紫外可见分光光度计基础
合集下载
紫外可见分光光度计基本知识
紫外-可见分光光度计是用于物质定性、定量及结构分析的重要仪器，其基本组成包括几个关键部件。首先是光源，分为热辐射和气体放电两类，热辐射光源如钨灯用于可见光区，器，由入射狭缝、出射狭缝、色散元件等组成，其质量主要取决于色散元件，常用的色散元件有棱镜和光栅。再者是吸收池，也称为比色皿，分为玻璃和石英两种材质，玻璃吸收池不适用于紫外区。检测器则负责将光信号转换为电信号，常用的有光电管和光电倍增管。最后是信号显示系统，包括直读检流计、电位调节指零装置等，用于直观展示测量结果。这些部件共同协作，使得紫外-可见分光光度计能够精确测量物质对不同波长光的吸收强度，进而分析物质的性质和含量。
3光谱分析基础及紫外-可见光分光光度计
一、紫外-可见分光光度计的基本结构和工作原理
几种常用检测器比较 检测器
光电管 光电倍增 管 光电二极 管阵列 光电池 电荷耦合 器件
工作原理
外光电效应 外光电效应与多级二次发 射体相结合 外光电效应，由一行光敏 区和二行读出寄存器构成 内光电效应 模拟集成电路芯片
特
点
简单,灵敏度低 灵敏度比光电管高200多倍 可同时检测多个波长的光强度。 寿命长、光谱响应范围宽、可靠 性高、读出速度快 结实、便宜、使用方便。但产生 的电流大小不稳定 能同时多谱线检测，极大地提高 分析速度
一、紫外-可见分光光度计的基本结构和工作原理
信号显示系统: 是把放大的信号以 适当的方式显示或 记录下来的装臵。
信 号 显 示 装 置
直读 检流计
电位调节 指零装臵
自动记录 和数字显 示装臵
三、紫外-可见分光光度计的类型
按其光学系统分可分为 单波长分光光度计
单光束单波长分光光度计 双光束单波长分光光度计
光谱分析 ：对物质发射的辐射能能谱进行的 分析或对辐射能与物质相互作用引起的能谱 改变进行的分析。 光谱分析法 ：基于物质发射的电磁波辐射 及电磁辐射与物质的相互作用而建立起来的 分析方法。
光谱分析基础理论
吸收光谱:即物质对不同波长光的吸收程度 不同而产生的光谱。其吸收光谱取决于物质 的结构.包括原子吸收光谱和分子吸收光谱
狭缝
狭缝通常有两块加 工为锐边缘的金属片 组成，其边缘保持平 行，并处处于同一平 面上。
色散元件
分棱镜和光栅两种
当光线进入棱镜后，由 棱镜的铝反射面反射回 来再进入空气，由于经 过两次棱镜，其效果相 当于一个顶角对折起来 的600等腰棱镜。
紫外可见分光光度计基本原理
应用
定量分析——标准曲线法
最大吸收波长
在一定波长下，测定某物质的标准 系列溶液的吸光度做标准曲线，然 后测定样品溶液的吸光度值，根据 所测吸光度，求出所测溶液浓度。
吸
AX
光
度
波长范围
CX
应用
定量分析——对照法
A标 = K c标 l Ax = K cx l
cx = Ax C标
A0
谢谢！
称为电荷迁移吸收光谱。
例如:某些取代芳烃可产生这种分子内电荷迁移跃迁吸收带。谱带较宽，吸收强度较大， εmax可大于104
无机化合物 电子迁移跃迁 吸收光谱 配位场跃迁
收能量后向σ*反键跃迁，这种跃迁可以吸收波长在200nm左右。
n
π *跃迁：含有杂原子不饱和基团，如C=O,C=S,-N=N-等化合物，这种跃
迁一般处于近紫外区（200 ～ 400nm）。
电荷迁移跃迁：用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向与接受体相联系
的轨道上跃迁。因此，电荷迁移跃迁实质是一个内氧化还原的过程，而相应的吸收光谱
吸光物质的溶液时，在入射光的波长强度以及溶液的温 度等因素保持不变的情况下，该溶液的吸光度A与溶液 的浓度c及液层厚度l的乘积成正比关系，称为朗伯比尔 定律。
A=K·c·l
适用条件：单色光、稀溶液
朗伯比尔定律
A=K·c·l K—比例常数，与入射光的波长、溶液的性质、
液层厚度以及温度有关。 c—吸光物质的浓度。 l—透光液层厚度。
定义
紫外-可见分光光度法（ultraviolet and visible spectrophotometry ;
UV- vis ）是研究物质在紫外-可见光区（200 ～ 800nm）分子吸收光谱的分析方 法。
第三章紫外可见分光光度法
优点：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。是目 前用的最多的分光光 度计。
23
3.双波长
将不同波长的两束单色光(λ 1、λ 2) 快束交替通 过同一吸收池而后到达检测器。产生交替信号。无需 参比池。△=1～2nm。两波长同时扫描即可获得导数 光谱。
max也作为定性的依据。不同物质
的λmax有时可能相同，但ε
定量分析的依据。
max不一定相同。
（6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比,
10
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
紫外分光光度计检测；可作为溶剂使用。
39
2、n→ζ＊跃迁
所需能量较大。 吸收波长为150～250 nm，大部分在远紫外区 ，近紫外区仍不易观察到。
含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤
素等杂原子)均呈现n →ζ*跃迁。 如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n →ζ*跃迁的λ分 别为173 nm、183 nm和227 nm。
38
1、σ →σ ＊跃迁
所需能量最大，ζ电子只有吸收远紫外光的能量 才能发生跃迁。
饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区。
吸收波长λ< 200 nm。 例：甲烷λmax为125 nm , 乙烷λmax为135 nm， 环丙烷（饱和烃中最长） λmax为190 nm。 在近紫外没有饱和碳氢化合物的光谱，需真空
8
2．能级跃迁的讨论
（1）转动能级间的能量差Δ Er：0.005～0.050 eV， 跃迁产生吸收光谱位于远红外区，称为远红外 光谱或分子转动光谱； （2）振动能级的能量差Δ Ev约为：0.05～１eV，跃
23
3.双波长
将不同波长的两束单色光(λ 1、λ 2) 快束交替通 过同一吸收池而后到达检测器。产生交替信号。无需 参比池。△=1～2nm。两波长同时扫描即可获得导数 光谱。
max也作为定性的依据。不同物质
的λmax有时可能相同，但ε
定量分析的依据。
max不一定相同。
（6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比,
10
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
紫外分光光度计检测；可作为溶剂使用。
39
2、n→ζ＊跃迁
所需能量较大。 吸收波长为150～250 nm，大部分在远紫外区 ，近紫外区仍不易观察到。
含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤
素等杂原子)均呈现n →ζ*跃迁。 如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n →ζ*跃迁的λ分 别为173 nm、183 nm和227 nm。
38
1、σ →σ ＊跃迁
所需能量最大，ζ电子只有吸收远紫外光的能量 才能发生跃迁。
饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区。
吸收波长λ< 200 nm。 例：甲烷λmax为125 nm , 乙烷λmax为135 nm， 环丙烷（饱和烃中最长） λmax为190 nm。 在近紫外没有饱和碳氢化合物的光谱，需真空
8
2．能级跃迁的讨论
（1）转动能级间的能量差Δ Er：0.005～0.050 eV， 跃迁产生吸收光谱位于远红外区，称为远红外 光谱或分子转动光谱； （2）振动能级的能量差Δ Ev约为：0.05～１eV，跃
紫外可见分光光度法基本原理PPT讲稿
光是由光子流组成，光子的能量：
E=h=hc/
（Planck常数：h=6.626 × 10 -34 J × S ) 光的波长越短（频率越高），其能量越大。 白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光 单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成) 可见光区：400-750 nm 紫外光区：近紫外区200 - 400 nm
生的吸收光谱在紫外—可见光区，称为紫外—可见光谱或分子的 电子光谱。
讨论：
（4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的 能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性 的依据。 （5）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关， 也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩 尔吸光系数εmax也作为定性的依据。不同物质的λmax有时可能 相同，但εmax不一定相同； （6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比， 这是定量分析的依据。
* σ σ* (150~210nm)
H
* n σ* (259nm)
HCI
H
（2）不饱和脂肪烃
• 这类化合物有孤立双键的烯烃(如乙烯)和共轭双键的烯
烃(如丁二烯)，它们含有π键电子，吸收能量后产生
π→π*跃迁。乙烯(孤立双键)的
m
a
为171nm(
x
＝
15530 L mol1 cm1 )；而丁二烯H(2C CH CH CH2 )
列吸收带，称为精细结构吸收带，亦称为B吸收带[从德文 Benzenoid(苯的)得名]，这是由于跃迁和苯环的振动的重叠引起的。B 吸收带的精细结构常用来辨认芳香族化合物。 苯环与生色团连结时，有B和K两种吸收带，有时还有R吸收带，其中 R吸收带的波长最长 。
生色团与助色团
生色团(Chromophore)： 最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n→π＊跃迁产生
E=h=hc/
（Planck常数：h=6.626 × 10 -34 J × S ) 光的波长越短（频率越高），其能量越大。 白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光 单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成) 可见光区：400-750 nm 紫外光区：近紫外区200 - 400 nm
生的吸收光谱在紫外—可见光区，称为紫外—可见光谱或分子的 电子光谱。
讨论：
（4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的 能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性 的依据。 （5）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关， 也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩 尔吸光系数εmax也作为定性的依据。不同物质的λmax有时可能 相同，但εmax不一定相同； （6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比， 这是定量分析的依据。
* σ σ* (150~210nm)
H
* n σ* (259nm)
HCI
H
（2）不饱和脂肪烃
• 这类化合物有孤立双键的烯烃(如乙烯)和共轭双键的烯
烃(如丁二烯)，它们含有π键电子，吸收能量后产生
π→π*跃迁。乙烯(孤立双键)的
m
a
为171nm(
x
＝
15530 L mol1 cm1 )；而丁二烯H(2C CH CH CH2 )
列吸收带，称为精细结构吸收带，亦称为B吸收带[从德文 Benzenoid(苯的)得名]，这是由于跃迁和苯环的振动的重叠引起的。B 吸收带的精细结构常用来辨认芳香族化合物。 苯环与生色团连结时，有B和K两种吸收带，有时还有R吸收带，其中 R吸收带的波长最长 。
生色团与助色团
生色团(Chromophore)： 最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n→π＊跃迁产生
紫外分光光度计
化学反应。
显色剂：能与被测组分反应使之生成有色化合
物的试剂。
一、对显色反应的要求
选择性好
所用的显色剂仅与被测组分显色而与其它共存组分不
显色，或其它组分干扰少。 灵敏度足够高 有色化合物有大的摩尔吸光系数 ，一般应有 104~105数量级。 有色配合物的组成要恒定 显色剂与被测物质的反应要定量进行 。 生成的有色配合物稳定性好 色差大 有色配合物与显色剂之间的颜色差别要大，这样试剂空 白小，显色时颜色变化才明显。
酸碱离解常数的测定
在相同的测量条件（溶剂、
1.0 0.8 0.6 Absorbance 0.4 0.2
350
525 545
pH等）下，测定未知物的吸 紫外-可见分光光度法的 光谱与所推断化合物的标准 定性分析主要适用于不 光谱定性分析基 物的吸光谱直接比较，或将 饱和有机化合物，尤其
max
最大吸收波长，max
示差分光光度法 定量分析的基础：依据朗伯-比尔 多组分的测定 定律，即一定波长处被测定物质 光度滴定 的吸光度与物质浓度呈线性关系。 双波长法 因此，通过测定一定波长处溶液 的吸光度，即可求出该物质在溶 导数分光光度法 液中的浓度。 配合物组成的测定
KMnO4 的吸收曲线
I0 A lg bc I
κ与入射光波长、溶液的性质及温度有关。当这些条件一定时， κ 代 表单位浓度的有色溶液放在单位宽度的比色皿中的吸光度。
c的单位为g· L-1，b的单位为cm时，κ以a表示，称为吸光系数，其单 位为L· g-1· cm-1， A=abc。
ε=aM
M为待测物质的摩尔质量（g·mol-1）
/nm 颜色 紫 蓝
绿蓝 蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 红
紫外-可见分光光度计的基本组成和操作
2、仪器的维护与日常保养 分光光度计是精密光学仪器，正确安装、使用和保养对 保持仪器良好的性能和保证测试的准确度有重要作用。 （1）对仪器工作环境的要求： ①仪器应安放在干燥的房间内； ②仪器应放置在坚固平稳的工作台上； ③室内照明不宜太强；
④尽量远离高强度的磁场、电场及发生高频波的电器设 备；
在可见光区检验波长准确度最简便的方法是绘制镨钕滤 光片的吸收光谱曲线。镨钕滤光片的吸收峰为528.7nm和 807.7nm。
在紫外光区检验波长准确度比较实用和简便的方法是： 用苯蒸气的吸收光谱曲线来检查。
谱 钕 滤 光 片 吸 收 曲 线
苯 蒸 汽 的 吸 收 曲 线
（2）吸光度校正 其中应用最普遍的是以重铬酸钾水溶液的吸收曲线为标 准值校正。 （3）吸收池成套性检验 简便的方法进行配套检验： 用铅笔在洗净的吸收池毛面外壁编号并标注光路走向。
缺点：有微小暗电流（Dark current，40K的放射线激
发）。
阴极e光束 阳来自丝（Ni）抽真空直流放大
R - 90V DC +
（3）光电倍增管 石英套
阳极
栅极，
光束 屏蔽
光电倍增管示意图
优点：高灵敏度；响应快；适于弱光测定，甚至对单一 光子均可响应。
缺点：热发射强，因此暗电流大，需冷却（-30℃)。不 得置于强光(如日光)下，否则可永久损坏 PMT！
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。 常用的检测器有光电池、光电管及光电倍增管。 （1）硒光电池 优点：光电流直接正比于辐射能；使用方便、便于携带 （耐用、成本低）；
缺点：电阻小，电流不易放大；响应较慢。只在高强度 辐射区较灵敏；长时间使用后，有“疲劳”现象。
Se Fe(Cu)
紫外可见分光光度计的基本原理
复合光： 由不同波长的光组合而成的光，如白光。 互补色光： 两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合可得到白光， 这两种单色光称为互补色光。
蓝绿
绿 黄绿 黄
青蓝
橙
蓝
红
紫
紫红
图中处于对角线上的两种单色光为互补色光。
例如蓝色光和黄色光、绿色光和紫红色光互补等
不同颜色的可见光波长及其互补光
物质的颜色：是由于物质对不同波长的光具有选择性 吸收而产生。即物质的颜色是它所吸收光的互补色 。
当一束平行单色光，通过一均匀的溶液后，光的 强度会减弱 。
吸光度A (Absorbance） A 取值为 0.0 -------∞
全部透射----全部吸收
朗伯定律 其他条件不变（指溶液的性质及温度，入射光波 长）溶液浓度C一定时，吸光度A与液层厚度b成正比。
A＝k1b 这就是朗伯定律。
比耳定律 其他条件不变，当液层厚度L一定时，吸光度A与 溶液浓度C成正比。
能量愈大。
二、物质对光的选择性吸收 1、物质的颜色产生 物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生。即物质的 颜色是它所吸收光的互补色。 一种物质呈现何种颜色，与入射光组成和物质本身的结 构有关,而溶液呈现不同的颜色是由于溶液中的吸光质点(离 子或分子)选择性地吸收某种颜色的光而引起的。
2、物质的颜色与吸收光的关系 关于光的几个术语 可见光： 人眼能感觉到的那一小段光，波长范围约400～780nm 单色光： 单一波长的光组成，单色光其实是一种理想的“单色”， 实际上含有少量其它波长的色光。
使用条件
（1）入射光为单色光，定律才能成立；
（2）稀溶液都遵守吸收定律，浓度过大产生偏离； （偏离比耳所致）按定律A—C应为直线关系。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
UV-VIS-NIR 基础理论和知识
Spectrophotometer Sales Training
Chemical Analysis Group
Confidentiality Label
1
May 22, 2020
概览
1. 光谱学基础 2. 紫外光谱背景知识 3. 分光光度计分类 4. 分光光度计组件 5. 分光光度计指标解读
紫外光谱
发色团： 凡能吸收紫外光或可见光而引起电子能级跃迁的基团称为发色团。 主要指那些具有不饱和键或不饱和键上连有杂原子的基团，如： C＝C、C＝O
紫外光谱
发色团：
紫外光谱
助色团：
当含有杂原子的饱和基团与发色团相连时，吸收波长会发生较大的变化。 这种含杂原子的饱和基团被称为助色团，例如： —OH、—NH2、－OR、卤素等。
紫移
A
增色 效应
减色 效应
红移
λ
紫外定性分析
光度计定性分析
同种物质，即使浓度不同，但吸收曲线形状和 λmax大致相同，将扫描结果与标准谱图比对， 进行定性分析。 紫外光谱可以提供物质的结构信息，并作为物 质定性分析的依据之一。
紫外定量分析
朗伯－比尔定律：
1760年，Lambert：如果溶液的浓度一定，则光对物 质的吸收程度与它通过的溶液厚度成正比：
吸收过程中各物质无相互作用
紫外定量分析
光度计定量分析
定量：配置不同浓度的标样，建立工作曲线。 未知浓度的样品与工作曲线比对，得到其浓度值。
光度计大致结构
光度计分类
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。
光度计分类
高能级
Hale Waihona Puke hc E终－E始低能级
平移运动：能级差小，近似认为连续变化，不产生光谱；
分子转动：能级差一般在5×10-3～5×10-2ev之间，
：24.8～248um，远红外区；
分子振动：能级差一般在0.05～1ev之间，
：1.24～24.8um，近、中红外区；
电子运动：能级差一般在1～20ev之间；
：62nm～1.24um，远紫外、紫外可见和部分近红外；
NO 2
E总＝E平＋E转＋E振＋E电＋E电旋＋E核＋…
分子的总能量包括： 平移运动的能量 分子绕自身某一轴的转动能 分子内化学键的振动能 核外电子在某个分子轨道上做轨道运动的能量 电子自旋能 原子核自旋能等；
分子的能级是量子化的； 分子吸收能量后，可以从低能级跃迁到高能级。
光谱学基础
能级跃迁 所吸收电磁波的波长与轨道能级差之间的关系：
紫外光谱
助色团：
紫外光谱
红移和紫移：
有机化合物的结构发生变化或测试条件发生变化时，其吸收波长向长波 长方向移动的现象称为红移；其吸收波长向短波长方向移动的现象称为 紫移。
取代基的变更或溶剂种类的改变可引起吸收谱带的红移或紫移。
紫外光谱
增色效应和减色效应：
当有机化合物的结构发生变化或溶剂改变时，在吸收峰红移或紫移的同 时，常伴有吸光度A的增强或减弱，我们将吸光度增加的效应称为增色 效应，将吸光度减小的效应称为减色效应。
紫外定量分析
光度计定量分析
Lambert－Beer定律：
I0
I
L
适用范围： 入射光为平行单色光
A lg I 0 lg 1 lg T KCL IT
A： 吸光度 T： 透过率 K： 吸光系数 C： 样品浓度 L： 光程 I/I0: 透射光强度/入射光强度
吸收体系是均匀分布的连续体系
光与物质的作用仅限于吸收过程，没有荧光和 光化学现象
紫外光谱
紫外光谱： 由分子中价电子的跃迁而产生。
分子中价电子经紫外或可见光照射时，电子从 低能级跃迁到高能级，此时电子就吸收了相应波长 的光，这样产生的吸收光谱叫紫外光谱。
紫外吸收光谱的波长范围是100-400nm(纳米), 其中100-200nm 为远紫外区，200-400nm为近紫外 区, 一般的紫外光谱是指近紫外区。
光谱学基础
光是一种电磁波，具有波粒二相性。 波动性：
可用波长( )、频率(ν)和速度（C）等来描述。
ν=C/
式中： ν为频率 C 为光速 为波长
光谱学基础
光是一种电磁波，具有波粒二相性。 粒子性： 可用光量子的能量来描述
E = hν = hC /
式中： E为光量子能量 h 为普朗克常数 ν为频率 C 为光速 为波长
光谱学基础
光谱区域：
X射线 远紫外 近紫外 可见光 近红外 中红外 远红外 微波 10nm 200nm 380nm 780nm 2.5um 25um 1mm
射频
不同波长下的光具有不同的能量，波长越短，能量越高；
高能级
I
I0
低能级
特定波长的光被分子吸收后，可引起分子运动能级的跃迁。
光谱学基础
分子能级：
紫外光谱
化合物价电子跃迁：
NO 2
可以跃迁的电子有：电子, 电子和n电子。
跃迁的类型有： *, n *, *, n *。
各类电子跃迁的能量大小见下图：
紫外光谱
紫外光谱图： 是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。
横坐标表示吸收光的波长，用nm（纳米）为单位。 纵坐标表示吸收光的吸收强度，可以用A(吸光度)、T(透射比或透光率 或透过率)、1-T(吸收率)、(吸收系数) 中的任何一个来表示。 吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。 曲线最大吸收峰的横坐标为该吸收峰的位置，纵坐标为它的吸收强度。
A＝Lg（I0/I）＝K0L
1852年，Beer：光的吸收和光所遇到的吸光物质的
I
I0
数量有关；如果吸光物质溶于不吸光的溶剂中，则吸
L
光度和吸光物质的浓度成正比。即当单色光通过液层
厚度一定的有色溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度
成正比：
Lambert-Beer：
A＝Lg（I0/I）＝K1C
A＝K*C*L
Reference
Detector 2
Sample 半透半反镜
Detector 1 透光
Reference
Mirror 2
Sample
Detector
Mirror 1
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。
光度计分类
3. 实时双光束
消除光源变化对仪器稳定性带来的影响。
光源
样品光束
参比光束
检测器
s s/r
PC r
检 测 器r
光度计分双类光束仪器实现方式
双光束的几种实现方式：
Spectrophotometer Sales Training
Chemical Analysis Group
Confidentiality Label
1
May 22, 2020
概览
1. 光谱学基础 2. 紫外光谱背景知识 3. 分光光度计分类 4. 分光光度计组件 5. 分光光度计指标解读
紫外光谱
发色团： 凡能吸收紫外光或可见光而引起电子能级跃迁的基团称为发色团。 主要指那些具有不饱和键或不饱和键上连有杂原子的基团，如： C＝C、C＝O
紫外光谱
发色团：
紫外光谱
助色团：
当含有杂原子的饱和基团与发色团相连时，吸收波长会发生较大的变化。 这种含杂原子的饱和基团被称为助色团，例如： —OH、—NH2、－OR、卤素等。
紫移
A
增色 效应
减色 效应
红移
λ
紫外定性分析
光度计定性分析
同种物质，即使浓度不同，但吸收曲线形状和 λmax大致相同，将扫描结果与标准谱图比对， 进行定性分析。 紫外光谱可以提供物质的结构信息，并作为物 质定性分析的依据之一。
紫外定量分析
朗伯－比尔定律：
1760年，Lambert：如果溶液的浓度一定，则光对物 质的吸收程度与它通过的溶液厚度成正比：
吸收过程中各物质无相互作用
紫外定量分析
光度计定量分析
定量：配置不同浓度的标样，建立工作曲线。 未知浓度的样品与工作曲线比对，得到其浓度值。
光度计大致结构
光度计分类
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。
光度计分类
高能级
Hale Waihona Puke hc E终－E始低能级
平移运动：能级差小，近似认为连续变化，不产生光谱；
分子转动：能级差一般在5×10-3～5×10-2ev之间，
：24.8～248um，远红外区；
分子振动：能级差一般在0.05～1ev之间，
：1.24～24.8um，近、中红外区；
电子运动：能级差一般在1～20ev之间；
：62nm～1.24um，远紫外、紫外可见和部分近红外；
NO 2
E总＝E平＋E转＋E振＋E电＋E电旋＋E核＋…
分子的总能量包括： 平移运动的能量 分子绕自身某一轴的转动能 分子内化学键的振动能 核外电子在某个分子轨道上做轨道运动的能量 电子自旋能 原子核自旋能等；
分子的能级是量子化的； 分子吸收能量后，可以从低能级跃迁到高能级。
光谱学基础
能级跃迁 所吸收电磁波的波长与轨道能级差之间的关系：
紫外光谱
助色团：
紫外光谱
红移和紫移：
有机化合物的结构发生变化或测试条件发生变化时，其吸收波长向长波 长方向移动的现象称为红移；其吸收波长向短波长方向移动的现象称为 紫移。
取代基的变更或溶剂种类的改变可引起吸收谱带的红移或紫移。
紫外光谱
增色效应和减色效应：
当有机化合物的结构发生变化或溶剂改变时，在吸收峰红移或紫移的同 时，常伴有吸光度A的增强或减弱，我们将吸光度增加的效应称为增色 效应，将吸光度减小的效应称为减色效应。
紫外定量分析
光度计定量分析
Lambert－Beer定律：
I0
I
L
适用范围： 入射光为平行单色光
A lg I 0 lg 1 lg T KCL IT
A： 吸光度 T： 透过率 K： 吸光系数 C： 样品浓度 L： 光程 I/I0: 透射光强度/入射光强度
吸收体系是均匀分布的连续体系
光与物质的作用仅限于吸收过程，没有荧光和 光化学现象
紫外光谱
紫外光谱： 由分子中价电子的跃迁而产生。
分子中价电子经紫外或可见光照射时，电子从 低能级跃迁到高能级，此时电子就吸收了相应波长 的光，这样产生的吸收光谱叫紫外光谱。
紫外吸收光谱的波长范围是100-400nm(纳米), 其中100-200nm 为远紫外区，200-400nm为近紫外 区, 一般的紫外光谱是指近紫外区。
光谱学基础
光是一种电磁波，具有波粒二相性。 波动性：
可用波长( )、频率(ν)和速度（C）等来描述。
ν=C/
式中： ν为频率 C 为光速 为波长
光谱学基础
光是一种电磁波，具有波粒二相性。 粒子性： 可用光量子的能量来描述
E = hν = hC /
式中： E为光量子能量 h 为普朗克常数 ν为频率 C 为光速 为波长
光谱学基础
光谱区域：
X射线 远紫外 近紫外 可见光 近红外 中红外 远红外 微波 10nm 200nm 380nm 780nm 2.5um 25um 1mm
射频
不同波长下的光具有不同的能量，波长越短，能量越高；
高能级
I
I0
低能级
特定波长的光被分子吸收后，可引起分子运动能级的跃迁。
光谱学基础
分子能级：
紫外光谱
化合物价电子跃迁：
NO 2
可以跃迁的电子有：电子, 电子和n电子。
跃迁的类型有： *, n *, *, n *。
各类电子跃迁的能量大小见下图：
紫外光谱
紫外光谱图： 是由横坐标、纵坐标和吸收曲线组成的。
横坐标表示吸收光的波长，用nm（纳米）为单位。 纵坐标表示吸收光的吸收强度，可以用A(吸光度)、T(透射比或透光率 或透过率)、1-T(吸收率)、(吸收系数) 中的任何一个来表示。 吸收曲线表示化合物的紫外吸收情况。 曲线最大吸收峰的横坐标为该吸收峰的位置，纵坐标为它的吸收强度。
A＝Lg（I0/I）＝K0L
1852年，Beer：光的吸收和光所遇到的吸光物质的
I
I0
数量有关；如果吸光物质溶于不吸光的溶剂中，则吸
L
光度和吸光物质的浓度成正比。即当单色光通过液层
厚度一定的有色溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度
成正比：
Lambert-Beer：
A＝Lg（I0/I）＝K1C
A＝K*C*L
Reference
Detector 2
Sample 半透半反镜
Detector 1 透光
Reference
Mirror 2
Sample
Detector
Mirror 1
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。
光度计分类
3. 实时双光束
消除光源变化对仪器稳定性带来的影响。
光源
样品光束
参比光束
检测器
s s/r
PC r
检 测 器r
光度计分双类光束仪器实现方式
双光束的几种实现方式：