1、1第一節第一節 電磁輻射及其物質的相互作用電磁輻射及其物質的相互作用 一、電磁輻射和電磁波譜一、電磁輻射和電磁波譜二、光學分析法的分類二、光學分析法的分類 三、光譜法儀器三、光譜法儀器分光光度計分光光度計21電磁輻射（電磁波，光） ：以巨大速度通過空間、 不需要任何物質作為傳播媒介的一種能量 2電磁輻射的性質：具有波、粒二向性波動性：粒子性：cc1，chhEE，注：33電磁波譜：電磁輻射按波長順序排列，稱。射線射線 X 射線射線紫外光紫外光可見光可見光紅外光紅外光微波微波無線電波無線電波4常見的電磁輻射與物質作用的術語：常見的電磁輻射與物質作用的術語：吸收：是原子、分子或離子吸收光子的能量（等

2、 于基態和激發態能量之差），從基態躍遷至激發態的過程。發射：是物質從激發態躍遷回基態，并以光的形式釋放出能量的過程。散射：沒涉及能量的交換。拉曼散射：涉及能量的交換。折射、反射、干涉、衍射5（一）分類： 1光譜法：利用物質與電磁輻射作用時，物質內部 發生量子化能級躍遷而產生的吸收、發射或散射 輻射等電磁輻射的強度隨波長變化的定性、定量 分析方法 62非光譜法：利用物質與電磁輻射的相互作用測定 電磁輻射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基 本性質變化的分析方法 分類：折射法、旋光法、比濁法、射線衍射法3光譜法與非光譜法的區別：7 原子光譜法原子光譜法：以測量氣態原子或離子外層或內層：以測量氣態原子

3、或離子外層或內層電子能級躍遷所產生的原子光譜為基礎的成分分析電子能級躍遷所產生的原子光譜為基礎的成分分析方法。方法。原子發射光譜法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜原子發射光譜法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法以及法以及X射線熒光光譜法射線熒光光譜法分子光譜法分子光譜法：由分子中電子能級、振動和轉動能級：由分子中電子能級、振動和轉動能級的變化，表現形式為帶光譜。的變化，表現形式為帶光譜。紅外吸收法、紫外紅外吸收法、紫外-可見光吸收光譜法、分子熒光可見光吸收光譜法、分子熒光和磷光光譜法和磷光光譜法81分子吸收光譜的產生由能級間的躍遷引起能級：電子能級、振動能級、轉動能級躍遷：電子受激發，從低能級轉移

4、到高能級的過程轉振電分EEEEchhE能級差92分子吸收光譜的分類： 分子內運動涉及三種躍遷能級，所需能量大小順序 轉振電EEE遠紅外吸收光譜紅外吸收光譜可見吸收光譜紫外轉振電mevEmevEmevE2525005. 0005. 025. 125105. 025. 106. 02013紫外-可見吸收光譜的產生 由于分子吸收紫外-可見光區的電磁輻射，分子中 價電子（或外層電子）的能級躍遷而產生 （吸收能量=兩個躍遷能級之差）10（三）發射光譜（四）吸收光譜 光基態激發態釋放能量發光hMM*發射光譜激發態光基態吸收輻射能量*MhM吸收光譜11主要特點：三個基本單元組成主要特點：三個基本單元組成12

5、13一、紫外-可見吸收光譜的電子躍遷類型 二、相關的基本概念三、吸收帶類型和影響因素四、影響吸收帶的因素五、朗伯比爾定律14預備知識：預備知識：COHnp p H15圖示161. *躍遷：躍遷： 飽和烴飽和烴（甲烷，乙烷）（甲烷，乙烷） E很高，很高， n * * n*17圖示18注：注：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構及存在基團有密切聯系 根據分子結構推測可能產生的電子躍遷類型； 根據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（分子結構鑒定）191吸收光譜（吸收曲線）： 不同波長光對樣品作用不同，吸收強度不同 以A作圖 nex

6、t2吸收光譜特征：定性依據 吸收峰max 吸收谷min 肩峰sh 末端吸收飽和-躍遷產生20圖示back213生色團（發色團）：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 產生n *躍遷和 *躍遷 躍遷E較低例： CC；CO；CN；NN 4助色團：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，NH，NR2，X225紅移和藍移： 由于化合物結構變化（共軛、引入助色團取代基） 或采用不同溶劑后 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）6增

7、色效應和減色效應 增色效應：吸收強度增強的效應 減色效應：吸收強度減小的效應7強帶和弱帶： max104 強帶 min102 弱帶231R帶：由含雜原子的不飽和基團的n *躍遷產生CO；CN；NN E小，max250400nm，max200nm，max10424 3B帶：由 *躍遷產生芳香族化合物的主要特征吸收帶 max =254nm，寬帶，具有精細結構； max=200 極性溶劑中，或苯環連有取代基，其精細結構消失4E帶：由苯環環形共軛系統的 *躍遷產生芳香族化合物的特征吸收帶 E1 180nm max104 （常觀察不到） E2 200nm max=7000 強吸收 苯環有發色團取代且與苯

8、環共軛時，E2帶與K帶合并 一起紅移（長移）25圖示26圖示271、 由于立體阻礙，會影響共軛效應由于立體阻礙，會影響共軛效應立體阻礙立體阻礙282、 在有些在有些、不飽和酮中，雖然雙鍵與酮基不產生共不飽和酮中，雖然雙鍵與酮基不產生共軛體系，但由于適當的立體排列，使羰基氧的孤軛體系，但由于適當的立體排列，使羰基氧的孤對和雙鍵的對和雙鍵的電子發生作用，產生電子發生作用，產生R帶。帶。OCH2214nm 中強吸收帶中強吸收帶 284nm R帶帶SCOmax=238nm，max=253529非極性非極性 極性極性 COCOn p p p p 非非 極極 非非 極極n p p*躍遷躍遷：藍移藍移； ；

9、 p p p p*躍遷：躍遷：紅移；紅移； ； max(正己烷正己烷) max(氯仿氯仿) max(甲醇甲醇) max(水水)pp*230238237243np*3293153093053、 30溶劑效應1：乙醚2：水12250300苯酰丙酮 非極性 極性n p*躍遷：藍移藍移； ； p p*躍遷：紅移； ；極性溶劑使精細結構消失；31OHOH-H+Omax=210.5nm，270nmmax=235nm，287nm32光的吸收基本定光的吸收基本定律- Lambert-BeerLambert-Beer定律 物理量:透光率及吸光度 Lambert-Beer定律 偏離Beer定律的因素 透光率的測量

10、誤差33圖1 光和物質發生作用示意圖I入=I吸+I透+I反+I散I入=I吸+I透34透光率透光率：透過光的強度與入射光強度之比。0IIT T越大，物質對光的吸收越弱;反之,越強。吸光度吸光度：反映物質對光的吸收強弱的物理量。TATlglg1A越大，物質對光的吸收越強;反之,越弱。一、物理量透光率及吸光度35一、朗伯-比爾定律 1 1、 朗伯定律朗伯定律圖2 光的吸收基本定律示意圖 A=k1b A吸光度 k1比例常數362.2.比爾定律比爾定律 當單色光通過溶液層的厚度一定時，溶液的吸光度與溶液的濃度成正比，即比爾定律，表示為 ckIIlgA20圖3 光的吸收基本定律示意圖 37二、朗伯比爾定律

11、二、朗伯比爾定律3 3、朗伯比爾定律：、朗伯比爾定律：bcE lgA0IIE吸光系數 A吸光度,為無因次量 b液層厚度,一般單位為cm c 濃度,單位mol/l或g/100ml 即一束平行的單色光通過稀溶液時，溶液中吸光物質的吸光度與溶液的液層厚度和濃度之積成正比成正比。 38吸光系數的物理意義：吸光系數的物理意義： 討論：討論： 1）E=f（組分性質，溫度，溶劑，） 當組分性質、溫度和溶劑一定，E=f（） 2）不同物質在同一波長下E可能不同（選擇性吸收） 3）E，物質對光吸收能力, 定量測定靈敏度 定性、定量依據bcAE單位濃度、單位厚度的吸光度39吸光系數兩種表示法：吸光系數兩種表示法：

12、1）摩爾吸光系數摩爾吸光系數： 在一定下，C=1mol/L，L=1cm時的吸光度%1110cmEM%11cmE40 在同一波長下，各組分吸光度具有在同一波長下，各組分吸光度具有加和性。加和性。 應用：多組分測定的理論依據應用：多組分測定的理論依據cbaAAAA總41lII厚度為透過光強為入射光強為00IIT 透光率TAlg吸光度42描述物質對單色光吸收強弱與液層厚度和待測物描述物質對單色光吸收強弱與液層厚度和待測物濃度的關系濃度的關系lALamber定律：CABeer定律：動畫1動畫243 取物體中一極薄層xxdISdnkSdSdnkdSdnI透過薄層減弱的光強為幾率光子通過薄層被吸收的不讓光

13、子通過的面積為薄層的吸光質點數為設入射光強為SdnkIdIxxnIIxxSdSkIdI00SnEIISnkII00lglnClSnCVnlVS和由44 討論：討論：1 1Lamber-Beer定律的適用條件（前提）定律的適用條件（前提） 入射光為單色光入射光為單色光 溶液是稀溶液溶液是稀溶液2 2在同一波長下，各組分吸光度具有加和性在同一波長下，各組分吸光度具有加和性 應用：多組分測定應用：多組分測定lCEIIBeerLamber0lg定律表達式lCETAIITlg0吸光度透光率lECAT1010或：吸光系數EcbaAAAA總45 依據Beer定律，A與C關系應為 經過原點的直線 偏離Beer

14、定律的主要因素表現為 以下兩個方面（一）化學因素（一）化學因素（二）光學因素（二）光學因素lCEA46 Beer定律適用的前提之一是：稀溶液定律適用的前提之一是：稀溶液 濃度改變會使濃度改變會使C與與A關系偏離定律關系偏離定律247 1非單色光的影響：非單色光的影響： Beer定律應用的重要前提定律應用的重要前提入射光為單色光入射光為單色光 照射物質的光經單色器分光后 并非真正單色光 其波長寬度由入射狹縫的寬度 和棱鏡或光柵的分辨率決定 為了保證透過光對檢測器的響 應，必須保證一定的狹縫寬度 這就使分離出來的光具一定的 譜帶寬度4821020121IIII和為對應的透過光光強分別和入射光光強分

15、別為的光組成和設入射光由波長為lECIIlCEIITA10lglg0002010201020102010201211212110101010IIIIIIIIIIIITlCEElCElCElCE）（又0201020111210lglgIIIIlCETAlCEE）（49討論：討論： 入射光的譜帶寬度嚴重影響吸光系數和吸收光譜形狀 結論：結論： 選擇較純單色光（，單色性） 選max作為測定波長（E，S且成線性）偏離線性關系越嚴重與）（定律不成線性關系，偏離與成線性關系CAEEBeerCAEElCEAEE1221121502雜散光的影響：雜散光的影響： 雜散光是指從單色器分出的光不在入射光譜帶寬度 范

16、圍內，與所選波長相距較遠雜散光來源：儀器本身缺陷；光學元件污染造成雜散光可使吸收光譜變形3散射光和反射光的影響：散射光和反射光的影響：反射光和散射光均是入射光譜帶寬度內的光 直接對T產生影響散射和反射使T，A，吸收光譜變形注：一般可用空白對比校正消除4非平行光的影響：非平行光的影響：使光程，A，吸收光譜變形51影響測定結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（散粒）噪音1lglgATATE C lCE lE l TTTCClg434. 0濃度的相對誤差521）暗噪音）暗噪音與檢測器和放大電路不確切性有關與檢測器和放大電路不確切性有關 與光訊號無關與光訊號無關

17、0)lg()lg434. 0(434. 0)lg434. 0(2TTTTTTTdTd對應最小的測量誤差，368. 04343. 0lgTT%5 . 0%1%2 . 0TT今假設大多數分光光度計的適宜測量范圍7 . 02 . 0%20%65：AT測定結果相對誤差較小0.20.753續前2）訊號噪音）訊號噪音與光訊號有關與光訊號有關l 表明測量誤差較小的范圍表明測量誤差較小的范圍一直可延至較高吸光度區，一直可延至較高吸光度區，對測定有利對測定有利 u光敏元件受光照射光敏元件受光照射時的電子遷移時的電子遷移 54 551光源：光源：2. 單色器：單色器：包括進包括進/出口狹縫、準直鏡、色散元件、聚焦

18、透鏡出口狹縫、準直鏡、色散元件、聚焦透鏡 棱鏡棱鏡對不同波長的光折射率不同對不同波長的光折射率不同色散元件色散元件 分出光波長不等距分出光波長不等距 光柵光柵衍射和干涉衍射和干涉 分出光波長等距分出光波長等距鎢燈或鹵鎢燈鎢燈或鹵鎢燈可見光源可見光源 3501000nm氫燈或氘燈氫燈或氘燈紫外光源紫外光源 200360nm一、主要部件一、主要部件563吸收池：吸收池： 玻璃玻璃能吸收能吸收UV光，僅適用于可見光區光，僅適用于可見光區 石英石英不吸收紫外光，適用于紫外和可見光區不吸收紫外光，適用于紫外和可見光區 要求：匹配性（對光的吸收和反射應一致要求：匹配性（對光的吸收和反射應一致）4檢測器：將

19、光信號轉變為電信號的裝置檢測器：將光信號轉變為電信號的裝置5記錄裝置：訊號處理和顯示系統記錄裝置：訊號處理和顯示系統光電池光電池光電管光電管光電倍增管光電倍增管二極管陣列檢測器二極管陣列檢測器571單光束分光光度計：單光束分光光度計：特點： 對光源要求高582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 591. 1. 波長的校正波長的校正紫外區紫外區 測繪苯蒸氣的吸收光譜測繪苯蒸氣的吸收光譜可見光區可見光區 繪制鐠釹玻璃的吸收光譜繪制鐠釹玻璃的吸收光譜 2. 2. 吸光度的校正吸光度的校正硫酸銅、硫酸鈷銨、硫酸銅、硫酸鈷銨

20、、鉻酸鉀鉻酸鉀標準溶液標準溶液3. 3. 吸收池的校正吸收池的校正 要求：差值要求：差值1%1%60一、定性分析一、定性分析二、定量分析二、定量分析 61（一）定性鑒別（一）定性鑒別定性鑒別的依據吸收光譜的特征吸收光譜的形狀吸收峰的數目吸收峰的位置（波長）吸收峰的強度相應的吸光系數621對比吸收光譜的特征值對比吸收光譜的特征值min%11maxmax，shcmE632對比吸光度或吸光系數的比值： 例：例：45. 315. 388. 170. 155036127836155036127812AAAAVB，三處最大吸收，定性鑒別：藥典規定643對比吸收光譜的一致性對比吸收光譜的一致性同一測定條件下

21、，與標準對照物譜圖或標準譜圖進行對照比較65（二）純度檢查和雜質限量測定1純度檢查（雜質檢查）662雜質限量的測定： 例：腎上腺素中微量雜質腎上腺酮含量計算 2mg/mL -0.05mol/L的HCL溶液， 310nm下測定 規定 A3100.05 即符合要求的雜質限量0.06%06. 01002101 . 1%/101 . 1100/101 . 1143505. 0334%11腎上腺酮mlmgmlglEACcm67（一）單組分的定量方法1吸光系數法 2標準曲線法 3對照法：外標一點法lECA定量依據：681吸光系數法（絕對法）吸光系數法（絕對法）要求單色光前提：iECAmLgCigW 求含樣

22、過程：已知稀釋)/(/)(lEAmLgCi100/lALmolCi/或%100%樣CCii69例：維生素B12 的水溶液在361nm處的百分吸光系數為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：mLglEAC100/00200. 01207414. 070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1cm的吸收池中，于361nm處測定吸光度為0.507，求B12的百分含量？解：mLgmLgCi/1045. 2100/1045. 21207507. 053mLgC/10

23、50. 2100101001050. 252樣%0 .98%1001050. 21045. 2%100%5512樣CCBi712標準曲線法標準曲線法條件前提：固定儀器和測定CACKA樣樣同上條件固定條件查得測定樣品曲線分別測定配制標準系列過程：CAACA72 蘆丁含量測定mLmgmLmLmLmg250 . 32550/200. 0樣品標樣分別移取73sCiCC3對照法：外標一點法對照法：外標一點法標樣與樣品濃度相近；截距為固定儀器和測定條件；前提：0標樣和分別測定一定過程：AA標樣標樣標樣標樣AACCAACC74（二）多組分的定量方法（二）多組分的定量方法cbaAAAA總定量依據：三種情況：1

24、兩組分吸收光譜不重疊兩組分吸收光譜不重疊（互不干擾） 兩組分在各自兩組分在各自max下不重疊下不重疊分別按單組分定量分別按單組分定量aaaaaaEACCEA1111由bbbbbbEACCEA2222由bbaaAEAE222111；測定；測定過程：751測測A1b組分不干擾組分不干擾可按單組分定量測可按單組分定量測Ca2測測A2a組分干擾組分干擾不能按單組分定量測不能按單組分定量測Cb babaaaAEEAE2222111；和測定；測定過程：aaaaaaEACCEA1111由bbaababaCECEAAA22222由baababECEAC222763 3兩組分吸收光譜完全重疊兩組分吸收光譜完全重

25、疊混合樣品測定混合樣品測定（1）解線性方程組法）解線性方程組法（2）等吸收雙波長消去法）等吸收雙波長消去法（3）導數法）導數法77 步驟：步驟：babababaAEEAEE22221111；和測定；和測定bbaababaCECEAAA11111bbaababaCECEAAA22222bababbabbaaEEEEEAEAC12211221babaabaababEEEEEAEAC1221211278 步驟：步驟： 消除消除a的影響測的影響測bbabababaAAAAAA222111babbaabababaAAAAAAAAA)()(212121aaAAa2121和的等吸收點選bbbbbbbbaCE

26、CEEAAA)(2121bbabbbabEAEEAC21ab79消去消去b的影響測的影響測a 注：須滿足兩個基本條件注：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足夠大選定的兩個波長下待測物的吸光度差值應足夠大bbAAb 2 1 2 1和的等吸收點選aaaaaaabaCECEEAAA)(21 2 1abaaabaaEAEEAC 2 1ab80前提：干擾組分前提：干擾組分b不成峰形不成峰形 無等吸收點無等吸收點81步驟：b曲線上任找一點1 另一點2優點：同時將待測組分和干擾組分放大信號優點：同時將待測組分和干

27、擾組分放大信號K K倍，倍， 提高了待測組分測定靈敏度提高了待測組分測定靈敏度 倍率因子令KAAbb21)()()()(1212112212aabbababbababaAKAAKAAAAAKAKAAbA1bA2aaaaabaCEKEAKAA)(1212的干擾消除了bCAababaKAKAA22282解：9 .927%11cmEmLgmLgCi/10900. 4100/10900. 419 .927463. 064mLgC/10000. 55052001000.1063樣%0 .98%10010000. 510900. 4%100%66樣咖啡酸CCi5052001稀釋因子注：83解：%11cmE

28、12000 .100120001010%11MEcmmLgmLglETlEACi/10165. 3100/10166. 311200417. 0lglg64mLgC/10000. 410022500500. 06樣%15.79%10010000. 410165. 3%100%66樣樣品CCi84第五節第五節 有機化合物吸收光譜特征有機化合物吸收光譜特征 飽和碳氫化合物 含孤立助色團和生色團的有機化合物 共軛烯烴 ，不飽和酮、醛、酸和酯 芳香族化合物85飽和碳氫化合物 只有電子，只能產生躍遷 在200400nm沒有吸收 作用：在UV光譜分析中常作溶劑86含孤立助色團的飽和有機化合物 A：分子中有

29、電子和n電子 B：除了產生躍遷，最典型 躍遷是n87 C：在近紫外區有吸收，在200nm左右（其原因：能量n小于躍遷） D：雜原子電負性小和離子半徑大的，其n電子能級高，n躍遷所需的能量小，吸收峰波長較長)。88孤立生色團的化合物 醛、酮醛、酮 A：有雙鍵、有雜原子 B：分子中除了產生躍遷，最典 型躍遷是n；n C：酮和醛有三個吸收峰：89 孤立雙鍵的吸收峰在150180nm之間。 n躍遷吸收峰在190nm左右； n吸收峰在275295nm之間。90對象 飽和碳氫化合物上的氫被氧、氮、硫、 鹵素等雜原子取代，即：飽和鹵代烴、醇、醚、硫醇，胺。 醛、酮91共軛烯烴 未共軛多個雙鍵： 在同一分子中

30、有兩個雙鍵，其間有兩個以上次甲基隔開，則它們的吸收峰位置與只含一個雙鍵的吸收峰位置相同，只是吸收強度約增加一倍。92 共軛多個雙鍵： 分子中兩個雙鍵間只隔一個單鍵則成為共軛系統，生成大鍵，使與間能級距離變小，吸收峰長移，吸收增強。隨著共軛體系增加，躍遷所需能量減小，吸收峰長移增加，增大，化合物可由無色逐漸變為有色。93，不飽和酮、醛、酸和酯 主要躍遷類型 和n躍遷 典型示例 A：若雙鍵和羰基未形成共軛化合物，其紫外光譜分別呈現CC和CO雙鍵的躍遷，約在200nm附近有兩個強吸收峰，另外在約280nm處有羰基的n吸收峰。94 B：但在，不飽和醛、酮中，如果CO和CC基共軛， 使長移至200260nm，約為10 000。 而n躍遷長移到310350nm，100注：溶劑對不飽和酮、醛有顯著影響，一般溶劑極性增加使帶紅移，而使n帶藍移。95酸和酯酸和酯 主要躍遷類型