光谱分析技术

学习目标1.能说出临床生物化学检验常用分析技术名称2.掌握光的吸收定律，理解吸光系数的意义和应用3.叙述分光光度技术的定量测定方法4.知道火焰光度法、比浊法、原子吸收分光光度法荧光分析法的原理、影响因素和主要应用是能的一种表现形式，是电磁波的一种。光在真空中以直线方式传播，在不同的介质处发生反射、折射、衍射、色散、干涉和偏振等现象。可用波长、频率、传播速度等参量来描述即光具有“波动性”。光的颜色即由光的波长决定，人眼能感觉到的光称为可见光，其波长在400～750nm之间。在可见光之外是红外光760~1000nm紫外光200~400nm什么是光谱分析技术？光的波长（λ）单位用纳米（nm）各种化学物质都具有一定的光谱特性，表现在能选择性吸收、发射或散射某种波长的光。利用物质的吸收光谱、发射光谱或散射光谱特征对物质进行定性、定量分析的技术称为光谱分析技术。光谱分析技术原理：利用各种化学物质都具有发射、吸收或散射光谱谱系的特征，以此来确定物质性质、结构或含量。光谱分析技术分类：发射光谱分析技术：火焰光度法、荧光法吸收光谱分析技术：紫外、红外、原子、可见光分光光度法散射光谱分析技术：比浊法一、分光光度技术的基本原理许多化学物质具有颜色，有些无颜色的化合物也可以与显色剂作用，生成有色物质。实践证明，有色溶液的浓度越大，颜色越深；浓度越小，颜色越浅。因此，可以通过比较溶液颜色深浅的方法来确定有色溶液的浓度，对溶液中所含的物质进行定量分析。基于比较颜色深浅对溶液进行定量分析的方法称为比色分析法。光子的能量与波长的关系为E=hυ=hc／λ式中E为光子的能量（J：焦耳），υ为频率，h为普朗克常数（6.63×10-34J·S），c为光速，λ为光的波长因此，不同波长的光，其能量不同，短波能量大，长波能量小。光的显色原理若把某两种颜色的光，按一定的强度比例混合，能够得到白色光，则这两种颜色的光叫做互补色。图中处于直线关系的两种光为互补色。如绿光和紫光为互补色，黄光和蓝光为互补色等等。各种溶液会呈现出不同的颜色，其原因是溶液中有色质点（分子或离子）选择性地吸收某种颜色的光。实验证明：溶液所呈现的颜色是其主要吸收光的互补色。如一束白光通过高锰酸钾溶液时，绿光大部分被选择吸收，其它的光透过溶液。从互补色示意图可以看出，透过光中只剩下紫色光，所以高锰酸钾溶液呈紫色。（二）光的吸收定律溶液颜色的深浅与浓度之间的关系可以用吸收定律来描述。它是由约翰·海因里希·朗伯和奥古斯特·比尔相结合而成的，所以叫朗伯-比尔定律。原子吸收分光光度计也符合这个定律。溶液对光的吸收当一束强度为I的平行单色光照到溶液时，一部分光被溶液吸收，一部分光被界面散射，其余的光则透过溶液，如图所示结论：I0=Ia+Ir+ItI0--入射光强度Ia--吸收光强度Ir--反射光强度It--透射光强度通常由于Ir很小可忽略不计，上式可简化为I0=Ia+It透射光It与入射光强度I0之比为透光率或透光度，用T表示：T=It/I0透光率的负对数称为吸光度或光密度或消光度，用A表示：A=－lgT=lg1/T=lgI0/It吸光度越大，表示该物质对光的吸收越强。透光度和吸光度都是用来表示入射光被吸收的程度，它们之间可据式相互换算。实验证明：单色光经过有色溶液时，透过溶液的光强度不仅与溶液的浓度有关，而且还与溶液的厚度以及溶液本身对光的吸收性能有关。其规律可用下式表示为A＝KCL式中：A——吸光度（或叫做光密度，也可用D表示）；K——某溶液的消光（吸收）系数；C——溶液的浓度；L——光程，即溶液的厚度。Lambert-Beer定律适用于可见光、紫外光、红外光和均匀非散射的液体。分光光度计的基本结构可见光光度计721、721-A、722、723型分光光度计等紫外分光光度计751、752、753型分光光度计等紫外-可见分光光度计贝克曼DU500系列紫外/分光光度计吸光（消光）系数表达式吸光系数Aa表示a=C（g/L）.L(cm)单位L/g.cm摩尔消光系数Aε表示ε=C（mol/L）.L(cm)单位L/mol.cm百分消光系数AE表示E=C（g/dl）.L(cm)单位是dL/(g.cm)摩尔消光系数与百分消光系数的换算关系：ε=E*M（摩尔质量）10一、仪器基本组成光源单色器样品室检测器显示可见分光光度计722型分光光度计示意图722型分光光度计使用方法（1）预热仪器将选择开关置于“T”，打开电源开关，使仪器预热20分钟。为了防止光电管疲劳，不要连续光照，预热仪器时和不测定时应将试样室盖打开，使光路切断。（2）选定波长根据实验要求，转动波长手轮，调至所需要的单色波长。（3）固定灵敏度档在能使空白溶液很好地调到“100%”的情况下，尽可能采用灵敏度较低的挡，使用时，首先调到“1”挡，灵敏度不够时再逐渐升高。但换挡改变灵敏度后，须重新校正“0%”和“100%”。选好的灵敏度，实验过程中不要再变动。（4）调节T=0%轻轻旋动“0%”旋钮，使数字显示为“00.0”（此时试样室是打开的）。（5）调节T=100%将盛蒸馏水（或空白溶液，或纯溶剂）的比色皿放入比色皿座架中的第一格内，并对准光路，把试样室盖子轻轻盖上，调节透过率“100%”旋钮，使数字显示正好为“100.0”。（6）吸光度的测定将选择开关置于“A”，盖上试样室盖子，将空白液置于光路中，调节吸光度调节旋钮，使数字显示为“.000”。将盛有待测溶液的比色皿放入比色皿座架中的其它格内，盖上试样室盖，轻轻拉动试样架拉手，使待测溶液进入光路，此时数字显示值即为该待测溶液的吸光度值。读数后，打开试样室盖，切断光路。重复上述测定操作1～2次，读取相应的吸光度值，取平均值。（7）浓度的测定选择开关由“A”旋置“C”，将已标定浓度的样品放入光路，调节浓度旋钮，使得数字显示为标定值，将被测样品放入光路，此时数字显示值即为该待测溶液的浓度值。（8）关机实验完毕，切断电源，将比色皿取出洗净，并将比色皿座架用软纸擦净。注意事项（1）为了防止光电管疲劳，不测定时必须将试样室盖打开，使光路切断，以延长光电管的使用寿命。（2）取拿比色皿时，手指只能捏住比色皿的毛玻璃面，而不能碰比色皿的光学表面。（3）比色皿不能用碱溶液或氧化性强的洗涤液洗涤，也不能用毛刷清洗。比色皿外壁附着的水或溶液应用擦镜纸或细而软的吸水纸吸干，不要擦拭，以免损伤它的光学表面。一、标准曲线法步骤：（1）先配制五种以上标准浓度的溶液。（2）测出每种溶液的吸光度A。（3）做A～C标准曲线图，如图所示。有了标准工作曲线便可对溶液进行测量。在同样的条件下，用仪器测出A后，查标准曲线即可得被测溶液的浓度值Cx。A-C曲线的数学表达式：y=ax+by：吸光度x：浓度a：斜率b：截距分光光度技术的定量方法制作和应用标准曲线时应注意下面几点：（1）测定条件发生变化时（如更换标准品和试剂等），应重新绘制。（2）标准品应有高的纯度，标准液的配制应准确。（3）当待测液吸光度超过线性范围时，应将样本稀释后再测定。（4）标本测定的条件应和标准曲线制作时的条件完全一致。2．对比法（标准对照法）己知浓度的标准品和标本作同样处理，使用相同的空白，同时测定标准管和标本的吸光度，根据测定的吸光度及标准品浓度，可直接计算出标本的浓度，计算公式为：Cu=(Au×Cs)/As其中Cu和Au为标本管浓度和吸光度，Cs和As分别为标准管浓度和吸光度。用标准品法定量时，标准品的浓度应尽量和标本管浓度相近。火焰光度法Na+、K+测定可采用火焰光度法。原理：火焰光度法是一种发射光谱分析法，利用火焰中激发态原子回降至基态时发射的光谱强度进行含量分析。火焰光度法定量关系I=ac式中,I--特征谱线强度;c--待测物浓度;a--与元素激发电位、温度及试样成份有关的参数;用火焰作为激发光源时,因燃烧稳定,且组份在火焰中分散度好,此时a为常数;b--自吸情况参数,当C很低时,b=1。此时,自吸现象可忽略，则:I=ac该法可检测血清、尿液、脑脊液及胸腹水的Na+和K+，该方法属于经典的标准参法，优点：结果准确可靠，广为临床采用医学教`育网搜集整理。通常采用的定量方法有标准曲线法、标准加入法和内标准法。内标法：标本及标准液采用加进相同浓度的内部标准元素进行测定，一般是加入锂内标，测定的是锂/钠或锂/钾电流的比值，而不是单独的钠或钾的电流，这样，可减小燃气和火焰温度波动等因素引起的误差，因而有较好的准确性。比浊分析法比浊分析法（浊度法），属于散射光谱分析。原理：当光线通过一个浑浊介质溶液时，由于溶液中存在混浊颗粒，光线被吸收一部分，吸收的多少与混浊颗粒的量成正比，这种测定光吸收量的方法称为比浊分析法临床应用：最多是免疫比浊法利用抗原抗体的特异性结合形成复合物，通过测定复合物形成量的多少，对抗原抗体进行定量的方法。特点：（1）要有特异性的抗体（2）抗原抗体的比例要适当（3）溶液介质的PH、离子强度等要适宜。影响因素：1.悬浊液的散射光强度主要和颗粒的数量有关2.注意掌握反应温度3.溶液的PH值可影响沉淀的形成及颗粒的大小4.悬浊液的稳定性较差，需及时比浊5.稀释缓冲液中的电解质与非电解质对免疫复合物的形成和稳定性有影响6.适当选择滤光片或入射光波长原子吸收分光光度法原理:又称原子吸收分光光度法是基于蒸汽相中待测元素的基态原子对其共振辐射的吸收强度来测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。它是测定痕量和超痕量元素的有效方法。特点：具有灵敏度高、干扰较少、选择性好、操作简便、快速、结果准确、可靠、应用范围广、仪器比较简单、价格较低廉等优点，而且可以使整个操作自动化，因此近年来发展迅速，是应用广泛的一种仪器分析新技术。方法：在温度吸收光程，进样方式等实验条件固定时，样品产生的待测元素相基态原子对作为锐线光源的该元素的空心阴极灯所辐射的单色光产生吸收，其吸光度（A）与样品中该元素的浓度（C）成正比。即A=KC式中，K为常数。据此，通过测量标准溶液及未知溶液的吸光度，又巳知标准溶液浓度，可作标准曲线，求得未知液中待测元素浓度。应用：主要适用样品中微量及痕量组分分析。荧光分析法定义：利用某些物质被紫外光照射后所发生的能反映出该物质特性的荧光，可以进行定性或定量分析的方法。原理：物质的分子吸收紫外光或可见光后，由电子基态能级跃迁至激发态能级。处于激发态的分子不稳定，通过各种方式失去能量，返回基态。若分子首先通过碰撞和系统内转换等方式失去部分能量，下降至电子第一激发态的最低振动能级，然后再发射一定波长的光返回电子基态的任一振动能级，则被发射的光称为荧光。显然，荧光的能量小于激发光能量，波长则长于激发光。荧光的平均寿命很短，除去激发光源，荧光立即熄灭。特点：灵敏度更高选择性强使用简便课后习题选择：1.可见光谱区的波长范围（）A.200~300nmB.300~400nmC.400~600nmD.400~760nmE.700~1000nm2.分光光度法测定中制作标准曲线广泛采用的曲线图形为（）A.T-C曲线B.IgT-C曲线C.A-C曲线D.A-λ曲线E.以上都不对3.某物质溶液吸收光谱曲线上最大吸收峰所对应的波长，称为该物质的（）A.特殊波长B.最大吸收波长C.最小吸收波长D.综合波长E.以上都不对名词解释什么是光谱分析技术？什么是吸光度？什么是吸光系数？