确切结论。常见化合物的特征基团频率：见书。红外吸收峰的强度表示：vs(很强，ε200)；s(ε75)；m(ε25)；w(ε5)；vw(ε5)，其中ε为摩尔吸光系数。分子对称度高，振动偶极矩小，产生的谱带就弱；反之则强。如C=C，C-C因对称度高，其振动峰强度小；而C=X，C-X，因对称性低，其振动峰强度就大。6.3红外吸收光谱仪及应用第6章红外吸收光谱分析技术红外光谱仪的组成：光源、干涉仪、吸收池、检测器、记录系统。光源：能斯特灯，发光强度大，寿命0.5~1年。干涉仪：傅里叶变换红外光谱仪，用于产生干涉光，提高灵敏度和分辨率。6.3红外吸收光谱仪及应用第6章红外吸收光谱分析技术吸收池：红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片；不同的样品状态（固、液、气态）使用不同的样品池，固态样品可与晶体混合压片制成。材料透光范围/μm注意事项NaCl0.2~25易潮解，湿度低于40%KBr0.25~40易潮解，湿度低于35%CaF20.13~12不溶于水，用于水溶液CsBr0.5~55易潮解TIBr+TII0.55~40微溶于水（有毒）6.3红外吸收光谱仪及应用第6章红外吸收光谱分析技术制样方法：对试样的要求：试样应为“纯物质”（98%），通常在分析前，样品需要纯化；试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；试样浓度或厚度应适当，以使T在合适范围。液体或溶液试样：沸点低易挥发的样品，用液体池法；高沸点的样品，用液膜法（夹于两盐片之间）；固体样品可溶于CS2或CCl4等无强吸收的溶液中。6.3红外吸收光谱仪及应用第6章红外吸收光谱分析技术固体试样：1）压片法：1~2mg样+200mgKBr→干燥处理→研细（粒度小于2μm，散射小）→混合压成透明薄片→直接测定；2）石蜡糊法：试样→磨细→与液体石蜡混合→夹于盐片间；注意：石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃。3）薄膜法：高分子试样→加热熔融→涂制或压制成膜；高分子试样→溶于低沸点溶剂→涂渍于盐片→挥发除溶剂6.3红外吸