可見光紫外光分光光譜儀UVVISSpectophotometer

1、可見光紫外光分光光譜儀可見光紫外光分光光譜儀(uv/vis spectophotometer(uv/vis spectophotometer) )益弘儀器股份有限公司光光 譜譜 學(xué)學(xué) 基基 本本 原原 理理電電 磁磁 幅幅 射射 的的 性性 質(zhì)質(zhì)波長波長 (wavelength，)：由一波上的某一點到相鄰波之對應(yīng)點的直線距離，單位 nm。 頻率頻率(frequency，)：單位時間內(nèi)所通過波的數(shù)目，單位hz。 波數(shù)波數(shù)(wavenumber)：每公分長度所通過的波之?dāng)?shù)目，為波長的倒數(shù)。電磁幅射區(qū)域的劃分電磁幅射區(qū)域的劃分電磁輻射不同區(qū)域波長對物質(zhì)的影響電磁幅射區(qū)域波長(nm)性質(zhì)的影響 - 射

2、線5 x 10-14 0.14原子核x 射線吸收 0.01 10內(nèi)層電子真空uv吸收10 180鍵結(jié)電子uv/vis 吸收180 780鍵結(jié)電子ir 吸收780 3 x 105分子旋轉(zhuǎn)震動微波吸收7.5 x 105 3.75 x 106分子旋轉(zhuǎn)無線電波0.6 10 m核子自旋吸吸 收收 光光 譜譜吸收吸收(absorption)是指在透明介質(zhì)中的化學(xué)物種選擇性的減弱某些頻率某些頻率的電磁幅射的過程原子吸收光譜原子吸收光譜原子吸收光譜：原子吸收光譜：當(dāng)一束紫外光或可見光照射一氣態(tài)原子樣品時，可得到許多狹窄的吸收譜線分子吸收光譜分子吸收光譜分子吸收光譜除了電子轉(zhuǎn)移的分子吸收光譜除了電子轉(zhuǎn)移的光譜外

3、，還包含化學(xué)鍵結(jié)產(chǎn)生光譜外，還包含化學(xué)鍵結(jié)產(chǎn)生的振動及轉(zhuǎn)動能階光譜，因此的振動及轉(zhuǎn)動能階光譜，因此比原子吸收光譜複雜許多比原子吸收光譜複雜許多在溶液中，吸收樣品被溶液分在溶液中，吸收樣品被溶液分子包圍，互相的碰撞使能量分子包圍，互相的碰撞使能量分散，因此產(chǎn)生平滑而連續(xù)的吸散，因此產(chǎn)生平滑而連續(xù)的吸收峰收峰基態(tài)cohh=n甲醛之分子軌域甲醛之分子軌域電子分子能階圖電子分子能階圖能能量量* * n* nn*鍵結(jié)鍵結(jié)鍵結(jié)鍵結(jié)未鍵結(jié)未鍵結(jié)反鍵結(jié)反鍵結(jié)反鍵結(jié)反鍵結(jié)電子分子跳躍能階電子分子跳躍能階190nmuv absorption of conjugated alkenes*ma/p>

4、,00021,00035,000eincreasing conjugation gives: longer wavelength absorption more intense absorption 帶色團(tuán)：帶色團(tuán)：能在一分子中導(dǎo)致在能在一分子中導(dǎo)致在200 - 1000 nm200 - 1000 nm 的光譜區(qū)內(nèi)產(chǎn)生特性吸收帶的具有的光譜區(qū)內(nèi)產(chǎn)生特性吸收帶的具有 不飽和鍵與共用電子對的官能基，不飽和鍵與共用電子對的官能基， 只要含有帶色基團(tuán)在只要含有帶色基團(tuán)在200-1000nm200-1000nm的的 光譜區(qū)就有吸收光譜區(qū)就有吸收。助色團(tuán)：助色團(tuán)：僅含未共用電子對，本身不吸光，僅含未共用電

5、子對，本身不吸光， 但會增強帶色團(tuán)分子的吸光強度。但會增強帶色團(tuán)分子的吸光強度。分子基團(tuán)的吸收分子基團(tuán)的吸收碳碳/ /碳或碳?xì)鋯捂I中，為共價鍵的結(jié)合，要激碳或碳?xì)鋯捂I中，為共價鍵的結(jié)合，要激發(fā)這些鍵結(jié)需要更高的能量，往往在波長發(fā)這些鍵結(jié)需要更高的能量，往往在波長 180 180 nmnm以下，在這個波長以下石英液槽及空氣中成以下，在這個波長以下石英液槽及空氣中成份皆會吸光份皆會吸光 ，所以必須抽真空裝置及更換其，所以必須抽真空裝置及更換其他材質(zhì)液槽。他材質(zhì)液槽。含有機分子之雙鍵及參鍵中的電子結(jié)合較不緊含有機分子之雙鍵及參鍵中的電子結(jié)合較不緊密，所以不飽和鍵通常在密，所以不飽和鍵通常在 190

6、- 1000 nm 190 - 1000 nm 光光譜區(qū)通常有吸光。譜區(qū)通常有吸光。週期表第二列有色金屬在可見光區(qū)皆有吸收週期表第二列有色金屬在可見光區(qū)皆有吸收如雜有氧、氮、硫或鹵素的飽和性有機化物，如雜有氧、氮、硫或鹵素的飽和性有機化物，在在170 - 250 nm170 - 250 nm有吸收有吸收(n (n * ) 。帶色基團(tuán)：帶色基團(tuán)：助色基團(tuán)：助色基團(tuán)：substituent effects on aromatic absorption 255 nm band is sensitive to electron density of aromatic ringohoch3270 nm

7、( 1,450)287 nm ( 2,600)ococh3258 nm ( 250)phenolanisolephenyl acetateelectron densityred = highest green = moderate穿透率穿透率(transmittance)(transmittance)：光穿透介質(zhì)的比率，通常以百分比 t% 表示吸收值吸收值(absorbance)(absorbance)：- log10tpopt = %ppoa = logpop液槽beer beer 定律定律單波長光源的吸收值正比於測定樣品的濃度與單波長光源的吸收值正比於測定樣品的濃度與光徑光徑光徑固定時，樣

8、品濃度與吸光值成正比光徑固定時，樣品濃度與吸光值成正比pop光徑光徑 = b樣品濃度樣品濃度 = ca = abca = 吸收係數(shù)吸收係數(shù)cabeers lawcell sample oflength path = lionconcentratmolar = cyabsoptivitmolar absobancealcabeer beer 定律的限制定律的限制對於低濃度樣品對於低濃度樣品(0.01m)(0.01m)，可以完全符合，但在高濃，可以完全符合，但在高濃度狀況下，分子間距離縮小互相干擾情形下會造成線度狀況下，分子間距離縮小互相干擾情形下會造成線性關(guān)係的偏差性關(guān)係的偏差當(dāng)樣品溶液中有高濃

9、度的其他成份或鹽類亦會造成干當(dāng)樣品溶液中有高濃度的其他成份或鹽類亦會造成干擾擾當(dāng)樣品在溶液中會進(jìn)行結(jié)合、解離、水解與反應(yīng)時當(dāng)樣品在溶液中會進(jìn)行結(jié)合、解離、水解與反應(yīng)時非單波長幅射非單波長幅射儀器不完美儀器不完美a = log logpp溶劑溶液pop紫外光可見光分光譜儀紫外光可見光分光譜儀儀器簡介儀器簡介物質(zhì)因化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，在不同波長吸光的能力物質(zhì)因化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，在不同波長吸光的能力差異，使每一種物質(zhì)都有自己的獨特吸收光譜差異，使每一種物質(zhì)都有自己的獨特吸收光譜圖，測量吸收光譜的儀器稱為分光光度計圖，測量吸收光譜的儀器稱為分光光度計(spectrophotometer)(spectrophot

10、ometer)分光光度計特點分光光度計特點：(1) (1) 簡單、快速、方便簡單、快速、方便(2) (2) 高靈敏度高靈敏度：可偵測到可偵測到10 10 -7-7m m(3) (3) 準(zhǔn)確性高準(zhǔn)確性高：相對誤差只有零點幾相對誤差只有零點幾% %(4) (4) 選擇性高選擇性高：不需對樣品作太多的前處理不需對樣品作太多的前處理(5) (5) 應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛：有機物、無機物及重金屬有機物、無機物及重金屬，非吸收非吸收 性物質(zhì)亦可經(jīng)衍生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭尚晕镔|(zhì)亦可經(jīng)衍生化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭?偵測物質(zhì)偵測物質(zhì)(1) 光源光源(2) 波長選擇器波長選擇器(3) 樣品室樣品室(4) 偵測器偵測器(5) 訊號處理軟

11、體訊號處理軟體分光光度計的基本結(jié)構(gòu)分光光度計的基本結(jié)構(gòu)(1)(2)(3)(4)(5)單光束儀器結(jié)構(gòu)圖單光束儀器結(jié)構(gòu)圖：雙光束儀器結(jié)構(gòu)圖雙光束儀器結(jié)構(gòu)圖(1)(1)：雙光束儀器結(jié)構(gòu)圖雙光束儀器結(jié)構(gòu)圖(2)(2)：光光 源源鎢絲燈鎢絲燈：產(chǎn)生可見光及近紅外光，光源的能量與溫產(chǎn)生可見光及近紅外光，光源的能量與溫 度有關(guān)，可使用波長約度有關(guān)，可使用波長約320 - 2500 nm。部。部 份產(chǎn)品燈內(nèi)充填碘蒸器，用來增加光源強份產(chǎn)品燈內(nèi)充填碘蒸器，用來增加光源強 度及效能。度及效能。h2及及d2燈燈：燈內(nèi)充填燈內(nèi)充填h2或或d2氣體，外部為石英材氣體，外部為石英材 質(zhì)，發(fā)射的光源波長在質(zhì)，發(fā)射的光源波長

12、在160 - 375 nm為為 主。主。d2燈比燈比h2燈有更強的能量，所以燈有更強的能量，所以 較常被使用。其在可見光區(qū)所產(chǎn)生的特較常被使用。其在可見光區(qū)所產(chǎn)生的特 性吸收波峰。常被用來做為胚波長較正性吸收波峰。常被用來做為胚波長較正 使用使用。氘燈氘燈：波長範(fàn)圍：波長範(fàn)圍250 - 600 nm波長選擇器波長選擇器為一連串反鏡射為一連串反鏡射、狹縫及單光器、狹縫及單光器所組成所組成所有的鏡片皆以所有的鏡片皆以石英或玻璃鍍膜石英或玻璃鍍膜材質(zhì)為主材質(zhì)為主單色器單色器 (monochromators)主要分為三稜鏡與光柵；在光線進(jìn)入的前端有主要分為三稜鏡與光柵；在光線進(jìn)入的前端有時會加入干涉或

13、吸收濾光片，以加強效果減少時會加入干涉或吸收濾光片，以加強效果減少干擾。干擾。三稜鏡為較早期簡單的設(shè)計，許多低階的分光三稜鏡為較早期簡單的設(shè)計，許多低階的分光光度計仍採用此一設(shè)計。不同波長下擴散的狀光度計仍採用此一設(shè)計。不同波長下擴散的狀況皆不同，越高波長分光越不足。況皆不同，越高波長分光越不足。光柵為在透鏡上每光柵為在透鏡上每 mm 刻蝕刻蝕 300 - 2000 條溝條溝痕，每條刻痕必須相同大小深度及平行。分光痕，每條刻痕必須相同大小深度及平行。分光效果均勻且穩(wěn)定。效果均勻且穩(wěn)定。兩兩 種種 類類 型型 單單 色色 器器常見的單色器組合常見的單色器組合(1)(1)littrow 型式型式e

14、bert-fastie 型式型式czernry-turnery 型式型式常見的單色器組合常見的單色器組合(2)(2)seya-namioka 型式型式狹縫寬度狹縫寬度：狹縫的大小控制影響?yīng)M縫的大小控制影響數(shù)質(zhì)的分析，大的狹數(shù)質(zhì)的分析，大的狹縫寬度代表較強的光縫寬度代表較強的光源，同時伴隨光譜細(xì)源，同時伴隨光譜細(xì)節(jié)的損失，較常用於節(jié)的損失，較常用於定量分析；定量分析；小的狹縫寬度可更清小的狹縫寬度可更清楚的獲得光譜細(xì)節(jié)楚的獲得光譜細(xì)節(jié)，但光緣能量較弱。但光緣能量較弱。不同狹縫寬度的比較不同狹縫寬度的比較1 nm0.5 nm0.1 nm0.5 nm1 nm2 nm較小的狹縫代表較佳的解析度較小的狹

15、縫代表較佳的解析度相對帶來較低的能量相對帶來較低的能量點矩陣光電二極體分光光度計系統(tǒng)點矩陣光電二極體分光光度計系統(tǒng)樣樣 品品 槽槽樣品槽的大小決定待測樣品體積的限制樣品槽的大小決定待測樣品體積的限制樣品槽必需有多種儀器附件來配合，如此可增樣品槽必需有多種儀器附件來配合，如此可增加儀器使用的彈性。常用的附件如：標(biāo)準(zhǔn)液槽加儀器使用的彈性。常用的附件如：標(biāo)準(zhǔn)液槽座、座、1010公分液槽座、溫控槽座、微量液槽座、公分液槽座、溫控槽座、微量液槽座、自動取樣設(shè)備、流動液槽座、固體夾片座自動取樣設(shè)備、流動液槽座、固體夾片座.等。等。樣品槽座必需完全遮光，以免受到干擾。樣品槽座必需完全遮光，以免受到干擾。偵偵

16、 測測 器器真空管光電管真空管光電管(pototube)：最早期的設(shè)計最早期的設(shè)計光電二極體光電二極體(photodiodes)(photodiodes)：比真空管靈敏但比光比真空管靈敏但比光電倍增管不靈敏。電倍增管不靈敏。(190-1100 nm)(190-1100 nm)光電倍增管光電倍增管(photomultiplier tube , pmt)：時下最常採用，穩(wěn)定性高，靈敏性強。時下最常採用，穩(wěn)定性高，靈敏性強。(190-900 nm)(190-900 nm)二極體陣列偵測器二極體陣列偵測器(diode-array detector)： 為用於多波長式的分光光度計，但靈敏度較差，為用於多

17、波長式的分光光度計，但靈敏度較差， 持續(xù)照明會有輸出電流下降的狀況。持續(xù)照明會有輸出電流下降的狀況。訊號處理軟體訊號處理軟體必須能執(zhí)行一般檢測所需用到功能必須能執(zhí)行一般檢測所需用到功能波長掃描波長掃描(wl scan)(wl scan)單波長測定單波長測定檢量線的製作檢量線的製作kinetickinetic波長及基線校正波長及基線校正多個單波長偵測多個單波長偵測應(yīng)應(yīng) 用用分析條件的設(shè)定分析條件的設(shè)定液槽的選擇液槽的選擇：材質(zhì)、容積、光徑材質(zhì)、容積、光徑溶液的選擇溶液的選擇：溶液之吸光值、極性、純度、溶液之吸光值、極性、純度、 溶解度溶解度.等等樣品的處理樣品的處理：均勻無懸浮顆粒、適當(dāng)濃度、均

18、勻無懸浮顆粒、適當(dāng)濃度、 減少不純物減少不純物波長的選擇波長的選擇：查詢報告、選擇最大吸收波查詢報告、選擇最大吸收波 長、調(diào)整適當(dāng)?shù)莫M縫寬度。長、調(diào)整適當(dāng)?shù)莫M縫寬度。樣品溶劑的選擇樣品溶劑的選擇選擇溶劑時需考慮選擇溶劑時需考慮(1) 樣品對溶劑的溶解度樣品對溶劑的溶解度(2) 溶劑的吸光值溶劑的吸光值(3) 溶劑的純度溶劑的純度(4) 溶劑是否含其他溶劑是否含其他 干擾物質(zhì)干擾物質(zhì)(5) 溶劑的溶劑的 ph 質(zhì)質(zhì)(6) 溶劑是否會和樣品反應(yīng)溶劑是否會和樣品反應(yīng)(7) 是否需要避光是否需要避光(8) 溶液的極性溶液的極性ph的影響的影響ph effects on aromatic absorpt

19、ionohobase270 nm ( 1,450)287 nm ( 2,600)280 nm ( 1,430)254 nm ( 160)nh2nh3phenoxide ionelectrostatic potential mapanilinium ionelectrostatic potential map溶液吸光一覽表溶液吸光一覽表不同溶劑對樣品光譜的影響不同溶劑對樣品光譜的影響探針式光度計探針式光度計(dipping-type photometer ) : 採用光纖來傳送光源採用光纖來傳送光源，探，探針內(nèi)有兩條光纖針內(nèi)有兩條光纖，一為光一為光源輸入源輸入，另一為光源接收另一為光源接收。u-2