1、關于儀器分析技術光譜法現在學習的是第1頁，共114頁Part 1 光譜分析法光譜分析法 Spectroscopy1、光譜分析法的誕生光譜分析法的誕生2、光譜分析的基本知識光譜分析的基本知識光的性質光的性質a. a. 光的波動性光的波動性 波動性參數：波動性參數：（波長）（波長）; ; （頻率）（頻率）; C; C（光速）（光速） 1 1（波數）（波數） 關系式關系式 C CC C 單色光單色光-只含一種頻率或波長的光只含一種頻率或波長的光; ; 復合光復合光-多種頻率或波長的光多種頻率或波長的光; ; 散射光散射光-由于光子與物質分子相互碰撞，使光子的運動由于光子與物質分子相互碰撞，使光子的運

2、動 方向發生改變而向不同角度散射方向發生改變而向不同角度散射。現在學習的是第2頁，共114頁 紫紫 蘭蘭 綠綠 黃黃 橙橙 紅紅 300 400 500 600 700 800nm 可見光區可見光區 宇宙射線宇宙射線 射線射線 X射線射線 遠紫外遠紫外 紅外紅外 微波區微波區 無線電波無線電波 10-6 10-3 10-1 101 103 105 109 1012 E 1mm 124ev 102ev10-3ev 10 102 2 eVeV X X射線射線 10 10-3-310 nm nm 10 nm nm 遠紫外遠紫外 10-200 nm A or nm 10-200 nm A or nm

3、124-6.2 ev 124-6.2 ev 紫外紫外 200-400nm A or nm 6.2-3.26 ev 200-400nm A or nm 6.2-3.26 ev 可見光可見光 400-760nm A or nm 3.26-1.59 ev 400-760nm A or nm 3.26-1.59 ev 近紅外近紅外 760-2500nm A or nm 1.59-0.50 ev 760-2500nm A or nm 1.59-0.50 ev 中紅外中紅外 2.5-50m 2.5-50m m or m or v v 0.50-0.025 ev 0.50-0.025 ev 遠紅外遠紅外 5

4、0-1000m m or 50-1000m m or v v 0.025-0.004 ev0.025-0.004 ev 微波微波 0.1mm-1m mm cm m 0.1mm-1m mm cm m 10 E E振振 E E轉轉 因為這些能量是量子化的，所以只有光子的能量恰好因為這些能量是量子化的，所以只有光子的能量恰好等于兩能級之間的能量差時才能被吸收。等于兩能級之間的能量差時才能被吸收。現在學習的是第26頁，共114頁 分子的轉動能級差分子的轉動能級差EE轉轉一般為一般為0.0050.0050.05eV0.05eV，則產生此，則產生此能級躍遷所需吸收電磁輻射的波長可用公式計算能級躍遷所需吸收

5、電磁輻射的波長可用公式計算: : = hC/ = hC/E =6.626E =6.6261010-27 -27 3 310101010/0.005/0.005 =248 =248 m m (1eV = 1.6 (1eV = 1.6 10 10-12 -12 erg)erg)當當EE轉轉0.05ev0.05ev，24.8m24.8m 所以，產生轉動能級躍遷需吸收波長約為：所以，產生轉動能級躍遷需吸收波長約為：2525250m250m的遠紅外光，它所形成的吸收光譜稱的遠紅外光，它所形成的吸收光譜稱轉動光譜或遠紅外光轉動光譜或遠紅外光譜。譜。現在學習的是第27頁，共114頁 分子的振動能級差分子的振

6、動能級差EE振振一般在一般在0.050.051ev1ev，對應所需吸收波長為對應所需吸收波長為1.251.2525m25m的紅外光才能產的紅外光才能產生躍遷。在分子振動時同時有分子的轉動，所以分生躍遷。在分子振動時同時有分子的轉動，所以分子振動所產生的吸收光譜中包括轉動光譜，故常稱子振動所產生的吸收光譜中包括轉動光譜，故常稱為振轉光譜，此吸收能量在紅外區，故稱為振轉光譜，此吸收能量在紅外區，故稱紅外光紅外光譜。譜。 現在學習的是第28頁，共114頁 電子躍遷所需能量最大，多在電子躍遷所需能量最大，多在1 120eV20eV，對應，對應所需吸收的波長為所需吸收的波長為1.251.250.06m0

7、.06m（1250nm1250nm60nm60nm），此吸收能量主要在紫外），此吸收能量主要在紫外- -可見光區，故稱紫外可見光區，故稱紫外- -可可見光譜。見光譜。其中其中10nm10nm200nm200nm叫遠紫外區；叫遠紫外區；200nm200nm400nm400nm叫近紫叫近紫外區；外區；400nm400nm760nm760nm叫可見光區。叫可見光區。 現在學習的是第29頁，共114頁 空氣中的氧、二氧化碳、水等都吸收遠紫外光，所以要研空氣中的氧、二氧化碳、水等都吸收遠紫外光，所以要研究物質分子對遠紫外光的吸收必須在真空條件下進行，所以遠究物質分子對遠紫外光的吸收必須在真空條件下進行，

8、所以遠紫外區又叫真空紫外區，鑒于真空紫外分光光度計結構復雜，紫外區又叫真空紫外區，鑒于真空紫外分光光度計結構復雜，造價昂貴，使用受到限制。通常我們所說的紫外吸收法僅指近造價昂貴，使用受到限制。通常我們所說的紫外吸收法僅指近紫外吸收法。紫外可見吸收光譜就是指在紫外吸收法。紫外可見吸收光譜就是指在200200760nm760nm區域內區域內分子對光輻射選擇性吸收引起電子躍遷產生的。紫外光分子對光輻射選擇性吸收引起電子躍遷產生的。紫外光譜法、可見光光譜法和紅外光譜法一起統稱為分子吸收譜法、可見光光譜法和紅外光譜法一起統稱為分子吸收光譜法。光譜法。 現在學習的是第30頁，共114頁 分子吸收光譜在微觀

9、上體現為分子由較分子吸收光譜在微觀上體現為分子由較低能級躍遷到較高能級，在宏觀上則體現為低能級躍遷到較高能級，在宏觀上則體現為透射光的強度變弱。若用一連續輻射的電磁透射光的強度變弱。若用一連續輻射的電磁波照射分子，將照射前后光強度的變化轉變波照射分子，將照射前后光強度的變化轉變為電信號并記錄下來就可得到一張光強度變為電信號并記錄下來就可得到一張光強度變化對波長的關系曲線，即分子吸收光譜圖。化對波長的關系曲線，即分子吸收光譜圖。 現在學習的是第31頁，共114頁 1 A 3 4 2 1 1：最大吸收：最大吸收 maxmax；2:2:最小吸收；最小吸收； 3:3:肩峰；肩峰；4 4：末端吸收：末端

10、吸收現在學習的是第32頁，共114頁 吸收曲線的橫坐標一般用波長表示，一定的波長吸收曲線的橫坐標一般用波長表示，一定的波長-一定的能量，不同物質的分子由于結構不同，發生躍一定的能量，不同物質的分子由于結構不同，發生躍遷時吸收光的能量也不同，即吸收峰的位置不同。所遷時吸收光的能量也不同，即吸收峰的位置不同。所以吸收曲線在橫坐標的位置可作為分子結構的表征，以吸收曲線在橫坐標的位置可作為分子結構的表征，是定性的主要依據，是定性的主要依據，maxmax是化合物中電子能級躍遷時吸是化合物中電子能級躍遷時吸收的特征波長，對鑒定化合物尤為重要，整個收的特征波長，對鑒定化合物尤為重要，整個吸收光譜吸收光譜的形

11、狀的形狀決定于物質性質，反映分子內部能級分布狀況是物決定于物質性質，反映分子內部能級分布狀況是物質質定性的依據定性的依據。 現在學習的是第33頁，共114頁 吸收曲線的縱坐標用光強表示，強度參數可用透光吸收曲線的縱坐標用光強表示，強度參數可用透光率率T T（），吸光度（），吸光度A A，吸光系數，吸光系數等表示。等表示。透光率透光率T T（）（）：為透過光強度：為透過光強度I I與入射光強度與入射光強度I I0 0之比之比T=100% T=100% * * I/ I I/ I0 0吸光度吸光度A A（也稱消光值（也稱消光值E E，光密度，光密度OD,DOD,D）：表示單色光通過溶：表示單色光通

12、過溶液時被吸收的程度，等于入射光強度液時被吸收的程度，等于入射光強度I I0 0與透射光強與透射光強I I之比的對數之比的對數值，即值，即A=lg(I/ IA=lg(I/ I0 0) )T T與與A A的關系為：的關系為：A=-lgTA=-lgT現在學習的是第34頁，共114頁根據根據朗伯朗伯比爾定律：比爾定律：A=bcA=bc它的意義是：溶液的吸光度與溶液中的吸光物質的濃度及液層厚度的它的意義是：溶液的吸光度與溶液中的吸光物質的濃度及液層厚度的乘積成正比。乘積成正比。其中：其中：-摩爾吸光系數（摩爾吸光系數（L molL mol-1-1cmcm-1-1） B-B-液層厚度，即樣品池厚度（液層

13、厚度，即樣品池厚度（cmcm） C-C-溶液中被測物質的濃度（溶液中被測物質的濃度（mol/Lmol/L）如將如將C C單位換成單位換成 g/100mL g/100mL，則吸光系數用符號，則吸光系數用符號E E1%1%1CM1CM表示表示, ,稱百分吸光系數稱百分吸光系數E E1%1%1CM1CM=10/M=10/M。 M-M-被測物質的摩爾質量。被測物質的摩爾質量。 通常將在最大的吸收波長處測得的吸收系數用通常將在最大的吸收波長處測得的吸收系數用max max or Eor E1ammax1ammax表示表示作為定性的依據。因為不同的物質作為定性的依據。因為不同的物質maxmax可能相同，但

14、可能相同，但maxmax卻不一卻不一定相同。所得吸收峰的強度作為定量的依據。定相同。所得吸收峰的強度作為定量的依據。現在學習的是第35頁，共114頁基本原理基本原理紫外可見吸收光譜與分子結構的關系紫外可見吸收光譜與分子結構的關系1 1、電子躍遷類型電子躍遷類型 紫外可見光吸收光譜是分子中價電子能級躍遷紫外可見光吸收光譜是分子中價電子能級躍遷產生的，所以這種吸收光譜決定于分子中價電子產生的，所以這種吸收光譜決定于分子中價電子分布和結合情況，在有機化合物中，有三種不同分布和結合情況，在有機化合物中，有三種不同性質的價電子：性質的價電子：即即成鍵與成鍵與* * 反鍵軌道電子反鍵軌道電子,成鍵與成鍵與

15、* *反鍵軌道反鍵軌道電子電子, ,非鍵軌道電子。非鍵軌道電子。現在學習的是第36頁，共114頁H C OH 現在學習的是第37頁，共114頁2、分子電子能級和躍遷分子電子能級和躍遷 * 激發態激發態 * 基態基態 分子電子能級和躍遷分子電子能級和躍遷 分子躍遷有六種類型分子躍遷有六種類型, ,常見的有四種類型常見的有四種類型, ,即即: : * *，* *，* * , ,* * 躍遷。躍遷。現在學習的是第38頁，共114頁A.A.* * 躍遷躍遷 E E 較大較大, ,躍遷發生在遠紫外區躍遷發生在遠紫外區, ,波長范圍低于波長范圍低于 200nm 200nm。如甲烷。如甲烷(125nm),(

16、125nm),乙烷乙烷 (135 nm) (135 nm)。B.B.* * 躍遷躍遷 E E 較較* * 躍遷要小躍遷要小, ,躍遷發生在躍遷發生在150-250nm150-250nm波長范圍內。如含波長范圍內。如含有雜原子飽和烴衍生物。摩爾吸收系數一般在有雜原子飽和烴衍生物。摩爾吸收系數一般在100-300100-300范圍內。范圍內。由由* * 躍遷而產生吸收的一些例子躍遷而產生吸收的一些例子 化合物化合物 最大波長最大波長 摩爾吸收系數摩爾吸收系數 化合物化合物 最大波長最大波長 摩爾吸收系數摩爾吸收系數 (nm) (nm) H2O 167 1480 (CH3)2S 229 140 CH

17、3OH 184 150 (CH3)2O 184 2520 CH3Cl 173 200 CH3NH2 215 600 CH3Br 204 200 (CH3)2NH 220 100 CH3I 258 365 (CH3)3N 227 900現在學習的是第39頁，共114頁 C. C. * * 和和 * * 躍遷躍遷 這兩類躍遷是最有用的。這兩類躍遷是最有用的。E E 比較少比較少, ,最大吸收波長均大于最大吸收波長均大于200 nm 200 nm 。這兩類躍遷的差別在于吸收峰的強度不同。這兩類躍遷的差別在于吸收峰的強度不同。* * 躍遷摩爾吸收系躍遷摩爾吸收系數很少數很少, ,僅在僅在10-1001

18、0-100范圍內。而范圍內。而* *躍遷摩爾吸收系數很大躍遷摩爾吸收系數很大, ,比比* * 躍遷大躍遷大100-1000100-1000倍倍, ,達到達到1000-1000001000-100000。 * 和和* 躍遷的吸收特征躍遷的吸收特征 生色團生色團 例例 子子 溶溶 劑劑 最大波長最大波長(nm) 摩爾吸收系數摩爾吸收系數 躍遷類型躍遷類型 烯烴烯烴 C6H13CHCH2 正庚烷正庚烷 177 13000 * 178 10000 炔炔 C5H11CCH3 正庚烷正庚烷 196 2000 * 225 165 酮酮 (CH3)2C=O 280 16 n* 醛醛 CH3CH=O 293 1

19、2 n* 其它其它 CH3C(NH2)=O 214 60 n* CH3NO2 280 22 n* CH3N=NCH3 339 5 n*現在學習的是第40頁，共114頁3.3.影響分子中電子能級結構的因素影響分子中電子能級結構的因素 分子軌道的能量狀態還受分子內外環境的影響分子軌道的能量狀態還受分子內外環境的影響, ,這些影響規這些影響規律也可用作分析的信息。律也可用作分析的信息。 A.A.當分子含有多個當分子含有多個鍵鍵, ,并且被單鍵隔開時并且被單鍵隔開時, ,共軛效應增共軛效應增加加,* * 躍遷能量更低躍遷能量更低, ,吸收光譜最大吸收峰向長波方吸收光譜最大吸收峰向長波方向移動向移動,

20、,摩爾吸收系數增大。摩爾吸收系數增大。稱紅移效應稱紅移效應。 如如: : 最大吸收波長最大吸收波長(nm) (nm) 摩爾吸收系數摩爾吸收系數 CC 180-200 10000 CCCC 217 21000 CCCCCC 258 35000現在學習的是第41頁，共114頁 B. 含有含有電子芳香體系電子芳香體系, ,最大吸收向紫外方向最大吸收向紫外方向移動。移動。稱藍移效應稱藍移效應。 如如: : N S N O H 254nm 250nm 232nm 217nm 210nm現在學習的是第42頁，共114頁 C.C.一些助色團的引入一些助色團的引入, ,能使生色團的最大吸收向長波或短波能使生色

21、團的最大吸收向長波或短波方向移動。向長波方向移動的方向移動。向長波方向移動的, ,一般摩爾吸收系數增加一般摩爾吸收系數增加, ,稱紅移效應稱紅移效應。向短波方向移動的。向短波方向移動的, ,一般摩爾吸收系數減少一般摩爾吸收系數減少, ,稱藍移效應稱藍移效應。助色團助色團: :一些原子和原子團不吸收一些原子和原子團不吸收200-800nm200-800nm范圍內的光范圍內的光, ,但與但與生色團結合后生色團結合后, ,具有能使生色團的吸收峰向長波或短波方向移動的作具有能使生色團的吸收峰向長波或短波方向移動的作用用, ,這樣的原子或原子團稱為助色團。這樣的原子或原子團稱為助色團。 如如: : OH

22、 NH2 max 256nm 270nm 280nm max 200 1450 1430 現在學習的是第43頁，共114頁定量分析的基礎定量分析的基礎Beer-LambertBeer-Lambert定律定律 1.T 1.T 與與 C C 的關系的關系 I0 I L I T T 透過率透過率(Transmittance) I0 現在學習的是第44頁，共114頁 設設 T0.550% 100 Photons 50 photons 100 50 25 12.5 6.25 T 100 50 1 2 3 4 cell number 即即 T T 與與 C C 成對數關系。成對數關系。現在學習的是第45頁

23、，共114頁2.Beer-Lambert2.Beer-Lambert定律定律 II0 e-kCL I e-kCL 10-0.4343kCL 10-KCL I0 II0T， logTKCL A logT KCL A-吸光度吸光度(absorbance) A A A與與C C成線性關系成線性關系 C現在學習的是第46頁，共114頁 K K-吸收系數吸收系數 當當 C C 為摩爾濃度時為摩爾濃度時, K, K用用表示表示, , 稱摩爾吸收系數。稱摩爾吸收系數。 單位為單位為: : 升升/ /摩爾摩爾. .厘米厘米。 當當 C C 為為mg/mlmg/ml時時, , 用用K K表示，表示，K K單位為

24、單位為ml/mg.cmml/mg.cm。K K的常用單位還有的常用單位還有: : K K1%1%1cm1cm 或或 E E1%1%1cm 1cm 即：表示即：表示1%1%樣品濃度在一厘米比色池中比色時的樣品濃度在一厘米比色池中比色時的K K值。值。 T T與與A A的關系的關系 當當 T T 以以 T % T % 表示時表示時, , A AlogTlogTlog100/Tlog100/T2-logT2-logT 例例: : 當當 T T50%,50%, 則則 A A2-log502-log502-1.6992-1.6990.3010.301 列出列出A A與與T T的關系表的關系表: : T

25、100% 50% 25% 10% 1.0% 0.1% 0.01% 0.001% 0% A 0 0.301 0.602 1.00 2.0 3.0 4.0 5.0 上述說明：上述說明：T T值為值為0 0至至100100內的任何值。內的任何值。 A A值可以取值可以取任意的正數值任意的正數值。現在學習的是第47頁，共114頁3.3.濃度測量中相對誤差與透光率和吸光度的關系濃度測量中相對誤差與透光率和吸光度的關系 A A既然可取任何數值既然可取任何數值, ,究竟取何數值最為合適究竟取何數值最為合適? ? 這要由相對誤差的大小決定。這要由相對誤差的大小決定。 -logT-logTKCL .KCL .

26、左邊換成自然對數后左邊換成自然對數后, ,求導得求導得: -0.4343.dT/T: -0.4343.dT/TKLdC.KLdC. / /得得: dC/C: dC/C0.4343 dT/T logT0.4343 dT/T logT 即即: : C/CC/C0.4343 0.4343 T/T logTT/T logT 設設T T的測量誤差的測量誤差T T為為0.0050.005，則濃度相對誤差與，則濃度相對誤差與T T和和A A的關系見下表的關系見下表: : T A （C/C）100 0.95 0.022 10.2 0.80 0.097 2.80 0.70 0.155 2.00 測測 0.60

27、0.222 1.63 量量 0.40 0.399 1.36 最最 0.368 0.434 1.36 理理 0.20 0.699 1.55 想想 0.30 0.523 1.38 范范 0.15 0.824 1.76 圍圍 0.10 1.000 2.17 0.01 2.000 10.85 0.001 3.000 72.33現在學習的是第48頁，共114頁定性和定量分析定性和定量分析 一一. .儀器條件的選擇儀器條件的選擇 1. 1. 測量波長的選擇測量波長的選擇 A. A.優先選擇最大吸收波長優先選擇最大吸收波長 B. B.最大波長受到共存雜質干擾時最大波長受到共存雜質干擾時, ,選擇次強波長。選

28、擇次強波長。 C. C.最大波長的吸收峰太尖銳最大波長的吸收峰太尖銳, ,測量波長難以重復時測量波長難以重復時, ,選擇次強波長。選擇次強波長。 2. 2. 透過率或吸光度的范圍的選擇透過率或吸光度的范圍的選擇 選擇選擇T T15%-70%15%-70%或或A A0.150-0.8000.150-0.800之間。之間。 3. 3. 狹縫寬度的選擇狹縫寬度的選擇 定性分析：選擇較小的狹縫定性分析：選擇較小的狹縫, ,以盡量保留振動能級躍遷的精細結構。以盡量保留振動能級躍遷的精細結構。 定量分析：在吸光度穩定的情況下定量分析：在吸光度穩定的情況下, ,選用最少狹縫。選用最少狹縫。 4. 4. 樣品

29、池選擇樣品池選擇 根據測定波長、溶液濃度根據測定波長、溶液濃度( (選擇選擇L)L)等選擇。等選擇。現在學習的是第49頁，共114頁定性分析定性分析1.1.未知試樣檢定未知試樣檢定 根據光譜形狀根據光譜形狀( (極大、極小和拐點波長極大、極小和拐點波長) )吸收峰數目吸收峰數目, ,位置與標準試樣比較。位置與標準試樣比較。2.2.有機化合物分子結構的推測有機化合物分子結構的推測 eog 6 5 200nm * 4 * 3 少于少于200* 2 n 150-250nm* 1 * 200nm 100 200 300 400 500 600 700 800 nm 現在學習的是第50頁，共114頁3.

30、 3. 同份異構體鑒別同份異構體鑒別 己二酮己二酮( (調配白脫、乳酪、奶油、焦糖、菠蘿蜜、調配白脫、乳酪、奶油、焦糖、菠蘿蜜、荔枝等，食用香精）異構體鑒別荔枝等，食用香精）異構體鑒別 O O O O H3C-C-CH2-CH2- C-CH3 max 270nm O OO O H3C-CH2-C-C- CH2 -CH3 max 400nm現在學習的是第51頁，共114頁4.4.純度的檢查純度的檢查 3 2 2 1 1 甲醇被苯污染甲醇被苯污染 容器塞子對乙醇污染容器塞子對乙醇污染 1 1合成維生素合成維生素A A2 2 1 1甲醇甲醇 1 1乙醇乙醇 2 2天然維生素天然維生素A A2 2 2

31、 2被苯污染的甲醇被苯污染的甲醇 2 2乙醇被軟木塞污染乙醇被軟木塞污染 3 3乙醇被橡皮塞污染乙醇被橡皮塞污染現在學習的是第52頁，共114頁定量分析定量分析依據：依據：Beer-Lambert定律定律 A=bcA=bc一、一般定量分析法一、一般定量分析法1 1、單一組分的測定、單一組分的測定 試樣中只一種組分，試樣中只一種組分，oror在待測組分波長最大在待測組分波長最大處處maxmax無其他共存物質吸收，多采用標準曲線法，在無其他共存物質吸收，多采用標準曲線法，在maxmax處定量。處定量。A=0.15A=0.150.80.8，最佳，最佳0.340.34現在學習的是第53頁，共114頁、

32、多組分的測定、多組分的測定a.a.若各種吸光物質吸收曲線互不重疊，則可按若各種吸光物質吸收曲線互不重疊，則可按單一組分的測定方法。單一組分的測定方法。現在學習的是第54頁，共114頁b. 若各種吸光物質吸收曲線相互重疊，則可根據若各種吸光物質吸收曲線相互重疊，則可根據加和性，通過解聯立方程測定。加和性，通過解聯立方程測定。 A A11A+BA+B = = 11A AbcbcA A + + 11B BbcbcB B A A22A+BA+B = = 22A AbcbcA A + + 22B BbcbcB B 解方程可求解方程可求c cA A，c cB B。 當溶液中有多個組分時也可用上述方法。當溶

33、液中有多個組分時也可用上述方法。現在學習的是第55頁，共114頁二、雙波長分光光度法二、雙波長分光光度法 此法適合于渾濁試樣及吸收光譜相互重疊的混合物。此法適合于渾濁試樣及吸收光譜相互重疊的混合物。 1 1 2 2 A A11 = H = H + + 11B BbcbcB B A A22 = H = H + + 22B BbcbcB B現在學習的是第56頁，共114頁應用舉例應用舉例蛋白酶的測定：蛋白酶的測定： 在一定在一定T T、pHpH下，蛋白酶作用于底物酪蛋白下，蛋白酶作用于底物酪蛋白，則酪蛋白水解成酪氨酸，酪氨酸和福林試劑，則酪蛋白水解成酪氨酸，酪氨酸和福林試劑(Na(Na2 2WOW

34、O4 4.2H.2H2 2O,NaO,Na2 2MoOMoO4 4.2H.2H2 2O)O)反應顯色。酶活力反應顯色。酶活力 高，則酪氨酸高，則酪氨酸 多，則顏色多，則顏色深，在深，在680nm680nm下測定。下測定。酶液提取：大豆粉，用酶液提取：大豆粉，用pH7.5pH7.5緩沖液溶解緩沖液溶解定容定容 過濾過濾 濾液定容。濾液定容。現在學習的是第57頁，共114頁A A B 1 1 2 2 c c現在學習的是第58頁，共114頁 紅外光譜法紅外光譜法Infrared absorption spectrographic analysis現在學習的是第59頁，共114頁紅外區按波長分成三個波

35、區紅外區按波長分成三個波區: :A.A.近紅外區近紅外區 0.760.762.5um (760 nm2.5um (760 nm2500 nm)2500 nm) C-H,N-H,O-HC-H,N-H,O-H振動能級躍遷所產生的吸收或能量較低的電子能級的躍遷發生在此波區。振動能級躍遷所產生的吸收或能量較低的電子能級的躍遷發生在此波區。 主要用于蛋白質、脂肪、水分、淀粉、纖維、半纖維、木質素等的定性定量分析。主要用于蛋白質、脂肪、水分、淀粉、纖維、半纖維、木質素等的定性定量分析。B.B.中紅外區中紅外區 2.52.525um25um 絕大部分的有機化合物和許多無機化合物的化學鍵的振動基頻都出現在此區

36、絕大部分的有機化合物和許多無機化合物的化學鍵的振動基頻都出現在此區, ,是是紅外分析最重要的區域。此區又分二個區紅外分析最重要的區域。此區又分二個區: : 官能團區官能團區:2.5:2.57.7um7.7um 反映分子中特征基團的振動反映分子中特征基團的振動, ,受分子骨架影響小受分子骨架影響小, ,基團的波數位置較固定。鑒別基團結構。基團的波數位置較固定。鑒別基團結構。 指紋區指紋區:7.7:7.725um25um 反映分子結構的細微變化反映分子結構的細微變化, ,每一種化合物在該區的譜帶位置、形狀、強度都不一每一種化合物在該區的譜帶位置、形狀、強度都不一樣樣, ,相當于人的指紋相當于人的指

37、紋, ,故稱指紋區。鑒別分子結構細微變化及異構體。故稱指紋區。鑒別分子結構細微變化及異構體。C.C.遠紅外區遠紅外區 25251000um1000um 純轉動能級的躍遷。主要是鑒別氣體分子純轉動能級的躍遷及鹵素、硫等原子的伸縮振動純轉動能級的躍遷。主要是鑒別氣體分子純轉動能級的躍遷及鹵素、硫等原子的伸縮振動引起。引起。現在學習的是第60頁，共114頁定性分析定性分析1.1.利用已知物與未知物圖譜比較對照鑒定。利用已知物與未知物圖譜比較對照鑒定。 2.2.未知物的結構測定未知物的結構測定 步驟：步驟： A. A. 用元素分析儀測定未知物的用元素分析儀測定未知物的C,H,O,NC,H,O,N等元素

38、等元素的比例的比例, ,求取分子式。求取分子式。 B.B.測定紅外光譜。測定紅外光譜。現在學習的是第61頁，共114頁 有機分子紅外吸收光譜與分子結構之間的關系有機分子紅外吸收光譜與分子結構之間的關系 OH NH C=O C-O C-H脂肪脂肪 C=N C-H伸，伸，O-H彎曲彎曲 C-H烯烴烯烴 C=C烯烴烯烴 C-C C-H炔烴炔烴 C=C 芳烴芳烴 N-H C=N C=C N-H彎曲彎曲 C-H C-H 平面內彎曲平面內彎曲 平面內彎曲平面內彎曲 官能團區官能團區 指紋區指紋區4000 3000 2500 2000 1500 1000 700 670 cm-1 X-H伸縮振動區伸縮振動區

39、 雙鍵伸縮振動區雙鍵伸縮振動區 叁鍵和積累雙鍵區叁鍵和積累雙鍵區 部分單鍵振動和指紋區部分單鍵振動和指紋區現在學習的是第62頁，共114頁現在學習的是第63頁，共114頁C. C. 計算不飽和度計算不飽和度 U U1 + n4 + (n3 - n1)/21 + n4 + (n3 - n1)/2 n1 n1、n3n3、n4n4分別是價數為分別是價數為1 1、3 3、4 4的原子的原子數數 通常通常: : 雙鍵和飽和環狀化合物的雙鍵和飽和環狀化合物的 U U為為1 1，叁鍵叁鍵 U U為為2 2，苯環，苯環 U U為為4 4。D. D. 先找官能團區先找官能團區, , 后找指紋區證實。后找指紋區證

40、實。現在學習的是第64頁，共114頁例：例：C C4 4H H8 8O O2 2的紅外圖譜如下，推斷其結構式。的紅外圖譜如下，推斷其結構式。 1460 28003000 1740 1375 1239 4000 3200 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 結構式的推斷：結構式的推斷：1.U=1+4+(0-8)/2=1, 1.U=1+4+(0-8)/2=1, 意味著有雙鍵或環狀化合物。意味著有雙鍵或環狀化合物。2.2.圖譜解釋：圖譜解釋：A.1740cmA.1740cm-1-1強吸收可能為強吸收可能為C=OC=O。再看指紋區：。再看指紋區：123

41、9cm1239cm-1-1有吸收，為有吸收，為C-C-O O，故認為有故認為有-C00H-C00H存在。存在。B.3000-2800cmB.3000-2800cm-1-1有有C-HC-H伸縮振動，可能有伸縮振動，可能有CHCH2 2- -、CHCH3 3- -，再看指紋區，再看指紋區，1375cm1375cm-1-1、1460cm1460cm-1-1有有C-HC-H彎曲振動，證實有此基團。彎曲振動，證實有此基團。現在學習的是第65頁，共114頁3.3.結構式的推斷：據分子式，可能存在下結構式的推斷：據分子式，可能存在下列結構：列結構：HOOC-CHHOOC-CH2 2CHCH2 2CHCH3

42、3 CH CH3 3-COO-CH-COO-CH2 2CHCH3 3 丁酸丁酸 乙酸乙酯乙酸乙酯 CHCH3 3-CH-CH2 2-COOCH-COOCH3 3 丙酸甲酯丙酸甲酯由于由于1239cm1239cm-1-1最強，可斷定為乙酸乙酯。最強，可斷定為乙酸乙酯。現在學習的是第66頁，共114頁A c 現在學習的是第67頁，共114頁原子吸收原子吸收光譜光譜法法Atomic absorption spectrophotometry，AAS現在學習的是第68頁，共114頁n 原子吸收光譜法原子吸收光譜法，又稱為原子吸收分光光度法、，又稱為原子吸收分光光度法、原子吸收法：是基于物質的原子蒸氣對同

43、種原子原子吸收法：是基于物質的原子蒸氣對同種原子發射的特征輻射（譜線）的吸收作用而建立起來發射的特征輻射（譜線）的吸收作用而建立起來的分析方法。的分析方法。 基態原子吸收其共振輻射，外層電子由基態躍遷至激基態原子吸收其共振輻射，外層電子由基態躍遷至激發態而產生原子吸收光譜。原子吸收光譜位于光譜的發態而產生原子吸收光譜。原子吸收光譜位于光譜的紫外區和可見區。紫外區和可見區。n 分析過程分析過程：用：用( (銳線光源銳線光源) )同種原子發射的特征輻射同種原子發射的特征輻射照射照射( (原子蒸氣原子蒸氣) )試樣溶液被霧化和原子化的焰層，測量試樣溶液被霧化和原子化的焰層，測量( (特征輻射特征輻射

44、) )透過的光強或吸光度，根據吸光度對濃透過的光強或吸光度，根據吸光度對濃度的關系計算試樣中被測元素的含量。度的關系計算試樣中被測元素的含量。現在學習的是第69頁，共114頁原子吸收光譜分析基礎原子吸收光譜分析基礎1.1.原子的能級與躍遷原子的能級與躍遷 基態基態第一激發態第一激發態, ,吸收一定頻率的輻射能量。吸收一定頻率的輻射能量。 產生共振吸收線（簡稱共振線）產生共振吸收線（簡稱共振線） 吸收光譜吸收光譜 激發態激發態基態基態 發射出一定頻率的輻射。發射出一定頻率的輻射。 產生共振吸收線（也簡稱共振線）產生共振吸收線（也簡稱共振線） 發射光譜發射光譜2.2.元素的特征譜線元素的特征譜線

45、（1 1）各種元素的原子結構和外層電子排布不同，）各種元素的原子結構和外層電子排布不同， 基態基態第一激發態第一激發態: :躍遷吸收能量不同躍遷吸收能量不同具有特征性。具有特征性。 （2 2）各種元素的基態）各種元素的基態第一激發態第一激發態 最易發生，吸收最強，最靈敏線最易發生，吸收最強，最靈敏線特征譜線。特征譜線。 （3 3）利用特征譜線可以進行定量分析。）利用特征譜線可以進行定量分析。3.3.能夠測定的基礎能夠測定的基礎 原子是否處于基態原子是否處于基態；原子吸收線的寬度太窄，如何測量原子吸收線的寬度太窄，如何測量； 能否制備出比吸收線更窄的銳線光源能否制備出比吸收線更窄的銳線光源。現在

46、學習的是第70頁，共114頁原子是否處于基態？原子是否處于基態？ 在一定的溫度下在一定的溫度下, ,原子達到熱平衡時原子達到熱平衡時, ,基態原子基態原子數數NoNo與激發原子數與激發原子數NiNi的比值符合波爾曼分布的比值符合波爾曼分布: : Ni q -E/KT No qo E E-激發電位激發電位； T T-絕對溫度絕對溫度； K K-波茲曼常數波茲曼常數,1.38,1.3810-16 10-16 爾格爾格/ /度度； q/q q/qo o-分別為激發態和基態的統計權重。分別為激發態和基態的統計權重。 現在學習的是第71頁，共114頁 不同溫度下的不同溫度下的N Ni i/N/No o的

47、值的值元素元素 共振線（共振線（nm） qi/qo 激發能（激發能（ev） Ni/No 2000K 2500K 3000K Cs 852.11 2 1.455 4.3110-4 2.3310-3 7.1910-3 K 766.49 2 1.617 1.6810-4 1.1010-3 3.8410-3 Na 589.00 2 2.104 0.9910-5 1.4410-4 5.8310-4 Ba 553.56 3 2.289 6.8310-4 3.1910-5 5.1910-4 Ca 422.67 3 2.932 1.2210-7 3.6710-6 3.5510-5 Fe 371.99 - 3.

48、382 2.2910-9 1.0410-7 1.3110-6 Ag 328.07 2 3.778 6.0310-10 4.8410-8 8.9910-7 Cu 324.75 2 3.817 4.8210-10 4.0410-8 6.6510-7 Mg 285.21 3 4.346 3.3510-11 5.2010-8 1.5010-7 Zn 213.86 3 5.795 7.4510-15 6.2210-11 5.5010-10 從表中可看出從表中可看出, , 在原子吸收的測量條件下在原子吸收的測量條件下(T=3000(T=3000K), K), 是以基態原子是以基態原子存在的存在的, , 因

49、此測量基態原子就成為可能。因此測量基態原子就成為可能。 現在學習的是第72頁，共114頁譜線輪廓和寬度與譜線變寬及原子譜線的測量譜線輪廓和寬度與譜線變寬及原子譜線的測量原子能級分布決定的原子能級分布決定的受原子內部和外部因素的影響受原子內部和外部因素的影響原子譜帶半寬度為原子譜帶半寬度為1010-2-2A A（分子譜帶半寬度為（分子譜帶半寬度為10102 2A A）。）。現在學習的是第73頁，共114頁 原子吸收與原子濃度之間的關系原子吸收與原子濃度之間的關系 根據電動力學理論根據電動力學理論, ,在給定的頻率范圍內的積分吸收值為在給定的頻率范圍內的積分吸收值為: : e2 k d No mC

50、 k k : :基態原子對頻率為基態原子對頻率為 的電磁幅射的吸收系數的電磁幅射的吸收系數 m:m:電子質量；電子質量；e:e:電子電荷；電子電荷；C: C: 光速；光速； : :振子強度；振子強度；NoNo：基態原子數：基態原子數 另另: : （ee2 2 mcmc）K K 則則: : A Ak k d dK NoK No 即：積分吸收與基態原子數成線性關系。即：積分吸收與基態原子數成線性關系。現在學習的是第74頁，共114頁AASAAS的儀器裝置的儀器裝置 基本部件基本部件: : 光源光源原子化器原子化器單色器單色器檢測器檢測器轉換轉換裝置裝置顯示、紀錄系統顯示、紀錄系統 光源光源 提供原

51、子吸收所需要的足夠尖銳的共振線。提供原子吸收所需要的足夠尖銳的共振線。現在學習的是第75頁，共114頁空心陰極燈結構和機理空心陰極燈結構和機理 陽極（鉭片，作吸氣劑）陽極（鉭片，作吸氣劑） 光窗（石英玻璃）光窗（石英玻璃） 空心陰極空心陰極 惰性氣體（氬或氖氣）惰性氣體（氬或氖氣） 屏蔽罩（云母或玻璃或石英）屏蔽罩（云母或玻璃或石英）機理機理: :當施加當施加300-400300-400伏直流電壓時伏直流電壓時, ,陰極發射出的電子在電場作用下陰極發射出的電子在電場作用下, ,高速飛向陽極高速飛向陽極, ,途中與惰途中與惰性氣體碰撞而使其電離性氣體碰撞而使其電離, ,正離子又在電場作用下被大大

52、加速飛向陰極正離子又在電場作用下被大大加速飛向陰極, ,對陰極表面猛烈轟擊對陰極表面猛烈轟擊, ,使使金屬原子被濺射出來金屬原子被濺射出來, ,被濺射出來的原子再與電子、原子、離子等粒子互相碰撞而被激發被濺射出來的原子再與電子、原子、離子等粒子互相碰撞而被激發, ,從而從而發射出被測元素的特征譜線。發射出被測元素的特征譜線。Ar + e Ar+ Ar+ + + Mn M + Ar+ +M + e M* * + eM* M + hv 現在學習的是第76頁，共114頁原子化器原子化器 作用：將被測元素轉變成基態原子。作用：將被測元素轉變成基態原子。 1.1.火焰原子化器火焰原子化器 火焰火焰 燃氣

53、燃氣 撞擊球撞擊球 輔助氣體輔助氣體 燃燒器燃燒器 毛細管毛細管 壓縮空氣壓縮空氣 廢液廢液 干流器干流器 組成組成: 噴霧器噴霧器, 霧化室和燃燒器霧化室和燃燒器燃氣：空氣-乙炔； 氧化亞氮-乙炔 配比：富燃火焰； 中性火焰； 貧燃火焰現在學習的是第77頁，共114頁原子化過程原子化過程: : 脫水脫水 氣化氣化 解離解離 MX MXMXM0 +X0 液體液體 固固 氣氣 氣氣 M* = M0 = M+ + 激發態激發態 基態基態 離子離子 +OH +O MOH* MOH MO MO* 激發態激發態 氫氧化物氫氧化物 氧化物氧化物 激發態激發態現在學習的是第78頁，共114頁2.2.無火焰原

54、子化器：無火焰原子化器：常用石墨爐。常用石墨爐。保護氣體保護氣體：Ar(99.9%)Ar(99.9%)；N N2 2 現在學習的是第79頁，共114頁分析方法分析方法 1.1.標準曲線法或工作曲線法標準曲線法或工作曲線法 標準曲線法標準曲線法: : A A 、直接分取標準溶液上機測定，將測得的、直接分取標準溶液上機測定，將測得的A A與與C C作圖作圖得到的曲線稱得到的曲線稱標準曲線標準曲線。 B B、將待測樣品溶液上機測定，得到的、將待測樣品溶液上機測定，得到的A A值從標準曲線值從標準曲線上查得待測元素的濃度，計算待測元素的含量。上查得待測元素的濃度，計算待測元素的含量。 工作曲線法工作曲

55、線法: : A A、標準溶液按樣品處理后，進行測定得到的、標準溶液按樣品處理后，進行測定得到的A A與與C C作圖作圖得到的曲線稱得到的曲線稱工作曲線。工作曲線。 B B、將待測樣品溶液上機測定，得到的、將待測樣品溶液上機測定，得到的A A值從工作曲線值從工作曲線上查得待測元素的濃度，計算待測元素的含量。上查得待測元素的濃度，計算待測元素的含量。現在學習的是第80頁，共114頁2.2.標準加入法標準加入法 a. a.分別吸取幾份等量的待測試樣溶液，從第二分別吸取幾份等量的待測試樣溶液，從第二份份開始按比例加入不同濃度開始按比例加入不同濃度標準溶液，溶液濃度分別為標準溶液，溶液濃度分別為C CX

56、 X，C CX XC C0 0，C CX X2C2C0 0，C CX X4C4C0 0。 b. b.在相同條件下測定它們的吸光度，以在相同條件下測定它們的吸光度，以A A和和C C作圖，曲線反向延伸與濃度軸作圖，曲線反向延伸與濃度軸的交點的交點C CX X，即為待測溶液中待測元素的濃度。，即為待測溶液中待測元素的濃度。 A A C CX X 0 C0 C0 0 2C 2C0 0 4C 4C0 0 特點：特點：1 1、常用來檢查分析結果的可靠性。、常用來檢查分析結果的可靠性。 2 2、可消除物理干擾和與濃度無關的化學干擾。、可消除物理干擾和與濃度無關的化學干擾。 3 3、不能消除電離干擾、背景干

57、擾和與濃度有關的化學干擾。、不能消除電離干擾、背景干擾和與濃度有關的化學干擾。 現在學習的是第81頁，共114頁應用應用: :適合于金屬元素和某些非金屬元素分析適合于金屬元素和某些非金屬元素分析 NaNa（基態）吸收波長（基態）吸收波長589.0nm589.0nmMgMg（基態）吸收波長（基態）吸收波長285.2nm285.2nm現在學習的是第82頁，共114頁特點：特點：a.a.靈敏度高靈敏度高-火焰法檢出限為火焰法檢出限為1010-4-41010-10-10g g，無火焰法檢出限為，無火焰法檢出限為1010- -9 91010-15-15g g；b.b.選擇性好選擇性好-元素間的干擾小，可

58、不經分離而直接測定；元素間的干擾小，可不經分離而直接測定；c.c.準確性好準確性好-相對標準偏差相對標準偏差55；d.d.適用范圍寬適用范圍寬-可對可對7070多種金屬和某些非金屬元素分析，適用于各多種金屬和某些非金屬元素分析，適用于各行各業；行各業；e.e.穩定性好；穩定性好；f.f.簡便快速；簡便快速；g.g.使用多通道儀器時，可實現多元素同時分析。使用多通道儀器時，可實現多元素同時分析。現在學習的是第83頁，共114頁不足：不足：a.a.目前大多數儀器都不能同時進行多元素的測定。因為目前大多數儀器都不能同時進行多元素的測定。因為每測定一個元素都需要與之對應的一個空心陰極燈每測定一個元素都

59、需要與之對應的一個空心陰極燈( (也稱元素燈也稱元素燈) )，一次只能測一個元素。，一次只能測一個元素。b.b.對于一些易形成穩定化合物的元素，如對于一些易形成穩定化合物的元素，如W W、NiNi、TaTa、ZrZr、HfHf、稀土等以及非金屬元素，原子化效率低，檢出能力差。、稀土等以及非金屬元素，原子化效率低，檢出能力差。c.c.受化學干擾較嚴重，有時結果不能令人滿意。受化學干擾較嚴重，有時結果不能令人滿意。d.d.非火焰的石墨爐原子化器雖然原子化效率高，檢測限低，非火焰的石墨爐原子化器雖然原子化效率高，檢測限低，但是重現性和準確性較差。但是重現性和準確性較差。現在學習的是第84頁，共114

60、頁 熒光光譜法熒光光譜法F Fluorescence spectroscopyluorescence spectroscopy現在學習的是第85頁，共114頁分子熒光光譜分子熒光光譜 Molecular fluorescence SpectroscopyMolecular fluorescence Spectroscopy原子熒光光譜原子熒光光譜 Atomic fluorescence SpectroscopyAtomic fluorescence Spectroscopy現在學習的是第86頁，共114頁一一. .分子熒光光譜的產生分子熒光光譜的產生 第一激發態第一激發態 第一激發態最低能級第