第一章光谱技术

第一章光谱技术作者:王英联系电话二十四页

许多物质有颜色,大量无色的物质可以与显色剂作用生成有色的物质，这些有色的物质颜色的深浅与其浓度成正相关，则浓度越大，颜色越深。故通过测定物质颜色的深浅来对物质进行(jìnxíng)定量分析的方法，称为比色分析法。

一、比色分析发展的概况：

最早的纳氏比色法是按浓度从低到高，配好系列标准管，然后将待测样品与标准管进行比较定量，如黄疸指数的测定(cèdìng)，它属于目力比色法。这种方法很简单，但人为误差很大。概述共二十四页

后来造出光电比色计，其原理是一束平行单色光通过一定厚度的有色溶液时，一部分光被吸收，未被吸收的光透过溶液照到光电池上，光电池将光能转换成电能，推动检流计偏转，再和标准(biāozhǔn)管比较可计算出待测溶液的浓度。我国早年生产的光电比色计有58-1G等。

光电比色计用滤光片来分光，只适合在有限波长内测量，不能满足(mǎnzú)不同分析工作的需要。共二十四页

为了克服以上不足制造了性能更好的分光光度计，分光光度计将分析区域扩展到红外和紫外波段。这样许多用普通比色法无法进行分析的无色物质，只要在红外或紫外区域内有适当的吸收峰，便可以用相应的分光光度计加以测定。从而大大扩展了物质的测定范围(fànwéi)，尤其是在有机化合物检测方面的应用。分光光度计分吸收光谱仪和发射光谱仪两类。发射光谱仪主要有光栅光谱仪、荧光分光光度计和火焰光度计。可见及紫外分光光度计、红外分光光度计等为吸收光谱仪。共二十四页

根据物质具有吸收、发射或散射光谱谱系的特征，来测定其性质、结构或含量的一类分析技术称为光谱分析技术。光谱分析技术包括吸收光谱分析、发射光谱分析和散射光谱分析三大类。它具有灵敏、快速、准确、简便等优点，是一种(yīzhǒnɡ)最常用的生化分析技术。

常用的有：可见(kějiàn)及紫外分光光度法、红外分光光度法、荧光法，原子吸收光谱法、火焰光度法及比浊法等。二、光谱分析技术共二十四页第一节光谱分析(ɡuānɡpǔfēnxī)的基本原理一、光的基本(jīběn)性质

光是一种电磁波，是能的一种表现形式，是一种以巨大速度通过空间传播的光量子流，在不同的介质可发生反射、折射、衍射、色散和偏振等现象。

光是电，电是光，光电可相互转换。共二十四页

光具有波动性，以波动的形式进行传播，并可用波长(bōcháng)、频率、传播速度等参数来描述。两个波峰之间的距离为波长（

），单位时间内通过某一点波的数目为频率（

）,c为光速。波长与频率之间的关系是：

不同波长的光具有不同的能量，光的能量与光的波长成反比，波长越长（频率(pínlǜ)越低），能量越小；波长越短（频率(pínlǜ)越高），则能量越大。紫外光的波长小于可见光和红外光的波长，因此，紫外光的能量大于可见光和红外光的能量。共二十四页二、光谱(guāngpǔ)

光谱是复合光（白光）经色散后的单色光按一定顺序排成一幅光的色谱(sèpǔ)。光谱又可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱。

1.发射光谱

发光体通过三棱镜或光栅色散后得到的光谱，为发射光谱，不同的发光体（光源）有其独特的发射光谱。

共二十四页2.吸收光谱

物质的原子或分子对光选择性地吸收而得到的光谱，为吸收光谱。（1）对固体物质来说，当复合光照射到物质上，物质对于不同波长的光吸收、透过、反射、折射的程度(chéngdù)不同而使物质呈现不同的颜色。对各种波长的光完全吸收则呈现黑色；完全反射则呈现白色；吸收程度差不多则呈现灰色。如果某固体物质只吸收了部分波长的光，这种物质则呈现出反射光的颜色。

共二十四页

（2）对溶液来说，溶液呈现不同(bùtónɡ)的颜色，是由于溶液中的分子或离子选择性地吸收某种波长的光所引起的。如果各种光透过程度相同，这种溶液是无色透明的。若只让一部分波长的光透过，其它波长的光被吸收，这溶液则呈现出透过光的颜色，是它吸收光的互补颜色。

共二十四页表1-1列了物质颜色与吸收光颜色之间的关系(guānxì)。将表中相对应的光按一定的比例混合，可以成为白光，因此，这两种光称为互补色光。共二十四页表1-1物质的颜色和吸收(xīshōu)光颜色的关系

物质(wùzhì)的颜色吸收光颜色波长（nm）黄、绿紫400~450黄蓝450~480橙青、蓝480~490红青490~500紫、红绿500~560紫黄、绿560~580蓝黄580~600青、蓝橙600~650青红650~750共二十四页第二节吸收光谱(xīshōuɡuānɡpǔ)分析法一、吸收光谱(xīshōuɡuānɡpǔ)分析法的基本定律

朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律是讨论吸收光能与溶液浓度和液层厚度之间关系的基本定律，它是分光分析的理论基础。朗伯-比尔定律适用于可见光、紫外光、红外光和均匀非散射的液体。共二十四页透光度：透过光强度（I）与入射光强度（I0）之比用T表示：

T=I/I0

T×100称为百分透光度（T%）。吸光度：透光度的负对数用A表示A=-LgT=LgI0/I

A=kbc

式中k为吸光系数（常数），c为浓度(nóngdù)，b为液层厚度，该式是分光分析的定量公式。I0I共二十四页二、偏离(piānlí)朗伯-比尔定律的因素

被测物质(wùzhì)的浓度与吸光度成正比，以两者关系作图得到一条通过原点的直线。但在实际测定中，往往有偏离定律的现象。导致偏离定律的主要原因有光学和化学两方面的因素。共二十四页1、光学因素

朗伯-比尔定律成立的重要前提是单色光，但在实际测定中使用的入射光并不是100%纯的单色光，会有其它波长的光混杂入，不纯的单色光是引起(yǐnqǐ)偏离的主要因素。

比色分析要注意校准(jiàozhǔn)波长，特别是在气候变化时。共二十四页2、化学因素

被测物的浓度、pH、溶剂和温度等均可影响比色分析的线性，被测物的离解、缔合或形成新的物质等原因也可导致溶液各组分间比例发生变化，若各组分的吸光系数差别较大，则吸光度与浓度间的关系也会偏离直线。在应用(yìngyòng)朗伯-比尔定律的实际工作中，溶液应该是一个均匀体系，否则吸光度与溶液的浓度不成直线关系。各份待测溶液颜色的深浅要相近。共二十四页3、透光度与吸光度转换的误差

为了减少误差，掌握好仪器的透光度或吸光度的读数范围至关重要，因而透光度与吸光度的准确度是衡量(héngliáng)仪器精度的指标之一。三、吸收光谱(xīshōuɡuānɡpǔ)分析的特点1、可见光分光分析特点：

（1）灵敏度高

最低的检测浓度可达10-7g/ml，通常物质浓度在10-5~10-2mol/L范围内较为合适。（2）操作简便、快速、应用广泛、重服性好。（3）可见光的比色池以光学玻璃作入射和出射光学面。共二十四页2、紫外分光分析(fēnxī)特点：

紫外分光分析法除具备灵敏度高、操作简便及应用广泛等特点外，更重要的是无需显色(xiǎnsè)，无论是有色或无色溶液，只要在紫外光区有特异性吸收峰即可进行定性或定量分析，故不破坏标本。

紫外分光分析法的比色池要求用不吸收紫外线的石英玻璃作入射和出射的光学面。

紫外分光分析法除可采用标准品比较检测外，还可采用被测物质的克分子吸光系数计算其含量，而无需标准管。共二十四页四、可见(kějiàn)紫外分光分析仪（一）仪器的主要(zhǔyào)部件

1、光源:白炽灯、氢弧灯或氘灯(360~1000nm

)(150~400nm)2、单色器:滤光片、三梭镜、光栅

3、吸收池:比色杯（玻璃杯或石英杯）4、检测器:硒光电池、光电管、光电倍增管5、指示器:检流计、微安表、数字显示器6、其它：共二十四页1.数字显示器2.吸光度调零旋钮3.选择开关4.吸光度调斜率电位器5.组成量度旋钮6.光源(guāngyuán)室7.电源开关8.波长手轮9.波长刻度窗10.试样拉手架11.100%T旋钮12.0%T旋钮13.灵敏度调节旋钮14.干燥器共二十四页（二）分光分析(fēnxī)定量方法1、标准曲线法:2、直接(zhíjiē)对比测定法:C

样

=A样A标XC标3、吸光系数:A=abC4、摩尔吸光系数:A=

C共二十四页吸光度(guāngdù)标准(biāozhǔn)品浓度标准曲线共二十四