分析化学：分化紫外可见分光光度法终

仪器分析（InstrumentalAnalysis

）参考书分析化学手册（周同惠，汪尔康，陆婉珍院士等编，化学工业出版社）分析化学(上、下册)(第5版)（武汉大学出版社）光谱分析仪器使用与维护（刘崇华编，化学工业出版社）气相色谱新技术（周良模等编著，科学出版社）色谱理论基础（卢佩章等科学出版社）色谱技术丛书（任惠敏主编，化学工业出版社）万方数据库（）中国期刊网（/index.htm）中国色谱网站（）色谱网站（）常用搜索引擎：百度（）google学术）数据库资源现代仪器分析方法的基本原理现代仪器分析仪器的基本结构现代分析仪器的使用和维护教学目标教学重点和难点重点：各类仪器分析方法的基本原理，仪器基本结构、使用方法、日常维护保养，定性定量计算方法，分析操作条件的选择与优化。难点：仪器分析方法基本原理，分析操作条件的选择与优化。

学习方法

动手动脑，以极大的兴趣，积极与课堂互动利用各种学习资源自学，扩大知识面，通过思考、分析完成各类练习

1.绪论容量分析、仪器分析传感可口可乐酸度的测定?柠檬酸、柠檬酸钠、咖啡因、苯甲酸钠、胭脂红、柠檬黄6种添加剂，而苯甲酸钠被认为可能与咖啡因产生作用，生成国家一类精神药品安纳咖。胭脂红具有致癌和致突变作用。

UV-VIS法紫外分光光度法Fe3+对MoS2荧光的影响

荧光光谱感谢：闫安、陈程云、林骁、张晗、张倩炎，提供的实验数据！血铁浓度检测多家知名品牌水龙头含铅量超标

市场上50%的品牌含铅量超标，而从外观无法辨别。铅会损害人的神经、造血和生殖系统，对儿童危害更大，会影响其生长发育和智力发展，严重者造成痴呆。

提醒：别喝滞留水龙头里的隔夜水如何检测铅的含量呢？物质燃烧会发光火药是我国四大发明之一物质原子的发射

PEICP原子发射光谱仪

SK-Ⅱ护肤洁面霜、SK-Ⅱ活肤抗皱修护膜、SK-Ⅱ重点净白精华液分别检出铬、镉等有毒金属。

“中毒门”SK-Ⅱ事件原子吸收光谱-AAS倩碧、兰蔻、迪奥、雅诗兰黛健康元药业集团如何检测呢？

7-氨基头孢烷酸合成各种头孢菌素的关键性中间体

浙江宁海查获了大量地沟油，但送检的样品中，基本都合适！

拉曼光谱CD光谱杀虫剂电化学可口可乐酸度的测定感谢：张倩炎、陈程云、张晗、林骁、闫安提供的实验数据！乳液油石脂类保湿产品矿物油类多环芳烃粉底矿物油类

GC气相色谱

禁用药物有138种，体内代谢后要检测的物质近400种；而尿液中还有很多干扰物质。

要求查出1毫升尿液中含有的2纳克兴奋剂。

（相当于5个标准游泳池的水量中放入一小勺糖）。含量很低！种类比较多，定性定量困难。仪器分析方法讨论不能用化学分析法，为什么？相关样本中检测对象含量很低；种类比较多，定性定量困难。通常借助于一种特殊的仪器高效液相相色谱仪对尿液中兴奋剂分析检测问题：色谱如何完成性质接近混合物的分离？学生讨论不同的人逛同一条街，有的人需3小时，有的人却只要15min学生总结基于商店对人的吸引力。大洋味中味东百真维斯以纯邦威雌二醇己烯雌酚炔诺酮鸡肉中雌性激素HPLC图盐酸克伦特罗（瘦肉精）健美猪

高效液相色谱HPLC应用领域社会：体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、法庭化学（DNA技术，物证）化学：新化合物的结构表征；分子层次上的分析方法；生命科学：DNA测序；活体检测；环境科学：环境监测；污染物分析；材料科学：新材料，结构与性能；药物：天然药物的有效成分与结构，构效关系研究；外层空间探索：微型、高效、自动、智能化仪器研制。仪器分析的发展趋势1、微型化、自动化、智能化。手持式电化学生物传感器芯片实验室

2、遥测、动态、无损分析远程医疗敦煌莫高窟壁画无损分析3、联用技术气质联用液质联用4、重点在生命科学核磁共振蛋白芯片一、仪器分析法的定义

采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。这种方法要用到特殊的仪器设备!

仪器分析法的分类光学分析法

原子发射光谱法（AES）原子吸收光谱法（AAS）紫外-可见光分光光度法（UV－Vis）红外吸收光谱法（FT－IR）核磁共振波谱法（NMR）

X射线衍射法（X－ray）原子荧光光谱法（AFS）等电化学分析法

电位分析法电导分析法库仑分析法等

仪器分析法的分类(续)色谱分析法

气相色谱分析法液相色谱分析法其它分析法

质谱法热分析

仪器分析法的特点分析速度快；灵敏度高；容易实现在线分析和遥控检测；

易于实现自动化与智能化；能获取物质结构、组分价态、元素在微区的空间分布等诸多信息；操作简便，样品用量少

仪器分析法的局限性仪器设备复杂，价格高，对维护及环境要求比较高；仪器分析是一种相对分析方法，一般需要用已知组成标准物质来对照；相对误差比较大，一般不适用于常量和高含量分析；

教学目标关键能力能按说明书制定仪器操作规程；操作仪器工作软件；对新产品能设计合理的分析方案，完成分析任务；能发现并解决分析过程中出现的一般性技术问题。专门技术能力现代仪器分析方法的基本原理现代仪器分析方法的实验技术现代分析仪器的使用和维护第四章紫外-可见分光光度法（Ultravioletandvisiblespectrophotometry,UV/VIS）中国的《墨经》

墨子和他的学生做了世界上最早的“小孔成像”实验，并对实验结果作出了精辟的见解。《墨经》中对此解释道：“景光之人煦若射，下者之入也高，高者之入也下。”

这是对光沿直线传播的第一次科学解释。牛顿光学实验其实还有肉眼看不到的紫外光！

德国科学家里特，1801年在研究光谱的不同部分对氯化银的作用时发现：随着向紫光方向移动，化学活性增加，在紫外部分，仍存在着一种不可见射线，使氯化银变黑，从而发现了紫外线。

1为什么上述溶液呈现不同的颜色？两个问题2将温度计置不同光区，有何现象？而后将KMnO4溶液置于温度计和光区之间，又有何现象？

由于溶液对光的选择性吸收引起的，溶液呈现的是被吸收物质的互补色。单色光复色光互补光原因

如何更精确地(或通过什么仪器）说明物质具有选择性吸收不同波长的光的性质？

问题（续）1-c(KMnO4)=1.56×10-4mol·L-12-c(KMnO4)=3.12×10-4mol·L-13-c(KMnO4)=4.68×10-4mol·L-1

KMnO4溶液的光吸收曲线吸收曲线测定方法最大吸收峰第一节

光学分析概论一、电磁辐射和电磁波谱二、光学分析法及其分类三、光谱法仪器——分光光度计赫兹----德国物理学家

赫兹对人类伟大的贡献是用实验证实了电磁波的存在，发现了光电效应。

1888年，成了近代科学史上的一座里程碑。开创了无线电电子技术的新纪元。赫兹对人类文明作出了很大贡献，正当人们对他寄以更大期望时，他却于1894年因血中毒逝世，年仅36岁。为了纪念他的功绩，人们用他的名字来命名各种波动频率的单位，简称“赫”。一、电磁辐射和电磁波谱1．电磁辐射（电磁波，光）：以巨大速度通过空间、

不需要任何物质作为传播媒介的一种能量。2．电磁辐射的性质：具有波、粒二向性波动性：粒子性：vEB实验测得真空中光速

高能辐射区γ射线能量最高，来源于核能级跃迁

χ射线来自内层电子能级的跃迁光学光谱区紫外光来自原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光来自分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波来自原子核自旋能级的跃迁3．电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称~。γ射线→

X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波波长长电磁波谱1031061091012101510221031001061091013105102HZ1KHZ1MHZ1GHZ1T1km1m1cm11nmA01μmX射线紫外线可见光红外线微波高频电视调频广播雷达无线电射频电力传输射线γ频率波长二、光学分析法及其分类（一）光学分析法依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐射相互作用而建立起来的各种分析法的统称~。（二）分类：

1．光谱法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量分析方法

按能量交换方向分吸收光谱法发射光谱法按作用结果不同分原子光谱→线状光谱分子光谱→带状光谱续前2．非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基

本性质变化的分析方法分类：折射法、旋光法、比浊法、χ射线衍射法3．光谱法与非光谱法的区别：光谱法：内部能级发生变化

原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁非光谱法：内部能级不发生变化仅测定电磁辐射性质改变续前（三）发射光谱（四）吸收光谱例：γ-射线；x-射线；荧光例：原子吸收光谱，分子吸收光谱三、光谱法仪器——分光光度计主要特点：五个单元组成光源单色器样品池检测器记录装置单波长单光束分光光度计0.57光源单色器吸收池检测器显示辐射源分光系统检测系统目视比色法标准系列未知样品特点利用自然光比较吸收光的互补色光准确度低（半定量）不可分辨多组分方法简便，灵敏度高早期的显示方法第二节紫外-可见吸收光谱一、紫外-可见吸收光谱的产生二、紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型三、相关的基本概念四、吸收带类型和影响因素五、Lamber-Beer定律六、偏离Beer定律的因素一、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能级：电子能级、振动能级、转动能级跃迁：电子受激发，从低能级转移到高能级的过程续前

2．分子吸收光谱的分类：

分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大小顺序3．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（吸收能量=两个跃迁能级之差）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，即为分子吸收光谱紫外可见吸收光谱示意图美洛昔康UV

分子轨道理论：

当两个原子结合，组成共价键时，原子中参与成键的电子组成新的分子轨道，两个成键原子的原子轨道组成一个能量较低的成键轨道和一个能量较高的反键轨道。同时由于电子对组成共价键可以分为σ键和π键二、紫外-可见吸收光谱的电子跃迁类型价电子：σ电子→饱和的σ键

π电子不饱和的π键

n电子O,N,S,X紫外可见吸收光谱是由分子中价电子能级跃迁产生的——这种吸收光谱取决于价电子的性质

1.电子类型形成单键的σ电子C-H、C-C

形成双键的π电子C=C、C=O

未成对的孤对电子n电子C=O：

例：COHnpsH轨道：电子围绕原子或分子运动的几率轨道不同，电子所具有能量不同基态与激发态：电子吸收能量，由基态→激发态c成键轨道与反键轨道：σ<π<n<π*<σ*能量n→π*跃迁nσσ→σ*n→σ*π→π*σ*π*π跃迁所需能量为：

σ→σ*

n→σ*

π→π*

n→π*分子中电子的能级和跃迁

电子跃迁类型：

（1）

σ→σ*跃迁成键σ电子跃迁到反键σ*轨道所产生的跃迁σ→σ*跃迁所需能量很大，相当于远紫外的辐射能，＜200nm

饱和烃只能发生σ→σ*跃迁例：CH4

λmax=125nmC2H6

λmax=135nm

常用饱和烃类化合物作紫外可见吸收光谱分析的溶剂sp*s*RKE,Bnp

E只能被真空紫外分光光度计检测到(2)

n→σ*跃迁未共用电子对n电子跃迁到反键σ*轨道所产生的跃迁，这类跃迁所需能量比σ→σ*跃迁小，200nm左右（150~250nm）吸收概率较小，ε在102~103范围内，中吸收含有未共用电子对的杂原子（N、O、S、X）的饱和化合物发生n→σ*跃迁;

含-NH2

、-OH、-X例：CH3OHλmax=184nmCH3Brλmax=204nmsp*s*RKE,Bnp

E（3）π→π*跃迁π电子跃迁到反键π*轨道所产生的跃迁，这类跃迁所需能量比σ→σ*跃迁小，若无共轭，与n→σ*跃迁差不多。200nm左右吸收强度大，ε在104~105范围内，强吸收若有共轭体系，波长向长波方向移动，相当于200~700nm含不饱和键的化合物发生π→π*跃迁

C=O,C=C,C≡C

(4)n→π*跃迁n电子跃迁到反键π*轨道所产生的跃迁，这类跃迁所需能量较小，吸收峰在200~400nm左右吸收强度小，ε

＜102，弱吸收含杂原子的双键不饱和有机化合物

C=SO=N--N=N-

例：丙酮λmax=280nm

n→π*跃迁比π→π*跃迁所需能量小,吸收波长续前注：紫外光谱电子跃迁类型：n—π*跃迁

π—π*跃迁饱和化合物无紫外吸收电子跃迁类型与分子结构及存在基团有密切联系根据分子结构→推测可能产生的电子跃迁类型；根据吸收谱带波长和电子跃迁类型→推测分子中可能存在的基团（分子结构鉴定）三、相关的基本概念1．吸收光谱（吸收曲线）：不同波长光对样品作用不同，吸收强度不同以λ~A作图next2．吸收光谱特征：定性依据吸收峰→λmax

吸收谷→λmin

肩峰→λsh

末端吸收→饱和σ-σ跃迁产生图示back续前3．生色团（发色团）：能吸收紫外-可见光的基团有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团

具n电子和π电子的基团产生n→π*跃迁和π→π*跃迁跃迁E较低例：C＝C；C＝O；C＝N；—N＝N—

4．助色团：本身无紫外吸收，但可以使生色团吸收峰加强同时使吸收峰长移的基团有机物：连有杂原子的饱和基团例：—OH，—OR，—NH—，—NR2—，—X注：当出现几个发色团共轭，则几个发色团所产生的

吸收带将消失，代之出现新的共轭吸收带，其波

长将比单个发色团的吸收波长长，强度也增强λmax=254nmε

=230λmax=270nmε

=12505．红移和蓝移：

由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后

吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移（长移）6．增色效应和减色效应

增色效应：吸收强度增强的效应

减色效应：吸收强度减小的效应7．强带和弱带：

εmax>105→强带

εmin<103→弱带

吸收峰位置向短波方向蓝移（紫移，短移）第三节基本原理*****一、Lamber-Beer定律二、吸光系数和吸收光谱三、偏离Beer定律的因素四、透光率的测量误差一、Lamber-Beer定律：吸收光谱法基本定律Lambert-Beer定律是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度（C）和液层厚度（l）间的关系的定律，是光吸收的基本定律，是紫外-可见光度法定量的基础。Sample(conc.C)PathlengthlI0It透光率：T吸光度：ALambert-Beer定律:当一束平行的单色光通过溶液时，溶液的吸光度(A)与溶液的浓度(C)和光程(b)的乘积成正比。A=E·C·l讨论：一．Lamber-Beer定律的适用条件（前提）*****二．该定律适用于固体、液体和气体样品三．在同一波长下，各组分吸光度具有加和性应用：多组分测定二、吸光系数和吸收光谱1．吸光系数的物理意义：单位浓度、单位厚度的吸光度

讨论：

1）E=f（组分性质，温度，溶剂，λ）当组分性质、温度和溶剂一定，E=f（λ）

2）不同物质在同一波长下E可能不同（选择性吸收）

同一物质在不同波长下E一定不同

3）E↑，物质对光吸收能力↑,定量测定灵敏度↑→定性、定量依据续前2．吸光系数两种表示法：

1）摩尔吸光系数ε：在一定λ下，C=1mol/L，L=1cm时的吸光度

2）百分含量吸光系数

/比吸光系数：在一定λ下，C=1g/100ml，L=1cm时的吸光度

3）两者关系*****3．吸收光谱（吸收曲线）：λ~A最大吸收最小吸收特征值→定性依据肩峰末端吸收

安络血的分子量为236，将其配成100ml含0.4962mg的溶液，装于1cm吸收池中，在入max为355nm处测得A值为0.557，试计算安络血的百分吸光系数和摩尔吸光系数。例题：解：A=εCL=CL，故=A/CL=0.557/(0.4962×10-3×1)=1122.531(100mL/gcm-1)因ε=M/10=1122.531×236/10=26491.737(Lmol-1cm-1)三、偏离Beer定律的因素依据Beer定律，A与C关系应为经过原点的直线偏离Beer定律的主要因素表现为以下两个方面（一）光学因素（二）化学因素光学因素：化学因素：非单色光的影响杂散光的影响反射和散射光的影响非平行光的影响荧光物质的影响溶液浓度的影响化学平衡的改变

紫外-可见分光光度计由光源、单色器、吸收池、检测器以及数据处理及记录（计算机）等组成。第四节紫外分光光度计

工作原理及仪器结构框图光源：钨灯或卤钨灯——可见光源350~1000nm氢灯或氘灯——紫外光源200~360nm2.

单色器

单色器的作用是将来自光源的光按波长的长短顺序分散为单色光并能随意调节所需波长的光。主要由入射狭缝、准直镜、色散元件、物镜和出射狭缝组成。(1)入射狭缝用于限制杂散光进入单色器；(2)准直镜将入射光束变为平行光束后进入色散元件；(4)物镜将出自色散元件的平行光聚焦于出口狭缝；(5)出射狭缝用于限制通带宽度。(3)色散元件把混合光分散为单色光，是单色器的关键部分；常用的色散元件有：棱镜、光栅、滤光片。3．吸收池：液池，样品池

玻璃——能吸收UV光，仅适用于可见光区

石英——不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）如何配对能达到匹配性？000000续前5．记录装置：讯号处理和显示系统光电池光电管光电倍增管二极管阵列检测器4．检测器：将光信号转变为电信号的装置光电倍增管光电倍增管是检测微弱光信号的光电元件。它由密封在真空管壳内的一个光阴极、多个倍增极（亦称打拿极）和一个阳极组成。通常两极间的电压为75-100V，九个倍增极的光电倍增管的总放大数为106-107

光电倍增管的暗电流是仪器噪音的主要来源阴极阳极紫外-可见分光光度计，按其光学系统可分为单光束与双光束分光光度计、单波长与双波长分光光度计。原理：由光源发出的连续光谱，进入单色器经色散元件分光，获得的单色光分别通过参比溶液和样品溶液，进行光强度（吸收）的测定。0.575光源单色器吸收池检测器显示三、紫外-可见分光光度计的类型1.单光束分光光度计

单光束分光光度计只有一个光通道，分光后的单色光直接透过吸收池，交互测定样品池和参比池，结构简单，适用于测定特定波长的吸收，进行定量。但仪器受电源、光源、检测器等波动的影响较大，不能扣除这些波动的干扰，空白样品和待测样品单独测量，每换一个波长都要用空白溶液重新校正，不能准确地扣除空白值。PicturesofsinglebeamUV-Visspectrophotometers(Spectronic20D)ZeroAdjust100%AdjustWavelengthselectorreadoutsSampleCompartmentWavelengthselectorZeroAdjust100%Adjust原理：由光源发出的光通过单色器分光，将一束单色光从狭缝送出，经光束分裂器分成强度相等的两束光，一束通过参比池，另一束通过样品池，仪器测得的是透过样品溶液和参比溶液的光信号强度之比，比值即为试样的透光率T，经对数变换可转换为吸光度A。比值光源单色器吸收池检测器显示光束分裂器2.双光束分光光度计PyeUnicamSP8-200紫外可见分光光度计光路图BlackMirrorOpen

优点:由于单波长双光束分光光度计一次测量可同时得到样品溶液相对空白溶液的透光度，因此双光束仪器可以消除光源强度变化和电源不稳定可能引起的误差，并且可以方便地对全波段进行扫描。仪器样品室缺点:仪器较单光束仪昂贵，要求待测样品与参比以及它们的吸收池完全匹配，更多的移动部分。第五节定性和定量分析一、定性分析二、定量分析

定性鉴别纯度检查和杂质限量测定单组分的定量方法多组分的定量方法一、定性分析（一）定性鉴别定性鉴别的依据→吸收光谱的特征吸收光谱的形状吸收峰的数目吸收峰的位置（波长）吸收峰的强度相应的吸光系数续前1．对比吸收光谱的一致性同一测定条件下，与标准对照物谱图或标准谱图进行对照比较续前2．对比吸收光谱的特征值续前3．对比吸光度或吸光系数的比值：例：标准品uv图合成样品1uv图合成样品2uv图续前（二）纯度检查和杂质限量测定1．纯度检查（杂质检查）1）峰位不重叠：

找λ→使主成分无吸收，杂质有吸收→直接考察杂质含量2）峰位重叠：

主成分强吸收，杂质无吸收/弱吸收→与纯品比较，E↓

杂质强吸收>>主成分吸收→与纯品比较，E↑，光谱变形续前2．杂质限量的测定：例：肾上腺素中微量杂质——肾上腺酮含量计算

2mg/mL-0.05mol/L的HCL溶液，λ310nm下测定规定A310≤0.05即符合要求的杂质限量≤0.06%二、定量分析（一）单组分的定量方法1．吸光系数法2．标准曲