紫外分光光度计使用方法和原理.ppt

紫外紫外/可见分光光度计的使用原理和方法可见分光光度计的使用原理和方法1.紫外紫外/可见吸收光谱可见吸收光谱2.朗伯朗伯-比耳定律比耳定律3.紫外紫外/可见分光光度计可见分光光度计4.分析条件的选择分析条件的选择5.测定方法测定方法6.在医学检验中的应用在医学检验中的应用7.紫外紫外/可见分光光度计使用领域可见分光光度计使用领域紫外紫外/可见分光光度法可见分光光度法(Ultraviolet/Visible spectrophotometry,UV/VIS)按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外-可见分光光度法。它是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用，对物质进行定性定性分析分析、定量分析定量分析及结构分析结构分析,所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。紫外紫外/可见分光光度法的特点可见分光光度法的特点1.与其它光谱分析方法相比，其仪器设备和仪器设备和 操作都比较简单，费用少，分析速度快操作都比较简单，费用少，分析速度快;2.灵敏度高灵敏度高;3.选择性好选择性好;4.精密度和准确度较高精密度和准确度较高;5.用途广泛。用途广泛。1.紫外紫外/可见吸收光谱可见吸收光谱1.物质对光的选择性吸收物质对光光的吸收是选择性选择性的，利用被测物质对某波长的光的吸收来了解物质的特性，这就是光谱法的基础光谱法的基础。通过测定被测物质对不同波长的光的吸收强度（吸光度），以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得出该物质在测定波长范围的吸收曲线吸收曲线。如图3-1；在吸收曲线中，通常选用最大吸收波长max进行物质含量的测定。2.有机化合物的紫外/可见吸收光谱与紫外-可见吸收光谱有关的电子有三种，即形成单键的电子、形成双键的电子以及未参与成键的n电子。跃迁类型有：*、n*、*、n*四种。2.1有机化合物的电子跃迁 饱合有机化合物饱合有机化合物的电子跃迁类型为*，n*跃迁，吸收峰一般出现在真空紫外区，吸收峰低于200nm，实际应用价值不大。不饱合机化合物不饱合机化合物的电子跃迁类型为n*，*跃迁，吸收峰一般大于200nm。生色团：是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。人们通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统定义为生色团。见表3-1和3-2。助色团：是指带有非键电子对的基团，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它们本身不能吸收大于200nm的光，但是当它们与生色团相连时，会使生色团的吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸收强度。红移和紫移在有机化合物中，常常因取代基的变更或溶剂的改变，使其吸收带的最大吸收波长max发生移动。向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为紫移。2.2有机化合物的吸收带吸收带(absorptionband):在紫外光谱中，吸收峰在光谱中的波带位置。根据电子及分子轨道的种类，可将吸收带分为四种类型。(1)R吸收带(2)K吸收带(3)B吸收带(4)E吸收带3无机化合物的紫外/可见吸收光谱镧系和锕系元素的离子对紫外和可见光的吸收是基于内层f电子电子的跃迁而产生的。其紫外可见光谱为一些狭长的特征吸收峰，这些峰几乎不受金属离子的配位环境的影响。1.f电子跃迁吸收光谱过渡金属的电子跃迁类型为d电子电子在不同d轨轨道道间的跃迁，吸收紫外或可见光谱。这些峰强烈受配位环境的影响。例如cu2+以水为配位体，吸收峰在794nm处，而以氨为配位体，吸收峰在663nm处。此类光谱吸收强度弱，较少用于定量分析。2.d电子跃迁吸收光谱3.电荷迁移光谱某些分子既是电子给体电子给体，又是电子受体电子受体，当电子受辐射能激发从给体外层轨道向受体跃迁时，就会产生较强的吸收，这种光谱称为电荷迁移光谱。如苯酰基取代物在光作用下的异构反应。1.4影响紫外/可见吸收光谱的因素物质的吸收光谱与测定条件有密切的关系。测定条件（温度、溶剂极性、pH等）不同，吸收光谱的形状形状、吸收峰吸收峰的位置、吸收强度吸收强度等都可能发生变化。1.温度在室温范围内，温度对吸收光谱的影响不大。2.溶剂注意如下几点：（1）尽量选用低极性溶剂；（2）能很好地溶解被测物，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性；（3）溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。3.pH值1.5 紫外紫外/可见吸收光谱的应用可见吸收光谱的应用紫外-可见吸收光谱除主要可用于物质的定量分析定量分析外，还可以用于物质的定性分析、纯度鉴定、结构分析。紫外吸收光谱定性分析是利用光谱吸收峰的数目、峰位置、吸收强度等特征来进行物质的鉴定。用紫外吸收光谱确定试样的纯度是比较方便的。如蛋白质与核酸的纯度分析中，可用A280/A260的比值，鉴定其纯度。紫外/可见吸收光谱一般不用于化合物的结构分析，但利用紫外吸收光谱鉴定化合物中的共轭结构和芳环结构还是有一定价值。例如，某化合物在近紫外区内无吸收，说明该物质无共轭结构和芳香结构。2.朗伯朗伯-比尔定律比尔定律设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia,透射光强度为It，反射光强度为Ir，则I0=Ia+It+Ir由于反射光强度基本相同，其影响可相互抵消，上式可简化为：I0=Ia+It一、吸光度和透光度一、吸光度和透光度吸光度吸光度:为透光度倒数的对数，用A表示，即A=lg1/T=lgI0/It透光度：透光度：透光度为透过光的强度It与入射光强度I0之比，用T表示：即T=It/I0二、朗伯二、朗伯-比尔定律比尔定律朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比，即A=cl 式中比例常数与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关。c为吸光物质浓度，l为透光液层厚度。朗伯-比尔定律是紫外-可见分光光度法的理论基础。三、吸光系数当l以cm，c以g/L为单位，称为吸光吸光系数系数，用a表示。A=acla的单位为L/(g.cm)当l以cm，c以mol/L为单位，称为摩尔摩尔吸光系数吸光系数，用表示。的单位为的单位为L/mol.cm，它表示物质的浓度它表示物质的浓度为为1mol/L，液层厚度为液层厚度为1cm时，溶液的吸光时，溶液的吸光度度。摩尔吸光系数比吸光系数比吸光系数是指百分含量为1%，l为1cm时的吸光度值，用表示。四、偏离朗伯-比耳定律的因素（1）入射光为非单色光）入射光为非单色光（3）光程的不一致性。）光程的不一致性。光源不是点光源，比色皿光径长度不一致，光学元件的缺陷引起的多次反射等，均造成光径不一致，从而与定律偏离。（2）溶液的不均性。）溶液的不均性。实际样品的混浊，加入的保护胶体，蒸馏水中的微生物，存在散射以及共振发射等，均可吸光质点的吸光特性变化大。3.紫外紫外/可见分光光度计可见分光光度计一、主要部件的性能与作用基本结构:光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器信号显示系统信号显示系统样品样品在紫外可见分光光度计中，常用的光源有两类：热辐射光源和气体放电光源热辐射光源和气体放电光源1.光源热辐射光源用于可见光区，如钨灯和卤钨灯；气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。单色器的主要组成：入射狭缝、出射狭缝、色散元件和准直镜等部分。2.单色器单色器质量的优劣，主要决定于色散元件的质量。色散元件常用棱镜棱镜和光栅和光栅。吸收池又称比色皿或比色杯，按材料可分为玻璃吸收池和石英吸收池，前者不能用于紫外区。3.吸收池吸收池的种类很多，其光径可在0.110cm之间，其中以1cm光径吸收池最为常用。4.检测器检测器的作用是检测光信号，并将光信号转变为电信号。现今使用的分光光度计大多采用光电管或光电倍增管作为检测器。5.信号显示系统常用的信号显示装置有直读检流计，电位调节指零装置，以及自动记录和数字显示装置等。二、紫外二、紫外/可见分光光度计的类型可见分光光度计的类型按其光学系统可分为单波长分光光度计和双波长分光光度计。双波长分光光度计双波长分光光度计的优点：是可以在有背景干忧或共存组分吸收干扰的情况下对某组分进行定量测定。三、分光光度计的校正和检验4 分析条件的选择分析条件的选择一、仪器测量条件的选择由朗伯-比尔定律可知：A=lg1/T=cl微分后得：dlgTldcT/T=-lc代入朗伯-比尔定律有：c/c要使测定的相对误差c/c最小最小，求导取极小得出：lgT=-0.4343=A即当时，吸光度测量误差最小时，吸光度测量误差最小。最适宜的测量范围为0.20.8之间。通常是根据被测组分的吸收光谱，选择最强吸收带的最大吸收波长为入射波长。当最强吸收峰的峰形比较尖锐时，往往选用吸收稍低，峰形稍平坦的次强峰或肩峰进行测定。3狭缝宽度的选择为了选择合适的狭缝宽度，应以减少狭缝宽度时试样的吸光度不再增加吸光度不再增加为准。一般来说，狭缝宽度大约是试样吸收峰半宽度的十分之一。对多种物质进行测定，常利用显色反应将被测组分转变为在一定波长范围有吸收的物质。常见的显色反应有配位反应、氧化还原反应等。二、显色反应条件的选择这些显色反应，必须满足以下条件：4.反应生成物的组成恒定。3.反应生成的产物有足够的稳定性足够的稳定性，以保证测量过程中溶液的吸光度不变；2.反应有较高的选择性较高的选择性，即被测组分生成的化合物吸收曲线应与共存物质的吸收光谱有明显的差别；1.反应的生成物必须在紫外紫外/可见光区可见光区有较强较强的吸光能力吸光能力，即摩尔吸光系数较大；1.酸度显色反应最适宜的酸度范围可通过实验来确定：测定某一固定浓度的试样的吸光度随酸度的变化，以吸光度为纵坐标，溶液的PH值为横坐标作图。测定试样溶液的吸光度，需先用参比溶液调节透光度（吸光度为0）为100%，以消除其它成分及吸光池和溶剂等对光的反消除其它成分及吸光池和溶剂等对光的反射和吸收带来的测定误差射和吸收带来的测定误差。三、参比溶液的选择参比溶液的选择视分析体系而定，具体有：1.溶剂参比溶剂参比试样简单、共存其它成分对测定波长吸收弱，只考虑消除溶剂与吸收消除溶剂与吸收池池等因素；2.试样参比试样参比如果试样基体溶液在测定波长有吸收，而显色剂不与试样基体显色时，可按与显色反应相同的条件处理试样，只是不加入显色剂。3.试剂参比试剂参比如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件，不加入试样，同样加入试剂和溶剂作为参比溶液。4.平行操作参比平行操作参比用不含被测组分的试样，在相同的条件下与被测试样同时进行处理，由此得到平行操作参比溶液。5 测定方法测定方法一、单组分定量方法单组分是指样品溶液中含有一种组分，或者是在混合物溶液中待测组分的吸收峰与其他共有物质的吸收峰无重叠。其定量方法包括校准曲线法校准曲线法、标准对比法和吸收系数法。1.校准曲线法（工作曲线法）方法：配制一系列不同含量的（4个以上）标准溶液，以空白溶液为参比溶液，在相同的条件下，测定系列标准溶液的吸光度，作A-c曲线曲线，即标准曲线，也可用最小二乘数处理，得线性回归方程回归方程。在相同条件下测定未知试样的吸光度，从标准曲线上就可以找到与之对应的未知试样的浓度。2.标准对比法即将待测溶液与某一标样溶液（标准样品的吸光度在以内较好），在相同的条件下，测定各自的吸光度，建立朗伯-比尔定律，解方程求出未知样浓度与含量。As=KcsAx=Kcx6紫外紫外/可见分光光度计在医学检验中的应用可见分光光度计在医学检验中的应用7紫外紫外/可见分光光度计使用领域可见分光光度计使用领域l科研机构科研机构l国家质检机构对产品的质量检验、质量控制、进出口商品的检验检疫、科研院所。l教学研究教学研究l应用于动力学研究、酸碱离解常数测定、光度滴定。7紫外紫外/可见分光光度计使用领域可见分光光度计使用领域l环境监测环境监测l按国家标准完成对水质、大气、降雨及土壤等的监测，测定其中各类污染的含量。l制造业制造业l应用于工业生产的过程控制和有机合成中间体的分析、食品中的添加剂、防腐剂、香料分析以及食品中的脂肪、酶、糖类、矿物质、维生素等营养成分的含量测定，化妆品等。7紫外紫外/可见分光光度计使用领域可见分光光度计使用领域l石油化工石油化工l应用于石化生产中的过程中控、成品检验。l卫生防疫卫生防疫l医药卫生、临床分析、疾控分析、生命领域的微量样品测定、人体生化指标分析、代谢产物分析、药品分析。l地质勘查地质勘查l应用于矿产中金属元素和无机盐的测定、海洋地质勘查、水文站等。7紫外紫外/可见分光光度计使用领域可见分光光度计使用领域l水质分析水质分析l应用于自来水厂、发电厂、污水处理厂。l农、林业农、林业l农药残留检测、作物成分检测、化肥检测、土壤成分检测、植物保护、植物检疫等。l牧、渔业牧、渔业l应用于兽药检测、饲料检测、动物疾病防治等。