紫外可見光譜2

紫外可見分光光度法

(UltravioletandVisibleSpectrophotometry,UV-VIS)2023/2/5紫外可見分光光度法又稱紫外—可見分子吸收光譜法(Ultraviolet-VisibleMolecularAbsorptionSpectrometry)紫外—可見吸收光譜主要產(chǎn)生于分子價(jià)電子在電子能級(jí)間的躍遷，是研究物質(zhì)電子光譜的分析方法它可用于鑒定和定量測(cè)定大量的無機(jī)化合物和有機(jī)化合物2023/2/5分子光譜概述(IntroductiontoMolecularSpectroscopy)一、分子光譜的產(chǎn)生(Principle)在分子中，除了電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)外，還有組成分子的原子的原子核之間相對(duì)位移引起的分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)應(yīng)電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)2023/2/52023/2/5圖中A、B表示不同能量的兩個(gè)電子能級(jí)，在每個(gè)電子能級(jí)中還分布著若干振動(dòng)能量不同的振動(dòng)能級(jí)，它們的振動(dòng)量子數(shù)V=0、1、2、3……表示，而在同一電子能級(jí)和同一振動(dòng)能級(jí)中，還分布著若干能量不同的轉(zhuǎn)動(dòng)能量，它們的轉(zhuǎn)動(dòng)能量數(shù)J=0、1、2、3……表示

2023/2/5Etot=Erot+Evib+EelectΔE=hνΔE能級(jí)差；h普朗克常數(shù)；ν電磁波頻率光強(qiáng)度變化對(duì)波長(zhǎng)的關(guān)系曲線圖—分子吸收光譜圖2023/2/5在電子能級(jí)躍遷時(shí)，必然伴隨著分子振動(dòng)能級(jí)的躍遷電子能級(jí)躍遷和振動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)，必然伴隨著轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷Evib比Eelect小10倍，一般在0.05～1eV之間Erot比Evib小10至100倍如此小的能量差距，必然使波長(zhǎng)間距極小，因而分子的紫外—可見光譜在宏觀上呈現(xiàn)帶狀，稱為帶狀光譜

2023/2/52023/2/5各種化合物由于組成和結(jié)構(gòu)上的不同都有各自特征的紫外—可見吸收光譜通過吸收光譜的形狀、波峰的位置及強(qiáng)度、波峰的數(shù)目等進(jìn)行定性分析2023/2/5二、分子光譜的類型(ClassificationofMolecularSpectroscopy)ΔEelect>ΔEvib>ΔErot遠(yuǎn)紅外光譜250~25μm

分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差紅外光譜 25~1.25μm

分子振動(dòng)能級(jí)差紫外、可見光譜 1.25~0.06μm

分子電子能級(jí)差2023/2/5分子光譜的產(chǎn)生分子的能級(jí)E2E1E0υ0υ1υ2υ,0υ,1υ,21J023J0231J0231J0231分子紫外吸收光譜分子可見吸收光譜分子紅外吸收光譜分子光譜：連續(xù)光譜帶光譜遠(yuǎn)紅外光譜中紅外光譜紫外-可見光譜2023/2/5三、光譜吸收定律(AbsorbanceLaw)1.朗伯比耳定律(Lambert-Beer’sLaw)

分子吸收光譜定量分析的基本定律當(dāng)一束單色光穿過透明介質(zhì)時(shí)，光強(qiáng)度的降低同入射光的強(qiáng)度、吸收介質(zhì)的厚度以及光路中吸光微粒的數(shù)目成正比2023/2/5A=-lgT=lg(I0/I)=εbc

A：吸光度T：透射比（百分透射比%）I0 ：入射光輻射強(qiáng)度I ：透射光輻射強(qiáng)度b：光通過試樣的光程長(zhǎng)度（cm）c ：分析物濃度（mol●L-1）ε：摩爾吸收系數(shù)（L●mol-1●cm-1）2023/2/5需要指出的是：化合物的摩爾吸收系數(shù)ε與所用波長(zhǎng)、溫度和溶劑特性有關(guān)為了補(bǔ)償入射光和透射光損失的影響，在實(shí)際測(cè)量中，采用在另一等同的吸收池中放入溶劑作為參比吸光度具有加和性2023/2/5吸光度與透射率A＝-lgT

＝-lg(It/I0)=εbc

1.00.50AC多組分混合體系中，如果各組分分子之間不存在離解、聚合、化學(xué)反應(yīng)等化學(xué)平衡時(shí)，其吸光度具有加合性，即：吸光度的加合性2023/2/5摩爾吸光系數(shù)ε

吸光物質(zhì)的特征常數(shù)ε(λ)：在最大吸收波長(zhǎng)λmax處，常以εmax表示在溫度和介質(zhì)條件一定時(shí)，ε僅與吸光物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān)，可作為定性鑒定的參數(shù)不隨濃度c和光程長(zhǎng)度b的改變而改變：ε＝bc

/A吸光能力與測(cè)定靈敏度的度量：εmax越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強(qiáng)，測(cè)定的靈敏度越高

ε>105：超高靈敏；C=A/ε

b

=0.01/105=10-7mol/Lε=(6～10)×104

：高靈敏；C=A/εb=0.01/5×104=2×10-7mol/Lε<104：不靈敏。C=A/εb=0.01/104=10-6mol/Lε在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長(zhǎng)下的吸光度Uv-vis

吸收曲線A＝-lgT

＝εbc

2023/2/5

摩爾吸光系數(shù)是有色化合物的重要特性。ε

愈大，表示該物質(zhì)對(duì)某波長(zhǎng)的光吸收能力愈強(qiáng)，因而光度測(cè)定的靈敏度就越高。ε的值，不能直接取1mol/L這樣高濃度的有色溶液來測(cè)量，而只能通過計(jì)算求得。由于溶液中吸光物質(zhì)的濃度常因離解、聚合等因素而改變。因此，計(jì)算ε時(shí)，必須知道溶液中吸光物質(zhì)的真正濃度。但通常在實(shí)際工作中，多以被測(cè)物質(zhì)的總濃度計(jì)算，這樣計(jì)算出的ε值稱為表觀摩爾吸光系數(shù)。文獻(xiàn)中所報(bào)道的ε值就是表觀摩爾吸光系數(shù)值2023/2/5吸光系數(shù)的幾種表示方法

C---mol/Lε---摩爾吸光系數(shù)

L·mol–1·cm-1C---g/La---吸光系數(shù)

L·g–1·cm-1C---g/100mLE1%1cm---比吸光系數(shù)100mL·g–1·cm-1、a、E1%1cm之間的相互換算：2023/2/5桑德爾（Sandell)靈敏度

桑德爾靈敏度又叫桑德爾指數(shù)，用S表示。在分光光度分析中常常使用。桑德爾靈敏度規(guī)定儀器的檢測(cè)極限為A=0.001時(shí)，單位截面積光程內(nèi)所能檢測(cè)出被測(cè)物質(zhì)的最低含量，以μg/cm2表示。S與ε的關(guān)系可如下推導(dǎo)：A=0.001=bcε，即

cb=0.001/εc為mol/1000cm3;b為cm,故cb為單位截面積光程內(nèi)的物質(zhì)量，即mol/1000cm2。如果cb乘以被測(cè)物質(zhì)的摩爾質(zhì)量M，就是單位截面積光程內(nèi)被測(cè)物質(zhì)的質(zhì)量，即為S，所以,S=cb/1000×M×106=cbM×103μg/cm2，代入cb后,2023/2/52.朗伯比耳定律的局限性（Limitationsto

Beer’sLaw）

（1）比耳定律本身的局限性所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互作用比耳定律只適用于稀溶液（<0.01mol●L-1）

（2）化學(xué)偏離恒定的化學(xué)環(huán)境主要是指分析物質(zhì)涉及到任何平衡反應(yīng)時(shí)，如分析物質(zhì)與溶劑發(fā)生締合、離解及溶劑化反應(yīng)，產(chǎn)生的生成物與被分析物質(zhì)具有不同的吸收光譜，出現(xiàn)化學(xué)偏離

e.g.鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：CrＯ42-＋2H＋

=Cr2Ｏ72-＋H2Ｏ2023/2/5（3）非均相體系偏離真溶液溶液必須是均相體系。膠體、乳膠、懸浮物、沉淀等非均相體系產(chǎn)生的光散射（4）儀器偏離單色光復(fù)色光雜散光 不平行入射光

最佳的吸光度范圍：A＝0.2~0.82023/2/5復(fù)色光推導(dǎo)比耳定律的假設(shè)條件之一是入射光為單色光，但純單色光難以獲得分光光度計(jì)單色光的純度取決于色散元件和光路設(shè)計(jì)2023/2/5雜散光雜散光是指進(jìn)入檢測(cè)器的處于待測(cè)波長(zhǎng)光譜帶寬范圍外的不需要的其它波長(zhǎng)組分主要來源于分光光度計(jì)色散元件棱鏡或光柵、反射鏡、透射鏡表面的散射、單色器內(nèi)壁灰塵及其它元件傷痕的反射和漫射等全息光柵雙單色器和鍍二氧化硅保護(hù)膜的鋁反射鏡可以明顯降低雜散光水平2023/2/5不平行入射光比耳定律的前提條件之一是采用平行入射光束，以保證全部光束通過同一厚度的吸收介質(zhì)入射光束偏離平行性較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生比耳定律偏離2023/2/5化合物電子光譜的產(chǎn)生（OrginofElectronSpectraofCompounds）一、有機(jī)化合物的電子光譜（ElectronSpectraofOrganicCompounds）

2023/2/5各種電子軌道能量的高低及電子躍遷的類型

2023/2/5躍遷類型CCCCσσ*σ→σ*

σ→π*PxPyPzPxPyPzCCCCππ*π→π*

π→σ*

n→π*

n→σ*ππ*σ*σn2023/2/5A.σ→σ*：一般發(fā)生在遠(yuǎn)紫外線區(qū)，飽和烴類C-C鍵B.

π→π*：發(fā)生在近紫外線區(qū)~200nm

C.

n→σ*：發(fā)生在遠(yuǎn)、近紫外線區(qū)之間150nm~250nmC—X鍵，X—S、N、O、Cl、Br、I等雜原子甲烷：λmax=125nm乙烷：λmax=135nm該類化合物的紫外-可見吸收光譜應(yīng)用價(jià)值很小CH2=CH2：λmax=165nm、CH≡CH：λmax=173nm但是隨著共扼體系的增大或雜原子的取代，λmax向長(zhǎng)波移動(dòng);εmax≥104，是強(qiáng)吸收帶CH3OH：λmax=183nm、CH3NH：λmax=213nm但是大多數(shù)吸收峰λmax小于200nm

D.

n→π*：發(fā)生在近紫外線區(qū)與可見光區(qū)之間，是生色團(tuán)中的未成鍵孤對(duì)電子向π*軌道躍遷屬于禁阻躍遷，εmax＜

100，是弱吸收帶2023/2/5E.電荷遷移躍遷

所謂電荷遷移躍遷是指用電磁輻射照射化合物時(shí)，電子從給予體向與接受體相聯(lián)系的軌道上躍遷電荷遷移躍遷實(shí)質(zhì)是一個(gè)內(nèi)氧化還原過程相應(yīng)的吸收光譜稱為電荷遷移吸收光譜2023/2/5電子給予部分是一個(gè)還原基團(tuán)，電子接受部分是一個(gè)氧化基團(tuán)，激發(fā)態(tài)是氧化－還原的產(chǎn)物，是一種雙極分子電荷轉(zhuǎn)移過程可表示為：

2023/2/5某些取代芳烴可以產(chǎn)生電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜

NCH3CH3+hv電子接受體電子給予體電子接受體hvCRO+_電子給予體_2023/2/52.常用術(shù)語（GeneralConcepts）

生色團(tuán)

廣義地說，分子中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團(tuán)嚴(yán)格地說，不飽和吸收中心

2023/2/5助色團(tuán)

帶有非鍵電子對(duì)的基團(tuán)（如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等），它們本身不能吸收大于200nm的光，但是當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時(shí)，會(huì)使其吸收帶的最大吸收波長(zhǎng)λmax發(fā)生移動(dòng)，并增加其吸收強(qiáng)度2023/2/5紅移和紫移

在有機(jī)化合物中，常常因取代基的變更或溶劑的改變，使其吸收帶的最大吸收波長(zhǎng)λmax發(fā)生移動(dòng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)稱為紅移向短波方向移動(dòng)稱為紫移(藍(lán)移)

2023/2/5增色效應(yīng)和減色效應(yīng)

由于化合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生某些變化或外界因素的影響使化合物的吸收強(qiáng)度增大的現(xiàn)象，叫增色效應(yīng)使吸收強(qiáng)度減小的現(xiàn)象，叫做減色效應(yīng)2023/2/53.有機(jī)化合物的紫外可見光譜（UV/VisibleSpectraofOrganicCompounds）

A.飽和烴及其取代衍生物飽和烴分子中只含σ鍵，只有σ→σ*躍遷飽和烴的取代衍生物的雜原子上存在n電子，可以產(chǎn)生n→σ*和σ→σ*躍遷烷烴及其取代衍生物是測(cè)定紫外或（和）可見吸收光譜的良好溶劑2023/2/5B.不飽和烴及共軛烯烴不飽和烴類分子中含有σ和π鍵，可以產(chǎn)生σ→σ*和π→π*躍遷當(dāng)不飽和烴分子中有兩個(gè)以上雙鍵時(shí)，隨著共軛系統(tǒng)的延長(zhǎng)，π→π*躍遷的吸收帶將明顯向長(zhǎng)波移動(dòng)，吸收強(qiáng)度也隨之加強(qiáng)在共軛體系中，π→π*躍遷產(chǎn)生的吸收帶稱為K帶2023/2/5C.

羰基化合物羰基化合物含有>C=O基團(tuán)，可以產(chǎn)生n→σ*，n→π*和π→π*三個(gè)吸收帶n→π*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)2023/2/5醛酮的n→π*吸收帶出現(xiàn)在270~300nm附近對(duì)于α，β-不飽和醛酮類化合物，由于羰基與乙烯基共軛（π－π共軛），使π→π*和n→π*吸收帶分別移至220~260nm（強(qiáng)度高）和310~330nm（強(qiáng)度低），該特征可用于識(shí)別α，β-不飽和醛酮2023/2/5羧酸及其衍生物由于羰基上的碳原子直接連接含有未共用電子對(duì)的助色團(tuán)，助色團(tuán)上的n電子與羰基雙鍵的π電子產(chǎn)生n－π共軛，使n→π*吸收帶紫移至210nm左右2023/2/5D.

苯及其衍生物苯有三個(gè)吸收帶（均由π→π*躍遷引起），E1帶：180nm；E2帶：204nm；B帶：255nm當(dāng)苯環(huán)上有取代基，苯的三個(gè)特征吸收譜帶都將發(fā)生顯著變化，尤其是E2帶和B帶B帶經(jīng)常顯示出苯環(huán)的精細(xì)結(jié)構(gòu)2023/2/52023/2/5E.

稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物稠環(huán)芳烴均顯示苯的三個(gè)吸收帶，但三個(gè)吸收帶均發(fā)生紅移，且強(qiáng)度增加氮雜環(huán)化合物與相應(yīng)的碳環(huán)化合物的吸收光譜極為相似

2023/2/5★π—π*躍遷的特點(diǎn)吸收輻射的波長(zhǎng)比較長(zhǎng)，一般在200nm附近吸收波長(zhǎng)一般受組成不飽和的原子影響不大，如及的max都是175nm摩爾吸光系數(shù)都比較大，通常在

以上2023/2/5不飽和鍵數(shù)目對(duì)λ和ε的影響對(duì)于多個(gè)雙鍵而非共軛的情況，如果這些雙鍵是相同的，則

基本不變，而ε變大，且一般約以雙鍵增加的數(shù)目倍增對(duì)于共軛情況，由于共軛形成了大π鍵，π電子進(jìn)一步離域，π*軌道有更大的成鍵性質(zhì)，降低了π*軌道的能量，因此使ΔE降低，吸收波長(zhǎng)紅移；且共軛體系使分子的吸光截面積加大，即ε變大2023/2/5溶劑的影響在π-π*躍遷中，激發(fā)態(tài)的極性大于基態(tài)，因此，當(dāng)使用極性大的溶劑時(shí)，由于溶劑與溶質(zhì)的相互作用，使基態(tài)和激發(fā)態(tài)的能量都降低，但激發(fā)態(tài)的能量降低更多，因此的π、π*能量差ΔE變小，所以吸收波長(zhǎng)發(fā)生紅移。從非極性到極性溶劑，一般波長(zhǎng)紅移10～20nm2023/2/5二、無機(jī)化合物的電子光譜（ElectronSpectraofInorganicCompounds）（一）電荷遷移躍遷用M和L分別表示絡(luò)合物的中心離子和配體，當(dāng)一個(gè)電子由配體的軌道躍遷到與中心離子相關(guān)的軌道上時(shí)，可用下式表示：Mn+–Lb-

hν

M(n-1)+–L(b-1)-中心離子為電子接受體，配體為電子給予體

2023/2/5需要指出的是：不少過渡金屬離子與含生色團(tuán)的試劑反應(yīng)所生成的絡(luò)合物以及許多水合無機(jī)離子，均可產(chǎn)生電荷遷移躍遷一些具有d10電子結(jié)構(gòu)的過渡元素形成的鹵化物及硫化物，如AgBr、PbI2、HgS等，也是由于這類躍遷而產(chǎn)生顏色2023/2/5電荷遷移吸收光譜出現(xiàn)的波長(zhǎng)位置，取決于電子給予體和電子接受體相應(yīng)電子軌道的能量差電荷遷移吸收光譜帶最大的特點(diǎn)是摩爾吸收系數(shù)較大，一般εmax>104L●mol-1●cm-1

2023/2/5

（二）配位場(chǎng)躍遷配位場(chǎng)躍遷包括d-d躍遷和f-f躍遷這兩類躍遷必須在配體的配位場(chǎng)作用下才有可能產(chǎn)生與電荷遷移躍遷比較，由于選擇規(guī)則的限制，配位場(chǎng)躍遷吸收譜帶的摩爾吸收系數(shù)小，一般εmax<102L●mol-1●cm-1這類光譜一般位于可見光區(qū)2023/2/5d軌道電子云密度分布示意圖無外電磁場(chǎng)作用時(shí)，過渡金屬離子的5個(gè)d電子軌道是簡(jiǎn)并的2023/2/5當(dāng)配位體按一定的幾何方向配位在金屬離子周圍形成配合物時(shí)，過渡金屬離子處在配位體形成的負(fù)電場(chǎng)中，原來簡(jiǎn)并的5個(gè)d軌道在負(fù)電場(chǎng)作用下，分裂成能量不等的軌道。d軌道分裂的情況與配位體在金屬離子周圍配置的情況有關(guān)2023/2/5配位體不同配置情況時(shí)d軌道的能級(jí)分裂示意圖2023/2/5某些過渡金屬離子的d-d躍遷吸收光譜

2023/2/5f-f躍遷大多數(shù)鑭系和錒系元素的離子在紫外-可見光區(qū)都有吸收，這是由于它們的4f或5f電子的f-f躍遷引起的。由于f電子軌道被已充滿的具有較高量子數(shù)的外層軌道所屏蔽(如Ce的電子排布為┅4d104f25s25p66s2)，受到溶劑及其他外界條件的影響較小，故吸收帶較窄，這是f-f躍遷吸收光譜與大多數(shù)無機(jī)或有機(jī)吸收體系所不同的特征2023/2/5典型的f-f躍遷吸收光譜

2023/2/5雖然配位場(chǎng)躍遷并不像電荷遷移躍遷在定量分析上重要，它可用于研究絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)，為現(xiàn)代無機(jī)絡(luò)合物鍵合理論的建立，提供了有用的信息2023/2/5各種電子躍遷吸收光譜的波長(zhǎng)分布圖

2023/2/5三、溶劑對(duì)電子光譜的影響溶劑對(duì)電子光譜的影響較為復(fù)雜改變?nèi)軇┑臉O性，會(huì)引起吸收帶形狀的變化改變?nèi)軇┑臉O性，還會(huì)使吸收帶的最大吸收波長(zhǎng)發(fā)生變化π→π*躍遷譜帶紅移n→π*躍遷譜帶紫移2023/2/5在選擇測(cè)定電子吸收光譜曲線的溶劑時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：盡量選用低極性溶劑能很好地溶解被測(cè)物，并且形成的溶液具有良好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)無明顯吸收2023/2/5紫外－可見分光光度計(jì)(UV-VISSpectrophotometer)2023/2/51.光源對(duì)光源的主要要求：在儀器操作所需的光譜區(qū)域內(nèi)，能發(fā)射連續(xù)的、穩(wěn)定的、具有足夠強(qiáng)度的輻射，且輻射能隨波長(zhǎng)的變化盡可能小，使用壽命長(zhǎng)紫外及可見區(qū)的輻射光源：白熾光源、氣體放電光源和激光光源

2023/2/5白熾光源

在可見和近紅外光區(qū)的常用光源鎢燈的使用范圍320~2500nm碘鎢燈與鎢燈相比，碘鎢燈具有更大的發(fā)射強(qiáng)度和更長(zhǎng)的使用壽命，是近代分光光度計(jì)中廣泛使用的光源

2023/2/5輻射能量與施加的外加電壓有關(guān)，在可見光區(qū)，輻射的能量與工作電壓的4次方成正比光電流也與燈絲電壓的n次方(n＞1)成正比使用時(shí)必須嚴(yán)格控制燈絲電壓，必要時(shí)須配備穩(wěn)壓裝置，以保證光源的穩(wěn)定2023/2/5氣體放電光源

氫燈、氘燈和氙燈以及空心陰極燈光源等可使用的波長(zhǎng)范圍為160～375nm，由于受石英窗吸收的限制，通常紫外光區(qū)波長(zhǎng)的有效范圍一般為200～375nm燈內(nèi)氫氣壓力為100Pa時(shí)，用穩(wěn)壓電源供電，放電十分穩(wěn)定，且光強(qiáng)度恒定

2023/2/5激光光源

根據(jù)可以產(chǎn)生受激輻射的工作物質(zhì)的物態(tài)特性分為氣體、固體、半導(dǎo)體和液體激光器2023/2/52.

波長(zhǎng)選擇器波長(zhǎng)選擇器：濾光片和借助棱鏡或衍射光柵的幾何色散2023/2/5濾光片濾光片是一種簡(jiǎn)單而廉價(jià)的波長(zhǎng)選擇器，其作用是選擇性地透過一定波長(zhǎng)范圍的光濾光片有吸收濾光片和干涉濾光片，前者僅限于可見光譜區(qū)，后者可用于紫外、可見和紅外輻射

2023/2/5單色儀

棱鏡、光柵和聲光可調(diào)濾波器

2023/2/53.吸收池吸收池用于盛放分析的試樣溶液，讓入射光束通過吸收池一般由玻璃和石英兩種材料做成，玻璃池只能用于可見光區(qū)，石英池可用于可見光區(qū)及紫外光區(qū)吸收池的大小規(guī)格從幾毫米到幾厘米不等，最常用的是1厘米的吸收池為減少光的反射損失，吸收池的光學(xué)面必須嚴(yán)格垂直于光束方向2023/2/5

吸收池的形狀2023/2/5在精度分析測(cè)定中（紫外光區(qū)尤其重要），吸收池要挑選配對(duì)，使它們的性能基本一致，因?yàn)槲粘夭牧媳旧砑肮鈱W(xué)面的光學(xué)特性、以及吸收池光程長(zhǎng)度的精確性等對(duì)吸光度的測(cè)量結(jié)果都有直接影響2023/2/54.光電轉(zhuǎn)換器

I.定義

光電轉(zhuǎn)換器是將光輻射轉(zhuǎn)化為可以測(cè)量的電信號(hào)的器件。

S=kP+kd=kP

k:校正靈敏度；P：輻射功率；kd:暗電流（可通過線路補(bǔ)償，使為0）II.理想的光電轉(zhuǎn)換器要求靈敏度高；S/N大；暗電流小；響應(yīng)快且在寬的波段內(nèi)響應(yīng)恒定2023/2/52023/2/5硒光電池+-SeFe(Cu)h玻璃Ag(Au)透明膜-收集極塑料--(當(dāng)外電阻<400，i=10-100A)優(yōu)點(diǎn)：光電流直接正比于輻射能使用方便、便于攜帶（耐用、成本低）缺點(diǎn)：電阻小，電流不易放大；響應(yīng)較慢只在高強(qiáng)度輻射區(qū)較靈敏長(zhǎng)時(shí)間使用后，有“疲勞”(fatigue)現(xiàn)象2023/2/5真空光電管90VDC直流放大陰極R-+光束e陽極絲（Ni）抽真空

陰極表面可涂漬不同光敏物質(zhì)：高靈敏(K,Cs,Sb其中二者)、紅光敏(Na/K/Cs/Sb,Ag/O/Cs)、紫外光敏、平坦響應(yīng)(Ga/As，響應(yīng)受波長(zhǎng)影響小)。產(chǎn)生的光電流約為硒光電池的1/10優(yōu)點(diǎn)：阻抗大，電流易放大；響應(yīng)快；應(yīng)用廣缺點(diǎn)：有微小暗電流（Darkcurrent，40K的放射線激發(fā)）2023/2/5

光電倍增管（photomultipliertube,PMT）

石英套光束1個(gè)光子產(chǎn)生106~107個(gè)電子?xùn)艠O，Grill陽極屏蔽光電倍增管示意圖共有9個(gè)打拿極(dynatron)，所加直流電壓共為9010V2023/2/5900Vdc90V123456789陽極陰極石英封讀出裝置R光電倍增管（PMT）電路圖優(yōu)點(diǎn)：高靈敏度；響應(yīng)快；適于弱光測(cè)定，甚至對(duì)單一光子均可響應(yīng)缺點(diǎn)：熱發(fā)射強(qiáng)，因此暗電流大，需冷卻（-30oC)。不得置于強(qiáng)光(如日光)下，否則會(huì)永久損壞PMT！2023/2/5硅二極管p區(qū)n區(qū)pn結(jié)p區(qū)n區(qū)(反向偏置)耗盡層空穴電子反向偏值—耗盡層(depletionlayer)—pn結(jié)電導(dǎo)趨于0(i=0)；

光照—耗盡層中形成空穴和電子—空穴移向p區(qū)并湮滅—外加電壓對(duì)pn“電容器”充電—產(chǎn)生充電電流信號(hào)(i0)特點(diǎn)：靈敏度介于真空管和倍增管之間2023/2/5光電二極管陣列，photodiodearray(PDA)SiO2窗p

型硅n型硅基pnpnpnpnpnpn0.025mm2.5mm側(cè)視(crosssection)頂視(topview)光束說明：在一個(gè)硅片上，許多pn

結(jié)以一維線性排列，構(gòu)成“陣列”；每個(gè)pn

結(jié)或元（element，64-4096個(gè)）相當(dāng)于一個(gè)硅二極管檢測(cè)器；硅片上布有集成線路，使每個(gè)pn

結(jié)相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立的光電轉(zhuǎn)換器；硅片上置于分光器焦面上，經(jīng)色散的不同波長(zhǎng)的光分別被轉(zhuǎn)換形成電信號(hào)；實(shí)現(xiàn)多波長(zhǎng)或多目標(biāo)同時(shí)（simultaneously）檢測(cè)。PDA在靈敏度、線性范圍和S/N方面不如光電倍增管。應(yīng)用較少2023/2/5

電荷轉(zhuǎn)移器件,CTDSiO2絕緣體摻雜n區(qū)襯基-5V-10V電極hCTD側(cè)視圖（一個(gè)電荷轉(zhuǎn)移單元或像素）光子—空穴—空穴聚集（金屬-SiO2電容)a行轉(zhuǎn)換器單元b個(gè)檢測(cè)單元/行=ab個(gè)像素=二維排列于一片硅片上；類似膠片上的信息存貯測(cè)量?jī)呻姌O間電壓變化—CID使電荷移至電荷放大器并測(cè)量—CCD2023/2/5襯基5V10Vh-5V-10Ve-v1n型Si襯基5V10V+5V+10V襯基5V10V-10Vv1n型Sin型Siv2襯基5V10V+10Vn型Si電荷形成并聚集測(cè)量V1測(cè)量V2電荷重新注入CID破壞性讀出非破壞性讀出2023/2/5CCD512320320512pixel高速寄存器123三相時(shí)鐘輸出（存貯）h金屬基電極(electrode)SiO2絕緣體(insulator)p型硅----勢(shì)阱(potentialwell)On-chippreamp12342023/2/5CCD光電轉(zhuǎn)換2023/2/5CID與CCD之比較

與PDA相比，CTD最大的優(yōu)勢(shì)在于其二維特性，可作為影像檢測(cè)器，在電視及航空等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用ChargeinjectiondeviceChargecoupleddevice2023/2/5分光光度計(jì)的類型1.單光束分光光度計(jì)2.雙光束分光光度計(jì)3.雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)4.多道分光光度計(jì)2023/2/51.單光束分光光度計(jì)

2023/2/5優(yōu)點(diǎn)：儀器簡(jiǎn)便、操作簡(jiǎn)單、成本低缺點(diǎn)：要求光源和檢測(cè)器有很高的穩(wěn)定性，定量分析結(jié)果誤差較大

2023/2/52．雙光束分光光度計(jì)

2023/2/5大多數(shù)現(xiàn)代光度計(jì)和分光光度計(jì)都是雙光束型的雙光束分光光度計(jì)有按時(shí)間區(qū)分和按空間區(qū)分兩類由于兩光束同時(shí)分別通過參照池和測(cè)量池，因而可以消除光源強(qiáng)度變化帶來的誤差

2023/2/53．雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)2023/2/5A.原理由同一光源發(fā)出的光被分成兩束，分別經(jīng)過兩個(gè)單色器，從而可以同時(shí)得到兩個(gè)不同波長(zhǎng)（λ1和λ2）的單色光。它們交替地照射同一溶液，然后經(jīng)過光電倍增管和電子控制系統(tǒng)。這樣得到的信號(hào)是兩波長(zhǎng)處吸光度之差ΔA，ΔA=Aλ1－Aλ2。當(dāng)兩個(gè)波長(zhǎng)保持1~2nm間隔，并同時(shí)掃描時(shí)，得到的信號(hào)將是一階導(dǎo)數(shù)光譜，即吸光度對(duì)波長(zhǎng)的變化率曲線2023/2/5B.特點(diǎn)可以測(cè)定高濃度試樣，多組分混合試樣以及渾濁試樣兩個(gè)波長(zhǎng)的光通過同一吸收池，這樣可以消除因吸收池的參數(shù)不同，位置不同，污垢及制備參比溶液等帶來的誤差，使測(cè)定的準(zhǔn)確度顯著提高可以減少光源電壓變化產(chǎn)生的影響，得到高靈敏和低噪聲的信號(hào)2023/2/54．多道分光光度計(jì)

2023/2/5具有快速掃描的特點(diǎn)，整個(gè)光譜掃描時(shí)間不到1s為追蹤化學(xué)反應(yīng)過程及快速反應(yīng)的研究提供了極為方便的手段可以直接對(duì)經(jīng)液相色譜柱和毛細(xì)管電泳柱分離的試樣進(jìn)行定性和定量測(cè)定分辨率只有1~2nm，價(jià)格較貴

2023/2/5分光光度法的應(yīng)用一、定性分析（一）定性方法紫外－可見分光光度法在無機(jī)定性分析中并未得到廣泛的應(yīng)用利用紫外－可見分光光度法確定未知不飽和化合物結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)骨架時(shí)，一般有兩種方法：一是比較吸收光譜的曲線二是用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計(jì)算最大吸收波長(zhǎng)，然后與實(shí)測(cè)值比較2023/2/5（二）計(jì)算不飽和有機(jī)化合物吸收波長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則2023/2/5二、有機(jī)化合物構(gòu)型和構(gòu)象的確定順式異構(gòu)體的最大吸收波長(zhǎng)比反式異構(gòu)體小，因此有可能用紫外光譜法確定一些化合物的構(gòu)型和構(gòu)象利用紫外光譜法，還可以測(cè)定某些化合物的互變異構(gòu)現(xiàn)象

2023/2/5三、定量分析1.

UV-VIS定量分析特性靈敏度可達(dá)10-4~10-5mol·L-1，甚至可達(dá)10-6~10-7mol·L-1準(zhǔn)確度好，相對(duì)誤差在1%-3%范圍內(nèi)，如果操作得當(dāng)，則誤差往往可減少到百分之零點(diǎn)幾操作容易、簡(jiǎn)單2023/2/52.

分析條件的選擇A．儀器測(cè)量條件合適的吸光度范圍（調(diào)節(jié)待測(cè)物濃度、選用適當(dāng)厚度的吸收池等）入射光波長(zhǎng)和狹縫寬度

2023/2/5B．反應(yīng)條件的選擇顯色劑用量溶液酸度的選擇顯色反應(yīng)時(shí)間、溫度等2023/2/5C．參比溶液的選擇溶劑參比試劑參比試樣參比平行操作溶液參比

2023/2/5D．干擾及消除方法控制酸度掩蔽劑選擇適當(dāng)分析波長(zhǎng)分離2023/2/53．單組分定量方法對(duì)單一物質(zhì)的定量分析比較簡(jiǎn)單，一般選用工作曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行定量分析

2023/2/54.

多組分定量方法2023/2/5兩個(gè)以上吸光組分的混合物，根據(jù)其吸收峰的相互干擾情況，選擇適當(dāng)分析方法當(dāng)兩組分僅部分重疊時(shí)，可通過選擇適當(dāng)?shù)娜肷涔獠ㄩL(zhǎng)，按單一組分的方法測(cè)定當(dāng)兩組分相互重疊嚴(yán)重時(shí)，不可能采用單純的單波長(zhǎng)分光光度法測(cè)定，只能采用多組分定量方法

2023/2/5(1)

解聯(lián)立方程組的方法在A和B的最大吸收波長(zhǎng)λ1和λ2處，分別測(cè)定混合物的吸光度AA+B(λ1)和AA+B(λ2)，根據(jù)吸光度的加和性原則，得到下列二元一次方程組，通過解此方程組，求得各組分濃度AA+B(λ1)=εA(λ1)●bcA+εB(λ1)●bcBAA+B(λ2)=εA(λ2)●bcA+εB(λ2)●bcB

2023/2/5如果有n個(gè)組分，就必須在n個(gè)波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度的加和值，然后解n元一次方程組，才能求得各組分含量隨著測(cè)量組分的增多，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差也將增大解聯(lián)立方程組的方法是儀器分析中定量測(cè)定被干擾組分的一個(gè)基本方法，它也常用于紅外光譜法、質(zhì)譜法和熒光光度法等方法

2023/2/5(2)雙波長(zhǎng)分光光度法A.等吸收波長(zhǎng)法

SelectionofWavelength

2023/2/5為了消除某組分的吸收，一般采用作圖法，確定干擾組分等吸收波長(zhǎng)。若A是干擾組分，B是待測(cè)組分，將測(cè)定波長(zhǎng)λ2選在待測(cè)組分B的吸收峰或其附近處，而參比波長(zhǎng)λ1則選在使A組分在λ1的吸光度等于它在λ2的吸光度（AA(λ1)=AA(λ2)）處。根據(jù)吸光度的加和原則，混合物在λ1和λ2的吸光度分別為：A(λ1)=AA(λ1)+AB(λ1)（8-4）A(λ2)=AA(λ2)+AB(λ2)（8-5）

2023/2/5雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)的輸出信號(hào)為：ΔA=A(λ2)-A(λ1) （8-6）將（8-4）式和（8-5）式代入（8-6）式，可得ΔA=AA(λ2)+AB(λ2)-AA(λ1)-AB(λ1) （8-7）由于雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)使用同一光源，即λ1與λ2強(qiáng)度相等，根據(jù)AA(λ1)=AA(λ2)，所以（8-7）式可寫成:ΔA=AB(λ2)-AB(λ1)=(εB(λ2)-εB(λ1))b·c（8-8）

2023/2/5B.系數(shù)倍率法

SelectionofWavelength

2023/2/5當(dāng)干擾組分A不存在吸光度相等的兩個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，采用上述方法不能測(cè)量B組分的含量此時(shí)，可采用系數(shù)倍率法測(cè)定。設(shè)A組分在λ2和λ1的吸光度分別為AA(λ2)和AA(λ1)，則倍率系數(shù)K=AA(λ2)/AA(λ1)。若使用系數(shù)倍率儀將AA(λ1)擴(kuò)大K倍，則有：KAA(λ1)=AA(λ2)，KAA(λ1)-AA(λ2)=0與等吸收波長(zhǎng)法相似，A組分的干擾被消除

2023/2/5C.雙波長(zhǎng)法測(cè)定混濁樣品在雙波長(zhǎng)法測(cè)定中，若將λ2設(shè)在試樣的吸收峰上，λ1設(shè)在試樣無特征吸收的波長(zhǎng)上，此時(shí)λ1和λ2處的背景吸收應(yīng)相等。顯然，λ2上測(cè)得的是試樣本身的吸收與背景吸收的總和，λ1測(cè)得的是背景吸收。因此用雙波長(zhǎng)法可以消除因試樣混濁產(chǎn)生的背景吸收2023/2/5D.雙波長(zhǎng)分光光度法的特點(diǎn)可進(jìn)行混濁試樣的分析通過適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)組合，可進(jìn)行雙組分或三組分混合物的同時(shí)測(cè)定當(dāng)λ1、λ2相差1-2nm時(shí)，使用雙波長(zhǎng)同時(shí)掃描，可記錄一階導(dǎo)數(shù)光譜采用一波長(zhǎng)固定，另一波長(zhǎng)掃描，記錄吸收光譜，可消除混濁背景的影響采用雙筆記錄器，可記錄溶液中發(fā)生的兩種現(xiàn)象

2023/2/5(3)導(dǎo)數(shù)分光光度法A．獲得導(dǎo)數(shù)光譜的方法用分光器進(jìn)行微分操作的光學(xué)微分法，如，雙波長(zhǎng)掃描法、波長(zhǎng)調(diào)制法和固定狹縫法將儀器的輸出信號(hào)用電子學(xué)方法轉(zhuǎn)換成微分輸出信號(hào)的電學(xué)微分法，如位移記憶法、模擬微分法和用計(jì)算機(jī)的數(shù)字微分法2023/2/5B．影響導(dǎo)數(shù)光譜的因素不同的微分方法其影響因素不完全相同。影響導(dǎo)數(shù)光譜的儀器參數(shù)為：狹縫、△λ值、掃描速度、時(shí)間常數(shù)和橫軸擴(kuò)展因子2023/2/5C．導(dǎo)數(shù)光譜的優(yōu)點(diǎn)能夠分辨兩個(gè)或兩個(gè)以上完全重疊或以很小波長(zhǎng)差相疊的吸收峰能夠分辨吸光度隨波長(zhǎng)急劇上升時(shí)所掩蓋的弱的吸收峰能夠確認(rèn)寬闊吸收帶的最大吸收波長(zhǎng)

2023/2/5D．測(cè)量導(dǎo)數(shù)光譜峰值的方法

導(dǎo)數(shù)光譜的圖解測(cè)定法p.峰-谷法；t.基線法；z.峰-零法

2023/2/5峰－谷法

如果基線平坦，可通過測(cè)量?jī)蓚€(gè)極值之間的距離p來進(jìn)行定量分析。這是較常用的方法如果峰、谷之間的波長(zhǎng)差較小，即使基線稍有傾斜，仍可采用此法2023/2/5基線法

當(dāng)用此法測(cè)量時(shí)，不管基線是否傾斜，只要它是直線，總能測(cè)得較準(zhǔn)確的數(shù)值。2023/2/5峰－零法

它只適用于導(dǎo)數(shù)光譜是對(duì)稱時(shí)的情況，故