光學(xué)概論和紫外法

1、第九章 光譜分析法概論光學(xué)分析法電磁輻射與電磁波譜光學(xué)分析法的分類 光學(xué)分析法光學(xué)分析法定義：利用光（電磁輻射）與物質(zhì)相互作定義：利用光（電磁輻射）與物質(zhì)相互作 用進行分析的方法用進行分析的方法三個主要過程三個主要過程能源提供能量能源提供能量能量與被測物質(zhì)相互作用能量與被測物質(zhì)相互作用產(chǎn)生被檢測信號產(chǎn)生被檢測信號微粒性：微粒性：能量能量 E=h =hc/= hc 電磁輻射與電磁波譜電磁輻射與電磁波譜電磁輻射：高速傳播的光（量）子流（電磁輻射：高速傳播的光（量）子流（射線、射線、X X射射 線、紫外可見、紅外、微波、無線電波）。線、紫外可見、紅外、微波、無線電波）。波動性：波動性： 波長（波長（

2、）：）：光波移動光波移動-周的距離，周的距離，“nm”表征參數(shù)表征參數(shù) 頻率（頻率（）：）：每秒鐘的波動次數(shù)，每秒鐘的波動次數(shù)，“HZ” 波數(shù)（波數(shù)（）：）：每厘米長度中波的數(shù)目，每厘米長度中波的數(shù)目，“cm-1” =c/，=1/= /c 1m=100cm=106m=109nm=1010AO電磁波譜：電磁波譜：將電磁波按波長順序排列的圖表將電磁波按波長順序排列的圖表0.0003nm0.03nm300nm30 m30cm30m射線射線X X射線射線紫外可見紫外可見紅外紅外微波微波無線電波無線電波輻射區(qū)段輻射區(qū)段 波長波長 頻率頻率 波數(shù)波數(shù) 能量能量 躍遷類型躍遷類型核反應(yīng)核反應(yīng)內(nèi)層電子內(nèi)層電子

3、外層電子外層電子分子振動分子振動分子轉(zhuǎn)動分子轉(zhuǎn)動磁場誘導(dǎo)核自旋磁場誘導(dǎo)核自旋能級躍遷能級躍遷電磁輻射與被測物質(zhì)相互作用電磁輻射與被測物質(zhì)相互作用基于對光的吸收和發(fā)射基于對光的吸收和發(fā)射 涉及內(nèi)能變化涉及內(nèi)能變化基于對光的透射、折射、衍射和旋光基于對光的透射、折射、衍射和旋光 不涉及內(nèi)能變化不涉及內(nèi)能變化 光學(xué)分析法的分類光學(xué)分析法的分類電磁輻射不同電磁輻射不同 與物質(zhì)相互作用不同與物質(zhì)相互作用不同 產(chǎn)生產(chǎn)生的現(xiàn)象不同的現(xiàn)象不同 可建立不同的光學(xué)分析法可建立不同的光學(xué)分析法光譜法：吸收光譜法、發(fā)射光譜法、散射光譜法光譜法：吸收光譜法、發(fā)射光譜法、散射光譜法非光譜法：折射法、旋光法、濁度法、非光譜

4、法：折射法、旋光法、濁度法、X X射線衍射法射線衍射法原子光譜法：氣態(tài)原子外層電子吸收電磁輻射產(chǎn)生能級躍遷原子光譜法：氣態(tài)原子外層電子吸收電磁輻射產(chǎn)生能級躍遷分子光譜法：分子吸收電磁輻射產(chǎn)生能級躍遷分子光譜法：分子吸收電磁輻射產(chǎn)生能級躍遷吸收光譜法：原子吸收、分子吸收（紫外、紅外、核磁等）吸收光譜法：原子吸收、分子吸收（紫外、紅外、核磁等）發(fā)射光譜法：原子發(fā)射、分子發(fā)射（熒光、磷光等）發(fā)射光譜法：原子發(fā)射、分子發(fā)射（熒光、磷光等）分子運動形式及能量：分子運動形式及能量： E總總=E0+E平平+E振振+E轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)+E電子電子 特點：特點：能量是不連續(xù)的，量子化特征能量是不連續(xù)的，量子化特征 E=E2

5、-E1= E振振+ E轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)+ E電子電子= h =hc/ E不同不同吸收光不同吸收光不同光譜不同光譜不同光學(xué)分析法的儀器光學(xué)分析法的儀器光源光源單色器單色器檢測器檢測器記錄裝置記錄裝置第十章 紫外-可見分光光度法目的要求：目的要求：n掌握分光光度計的各部件及其作用；掌握分光光度計的各部件及其作用；n了解紫外分光光度法的特點和應(yīng)用；了解紫外分光光度法的特點和應(yīng)用；n掌握基本概念掌握基本概念吸收光譜及其用途；吸收光譜及其用途；n掌握紫外分光光度法所涉及的電子躍遷類型和特點；掌握紫外分光光度法所涉及的電子躍遷類型和特點；n了解吸收帶的類型和影響因素；了解吸收帶的類型和影響因素；1.掌握紫外分光光度法

6、定量依據(jù)（掌握紫外分光光度法定量依據(jù)（L-B定律）、方法定律）、方法（等吸收雙波長法）及其計算。（等吸收雙波長法）及其計算。作業(yè)作業(yè) P210 3. 4. 10. 11. 紫外紫外-可見分光光度法及其儀器可見分光光度法及其儀器紫外紫外-可見分光光度計示意圖可見分光光度計示意圖吸吸收收池池檢檢測測器器記記錄錄器器光光源源單單色色器器光源：光源：氫燈、氘燈氫燈、氘燈單色器：單色器：狹縫、色散元件（棱鏡或光柵）、狹縫、色散元件（棱鏡或光柵）、 準直鏡準直鏡吸收池：吸收池：石英吸收池石英吸收池檢測器：檢測器：光電倍增管、光二極管陣列檢測器等光電倍增管、光二極管陣列檢測器等記錄器：記錄器：電表指示、數(shù)字

7、顯示、熒光屏顯示等電表指示、數(shù)字顯示、熒光屏顯示等優(yōu)點：準確度高、優(yōu)點：準確度高、 靈敏度較高、靈敏度較高、 操作簡便、應(yīng)用廣操作簡便、應(yīng)用廣紫外分光光度法實質(zhì)、優(yōu)點、用途紫外分光光度法實質(zhì)、優(yōu)點、用途實質(zhì)：實質(zhì)：分子吸收光譜、電子光譜分子吸收光譜、電子光譜用途：定量測定、定性鑒定、結(jié)構(gòu)推斷用途：定量測定、定性鑒定、結(jié)構(gòu)推斷紫外分光光度法基本概念紫外分光光度法基本概念吸收光譜（吸收光譜（A曲線）曲線）特點：特點：吸收峰、吸收峰、max、吸收谷、吸收谷、min、 肩峰、末端吸收肩峰、末端吸收用途：用途：定性鑒定：即同一條件下，同一物質(zhì)定性鑒定：即同一條件下，同一物質(zhì) 的的A-曲線相同曲線相同 定

8、量測定：選測定波長的依據(jù)定量測定：選測定波長的依據(jù)與電子光譜有關(guān)的三種電子與電子光譜有關(guān)的三種電子 成鍵電子（成鍵電子（ ） 鍵電子鍵電子 未成鍵的非鍵電子（未成鍵的非鍵電子（n） 電子躍遷類型及特點電子躍遷類型及特點躍遷類型躍遷類型基團基團吸收峰波長吸收峰波長強度強度有無有無uv吸收吸收*飽和烴飽和烴 (C-H、C-C)104有有n*雜原子雙鍵雜原子雙鍵( C=N)200400nm1030有有生色團：有機化合物中可吸收紫外光的生色團：有機化合物中可吸收紫外光的* 或或n*躍遷的基團，如躍遷的基團，如C=O, C=C.助色團：含雜原子的飽和基團，如助色團：含雜原子的飽和基團，如-OH, -OR

9、， -Br.長移（紅移）：吸收峰向長波方向移動的效應(yīng)長移（紅移）：吸收峰向長波方向移動的效應(yīng)短移（藍移）：吸收峰向短波方向移動的效應(yīng)短移（藍移）：吸收峰向短波方向移動的效應(yīng)吸收帶類型和影響因素吸收帶類型和影響因素1R帶帶：由含雜原子的不飽和基團的：由含雜原子的不飽和基團的n *躍遷產(chǎn)生躍遷產(chǎn)生 CO；CN；NN E小，小，max250400nm，max200nm，max104 共軛體系增長，共軛體系增長，max紅移，紅移，max 溶劑極性溶劑極性，對于，對于(CHCH)n max不變不變 對于對于CHCCO max紅移紅移續(xù)前3 B帶帶：由：由 *躍遷產(chǎn)生躍遷產(chǎn)生 芳香族化合物的主要特征吸收帶

10、芳香族化合物的主要特征吸收帶 max =256nm，寬帶，具有，寬帶，具有精細結(jié)構(gòu)精細結(jié)構(gòu)； max=200 極性溶劑中，或苯環(huán)連有取代基，其精細結(jié)構(gòu)消失極性溶劑中，或苯環(huán)連有取代基，其精細結(jié)構(gòu)消失4E帶帶：由苯環(huán)環(huán)形共軛系統(tǒng)的：由苯環(huán)環(huán)形共軛系統(tǒng)的 *躍遷產(chǎn)生躍遷產(chǎn)生 芳香族化合物的特征吸收帶芳香族化合物的特征吸收帶 E1 180nm max104 （常觀察不到）（常觀察不到） E2 200nm max=7000 強吸收強吸收 苯環(huán)有發(fā)色團取代且與苯環(huán)共軛時，苯環(huán)有發(fā)色團取代且與苯環(huán)共軛時，E2帶與帶與K帶帶 合并一起紅移（長移）合并一起紅移（長移）圖示back圖示續(xù)前影響吸收帶位置的因素：

11、影響吸收帶位置的因素：1溶劑效應(yīng)溶劑效應(yīng)： 對對max影響：影響： n-*躍遷：溶劑極性躍遷：溶劑極性，max藍移藍移 -*躍遷：溶劑極性躍遷：溶劑極性 ，max紅移紅移 對吸收光譜精細結(jié)構(gòu)影響對吸收光譜精細結(jié)構(gòu)影響 溶劑極性溶劑極性，苯環(huán)精細結(jié)構(gòu)消失，苯環(huán)精細結(jié)構(gòu)消失 溶劑的選擇溶劑的選擇極性；純度高；截止波長極性；純度高；截止波長 max2pH值的影響值的影響：影響物質(zhì)存在型體，影響吸收波長：影響物質(zhì)存在型體，影響吸收波長圖示圖示紫外分光光度法定量方法及其計算紫外分光光度法定量方法及其計算A = -lgT =lgI0/I=Ecl T =10-A =10-Ecl 式中：式中：A吸光度，吸光度

12、， T透光率透光率 c溶液濃度，溶液濃度，l 液層厚度液層厚度 E吸光系數(shù)吸光系數(shù)原理：原理： 續(xù)前討論：討論：1Lamber-Beer定律的適用條件（前提）定律的適用條件（前提） a. 入射光為單色光入射光為單色光 b. 溶液是稀溶液溶液是稀溶液2該定律適用于固體、液體和氣體樣品該定律適用于固體、液體和氣體樣品3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(yīng)用：多組分測定應(yīng)用：多組分測定abcAAAA吸光系數(shù)吸光系數(shù)1吸光系數(shù)的物理意義：吸光系數(shù)的物理意義： 單位濃度、單位厚度的吸光度單位濃度、單位厚度的吸光度 討論：討論： 1）E=f（組分性質(zhì)，溫度，溶劑，（

13、組分性質(zhì)，溫度，溶劑，） 當組分性質(zhì)、溫度和溶劑一定，當組分性質(zhì)、溫度和溶劑一定，E=f（）；）； 2）不同物質(zhì)在同一波長下）不同物質(zhì)在同一波長下E可能不同（選擇性吸可能不同（選擇性吸 收）收） 同一物質(zhì)在不同波長下同一物質(zhì)在不同波長下E大多不同；大多不同； 3）E，物質(zhì)對光吸收能力，物質(zhì)對光吸收能力, 定量測定靈敏度定量測定靈敏度 定性、定量依據(jù)。定性、定量依據(jù)。AEc l續(xù)前2吸光系數(shù)兩種表示法：吸光系數(shù)兩種表示法： 1）摩爾吸光系數(shù)）摩爾吸光系數(shù)： 在一定在一定下，下，c=1mol/L，L=1cm時的吸光度時的吸光度 2）百分含量吸光系數(shù)）百分含量吸光系數(shù) / 比吸光系數(shù)：比吸光系數(shù)：

14、在一定在一定下，下，c=1g/100ml，L=1cm時的吸光度時的吸光度 3）兩者關(guān)系）兩者關(guān)系1%1cmME10 續(xù)前3吸光度測量的條件選擇：吸光度測量的條件選擇：1）測量波長的選擇：）測量波長的選擇： 最大吸收波長最大吸收波長2）吸光度讀數(shù)范圍的選擇：）吸光度讀數(shù)范圍的選擇：選選A=0.20.73）參比溶液）參比溶液(空白溶液空白溶液)的選擇：的選擇：注：采用空白對比消除因溶劑和容器的吸收、光的散射和注：采用空白對比消除因溶劑和容器的吸收、光的散射和 界面反射等因素對透光率的干擾界面反射等因素對透光率的干擾空白溶液參比池樣品溶液樣品池參比池樣品池 某化合物（某化合物（M=323.15）2.

15、00mg溶于溶于100mL容量瓶容量瓶中，中，L=1cm，在在278nm測得測得T=24.3%，求求 、 解：解： = -lgT/CL =0.614/0.0021 =307 =（M/10）E1cm1% = 323.15/10307 =99201%1cmE1%1cmE定性鑒別的依據(jù)定性鑒別的依據(jù)吸收光譜的特征吸收光譜的特征吸收光譜的形狀吸收光譜的形狀吸收峰的數(shù)目吸收峰的數(shù)目吸收峰的位置（波長）吸收峰的位置（波長）吸收峰的強度吸收峰的強度相應(yīng)的吸光系數(shù)相應(yīng)的吸光系數(shù)定性分析與純度檢定性分析與純度檢查查續(xù)前1.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，同一測定條件下，與標準對照物譜圖或

16、標準譜圖與標準對照物譜圖或標準譜圖進行對照比較進行對照比較續(xù)前2.對比吸收光譜的特征值對比吸收光譜的特征值min%11maxmax，shcmE，續(xù)前3.對比吸光度或吸光系數(shù)的比值：對比吸光度或吸光系數(shù)的比值：例：例：45. 315. 388. 170. 155036127836155036127812AAAAVB，三處最大吸收，定性鑒別：藥典規(guī)定續(xù)前二、純度檢查和雜質(zhì)限量測定二、純度檢查和雜質(zhì)限量測定1 1純度檢查（雜質(zhì)檢查）純度檢查（雜質(zhì)檢查）1）峰位不重疊：）峰位不重疊： 找找使主成分無吸收，雜質(zhì)有吸收使主成分無吸收，雜質(zhì)有吸收 直接考察雜質(zhì)含量直接考察雜質(zhì)含量2）峰位重疊：）峰位重疊：主

17、成分主成分雜質(zhì)雜質(zhì)與純品比較與純品比較強吸收強吸收無吸收無吸收 or弱吸收弱吸收弱吸收弱吸收強吸收強吸收EE續(xù)前2. 雜質(zhì)限量的測定：雜質(zhì)限量的測定：例：腎上腺素中微量雜質(zhì)例：腎上腺素中微量雜質(zhì)腎上腺酮含量計算腎上腺酮含量計算2mg/mL -0.05mol/L的的HCl溶液，溶液， 310nm下測定規(guī)定下測定規(guī)定 A3100.05 即符合要求的雜質(zhì)限量即符合要求的雜質(zhì)限量0.06%06. 01002101 . 1%/101 . 1100/101 . 1143505. 0334%11腎上腺酮mlmgmlglEACcm例：維生素例：維生素B12水溶液在水溶液在361nm處的處的 =207，L=1c

18、m，測得測得A=0.414，求：求：C=?1%1cmE解：解：C= A/El = 0.414/2071 = 0.002（g/100mL） = 2 1 0-5g / m L一、單組分樣品定量方法一、單組分樣品定量方法定量方法定量方法吸光系數(shù)法吸光系數(shù)法標準曲線法標準曲線法對照法對照法 定量依據(jù)定量依據(jù): A總總= Aa +Ab +Ac + 解法解法: A1a+b=A1a + A1b=E1aCa + E1bCb A2a+b=A2a + A2b=E2aCa + E2bCb二、多組分樣品的定量方法二、多組分樣品的定量方法等吸收雙波長法等吸收雙波長法例：消去例：消去b干擾，測干擾，測a物質(zhì)物質(zhì) 繪制繪制

19、a、b繪物質(zhì)的吸收光譜繪物質(zhì)的吸收光譜 選波長選波長1、2(b等吸收，等吸收，a的的A大大) 測定：測定：1 A1a+b=A1a+A1b 2 A2a+b=A2a+A2b 計算計算 Ca=？A=- (21 計算公式：計算公式： 測測A消消B Aa=(E2a E1a )Ca 測測B消消A Ab=(E2b E1b )Cb選擇波長原則：選擇波長原則：干擾組分在兩波長的吸光度相等，干擾組分在兩波長的吸光度相等， 待測組分在兩波長的吸光度差值待測組分在兩波長的吸光度差值 A應(yīng)足夠大。應(yīng)足夠大。練習(xí)解：1取咖啡酸，在取咖啡酸，在165干燥至恒重，精密稱取干燥至恒重，精密稱取10.00mg，加少量，加少量 乙

20、醇溶解，轉(zhuǎn)移至乙醇溶解，轉(zhuǎn)移至200mL容量瓶中，加水至刻度線，取此溶容量瓶中，加水至刻度線，取此溶 液液5.00mL，置于，置于50mL容量瓶中，加容量瓶中，加6mol/L的的HCl 4mL，加，加 水至刻度線。取此溶液于水至刻度線。取此溶液于1cm比色池中，在比色池中，在323nm處測定吸處測定吸 光度為光度為0.463，已知該波長處的，已知該波長處的E=927.9，求咖啡酸百分含量，求咖啡酸百分含量.mLgmLgCi/10900. 4100/10900. 419 .927463. 064mLgC/10000. 55052001000.1063樣%0 .98%10010000. 510900. 4%100%66樣咖啡酸CCi練習(xí)解：2精密稱取精密稱取0.0500g樣品，置于樣品，置于250mL容量瓶中，加入容量