光学概论和紫外法

1、第九章 光谱分析法概论光学分析法电磁辐射与电磁波谱光学分析法的分类 光学分析法光学分析法定义：利用光（电磁辐射）与物质相互作定义：利用光（电磁辐射）与物质相互作 用进行分析的方法用进行分析的方法三个主要过程三个主要过程能源提供能量能源提供能量能量与被测物质相互作用能量与被测物质相互作用产生被检测信号产生被检测信号微粒性：微粒性：能量能量 E=h =hc/= hc 电磁辐射与电磁波谱电磁辐射与电磁波谱电磁辐射：高速传播的光（量）子流（电磁辐射：高速传播的光（量）子流（射线、射线、X X射射 线、紫外可见、红外、微波、无线电波）。线、紫外可见、红外、微波、无线电波）。波动性：波动性： 波长（波长（

2、）：）：光波移动光波移动-周的距离，周的距离，“nm”表征参数表征参数 频率（频率（）：）：每秒钟的波动次数，每秒钟的波动次数，“HZ” 波数（波数（）：）：每厘米长度中波的数目，每厘米长度中波的数目，“cm-1” =c/，=1/= /c 1m=100cm=106m=109nm=1010AO电磁波谱：电磁波谱：将电磁波按波长顺序排列的图表将电磁波按波长顺序排列的图表0.0003nm0.03nm300nm30 m30cm30m射线射线X X射线射线紫外可见紫外可见红外红外微波微波无线电波无线电波辐射区段辐射区段 波长波长 频率频率 波数波数 能量能量 跃迁类型跃迁类型核反应核反应内层电子内层电子

3、外层电子外层电子分子振动分子振动分子转动分子转动磁场诱导核自旋磁场诱导核自旋能级跃迁能级跃迁电磁辐射与被测物质相互作用电磁辐射与被测物质相互作用基于对光的吸收和发射基于对光的吸收和发射 涉及内能变化涉及内能变化基于对光的透射、折射、衍射和旋光基于对光的透射、折射、衍射和旋光 不涉及内能变化不涉及内能变化 光学分析法的分类光学分析法的分类电磁辐射不同电磁辐射不同 与物质相互作用不同与物质相互作用不同 产生产生的现象不同的现象不同 可建立不同的光学分析法可建立不同的光学分析法光谱法：吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法光谱法：吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法非光谱法：折射法、旋光法、浊度法、非光谱

4、法：折射法、旋光法、浊度法、X X射线衍射法射线衍射法原子光谱法：气态原子外层电子吸收电磁辐射产生能级跃迁原子光谱法：气态原子外层电子吸收电磁辐射产生能级跃迁分子光谱法：分子吸收电磁辐射产生能级跃迁分子光谱法：分子吸收电磁辐射产生能级跃迁吸收光谱法：原子吸收、分子吸收（紫外、红外、核磁等）吸收光谱法：原子吸收、分子吸收（紫外、红外、核磁等）发射光谱法：原子发射、分子发射（荧光、磷光等）发射光谱法：原子发射、分子发射（荧光、磷光等）分子运动形式及能量：分子运动形式及能量： E总总=E0+E平平+E振振+E转转+E电子电子 特点：特点：能量是不连续的，量子化特征能量是不连续的，量子化特征 E=E2

5、-E1= E振振+ E转转+ E电子电子= h =hc/ E不同不同吸收光不同吸收光不同光谱不同光谱不同光学分析法的仪器光学分析法的仪器光源光源单色器单色器检测器检测器记录装置记录装置第十章 紫外-可见分光光度法目的要求：目的要求：n掌握分光光度计的各部件及其作用；掌握分光光度计的各部件及其作用；n了解紫外分光光度法的特点和应用；了解紫外分光光度法的特点和应用；n掌握基本概念掌握基本概念吸收光谱及其用途；吸收光谱及其用途；n掌握紫外分光光度法所涉及的电子跃迁类型和特点；掌握紫外分光光度法所涉及的电子跃迁类型和特点；n了解吸收带的类型和影响因素；了解吸收带的类型和影响因素；1.掌握紫外分光光度法

6、定量依据（掌握紫外分光光度法定量依据（L-B定律）、方法定律）、方法（等吸收双波长法）及其计算。（等吸收双波长法）及其计算。作业作业 P210 3. 4. 10. 11. 紫外紫外-可见分光光度法及其仪器可见分光光度法及其仪器紫外紫外-可见分光光度计示意图可见分光光度计示意图吸吸收收池池检检测测器器记记录录器器光光源源单单色色器器光源：光源：氢灯、氘灯氢灯、氘灯单色器：单色器：狭缝、色散元件（棱镜或光栅）、狭缝、色散元件（棱镜或光栅）、 准直镜准直镜吸收池：吸收池：石英吸收池石英吸收池检测器：检测器：光电倍增管、光二极管阵列检测器等光电倍增管、光二极管阵列检测器等记录器：记录器：电表指示、数字

7、显示、荧光屏显示等电表指示、数字显示、荧光屏显示等优点：准确度高、优点：准确度高、 灵敏度较高、灵敏度较高、 操作简便、应用广操作简便、应用广紫外分光光度法实质、优点、用途紫外分光光度法实质、优点、用途实质：实质：分子吸收光谱、电子光谱分子吸收光谱、电子光谱用途：定量测定、定性鉴定、结构推断用途：定量测定、定性鉴定、结构推断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谱（吸收光谱（A曲线）曲线）特点：特点：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：定性鉴定：即同一条件下，同一物质定性鉴定：即同一条件下，同一物质 的的A-曲线相同曲线相同 定

8、量测定：选测定波长的依据定量测定：选测定波长的依据与电子光谱有关的三种电子与电子光谱有关的三种电子 成键电子（成键电子（ ） 键电子键电子 未成键的非键电子（未成键的非键电子（n） 电子跃迁类型及特点电子跃迁类型及特点跃迁类型跃迁类型基团基团吸收峰波长吸收峰波长强度强度有无有无uv吸收吸收*饱和烃饱和烃 (C-H、C-C)104有有n*杂原子双键杂原子双键( C=N)200400nm1030有有生色团：有机化合物中可吸收紫外光的生色团：有机化合物中可吸收紫外光的* 或或n*跃迁的基团，如跃迁的基团，如C=O, C=C.助色团：含杂原子的饱和基团，如助色团：含杂原子的饱和基团，如-OH, -OR

9、， -Br.长移（红移）：吸收峰向长波方向移动的效应长移（红移）：吸收峰向长波方向移动的效应短移（蓝移）：吸收峰向短波方向移动的效应短移（蓝移）：吸收峰向短波方向移动的效应吸收带类型和影响因素吸收带类型和影响因素1R带带：由含杂原子的不饱和基团的：由含杂原子的不饱和基团的n *跃迁产生跃迁产生 CO；CN；NN E小，小，max250400nm，max200nm，max104 共轭体系增长，共轭体系增长，max红移，红移，max 溶剂极性溶剂极性，对于，对于(CHCH)n max不变不变 对于对于CHCCO max红移红移续前3 B带带：由：由 *跃迁产生跃迁产生 芳香族化合物的主要特征吸收带

10、芳香族化合物的主要特征吸收带 max =256nm，宽带，具有，宽带，具有精细结构精细结构； max=200 极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失4E带带：由苯环环形共轭系统的：由苯环环形共轭系统的 *跃迁产生跃迁产生 芳香族化合物的特征吸收带芳香族化合物的特征吸收带 E1 180nm max104 （常观察不到）（常观察不到） E2 200nm max=7000 强吸收强吸收 苯环有发色团取代且与苯环共轭时，苯环有发色团取代且与苯环共轭时，E2带与带与K带带 合并一起红移（长移）合并一起红移（长移）图示back图示续前影响吸收带位置的因素：

11、影响吸收带位置的因素：1溶剂效应溶剂效应： 对对max影响：影响： n-*跃迁：溶剂极性跃迁：溶剂极性，max蓝移蓝移 -*跃迁：溶剂极性跃迁：溶剂极性 ，max红移红移 对吸收光谱精细结构影响对吸收光谱精细结构影响 溶剂极性溶剂极性，苯环精细结构消失，苯环精细结构消失 溶剂的选择溶剂的选择极性；纯度高；截止波长极性；纯度高；截止波长 max2pH值的影响值的影响：影响物质存在型体，影响吸收波长：影响物质存在型体，影响吸收波长图示图示紫外分光光度法定量方法及其计算紫外分光光度法定量方法及其计算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溶液浓度，溶液浓度，l 液层厚度液层厚度 E吸光系数吸光系数原理：原理： 续前讨论：讨论：1Lamber-Beer定律的适用条件（前提）定律的适用条件（前提） a. 入射光为单色光入射光为单色光 b. 溶液是稀溶液溶液是稀溶液2该定律适用于固体、液体和气体样品该定律适用于固体、液体和气体样品3在同一波长下，各组分吸光度具有加和性在同一波长下，各组分吸光度具有加和性 应用：多组分测定应用：多组分测定abcAAAA吸光系数吸光系数1吸光系数的物理意义：吸光系数的物理意义： 单位浓度、单位厚度的吸光度单位浓度、单位厚度的吸光度 讨论：讨论： 1）E=f（组分性质，温度，溶剂，（

13、组分性质，温度，溶剂，） 当组分性质、温度和溶剂一定，当组分性质、温度和溶剂一定，E=f（）；）； 2）不同物质在同一波长下）不同物质在同一波长下E可能不同（选择性吸可能不同（选择性吸 收）收） 同一物质在不同波长下同一物质在不同波长下E大多不同；大多不同； 3）E，物质对光吸收能力，物质对光吸收能力, 定量测定灵敏度定量测定灵敏度 定性、定量依据。定性、定量依据。AEc l续前2吸光系数两种表示法：吸光系数两种表示法： 1）摩尔吸光系数）摩尔吸光系数： 在一定在一定下，下，c=1mol/L，L=1cm时的吸光度时的吸光度 2）百分含量吸光系数）百分含量吸光系数 / 比吸光系数：比吸光系数：

14、在一定在一定下，下，c=1g/100ml，L=1cm时的吸光度时的吸光度 3）两者关系）两者关系1%1cmME10 续前3吸光度测量的条件选择：吸光度测量的条件选择：1）测量波长的选择：）测量波长的选择： 最大吸收波长最大吸收波长2）吸光度读数范围的选择：）吸光度读数范围的选择：选选A=0.20.73）参比溶液）参比溶液(空白溶液空白溶液)的选择：的选择：注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和 界面反射等因素对透光率的干扰界面反射等因素对透光率的干扰空白溶液参比池样品溶液样品池参比池样品池 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测得测得T=24.3%，求求 、 解：解： = -lgT/CL =0.614/0.0021 =307 =（M/10）E1cm1% = 323.15/10307 =99201%1cmE1%1cmE定性鉴别的依据定性鉴别的依据吸收光谱的特征吸收光谱的特征吸收光谱的形状吸收光谱的形状吸收峰的数目吸收峰的数目吸收峰的位置（波长）吸收峰的位置（波长）吸收峰的强度吸收峰的强度相应的吸光系数相应的吸光系数定性分析与纯度检定性分析与纯度检查查续前1.对比吸收光谱的一致性对比吸收光谱的一致性同一测定条件下，同一测定条件下，与标准对照物谱图或

16、标准谱图与标准对照物谱图或标准谱图进行对照比较进行对照比较续前2.对比吸收光谱的特征值对比吸收光谱的特征值min%11maxmax，shcmE，续前3.对比吸光度或吸光系数的比值：对比吸光度或吸光系数的比值：例：例：45. 315. 388. 170. 155036127836155036127812AAAAVB，三处最大吸收，定性鉴别：药典规定续前二、纯度检查和杂质限量测定二、纯度检查和杂质限量测定1 1纯度检查（杂质检查）纯度检查（杂质检查）1）峰位不重叠：）峰位不重叠： 找找使主成分无吸收，杂质有吸收使主成分无吸收，杂质有吸收 直接考察杂质含量直接考察杂质含量2）峰位重叠：）峰位重叠：主

17、成分主成分杂质杂质与纯品比较与纯品比较强吸收强吸收无吸收无吸收 or弱吸收弱吸收弱吸收弱吸收强吸收强吸收EE续前2. 杂质限量的测定：杂质限量的测定：例：肾上腺素中微量杂质例：肾上腺素中微量杂质肾上腺酮含量计算肾上腺酮含量计算2mg/mL -0.05mol/L的的HCl溶液，溶液， 310nm下测定规定下测定规定 A3100.05 即符合要求的杂质限量即符合要求的杂质限量0.06%06. 01002101 . 1%/101 . 1100/101 . 1143505. 0334%11肾上腺酮mlmgmlglEACcm例：维生素例：维生素B12水溶液在水溶液在361nm处的处的 =207，L=1c

18、m，测得测得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、单组分样品定量方法一、单组分样品定量方法定量方法定量方法吸光系数法吸光系数法标准曲线法标准曲线法对照法对照法 定量依据定量依据: A总总= Aa +Ab +Ac + 解法解法: A1a+b=A1a + A1b=E1aCa + E1bCb A2a+b=A2a + A2b=E2aCa + E2bCb二、多组分样品的定量方法二、多组分样品的定量方法等吸收双波长法等吸收双波长法例：消去例：消去b干扰，测干扰，测a物质物质 绘制绘制

19、a、b绘物质的吸收光谱绘物质的吸收光谱 选波长选波长1、2(b等吸收，等吸收，a的的A大大) 测定：测定：1 A1a+b=A1a+A1b 2 A2a+b=A2a+A2b 计算计算 Ca=？A=- (21 计算公式：计算公式： 测测A消消B Aa=(E2a E1a )Ca 测测B消消A Ab=(E2b E1b )Cb选择波长原则：选择波长原则：干扰组分在两波长的吸光度相等，干扰组分在两波长的吸光度相等， 待测组分在两波长的吸光度差值待测组分在两波长的吸光度差值 A应足够大。应足够大。练习解：1取咖啡酸，在取咖啡酸，在165干燥至恒重，精密称取干燥至恒重，精密称取10.00mg，加少量，加少量 乙

20、醇溶解，转移至乙醇溶解，转移至200mL容量瓶中，加水至刻度线，取此溶容量瓶中，加水至刻度线，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 水至刻度线。取此溶液于水至刻度线。取此溶液于1cm比色池中，在比色池中，在323nm处测定吸处测定吸 光度为光度为0.463，已知该波长处的，已知该波长处的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样%0 .98%10010000. 510900. 4%100%66样咖啡酸CCi练习解：2精密称取精密称取0.0500g样品，置于样品，置于250mL容量瓶中，加入容量