分光光度技术

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1、 分光光度技术分光光度技术 分光光度法是利用物质所特有的吸收光谱来鉴别物质分光光度法是利用物质所特有的吸收光谱来鉴别物质或测定其含量的技术。或测定其含量的技术。第一节第一节 光学原理光学原理 把电磁波按频率大小，从频率最小的无线电波把电磁波按频率大小，从频率最小的无线电波到频率最大的到频率最大的 射线排列，既为射线排列，既为电磁波的波谱电磁波的波谱电磁波谱电磁波谱 当光线通过某种物质的溶液时，透过当光线通过某种物质的溶液时，透过光的强度会减弱。因为它分成了三部光的强度会减弱。因为它分成了三部分：分：一部分光在溶液的表面一部分光在溶液的表面反射或分散反射或分散，一部分被组成此溶液的物质所一部分被

2、组成此溶液的物质所吸收吸收，其余便是其余便是透过光透过光的强度。即：的强度。即：入射光入射光=反射光反射光+分散光分散光+吸收光吸收光+透过透过光光 “空白空白”校正校正：在检测过程中，若用蒸馏水或待测溶液：在检测过程中，若用蒸馏水或待测溶液的溶剂作为的溶剂作为“空白空白”校正反射、分散等因素所造成的入校正反射、分散等因素所造成的入射光的损失，则：射光的损失，则：入射光入射光(I I。)=)=吸收光吸收光+透过光透过光(I)I)分光光度法是利用物质所特有的吸收光谱来鉴别分光光度法是利用物质所特有的吸收光谱来鉴别物质或测定其含量的技术。物质或测定其含量的技术。吸收光谱（吸收光谱（absorpti

3、on spectrumabsorption spectrum）即物质对不）即物质对不同波长光的吸收程度不同而产生的光谱。同波长光的吸收程度不同而产生的光谱。分子对各个波长的光吸收程度不同，这是分子的分子对各个波长的光吸收程度不同，这是分子的结构特性所决定的。结构特性所决定的。J物质所发射的光是具有波粒二象性波粒二象性：微粒性 波动性E 为光子的能量；为光波的频率（Hz）；h为普朗克常数（6.626）；c为光速（2.9977108ms）；为光波的波长 hchE光波具有一定的频率。不同单色光的颜色不同，即因其频率不光波具有一定的频率。不同单色光的颜色不同，即因其频率不同所致。同所致。不同频率的光波

4、在真空中的传播速度相同。根据光的速度不同频率的光波在真空中的传播速度相同。根据光的速度(c)c)和和频率频率(v)v)可计算出它的波长可计算出它的波长(入入 )hchEEE02S2S1S0S3E2E0E1E302EEhh J物质的吸收光谱:在连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱被称作吸收光谱,包括分子吸收光谱和原子吸收光谱。吸收光谱取决于物质的结构。从一个有连续光谱的光源，逐步地分出各个波长的光，使从一个有连续光谱的光源，逐步地分出各个波长的光，使其透过待测物的真溶液，测出其在不同波长时的光密度；其透过待测物的真溶液，测出其在不同波长时的光密度；然后以波长为横坐标，光密度为纵坐标，就可

5、以得到待测然后以波长为横坐标，光密度为纵坐标，就可以得到待测物的吸收光谱曲线；物的吸收光谱曲线；由此找出其中吸收最强的波长，作为灵敏光波长对该物质由此找出其中吸收最强的波长，作为灵敏光波长对该物质未知液液进行定量测定。未知液液进行定量测定。曲线曲线1-1-细菌叶绿素细菌叶绿素a a；曲线；曲线2-2-叶绿素叶绿素a a；曲线；曲线3-3-叶叶绿素绿素b b；曲线；曲线4-4-藻胆红素；曲线藻胆红素；曲线5-5-类胡萝卜素类胡萝卜素J朗伯-比尔定律：I0：入射光强度 C:溶液浓度 b:液层厚度 I:透射光强度 T:透光度 A:吸光度 k:吸光系数kbcIIT100kbcTIIIITA1lglgl

6、glg00bI0I朗伯-比尔定律的适用条件：1.入射光为单色光单色光。波长范围越大，单色光纯度越低，偏离越大；2.溶液中邻近分子的存在并不改变每一给定分子的特性，即分子间互不干扰。3.适用于分子吸收和原子吸收分子吸收和原子吸收。光谱分析技术的分类光谱分析技术的分类 分子吸收法:可见与紫外分光光度法、红外光谱法 分子光谱 分子发射法:分子荧光光度法光谱技术 原子吸收法：原子吸收法 原子光谱 原子发射法：发射光谱分析法、原子荧光法等 第二节第二节 紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计 分光光度计分光光度计:能从含有各种波长的混合光中将每一单色光分离出来并测量其强度的仪器。分析精密度高分析精密度高

7、 测量范围广测量范围广 分析速度快分析速度快 样品用量少样品用量少 射射线线x射射线线紫紫外外光光红红外外光光微微波波无无线线电电波波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 见见 光光根据使用的波长范围不同分为紫外光区、可见光区、红外光区以及万用（全波段）分光光度计等。紫外紫外-可见分光光度计：可见分光光度计：工作波段在工作波段在200nm200nm800nm800nm的分光光度计。其中：的分光光度计。其中：200nm200nm400nm400nm为为紫外光区紫外光区。400nm400nm800nm800nm为为可见光区可

8、见光区。属于分子吸收光谱仪。属于分子吸收光谱仪。721 可见分光光度计可见分光光度计 722系列系列 可见分光光度计可见分光光度计 SP-756P紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计 TENSOR系列红外光谱仪系列红外光谱仪 0.208一、紫外一、紫外-可见分光光度计的基本结构和工作原理可见分光光度计的基本结构和工作原理紫外紫外-可见分光光度计的基本结构示意图可见分光光度计的基本结构示意图 它包括它包括5 5个基本部件：光源、单色器、吸收池、个基本部件：光源、单色器、吸收池、检测器和测量仪表检测器和测量仪表光源（光源（light sourcelight source）：）：提供入射光的装置。要

9、求:1.能在所需波长范围的光谱区域内发射连续光谱；2.有足够的辐射强度并能长时间稳定。常用的光源有热辐射灯（钨灯、卤钨灯等），气体放电灯（氢灯、氘灯及氙灯等），金属弧灯（各种汞灯）等。几种常见光源比较几种常见光源比较光源波长范围(nm)特 点3202500钨丝易蒸发，寿命短。用于可见光区卤钨灯3202500加入卤素使用寿命延长，稳定性好185375用于紫外区氘灯185375发光强度比氢灯高35倍汞灯254734用于紫外或荧光分析仪单色器（单色器（MonochromatorMonochromator）：）：是将来自光源的复合光分解为单色光并分离出所需波段光束的装置。入射狭缝：限制杂散光进入；色散

10、元件：将复合光分解为 单色光，有棱镜和光栅两种；准直镜：将来自色散元件的 平行光束聚集在出射狭缝上；出射狭缝：将固定波长范围 的光射出单色器，可以限制 通带宽度。吸收池（吸收池（absorption cellabsorption cell）：）：是用来盛放被测溶液的器件。在可见光区常用无色光学玻璃或塑料制作；在低于低于350 350 nmnm的的紫外区需用能透紫外线的石英或熔凝石英制作。同一套吸收池的厚度、透光面的透射、反射、折射应严格保持一致。指纹、油污及池壁上的沉淀物都会影响吸收池的透光性能。微型吸收池（微型吸收池（Microdrill absorption cellMicrodrill

11、absorption cell）：“光程/体积比”提高了近10倍。多光路吸收池（多光路吸收池（Multipie-path absorption Multipie-path absorption cellcell）：）：在吸收池壁上装有反射镜，使光线在溶液中经多次反射后才离开吸收池，大大增加了有效光程，提高了测定的灵敏度。J通过改进吸收池的几何形状，可提高“光程/体积比”，即尽可能延长单位体积的光程。常用的有：检测器：检测器：把光信号转换为电信号的装置。对检测器的要求：1、产生的电信号与照射到它上面的光强有恒定的函数关系；2、波长响应范围大；3、灵敏度高；4、响应速度快，一般要求小于10-8s；

12、5、产生的电信号易于检测、放大，噪声低。检测器工作原理检测器工作原理 光照射在某些金属表面，会有光电子从金属表面逸出，这种光电效应称为外光电效应。利用外光电效应可以制成光电管和光电倍增管。光深入到物体内部，将物体内部原子中的一部分束缚电子激发成自由电子，但这些电子并不逸出物体，而是留在物体内部从而使物体导电性增强，称为内光电效应。利用内光电效应可制成光敏电阻、光敏二极管以及光电池。几种常用检测器比较几种常用检测器比较检测器 工 作 原 理 特 点光电管外光电效应简单,灵敏度低光电倍增管外光电效应与多级二次发射体相结合灵敏度比光电管高200多倍光电二极管阵列外光电效应，由一行光敏区和二行读出寄存

13、器构成可同时检测多个波长的光强度。寿命长、光谱响应范围宽、可靠性高、读出速度快光电池内光电效应结实、便宜、使用方便。但产生的电流大小不稳定电荷耦合器件模拟集成电路芯片能同时多谱线检测，极大地提高分析速度第三节第三节 分光光度技术的应用分光光度技术的应用 一、测定溶液中物质的含量一、测定溶液中物质的含量 可见或紫外分光光度法都可用于测定溶液中物质的含量。比色法：比色法：这需要测定标准溶液(浓度已知的溶液)和未知液(浓度待测定的溶液)的吸光度，将两者进行比较。由于所用吸收池的厚度是一样的，可用下式进行计算。Ax/As=KCxL/KCsL，即：即：Cx=AxCs/As式中式中Cx代表代表未知液的浓度

14、未知液的浓度，Cs代表代表标准液的浓度标准液的浓度，Ax和和As分别代表分别代表未知液未知液和和标准液标准液所测得的所测得的吸光度值吸光度值，式中只有式中只有Cx是未知的，可由上式计算得之。是未知的，可由上式计算得之。分光度法：分光度法：可以先测出不同浓度的标准液的吸光度，可以先测出不同浓度的标准液的吸光度，绘制绘制标准曲线标准曲线，在选定的浓度范围内标准曲线应该在选定的浓度范围内标准曲线应该是一条直线是一条直线.然后测定出未知液的吸光度，即可从标准曲线然后测定出未知液的吸光度，即可从标准曲线上查到其相对应的浓度。上查到其相对应的浓度。含量测定时所用波长通常要选择被测物质的含量测定时所用波长通

15、常要选择被测物质的最最大吸收波长大吸收波长，这样做有两个好处：这样做有两个好处：灵敏度大灵敏度大，物质在含量上的稍许变化将引起较大的物质在含量上的稍许变化将引起较大的吸光度差异；吸光度差异；可以可以避免其他物质的干扰避免其他物质的干扰。二、用紫外光谱鉴定化合物二、用紫外光谱鉴定化合物 使用分光光度计可以绘制吸收光使用分光光度计可以绘制吸收光谱曲线。谱曲线。方法是用各种波长不同的单色光方法是用各种波长不同的单色光分别通过某一浓度的溶液，测定分别通过某一浓度的溶液，测定此溶液对每一种单色光的吸光度此溶液对每一种单色光的吸光度 以以波长为横坐标波长为横坐标，以，以吸光度为纵吸光度为纵坐标坐标绘制吸光

16、度绘制吸光度波长曲线，此波长曲线，此曲线即曲线即吸收光谱曲线吸收光谱曲线。各种物质有它自己一定的吸收光各种物质有它自己一定的吸收光谱曲线，因此用吸收光谱曲线图谱曲线，因此用吸收光谱曲线图可以进行可以进行物质种类的鉴定物质种类的鉴定 当一种未知物质的吸收光谱曲线当一种未知物质的吸收光谱曲线和某一已知物质的吸收光谱曲线和某一已知物质的吸收光谱曲线形状一样时，则很可能它们是同形状一样时，则很可能它们是同一物质。一物质。一定物质在不同浓度时，其吸收光谱曲线中峰值的大一定物质在不同浓度时，其吸收光谱曲线中峰值的大小不同，但形状相似，即吸收高峰和低谷的波长是一小不同，但形状相似，即吸收高峰和低谷的波长是一

17、定不变的。定不变的。紫外光吸收是由紫外光吸收是由不饱和的结构不饱和的结构造成的，含有造成的，含有双键双键的的化合物能表现出吸收峰。化合物能表现出吸收峰。紫外光吸收光谱比较简单，同一种物质的紫外光吸收光谱紫外光吸收光谱比较简单，同一种物质的紫外光吸收光谱应完全一致，但具有相同吸收光谱的化合物其结构不一定应完全一致，但具有相同吸收光谱的化合物其结构不一定相同。相同。除了特殊情况外，单独依靠紫外光吸收光谱不能决定一个除了特殊情况外，单独依靠紫外光吸收光谱不能决定一个未知物的结构，必须与其他方法配合。未知物的结构，必须与其他方法配合。紫外光吸收光谱分析主要用于紫外光吸收光谱分析主要用于已知物已知物质的

18、质的定量分析定量分析和和纯度纯度分析分析。第四节第四节 分光光度法的误差分光光度法的误差 在分光光度法中，即使将各种因素都控制好，对于在分光光度法中，即使将各种因素都控制好，对于浓度浓度过大或过小过大或过小的样品，的样品，误差误差仍然很大。仍然很大。浓度过大的样品，其吸光度过高，影响检测器的灵敏度，浓度过大的样品，其吸光度过高，影响检测器的灵敏度，且读数标尺刻度的且读数标尺刻度的精度差精度差，误差亦大，故难于准确。，误差亦大，故难于准确。浓度过低的样品，其吸光度小，则因与仪器本身因素有浓度过低的样品，其吸光度小，则因与仪器本身因素有关，也容易引起检测器标尺上的关，也容易引起检测器标尺上的读数误

19、差读数误差。例如光源波。例如光源波动的影响：当光源强度改变动的影响：当光源强度改变1 1、吸光度为、吸光度为1.01.0时，只有时，只有0.40.4的误差，但在吸光度为的误差，但在吸光度为O.045O.045时，则可产生时，则可产生9.69.6的的误差。误差。实际上，在整个透光度实际上，在整个透光度(或吸光度或吸光度)范围的范围的不同部分均有不同的误差。不同部分均有不同的误差。从理论上推算，相对误差的最小的部分在从理论上推算，相对误差的最小的部分在透光度为透光度为36.836.8处处(或吸光度为或吸光度为O.4343O.4343处处)故通常认为测定值在故通常认为测定值在吸光度吸光度0.200.

20、200.800.80范范围围内内(透光度为透光度为20206565)误差较小，超误差较小，超出此范围，相对误差均会增大。出此范围，相对误差均会增大。【注意事项】1.1.仪器须安放在稳固的工作台上，不能随意搬动。严防震仪器须安放在稳固的工作台上，不能随意搬动。严防震动，潮湿和强光直射。动，潮湿和强光直射。2.2.盛装比色液时，约达比色皿盛装比色液时，约达比色皿2/32/3体积，不宜过多或过少体积，不宜过多或过少。若不慎使溶液流至比色皿外面须用棉花或拭镜纸擦干，。若不慎使溶液流至比色皿外面须用棉花或拭镜纸擦干，才能放入比色架。拉比色杆时要轻，以防溶液溅出，腐蚀才能放入比色架。拉比色杆时要轻，以防溶

21、液溅出，腐蚀机械。机械。3.3.千万不可用手或滤纸等物摩擦比色皿的透光面。千万不可用手或滤纸等物摩擦比色皿的透光面。4.4.比色皿用后应立即用自来水冲洗干净，若不能洗净，用比色皿用后应立即用自来水冲洗干净，若不能洗净，用5%5%中性皂溶液或洗衣粉溶液浸泡，也可用新鲜配制的重铬中性皂溶液或洗衣粉溶液浸泡，也可用新鲜配制的重铬酸钾洗液短时间浸泡，然后用水冲洗干净，倒置晾干。酸钾洗液短时间浸泡，然后用水冲洗干净，倒置晾干。5.5.每套分光光度计上的比色皿和比色皿架不得随意更换。每套分光光度计上的比色皿和比色皿架不得随意更换。6.6.试管或试剂不得放置于仪器上，以防试剂溅出腐蚀机壳。试管或试剂不得放置

22、于仪器上，以防试剂溅出腐蚀机壳。7.7.如果试剂溅在仪器上，应立即用棉花或纱布擦干。如果试剂溅在仪器上，应立即用棉花或纱布擦干。8.8.测定溶液浓度的光密度值宜在测定溶液浓度的光密度值宜在0.10.70.10.7之间最符合光吸收之间最符合光吸收定律，线性好，读数误差较小。如光密度超过定律，线性好，读数误差较小。如光密度超过0.11.00.11.0范围范围，可调节比色液浓度，适当稀释或加浓，再进行比色。，可调节比色液浓度，适当稀释或加浓，再进行比色。9.9.合上检测室盖连续工作的时间不宜过长，以防光电管疲乏合上检测室盖连续工作的时间不宜过长，以防光电管疲乏。每次读完比色架内的一组读数后，立即打开

23、检测室盖。每次读完比色架内的一组读数后，立即打开检测室盖。10.10.仪器连续使用不应超过仪器连续使用不应超过2 2小时，必要时间歇半小时小时，必要时间歇半小时再用。再用。11.11.测定未知液时，先作该溶液的吸收光谱曲线，再测定未知液时，先作该溶液的吸收光谱曲线，再选择最大吸收峰的波长作为测定波长。选择最大吸收峰的波长作为测定波长。12.72112.721分光光度计的放大器暗盒及单色器箱处放有两分光光度计的放大器暗盒及单色器箱处放有两个硅胶筒，检测室内放硅胶袋，应经常检查，发现硅个硅胶筒，检测室内放硅胶袋，应经常检查，发现硅胶变色，应更换新硅胶或烘干再用。胶变色，应更换新硅胶或烘干再用。13.13.仪器较长时间不使用，应定期通电、预热。仪器较长时间不使用，应定期通电、预热。14.14.仪器用完之后，须拔去电源，套上仪器罩。仪器用完之后，须拔去电源，套上仪器罩。紫外紫外-可见分光光度计常见故障及排除方法可见分光光度计常见故障及排除方法 L分光光度计常见故障包括光路、电路故障。L根据故障不同应采取不同的排除措施。L接通电源后，指示灯不亮，仪器不工作，可能是电路故障；L读数表不能调零（即0T）和不能置100T则可能是光路故障或微电流放大器损坏。