紫外可见分光光度计(自己)

13:43:21比色法与紫外可见分光光度法光谱分析法概论第一节光学分析方法的概况第二节比色法与紫外可见分光光度法的基本原理第三节目视比色法第四节分光光度法第五节比色条件的选择第六节分光光度法的应用13:43:21化学分析电化学分析原子吸收光谱分析化学光化学分析原子发射光谱仪器分析吸光光度法色谱分析113:43:21光谱分析法概论§1光谱分析法基本原理一、光的基本性质1、电磁波与电磁波谱光是一种电磁波，亦称电磁辐射，=c/电磁波谱：电磁波按波长或频率有序排列的图谱，称之电磁波谱。亦称光谱。1=m=102cm=103mm=106m=109nm=101010m10cm0.1cm10nm10nm1nm10nm42-2310m(10~1m)(10~0.1cm)10~750nm)750~400nm)(400~10nm)(10~0.1nm)26(A13:43:212、光的波粒二象性：光具有波动性，又有粒子性。光是一种不连续的粒子流，亦称光子流。不同波长的光子，具有不同的能量，而且能量是量子化的。单个光子辐射的能量为：E=hhc/3、光学光谱区：紫外（包括远紫外和近紫外）、可见和红外（包括近、中和远红外）波谱区称之光学光谱区。在光学光谱区：红外可见紫外E红外E可见E紫外4、可见光、单色光、复合光与互补色光13:43:21二、光与物质的相互作用（物质内能发生变化）当光与物质发生相互作用时，可能情况是：a.物质是原子或分子b.能量足够大或很小光能很大足以使原子核或内层电子产生跃迁；光能很小只能够原子核或电子产生自旋：光学光谱区的光能恰好能使原子或分子的外层电子（价电子）产生跃迁：或者仅产生分子振动或转动能级的跃迁。1、分子能级图：E电子+E振动+E转动1~200ev0.05~1ev0.05ev可见、紫外红外红外2、分子光谱和带光谱：（1）分子吸收光谱：吸光光度法（2）分子发射光谱：荧光光谱3、原子光谱和线光谱：EEEE12vvvvv0123rr1v1232入13:43:21三、光谱分析原理1、光谱分析定性依据：吸收或发射的特征谱线。原子或分子结构决定特征谱线。2、光谱分析定量依据：吸收或发射的光谱强度。原子或分子浓度决定光谱强度。§2光谱分析法分类光谱分析法是基于物质与电磁波的相互作用，测量物质所辐射或吸收的电磁波的特征谱线和强度进行定性定量的一类分析方法。一、光谱法特点：与化学分析法相比较1、灵敏度高：检测限低，适用微量、痕量分析2、选择性好：快速，尤其适用金属、非金属元素分析。3、准确度、精密度较低，仪器昂贵。二、光谱法应用工业分析、食品分析、环境分析、临床检验等。13:43:21三、光谱法分类1、吸收光谱法2、发射光谱法发射光谱法吸收光谱法X~射线荧光X~射线吸收r~射线吸收原子发射*原子吸收原子荧光红外吸收光谱分子荧光*紫外可见光度法*分子磷光激光光声化学发光激光热透镜激光发射激光吸收放射光谱分析电子自旋共振核磁共振13:43:21第一节光学分析方法的概况一、电磁辐射及其与物质的相互作用电磁辐射的电磁波包括了γ射线、X光、紫外光、可见光、红外光、微波、无线电波等。这些电磁波具有共同点是：它们作为横向电磁波在空间传播，在真空中传播速度都等于光速，即：c=式中是波长；是频率；c是光在真空中的传播速度，等于2.998×108m/s。光具有二象性：波动性和微粒性。光的折射、衍射、偏振和干涉等现象，表明光具有波动性。光电效应，证明光的粒子性。光是由光子（或称光量子）所组成，光子具有能量h，具有动量h/c。光子的能量E与波长关系为：E=h=hc/光子的动量p与波长的关系为：p=h/c=h/式中E为光子的能量；p为光子动量；h为普朗克常数，6.626×10-34J。13:43:21二、光学分析方法的分类根据电磁辐射与物质相互作用性质的不同，光学分析方法可以分为光谱法与非光谱法两类：以测量电磁辐射与物质相互作用引起原子、分子内部量子化能级之间的跃迁产生的发射、吸收、散射波长或强度变化为基础的一类光学分析方法，归为光谱法；以测量电磁辐射与物质相互作用引起其传播方向、速度、偏振性与其他物理性质改变的一类光学分析方法，归属于非光谱法。在分析化学中，光谱法比非光谱法的用途更为广泛。表1列出了电磁波谱及各谱区相应分析方法。依据电磁辐射与物质相互作用的性质来划分，建立在不同物理基础上的各光学分析方法，按照波谱区来划分，分布在各个波谱区的光谱分析方法见表，分别简介了吸收光谱法与发射光谱法。13:43:2113:43:21三、光学分析仪器的基本组成光学分析方法是建立在电磁辐射与物质相互作用的基础上的，光学分析仪器是探测此种相互作用的工具。各种光学分析仪器的具体结构与复杂程度差别很大，但都包括以下四个基本组成部分：信号发生器、检测系统、信号处理系统、信号读出系统。在现代化的仪器中，还配有计算机控制系统。（1）信号发生器是将被测物质的某一物理或化学性质转变为分析信号，如物质吸收辐射产生的原子、分子吸收光谱；物质受电、热激发产生的原子发射光谱等，都是分析信号。产生原子、分子吸收光谱的辐射光源与吸收池组合系统；产生原子发射光谱的电弧，火花光源等即为信号发生器。（2）检测器是对产生的分析信号进行检测，并将其转变为易于测量的信号，通常是电信号，因为电信号容易放大、处理、传输与显示。各种仪器使用的检测器随检测辐射波长与仪器功能不同而异，常用的辐射检测器有两类：一类响应光子；另一类响应热。13:43:21（3）信号处理系统是将信号放大、平滑、滤波、加和、差减、微分、积分、变换（如交流信号变为直流信号，电压变为电流信号或电流变为电压信号，对数转换，傅里叶变换等）、调频、调幅等。（4）信号读出系统是将信号处理系统输出的放大信号，以表头、记录仪、显示器显示出来。（5）计算机在光学分析仪器中的应用：1是进行数据处理，如数字运算、统计分析、曲线拟合、方程求解、数据变换、数据贮存与调用、图谱检索与鉴定等等；2是对仪器实施控制，如狭缝的选择、波长的自动定位、测量方式的选择、自动调零与校正背景等，高级的仪器可以按照预定的程度，仪器根据测定条件的变化，将信号反馈，使测量条件最优化。13:43:21四、光学分析方法与仪器的进展光学分析方法是分析化学中最富活力的领域之一，近年来取得了长足的进展。新技术、新材料、新器件的不断出现，推动了光学分析仪器的进步。1、检测的灵敏度与选择性有了很大提高在原子发射光谱中，应用级联光源（如电感耦合高频等离子体—辉光放电、激光蒸发—微波等离子体）分别控制原子化与激发过程，减少基体干扰与背景影响，获得了很好的检出限。电感耦合高频等离子体（ICP)-质谱法使40多个元素的检出限达到10-60pg/mL，激光质谱的灵敏度达到了10-20g激光增强了电离光谱，避免了一般光学检测所遇到的光散射、背景发射等的干扰，使选择性大为提高，当采用两束不同波长的激光对原子分步激发时，检出限可降低2~3个数量级。激光热透镜光谱检测氨基酸，可检测到50个分子，激光诱导荧光光谱法达到了检测单个分子的水平。激光光声光谱广泛用于弱吸收、高散射、非透明与不均匀样品的分析，检测大气中的NO、NO2、SO2和NH3，检出限达到10-9g/mL，检测C2H4的检出限甚至可达到10-12g/mL。13:43:212、扩大了应用范围光导纤维传输损耗少，适应环境与抗干扰能力强，特别适合于遥测。光导纤维化学传感器的出现，它的小巧探头能直接插入活体组织、毛细血管、细胞，可对分析物进行连续监测。拉曼散射和共振荧光法的遥测距离最远可达10km，可以遥测大气中主要成分，遥测被污染大气中的痕量污染物（如Cd、Pb、Hg、Na、K等）及大气温度。哈德玛变换光谱仪实现了用一个检测器的多路同时测定，可在1s内同时精确测定CO、NO、NO2、CO2、SO2，正己烷与甲醛，将它装在航天观测站的飞船上，在11887~12497m的高空中收集了27的火星光谱数据，证明火星表面石块上有缔合水。3、增强了同时检测的能力电荷耦合阵列检测器光谱范围宽，量子效率高（可达90%以上），暗电流小，噪声低，线性范围宽，可实现多道同时采集数据，获得波长—强度—时间三维谱图，有可能取代光电倍增管而成为光学分析仪器的一种很有发展前途的检测器。光二极激光器代替空心阴极灯，可进行原子吸收多元素的同时测定。应用光电二极管阵列检测器与预选多色仪重组合光学系统和中阶梯光栅，可以进行多元素的同时测定与背景校正。13:43:214、获得分子结构的信息更加丰富超导材料铌锡，铌钛的出现，使核磁共振波谱仪摆脱了水磁式及电磁式磁铁的局限，从100MHz跃进至500MHz，甚至600MHz的核磁波谱仪，使信噪比提高了几个数量级。核磁共振成像仪能得到三维图像，对人体无害，对软组织对比度大，是用于早期癌症诊断的一种很好方法。超声喷射光谱（又称循环—冷却光谱）是激光诱导荧光光谱与分子束技术相结合形成的方法，是利用分子在超声分子束的急剧冷却，使分子复杂结构的光谱简化像原子光谱，通过消除热转动轮廓，使光谱分辨率提高到2~3个数量级。5、光学分析仪器的发展随着激光、微电子学、微波、半导体、自动化、化学计量学等科学技术与各种新材料的应用，革新了原有仪器方法，使光学分析仪器在仪器功能范围的扩展、仪器性能指标的提高、自动化智能化程度的完善以及运行可靠性的提高等方面，有了长足的进展。电子计算机在光学分析仪器中的广泛应用，简化了仪器的结构，增强仪器的功能，提高了仪器运行的可靠性，做到数据实时采集与处理、原位在线测量或远程遥测、自动监测等，大大提高了仪器操作自动化、数字化与智能化的程度。不同分析方法的联用将高效分离方法与高灵敏、高选择性的鉴定方法有机地结合起来，为解决复杂样品的分析与形态分析提供了有效的手段。13:43:21五、物质的吸光光度法（分光光度法）无论物质有无颜色，当光线通过其溶液时，它会有选择地吸收一定波长的光。溶液对特定波长的光的吸收程度与该溶液的浓度有关，溶液的浓度越大，对光的吸收程度也就越大。因此可以根据溶液对光的吸收程度确定溶液的浓度，进而确定被测组分的含量。这种基于溶液对光吸收的大小来确定被测组分的含量的分析方法，称为吸光光度法（或分光光度法）。利用物质本身所具有的颜色或某些待测组分与一些试剂作用生成有色物质，比较溶液颜色深浅的方法来确定溶液中有色物质的含量，这种方法称之比色法，分目视比色法与光电比色法两种。随着测量仪器的改进，分光光度计研制成功，又出现了分光光度法。分光光度法又分紫外（UV）、可见（VIS）和红外（IR）等三种。比色分析的相对误差通常为5%~20%，分光光度法为2%~5%。其准确度不如重量分析法和滴定分析法。但重量分析法和滴定分析法仅适用于常量组分的分析，对于微量成分的分析，重量分析法和滴定分析法就不适用了，只能采用比色法或分光光度法。比色分析法和分光光度法的最大特点是灵敏度高、操作简便、快速，已成为化验分析最基本的分析方法之一，是应用最普遍的组分分析法。不论是车间化验室，还是中心实验室以及分析测试中心，都要经常地使用比色法或分光光度法。因此，化验人员都必须较深入地了解和掌握这一方法。13:43:21第二节比色法与紫外可见分光光度法的基本原理一、溶液颜色与光吸收的关系物质呈现的颜色与光有密切关系。日常所见的白光（如日光、白炽灯光等），实际上是波长400~750nm连续光谱的混合光，它是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色光按一定的强度比例混合而成。这段波长范围的光是人们视觉可觉察到的，所以称为可见光。当波长短于400nm时称为紫外光，长于750nm的光称为红外光，它们都是人们视觉觉查不到的光。当混合光通过溶液时，一部分光被吸收，另一部分透过溶液。由于透射光波长的范围不同，人眼所感到的颜色也不同。溶液呈现的颜色实际就是透射光的颜色。如果溶液全部吸收了可见光，则该溶液呈黑色；如果溶液对可见光吸收得很少，即入射光全部透过，则该溶液呈无色透明状。表2是颜色、波长和互补色的关系。13:43:21若把两种适当颜