紫外分光光度计

紫外分光光度计姓名：XX专业：生态学学号：2013XXX内容提要紫外分光光度计概述紫外分光光度计的工作原理紫外分光光度计设备简介紫外分光光度计的特点及吸收光谱紫外可见光谱分析法的应用

分光光度计的进展一、紫外分光光度计概述（一）紫外分光光度计的原理

紫外分光光度计是一种常用的理化实验室分析仪器，是根据物质的吸收光谱研究物质的成分、结构和物质间相互作用的有效手段。可以在紫外可见光区任意选择不同波长的光。物质的吸收光谱本质上就是物质中的分子和原子吸收了入射光中的某些特定波长的光能量，相应地发生了分子振动能级跃迁和电子能级跃迁的结果。各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同。这种分子吸收光谱产生于价电子在电子能级间的跃迁，广泛用于无机和有机物质的定性和定量测定。吸收光的波长范围：200-800nm:(1)（近）紫外光区:

200-400nm(2)可见光区:400-800nm

(3)远紫外区：10-200nm（二）紫外-可见吸收光谱的产生

1.分子吸收光谱的产生——由能级间的跃迁引起物质分子内部三种运动形式：

（1）电子相对于原子核的运动（2）原子核在其平衡位置附近的相对振动（3）分子本身绕其重心的转动

分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级

三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量分子的内能：电子能量Ee、振动能量Ev

、转动能量Er即E＝Ee+Ev+Er

分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大小顺序：ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr

跃迁：电子受激发，从低能级转移到高能级的过程。

分子只有选择性的吸收(hν=△E)某些波长（频率）的光才能由较低的能级跃迁到较高能级上。

若用一连续的电磁辐射照射样品分子，将照射前后的光强度变化转变为电信号并记录下来，就可得到光强度变化对波长的关系曲线，即为分子吸收光谱。2．紫外-可见吸收光谱的产生

由于分子吸收紫外-可见光区的电磁辐射，分子中价电子（或外层电子）的能级跃迁而产生紫外-可见吸收光谱。

电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带，即带状光谱。（线状光谱）（三）分光光度计发展概况1、1665年，牛顿曾做一个实验：由暗室的小圆孔透过太阳光，形成了一细太阳束，光束再经过棱镜色散后，在墙壁上呈现了红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的色带,这色带即被称之为“光谱”。2、1760年郎伯(J.H.Lambert)发现物质对光的吸收与物质的厚度成正比,后被称之为郎伯定律。3、1852年比耳发现物质对光的吸收与物质的浓度成正比,后被称之为比耳定律。4、20世纪早期已经有了商业化光谱仪,但光谱仪的微小型化趋势开始于20世纪90年代初期。5、目前，在国内外都已有了众多的近紫外、可见光和近红外波长范围的微小型光谱仪的生产商。国外比较著名的有美国oceanoptiCS(海洋光学)公司、荷兰AvanteSB.V.公司、日本岛津公司、美国安捷伦公司、英国oxford工nstrumentS(牛津仪器)等等。国内的产品主要有上海分析仪器总厂的75和76系列、上海棱光的551/2/3/4、天美科学仪器有限公司8500、北京普析通用仪器公司TUZ系列、北京瑞利分析仪器公司LJvl/9100系列、天津光学仪器厂的wFz系列等等。二、紫外分光光度计的工作原理1、吸光度和透光度设入射光强度为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吸光度:为透光度倒数的对数，用A表示，即A=lg1/T=lgI0/It2、朗伯-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=κcl

式中比例常数κ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。

紫外分光光度计的理论基础是朗伯一比尔定律。仪器的工作原理为：（1）光源发出的光由聚光系统会聚后射向入射狭缝；（2）准直系统将来自入射狭缝的光会聚为平行光后射向光栅,光栅将复合光色散(使不同波长的光按照不同的角度出射)；（3）光谱聚焦系统将经光栅色散的光聚焦使之成为按波长排列的光谱带。（4）波长扫描机构带动光栅转动，使从出射狭缝射出的单色光波长线性变化。（5）单色光经过样品池(样品池是标准的比色皿样品池，其中装有被测样品)被其中的样品所吸收，最后到达光电倍增管(光电接收器)，经过光电变换后输出电信号。（6）电信号经控制电路与信号处理电路后得到数字结果，数字结果经过串行通讯传送到计算机。（7）由计算机对数据进行处理得到光谱图或各种光谱数据。3、偏离朗伯-比耳定律的因素（1）入射光为非单色光（2）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）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。三、紫外分光光度计设备简介紫外分光光度计尽管光度计的种类和型号繁多，但是它们都是由下列基本部件组成的：（一）基本组成部分1.光源

在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500nm。现多用碘钨灯。

紫外区：氢、氘灯。发射185～400nm的连续光谱。现多用氘灯。

2.单色器

单色器是从连续光谱中获得所需单色光的装置。常用的有棱镜和光栅两种单色器。

棱镜单色器的缺点是色散率随波长变化，得到的光谱呈非均匀排列，而且传递光的效率较低。

光栅单色器在整个光学光谱区具有良好的几乎相同的色散能力。因此，现代紫外-可见分光光度计上多采用光栅单色器。包括以下部分：

①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；③色散元件：将复合光分解成单色光：棱镜或光栅；④聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；⑤出射狭缝。3.样品室

样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池，也可用石英池。要求：两个的透光率相差要小于0.5％。玻璃360nm2.25mm石英200nm2.5mm吸收池的形状波长范围、使用注意事项：容易破碎可拆卸圆形测量池两面透光圆形测量池两面透光1cm长方形测量池两面透光气体测量池两面透光微量测量池两面透光流动测量池两面透光4.检测器

利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。5.结果显示记录系统

检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理（二）分光光度计的分光类型1.单光束

简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。2.双光束

自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。3.双波长

将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。△=1～2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。（三）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、吸收峰的位置、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效应的影响

pH的改变可能引起共轭体系的延长或缩短，或引从而引起吸收峰位置改变。O-λmax235，287nmOHλmax211，270nmOH-H+四、紫外分光光度计的特点及吸收光谱1仪器设备和操作都比较简单，价格

低，分析速度较快。2灵敏度较高。3有较好的选择性。通过适当地选择测量条件，一般可在多种组分共存的体系中，对某一种物质进行测定。（一）特点4精密度和准确度较高。在仪器设备和其他测量条件较好的情况下，其相对误差可减小到1％一2％。

5用途广泛。医药、化工、冶金、环境保护、地质等诸多领域---已成为必不可少的测试手段之一。（二）吸收光谱1.物质对光的选择性吸收

物质对光的吸收是选择性的，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。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。在吸收曲线中，通常选用最大吸收波长λmax进行物质含量的测定。2、有机化合物紫外-可见吸收光谱饱和烃及其取代衍生物

饱和烃类：只能产生*跃迁，最大吸收峰一般小于150nm。芳香族化合物E1、E2带、B带

苯环上有取代基时，三个吸收带都长移，吸收强度也增大。B带的精细结构因取代基而变得简单化。羰基化合物

产生*、n*、n*三个吸收带。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。五、紫外可见光谱分析法的应用紫外可见分光光度法定性分析对比吸收光谱的一致性对比吸收光谱特征数据对比吸光度(或吸光系数)的比值定量分析单组分法吸光系数法校正曲线法对照法多组分法解方程组法双波长法系数倍率法导数光谱法褶合光谱法结构分析结