岛津紫外分光光度计基础知识

岛津企业管理（中国）有限公司分析中心岛津紫外可见分光光度计基础知识内容紫外-可见吸收光谱吸收光谱的测量-----Lambert-Beer定律紫外-可见分光光度计仪器组成分析条件选择UV-Vis分光光度法的应用紫外-可见分光光度计的维护保养紫外-可见分光光度计的检定岛津紫外可见分光光度计系列UVmini-1280UV-1780UV-1800UV-2600/2700岛津紫外可见近红外分光光度计系列UV-3600PlusSolidSpec-3700DEEPUV-3700NEW0.00.20.40.60.81.01.21.4265.00267.00269.00271.00273.00波长（nm）吸光度（Abs）红线：带宽0.5nm蓝线：带宽1nm绿线：带宽2nm狭缝的作用——狭缝影响仪器的分辨率狭缝越小,分辨率越高,测试的灵敏度也越高,但狭缝过小,谱图噪音增加,读数也不稳定；反之，狭缝大,入射光强度大,噪音小,读数稳定,但分辨率低。狭缝概念甲苯-正己烷溶液紫外光谱峰谷值(269/266)2.11.91.4欧洲药典EP要求采用正己烷甲苯溶液确认仪器的分辨能力，要求269nm附近的峰峰值与266nm附近的峰谷值比大于1.5以上.杂散光概念定义：检测器接收的光线中杂有不属于入射光束或通带外部的光线型号吸光度(ABS)杂散光(%)(220nm,NaI)UV1240-3-30.05UV1800-4-40.02UV1750-3-30.05UV2450-4-50.015UV2550-4-50.0003UV2600-5-50.005UV2700-8.5-8.50.00005UV3600-6-60.00008UV3700-6-60.00008A杂散光c杂散光测定10g/L的NaI水溶液的光谱特性为258nm以下不透光，而从258nm开始，透光率可立即达到90%以上，并且上升坡度很陡。同样50g/L的NaNO2水溶液在385nm以下不透光。杂散光测试方法:以水为参比，220nm处，测定10g/L的NaI的透光率为杂散光；或者测定50g/L的NaNO2在360nm的透光率为杂散光。仪器指标应标明数据对应滤光液种类。紫外-可见分光光度计理论培训UV-Vis方法是分子光谱方法，它利用分子对外来辐射的吸收特性UV-Vis涉及分子外层电子的能级跃迁；光谱区在160～780nmUV-Vis主要用于分子的定量分析，但紫外光谱为四大波谱之一，是鉴定许多化合物，尤其是有机化合物的重要定性工具之一紫外-可见吸收光谱吸收光谱的测量-----Lambert-Beer定律紫外-可见分光光度计仪器组成分析条件选择UV-Vis分光光度法的应用紫外-可见分光光度计的维护保养紫外-可见分光光度计的检定紫外-可见吸收光谱电磁波谱g-X-射线紫外可见红外微波无线电2003807802500(nm)波长真空紫外近红外核磁共振波长越短，能量越高*0MMhI激发态E1DE=E1-E0=h基态E0能量e激发一、分子吸收光谱的形成过程：运动的分子外层电子--------吸收外来辐射------产生电子能级跃迁-----分子吸收谱能级组成：除了电子能级(Electronenergylevel)外，分子吸收能量将伴随着分子的振动和转动，即同时将发生振动(Vibration)能级和转动(Rotation)能级的跃迁！据量子力学理论，分子的振-转跃迁也是量子化的或者说将产生非连续谱。因此，分子的能量变化DE为各种形式能量变化的总和：其中DEe最大：1-10eV;DEv次之：0.05-1eV;DEr最小：0.05eVrveΔΕΔΕΔΕΔΕ能量振动跃迁转动跃迁v1v1v0543110电子跃迁E1E0v0v1v1可见，电子能级间隔比振动能级和转动能级间隔大1～100个数量级，在发生电子能级跃迁时，伴有振-转能级的跃迁，形成带状光谱。电磁波与分子相互作用时产生能级跃迁：电子能级跃迁—紫外、可见吸收和荧光发射光谱振动能级跃迁—红外光谱和拉曼散射光谱转动能级跃迁—远红外光谱和转动拉曼光谱二、分子吸收光谱跃迁类型各轨道能级高低顺序：n**；可能的跃迁类型：-*；-*；-*；n-*；-*；n-*-*：C-H共价键，如CH4（115nm）；C-C键，如C2H6(135nm)，处于真空紫外区；-*:和-*跃迁：尽管所需能量比上述-*跃迁能量小，但波长仍处于真空紫外区；n-*：含有孤对电子的分子，如H2O(167nm)；CH3OH(184nm)；CH3Cl(173nm);CH3I(158nm)；(CH3)2S(119nm)；(CH3)2O(184nm)CH3NH2(115nm)；(CH3)3N(117nm)，可见，大多数波长仍小于200nm，处于近紫外区。以上四种跃迁都与成键和反键轨道有关（-*，-*，-*和n-*），跃迁能量较高，这些跃迁所产生的吸收谱多位于真空紫外区，因而在此不加讨论。只有-*和n-*两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。生色团（Chromogenesisgroup）：分子中含有非键或键的电子体系，能吸收外来辐射时并引起n-*和-*跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。助色团（Auxochromousgroup）：含有孤对电子，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之为助色团。红移或蓝移（Redshiftorblueshift）：在分子中引入的一些基团或受到其它外界因素影响，吸收峰向长波方向（红移）或短波方向移动（蓝移）的现象。几个概念：吸收光谱的测量Lambert-Beer定律入射光I0透射光I光程长l透射率T%=II0×100%一、透射率T%A=-lgII0当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度A与其浓度和液层厚度成正比，即k为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。当浓度以g/L表示时，称k为吸光系数，以a表示，即当浓度以mol/L表示时，称k为摩尔吸光系数，以表示，即比a更常用。越大，表示方法的灵敏度越高。与波长有关，因此，常以表示。klcAalcAlcA二、Lambert-Beer定律三、偏离Lambert-Beer定律的因素样品吸光度A与光程l总是成正比。但当l一定时，A与c并不总是成正比，即偏离Lambert-Beer定律！这种偏离由样品性质和仪器决定。1.样品性质影响a)待测物高浓度—吸收质点间隔变小—质点间相互作用—对特定辐射的吸收能力发生变化—变化；b)试液中各组份的相互作用，如缔合、离解、光化反应、异构化、配体数目改变等，会引起待测组份吸收曲线的变化；c)溶剂的影响：对待测物生色团吸收峰强度及位置产生影响；d)胶体、乳状液或悬浮液对光的散射损失。2.仪器因素a)仪器因素包括光源稳定性以及入射光的单色性等;b)入射光的非单色性：不同光对所产生的吸收不同，可导致测定偏差;c)谱带宽度与狭缝宽度：“单色光”仅是理想情况，经分光元件色散所得的“单色光”实际上是有一定波长范围的光谱带(即谱带宽度)。单色光的“纯度”与狭缝宽度有关，狭缝越窄，它所包含的波长范围越小单色性越好。紫外-可见光度计仪器组成UV示意图光源单色器样品池检测器钨灯氘灯光栅紫外-可见分光光度计仪器组成光源基本要求：足够光强、稳定、连续辐射且强度随波长变化小。碘钨灯：300~3300nm，多用在可见及近红外光谱；氘灯：160~400nm，多用在紫外区。单色器(Monochromator)入射狭缝准直单元光栅聚焦单元出射狭缝样品室(Cell，Container)比色皿：液体试样。分为石英或玻璃两种材料制作，有些透明有机玻璃亦可用作吸收池。检测器：硅光电池、PMT、InGaAs、PbSUV2600光路图UV2700光路图UV2600/2700光路图分析条件选择由于光源不稳定性、读数不准等带来的误差。当分析高浓度的样品时，误差更大。由L-B定律：微分后得：将上两式相比，并将dT和dc分别换为DT和Dc，得：当相对误差Dc/c最小时，求得T=0.368或A=0.434。即当A=0.434时，吸光度读数误差最小！通常可通过调节溶液浓度或改变光程l来控制A的读数在0.15~1.00范围内。lcTAlgldcTdTTd434.0lgTTTcclg434.0DD一、仪器测量条件二、反应条件选择(显色法)显色剂的选择原则：使配合物吸收系数最大、选择性好、组成恒定、配合物稳定、显色剂吸收波长与配合物吸收波长相差大等。显色剂用量：配位数与显色剂用量有关；在形成逐级配合物，其用量更要严格控制。溶液酸度：配位数和水解等与pH有关。显色时间、温度、放置时间等。测定波长的选择1.改变溶剂的极性会引起吸收带形状的变化例如:溶剂由非极性改变至极性时,分子中某些非主要基团吸收带消失,吸收光谱变平滑2.改变溶剂极性还会使吸收带最大吸收波长发生变化例如:下表为溶剂对亚异丙酮紫外吸收光谱的影响(极性由左至右增大)吸收带正己烷CHCl3CH3OHH2O*max/nm230238237243(红移)n*max/nm329315309305(蓝移)三、溶剂对吸收光谱的影响1、溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该是惰性的。即所成溶液应具有良好的化学和光化学稳定性2、在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂3、溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收溶剂的选择原则四、参比液选择溶剂参比：试样组成简单、共存组份少（基体干扰少）显色剂不吸收时，直接采用溶剂（多为蒸馏水）为参比试剂参比：当显色剂或其它试剂在测定波长处有吸收时采用试剂作参比（不加待测物）试样参比：如试样基体在测定波长处有吸收，但不与显色剂反应时，可以试样作参比（不能加显色剂）。五、干扰消除控制酸度：配合物稳定性与pH有关，可以通过控制酸度提高反应选择性，副反应减少，而主反应进行完全。如在0.5MH2SO4介质中，双硫腙与Hg2+生成稳定有色配合物，而与Pb2+、Cu2+、Ni3+、Cd2+等离子生成的有色物不稳定。选择掩蔽剂合适测量波长干扰物分离导数光谱及双波长技术UV-Vis分光光度法的应用一、定性分析不同物质结构不同或者说其分子能级的能量(各种能级能量总和)或能量间隔各异，因此不同物质将选择性地吸收不同波长或能量的外来辐射，这是UV-Vis定性分析的基础。定性分析具体做法是让不同波长的光通过待测物，经待测物吸收后，测量其对不同波长光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A为纵坐标，辐射波长为横坐标作图，得到该物质的吸收光谱或吸收曲线，据吸收曲线的特性(峰强度、位置及数目等)研究分子结构。几种化合物的分子吸收光谱图-胡罗卜素咖啡因阿斯匹林丙酮化合物母体及取代基波长/nm(无环多烯或异环二烯)基数：217nm环内双键36增加一个共轭双键30环外双键5烷基取代基5—O—0—O—R6—S—R30—Cl,—Br5—NR260Woodward-Fieser规则制作试样的吸收曲线并与标准紫外光谱对照；利用Woodward-Fieser和Scott经验规则求最大吸收波长。即，当通过其它方法获得一系列可能的分子结构式后，可通过此类规则估算最大吸收波长并与实测值对比二、定量分析单组份定量方法标准曲线法（略）标准对比法：该法是标准曲线法的简化，即只配制一个浓度为cs的标准溶液，并测量其吸光度，求出吸收系数k，然后由Ax=kcx求出cx该法只有在测定浓度范围内遵守L-B定律，且cx与cs大致相当时，才可得到准确结果。由于吸光度具有加合性，故可在同一试样中测定多个组份。设试样中有两组份X和Y，将其显色后，分别绘制吸收曲线，会出现如图所示的三种情况：图a)：X,Y组份最大吸收波长不重迭，相互不干扰，可以按两个单一组份处理。图b)和c)：X,Y相互干扰，此时可通过解联立方程组求得X和Y的浓度：其中，X,Y组份在波长1和