紫外—可見吸收光譜現代分析技術研究中心趙娟1可編輯課件PPT2可編輯課件PPT跨越眾多領域，提供完美技術分析裝置測定裝置試驗檢查裝置真空機器醫療器械等3可編輯課件PPT紫外-可見分光光度法原理(UltravioletandVisibleSpectrophotometry,UV-Vis)

2.1紫外-可見吸收光譜2.2吸收光譜的測量Lambert-Beer

定律2.3分析條件選擇2.4UV-Vis分光光度法的應用

UV-Vis方法是分子光譜方法，它利用分子對外來輻射的吸收特性。

UV-Vis涉及分子外層電子的能級躍遷；光譜區在160~780nm.

UV-Vis主要用于分子的定量分析，但紫外光譜(UV)為四大波譜之一，是鑒定許多化合物，尤其是有機化合物的重要定性工具之一。4可編輯課件PPT電磁波譜g-X-射線紫外可見紅外

微波無線電20040080010000(nm)波長真空紫外近紅外核磁共振

波長越短，能量越高5可編輯課件PPT引起

UV/VIS吸收的原因某些單鍵大多數雙鍵共軛雙鍵某些金屬與非金屬化合物N,O,S,鹵素6可編輯課件PPT2.1紫外-可見吸收光譜一、分子吸收光譜的形成1.過程：分子外層電子吸收外來輻射產生電子能級躍遷分子吸收譜。基態

E0激發態

E1DE=E1-E0=hn能量激發e能量差DE7可編輯課件PPT有機分子包括:成鍵軌道、；反鍵軌道

*、*；非鍵軌道n；可能的躍遷類型：

-

*；-

*；-

*；n-*；-

*；n-*二、分子吸收光譜躍遷類型n非成鍵軌道s成鍵軌道p*反鍵軌道

p成鍵軌道s*反鍵軌道Energylevel8可編輯課件PPTσ-σ*躍遷，能量很高。電子以單鍵存在，如飽和碳氫化合物，一般在波長>220nm時無強的紫外吸收；

n-σ*躍遷，能量相對較高。化合物中含有非鍵合的O，

N，S，或X-

的電子。在紫外區有強吸收；π-π*躍遷、

n-π*躍遷，能量較低。含有雙鍵，螯合雙鍵芳香烴，閉環芳香烴及雜環芳香烴的化合物。紫外和可見區有中等至強的吸收。只有

-

*和n-*兩種躍遷的能量小，相應波長出現在近紫外區甚至可見光區，且對光的吸收強烈，是我們研究的重點。9可編輯課件PPT-胡羅卜素咖啡因阿斯匹林丙酮

幾種有機化合物的分子吸收光譜圖。10可編輯課件PPT2.2吸收光譜的測量Lambert-Beer

定律一、透射率

入射光I0透射光I光程長b

透射率

T%=II0X100%11可編輯課件PPT二、Lambert-Beer定律當入射光波長一定時，待測溶液的吸光度A與其濃度和液層厚度成正比，即k為比例系數，與溶液性質、溫度和入射波長有關。

當濃度以g/L表示時，稱k為吸光系數，以a表示，即

當濃度以mol/L表示時，稱k為摩爾吸光系數，以

表示，即

比a更常用。

越大，表示方法的靈敏度越高。

與波長有關，因此，

常以

表示。A=-lgT%=lgI0/I=Kbc12可編輯課件PPT三、偏離L-B定律的因素樣品吸光度A與光程b總是成正比。但當b一定時，A與c并不總是成正比，即偏離L-B定律！這種偏離由樣品性質和儀器決定。1.樣品性質影響a）待測物高濃度--吸收質點間隔變小—質點間相互作用—對特定輻射的吸收能力發生變化

變化；b）試液中各組份的相互作用，如締合、離解、光化反應、異構化、配體數目改變等，會引起待測組份吸收曲線的變化；c）溶劑的影響：對待測物生色團吸收峰強度及位置產生影響；d）膠體、乳狀液或懸浮液對光的散射損失。13可編輯課件PPT濃度影響適用于稀溶液高濃度區偏離線形范圍

(>0.01M)Highconcentrationmoremoleculesarepackedinonevolume14可編輯課件PPT化學反應影響Deviationfromlinearitymaycausedby分析物分解分析物締合分析物與溶劑發生反應15可編輯課件PPT雜散光影響1.02.0

02.55.07.510.0Concentration,M*103Absorbance0.0%0.2%1.0%5.0%Straylight=*100IsIoDiagramwastakenfrom:DouglasA.SkoogandJamesJ.Leary,PrinciplesofInstrumentalAnalysis,4thed.,SaundersCollegePublishing,1992,page131.16可編輯課件PPTpH值的影響Diagramtakenfrom:JamesD.IngleJr.andStanleyR.Crouch,SpectrochemicalAnalysis,prentice-HallInternationalEditions,page3741.00.90.80.70.60.50.40.30.20.10325400475550625700(nm)Absorbance10986.869876.86.56酚紅不同pH值的吸收17可編輯課件PPT2.3分析條件選擇一、儀器測量條件當分析高濃度的樣品時，誤差更大。由L-B定律：微分后得：將上兩式相比，并將dT和dc分別換為

T和

c，得當相對誤差

c/c最小時，求得T=0.368或A=0.434。即當A=0.434時，吸光度讀數誤差最小！通常可通過調節溶液濃度或改變光程b來控制A的讀數在0.15~1.00范圍內。18可編輯課件PPT二、反應條件選擇顯色劑的選擇原則：使配合物吸收系數

最大、選擇性好、組成恒定、配合物穩定、顯色劑吸收波長與配合物吸收波長相差大等。2.顯色劑用量：配位數與顯色劑用量有關；在形成逐級配合物，其用量更要嚴格控制。3.溶液酸度：配位數和水解等與pH有關。4.顯色時間、溫度、放置時間等。19可編輯課件PPT三、參比液選擇溶劑參比：試樣組成簡單、共存組份少（基體干擾少）、顯色劑不吸收時，直接采用溶劑（多為蒸餾水）為參比；2.試劑參比：當顯色劑或其它試劑在測定波長處有吸收時，采用試劑作參比（不加待測物）；3.試樣參比：如試樣基體在測定波長處有吸收，但不與顯色劑反應時，可以試樣作參比（不能加顯色劑）。20可編輯課件PPT四、干擾消除1.控制酸度：配合物穩定性與pH有關，可以通過控制酸度提高反應選擇性，副反應減少，而主反應進行完全。如在0.5MH2SO4介質中，雙硫腙與Hg2+生成穩定有色配合物，而與Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等離子生成的有色物不穩定。2.選擇掩蔽劑3.合適測量波長4.干擾物分離5.導數光譜及雙波長技術21可編輯課件PPT二、定量分析1.單組份定量方法1）標準曲線法（略）2）標準對比法：該法是標準曲線法的簡化，即只配制一個濃度為cs的標準溶液，并測量其吸光度，求出吸收系數k，然后由Ax=kcx求出cx

該法只有在測定濃度范圍內遵守L-B定律，且cx與cs大致相當時，才可得到準確結果。22可編輯課件PPT校正曲線Analyteconcentration(ppm)AbsorbanceSlopem=e

lAbs=m*Concentration+K023可編輯課件PPT紫外可見分光光度計UV255024可編輯課件PPT紫外-可見分光光度計的結構紫外-可見分光光度計的基本結構是由五個部分組成：光源單色器吸收池檢測器數據系統25可編輯課件PPT紫外-可見分光光度計的結構（一）光源

熱輻射光源用于可見光區，如鎢絲燈和鹵鎢燈，鎢燈和碘鎢燈可使用的范圍在340－2500nm；

氣體放電光源用于紫外光區，如氘燈。它可在160－375nm范圍內產生連續光源。氘燈的燈管內充有氫的同位素氘，它是紫外光區應用最廣泛的一種光源。26可編輯課件PPT氘燈：紫外區，190nm-光源轉換波長（282-393nm）鎢燈：可見-近紅外，光源轉換波長-3200nm

27可編輯課件PPT（二）單色器

單色器主要功能：產生光譜純度高的波長且波長在紫外可見區域內任意可調。

單色器一般由入射狹縫、準光器、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等幾部分組成。單色器的性能直接影響入射光的單色性，從而也影響到測定的靈敏度、選擇性及校準曲線的線性關系等。狹縫的大小直接影響單色光純度，但過小的狹縫又會減弱光強。紫外-可見分光光度計的結構28可編輯課件PPTAFM顯微鏡下的光柵圖像29可編輯課件PPT（三）吸收池吸收池用于盛放分析試樣，一般有石英和玻璃材料兩種。石英池適用于可見光區及紫外光區，玻璃吸收池只能用于可見光區。

為減少光的損失，吸收池的光學面必須完全垂直于光束方向。

在高精度的分析測定中（紫外區尤其重要），吸收池要挑選配對。因為吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程長度的精度等對分析結果都有影響。30可編輯課件PPT（四）檢測器

常用的檢測器有光電池和光電倍增管等。硅光電池對光的敏感范圍為190-1100nm。但由于容易出現疲勞效應而只能用于中低檔的分光光度計中。光電倍增管是檢測微弱光最常用的光電元件，它的靈敏度比一般的光電池要高200倍，因此可使用較窄的單色器狹縫，從而對光譜的精細結構有較好的分辨能力。31可編輯課件PPT紫外可見區：光電倍增管（PMT）近紅外區：PbS光電池切換波長：750-895nm32可編輯課件PPT（五）數據系統它的作用是放大信號并以適當方式指示或記錄下來。現在一般的紫外可見分光光度計有計算機控制和主機單片機控制兩種類型，功能基本類似。33可編輯課件PPT

紫外-可見分光光度計的類型很多，但可歸納為三種類型，即單光束分光光度計、雙光束分光光度計和比例雙光束分光光度計。1，單光束分光光度計經單色器分光后的一束平行光，輪流通過參比溶液和樣品溶液，以進行吸光度的測定。這種簡易型分光光度計結構簡單，操作方便，維修容易，適用于常規分析。2，雙光束分光光度計經單色器分光后經反射鏡分解為強度相等的兩束光。紫外-可見分光光度計的類型34可編輯課件PPT

一束通過參比池，一束通過樣品池。光度計能自動比較兩束光的強度，此比值即為試樣的透射比，經對數變換將它轉換成吸光度并作為波長的函數記錄下來。雙光束分光光度計一般都能自動記錄吸收光譜曲線。由于兩束光同時分別通過參比池和樣品