分子光谱概论课件资料文字可编辑

3吸光光度法的基本原理

特点

–灵敏度高：测定下限可达10-5～10-6mol·L-1,

10-4%～10-5%–准确度能够满足微量组分的测定要求：

相对误差2～5％

（1～2％）

–操作简便快速

–应用广泛

吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。

3吸光光度法的基本原理特点–灵敏度高：测定下限5光的基本性质

(电磁波的波粒二象性)

c－真空中光速

2.99792458×108m/s

~3.0×108m/s?－波长，单位：m,cm,mm,?m,nm,?

1?m=10-6m,1nm=10-9m,1?=10-10m?

－频率，单位：赫芝(周)Hz次/秒

n－折射率，真空中为1???==cVn光的传播速度:波动性

5光的基本性质(电磁波的波粒二象性)c－真6XYZx电场向量

6XYZx电场向量7

h－普朗克(Planck)常数

6.626×10-34J·s

?－频率

E－光量子具有的能量

单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)1eV=1.602×10－19J

微粒性

光量子，具有能量。

Eh???7h－普朗克(Planck)常数6.626×10-38结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越

长(频率越低)，光量子的能量越低.单色光：具有相同能量(相同波长)的光.混合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在

一起.例如白光.===cVEhhhn???波粒二象性

真空中:

cEh??8结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越长(10光学光谱区

远紫外

近紫外

可见

近红外

中红外

远红外

（真空紫外）

10nm~200nm200nm~380nm380nm~780nm780nm~2.5?m2.5?m

~50?m50?m

~300?m10光学光谱区远紫外近紫外可见近红外中红外11物质对光的吸收与发射

1.电子相对于原子核的运动--电子能级;

单重态：激发态与基态中的电子自旋方向相反.

三重态：激发态与基态中的电子自旋方向相同.

2.原子核在其平衡位置附近的相对振动

--振动能级;

3.分子本身绕其重心的转动--转动能级.

物质分子内部3种运动形式及其对应能级：

11物质对光的吸收与发射1.电子相对于原子核的运动-12S2分子吸光与发光示意图

?Ee振动能级

v3v2v1转动

r3r2r1S1S0紫外

荧光

磷光

T2T1可见

?Ev?Er

红外

单重态

三重态

12S2分子吸光与发光示意图?Ee振动能级v3v13光谱种类

原子光谱：吸收、发射、荧光

线状光谱

?

黑体辐射：白炽灯、液、固灼热发光

连续光谱

?

分子光谱：紫外、可见、红外等吸收光谱

带状光谱

?

I13光谱种类原子光谱：吸收、发射、荧光线状光谱?黑14?/nm颜色

互补光

400～

450紫

黄绿

450～

480蓝

黄

480～

490绿蓝

橙

490～

500蓝绿

红

500～

560绿

红紫

560～

580黄绿

紫

580～

610黄

蓝

610～

650橙

绿蓝

650～

760红

分子对光的吸收与吸收光谱

不同颜色的可见光波长及其互补光

蓝绿

14?/nm颜色互补光400～450紫黄绿16光吸收基本定律:朗伯-比尔定律

朗伯定律:(1760)A=lg(I0/It)=k1b

当入射光的?

,吸光物质的c一定时,溶液的吸光度A与液层厚度b成正比.比尔定律(1852)A=lg(I0/It)=k2c

当入射光的?

,液层厚度b一定时,溶液的吸光度A与吸光物质的c成正比.16光吸收基本定律:朗伯-比尔定律朗伯定律:(1760)17朗伯-比尔定律

意义:

当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质时，其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比.A=lg(I0/It)=kbc17朗伯-比尔定律意义:当一束平行单色光通过均匀、18透光率(透射比）T（Transmittance）

t0=ITIA

=lg(I0/It)=lg(1/T)=—lgT=Kbc吸光度A

(Absorbance）

--=10=10KbcATI0It入射光

透过光

18透光率(透射比）T（Transmittance）t019吸光度A、透射比T与浓度c

的关系

A

T(%)cA=kbc

1.00.80.60.40.2-kbcT=10100

80

60

40

2019吸光度A、透射比T与浓度c的关系AT(%)c20K

吸光系数Absorptivity

a

的单位:L·g-1·cm-1当c的单位用g·L-1表示时，用a表示，

A＝abc

?

的单位:L·mol-1·cm-1当c的单位用mol·L-1表示时，用?

表示.

?

－摩尔吸光系数MolarAbsorptivity

A＝?bc

1%1cmE当c的单位用g·100mL-1表示时，用

表示,A＝

bc，

叫做比吸光系数.1%1cmE1%1cmE20K吸光系数Absorptivity21吸光度与光程的关系

A

=abc

0.10b0.202b0.00光源

检测器

显示器

参

比

21吸光度与光程的关系A=abc0.10b022吸光度与浓度的关系

A

=abc0.10c0.202c0.00光源

检测器

显示器

参

比

22吸光度与浓度的关系A=abc0.10c0.23吸光度与波长的关系

A

=abc0.00红

0.10红

0.00光源

检测器

显示器

参

比

蓝绿光

红光

23吸光度与波长的关系A=abc0.00红0.24朗伯-比尔定律的适用条件

1.单色光

应选用?max处或肩峰处测定.3.稀溶液

浓度增大，分子之间作用增强.

2.吸光质点形式不变

离解、络合、缔合会破坏线性关系,

应控制条件(酸度、浓度、介质等).

24朗伯-比尔定律的适用条件1.单色光25溶液浓度的测定

A＝?bc工作曲线法

(校准曲线)朗伯-比尔定律的分析应用

01.02.03.04.0c(mg/mL)A*0.800.600.400.200.00Axcx25溶液浓度的测定A＝?bc工作曲线法(校准曲线26吸光度的加和性与吸光度的测量

A=A1+A2+…+An

用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等。

001221=lg

=lg

=-=lgIIIAAAAAIII参参比液比试试液26吸光度的加和性与吸光度的测量A=A1+A27分光光度计的主要部件

光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够

的光强度,稳定。

?/nm钨灯（热辐射光源）

4006008001000氙灯（气体放电光源）

氢灯

强度

27分光光度计的主要部件光源：发出所需波长范围内的连续光28氙灯

氢灯

钨灯

28氙灯氢灯钨灯29单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的

装置。

棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同.玻璃350～3200nm,石英185～4000nm入射狭缝

准直透镜

棱镜

聚焦透镜

出射狭缝

白光

λ1λ2

800

600

500

40029单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置30光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。

利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。

波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便.－平面透射光栅

－反射光栅（广泛使用）

光栅衍射示意图

M1

M2出射狭缝

光屏

透镜

平面透射光栅

30光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(31吸收池(比色皿)：用于盛待测及参比溶液。

可见光区：光学玻璃池

紫外区：石英池

检流计（指示器）：

低档仪器：刻度显示

中高档仪器：数字显示，自动扫描记录

检测器：利用光电效应，将光能转换成

电流讯号。

光电池，光电管，光电倍增管

31吸收池(比色皿)：用于盛待测及参比溶液。32硒光电池（Barrier-layerphotocell）

适用于300-800nm,在500-600nm范围最灵敏。

Se阴极Au，Ag半导体

h?

阳极

32硒光电池（Barrier-layerphotocel33光电管(Phototube)h?

（片）

红敏管625-1000nm蓝敏管200-625nm33光电管(Phototube)h?（片）红敏管34光电倍增管(PhotomultiplierTube,PMT)1个光子可产生106～107个电子

160-700nm34光电倍增管(PhotomultiplierTube,35吸光光度法仪器主要差异比较

可见光

（380～780nm）

紫外光

（200～380nm)中红外

（2.5～

50?m

)光源

钨灯

碘钨灯

320～2500氢灯

氘灯

180～375硅碳棒

（红外线）

吸收池

材料

玻璃

（350～3200）

石英

（185～4000）

NaCl晶体

35吸光光度法仪器主要差异比较可见光（380～780n361.单光束分光光度计

可变波长单光束紫外-可见分光光度计示意图

分光光度计的基本类型

361.单光束分光光度计可变波长单光束紫外-可见分光光372.双光束分光光度计

参比池

检测器

滤光片或

单色器

放大器

样品池

光源hv光子检测器

反光镜

反光镜

透明部分

扇形镜

正面图

扇形镜

反光镜

栅镜

双光束型可以消除光源强度变化的影响.372.双光束分光光度计参比池检测器滤光片或单色38多通道仪器（MultichannelInstruments）

光电二极管阵列(通常具有316个硅二极管)photodiodearrays(PDAs)

同时测量200～820nm范围内的整个光谱,比单个检测器快316倍,信噪比增加3161/2倍.

3.其他类型分光光度计

纤维光度计

将光度计放入样品中,原位测量.对环境和过程监测非常重要.

38多通道仪器（MultichannelInstrume3吸光光度法的基本原理

特点

–灵敏度高：测定下限可达10-5～10-6mol·L-1,

10-4%～10-5%–准确度能够满足微量组分的测定要求：

相对误差2～5％

（1～2％）

–操作简便快速

–应用广泛

吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。

3吸光光度法的基本原理特点–灵敏度高：测定下限5光的基本性质

(电磁波的波粒二象性)

c－真空中光速

2.99792458×108m/s

~3.0×108m/s?－波长，单位：m,cm,mm,?m,nm,?

1?m=10-6m,1nm=10-9m,1?=10-10m?

－频率，单位：赫芝(周)Hz次/秒

n－折射率，真空中为1???==cVn光的传播速度:波动性

5光的基本性质(电磁波的波粒二象性)c－真6XYZx电场向量

6XYZx电场向量7

h－普朗克(Planck)常数

6.626×10-34J·s

?－频率

E－光量子具有的能量

单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)1eV=1.602×10－19J

微粒性

光量子，具有能量。

Eh???7h－普朗克(Planck)常数6.626×10-38结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越

长(频率越低)，光量子的能量越低.单色光：具有相同能量(相同波长)的光.混合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在

一起.例如白光.===cVEhhhn???波粒二象性

真空中:

cEh??8结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越长(10光学光谱区

远紫外

近紫外

可见

近红外

中红外

远红外

（真空紫外）

10nm~200nm200nm~380nm380nm~780nm780nm~2.5?m2.5?m

~50?m50?m

~300?m10光学光谱区远紫外近紫外可见近红外中红外11物质对光的吸收与发射

1.电子相对于原子核的运动--电子能级;

单重态：激发态与基态中的电子自旋方向相反.

三重态：激发态与基态中的电子自旋方向相同.

2.原子核在其平衡位置附近的相对振动

--振动能级;

3.分子本身绕其重心的转动--转动能级.

物质分子内部3种运动形式及其对应能级：

11物质对光的吸收与发射1.电子相对于原子核的运动-12S2分子吸光与发光示意图

?Ee振动能级

v3v2v1转动

r3r2r1S1S0紫外

荧光

磷光

T2T1可见

?Ev?Er

红外

单重态

三重态

12S2分子吸光与发光示意图?Ee振动能级v3v13光谱种类

原子光谱：吸收、发射、荧光

线状光谱

?

黑体辐射：白炽灯、液、固灼热发光

连续光谱

?

分子光谱：紫外、可见、红外等吸收光谱

带状光谱

?

I13光谱种类原子光谱：吸收、发射、荧光线状光谱?黑14?/nm颜色

互补光

400～

450紫

黄绿

450～

480蓝

黄

480～

490绿蓝

橙

490～

500蓝绿

红

500～

560绿

红紫

560～

580黄绿

紫

580～

610黄

蓝

610～

650橙

绿蓝

650～

760红

分子对光的吸收与吸收光谱

不同颜色的可见光波长及其互补光

蓝绿

14?/nm颜色互补光400～450紫黄绿16光吸收基本定律:朗伯-比尔定律

朗伯定律:(1760)A=lg(I0/It)=k1b

当入射光的?

,吸光物质的c一定时,溶液的吸光度A与液层厚度b成正比.比尔定律(1852)A=lg(I0/It)=k2c

当入射光的?

,液层厚度b一定时,溶液的吸光度A与吸光物质的c成正比.16光吸收基本定律:朗伯-比尔定律朗伯定律:(1760)17朗伯-比尔定律

意义:

当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质时，其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比.A=lg(I0/It)=kbc17朗伯-比尔定律意义:当一束平行单色光通过均匀、18透光率(透射比）T（Transmittance）

t0=ITIA

=lg(I0/It)=lg(1/T)=—lgT=Kbc吸光度A

(Absorbance）

--=10=10KbcATI0It入射光

透过光

18透光率(透射比）T（Transmittance）t019吸光度A、透射比T与浓度c

的关系

A

T(%)cA=kbc

1.00.80.60.40.2-kbcT=10100

80

60

40

2019吸光度A、透射比T与浓度c的关系AT(%)c20K

吸光系数Absorptivity

a

的单位:L·g-1·cm-1当c的单位用g·L-1表示时，用a表示，

A＝abc

?

的单位:L·mol-1·cm-1当c的单位用mol·L-1表示时，用?

表示.

?

－摩尔吸光系数MolarAbsorptivity

A＝?bc

1%1cmE当c的单位用g·100mL-1表示时，用

表示,A＝

bc，

叫做比吸光系数.1%1cmE1%1cmE20K吸光系数Absorptivity21吸光度与光程的关系

A

=abc

0.10b0.202b0.00光源

检测器

显示器

参

比

21吸光度与光程的关系A=abc0.10b022吸光度与浓度的关系

A

=abc0.10c0.202c0.00光源

检测器

显示器

参

比

22吸光度与浓度的关系A=abc0.10c0.23吸光度与波长的关系

A

=abc0.00红

0.10红

0.00光源

检测器

显示器

参

比

蓝绿光

红光

23吸光度与波长的关系A=abc0.00红0.24朗伯-比尔定律的适用条件

1.单色光

应选用?max处或肩峰处测定.3.稀溶液

浓度增大，分子之间作用增强.

2.吸光质点形式不变

离解、络合、缔合会破坏线性关系,

应控制条件(酸度、浓度、介质等).

24朗伯-比尔定律的适用条件1.单色光25溶液浓度的测定

A＝?bc工作曲线法

(校准曲线)朗伯-比尔定律的分析应用

01.02.03.04.0c(mg/mL)A*0.800.600.400.200.00Axcx25溶液浓度的测定A＝?bc工作曲线法(校准曲线26吸光度的加和性与吸光度的测量

A=A1+A2+…+An

用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等。

001221=lg

=lg

=-=lgIIIAAAAAIII参参比液比试试液26吸光度的加和性与吸光度的测量A=A1+A27分光光度计的主要部件

光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够

的光强度,稳定。

?/nm钨灯（热辐射光源）

4006008001000氙灯（气体放电光源）

氢灯

强度

27分光光度计的主要部件光源：发出所需波长范围内的连续光28氙灯

氢灯

钨灯

28氙灯氢灯钨灯29单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的

装置。

棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同.玻璃350～3200nm,石英185～4000nm入射狭缝

准直透镜

棱镜

聚焦透镜

出射狭缝

白光

λ1λ2

800

600

500

40029单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置30光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。

利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。

波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便.－平面透射光栅

－反射光栅（广泛使用）

光栅衍射示意图

M1

M2出射狭缝

光屏

透镜

平面透射光栅

30光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(31吸收池(比色皿)：用于盛待测及参比溶液。

可见光区：光学玻璃池

紫外区：石英池

检流计（指示器）：

低档仪器：刻度显示

中高档仪器：