交大近代仪器分析课件第二、三章光学概论和紫外法
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注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和
界面反射等因素对透光率的干扰
某化合物（ M=323.15）2.00mg溶于100ml量瓶中， L=1cm，在278nm测得T=24.3%，求
1% 解： E = -lgT/CL =0.614/0.002×1 1cm
、 ε E1%
1cm
=307
ε=（M/10）×E1cm1%
原理： L－B定律
A = -lgT =lgI0/I=ECL T =10-A =10-ECL 式中：A—吸光度， T—透光率
C—溶液浓度，L—液层厚度
E—吸光系数
续前
讨论： 1．Lamber-Beer定律的适用条件（前提） a. 入射光为单色光 b. 溶液是稀溶液 2．该定律适用于固体、液体和气体样品 3．在同一波长下，各组分吸光度具有加和性 应用：多组分测定
第二章 光谱分析法概论
光学分析法
电磁辐射与电磁波谱
光学分析法的分类
光学分析法
定义：利用光（电磁辐射）与物质相互作
用进行分析的方法
能源提供能量 三个主要过程 能量与被测物质相互作用
产生被检测信号
电磁辐射与电磁波谱
电磁辐射：高速传播的光（量）子流（γ射线、X射 线、紫外可见、红外、微波、无线电波）。
定量测定：选测定波长的依据
与电子光谱有关的三种电子及H2的成键 和反键轨道
成键电子（ σ ）
π键电子 n
H ¨ （甲醛） H—C=O
σ π
未成键的非键电子（n）
电子跃迁类型及特点
跃迁类型 σ→σ* n→σ* π→π* n→π* 基 团 吸收峰波长 <150nm ～200 nm ～200 nm 200～ 400nm 150 >104 10～30 强度ε 有无uv吸收 无 有末端吸收 有 有 饱和烃 (C-H、C-C) 杂原子单键 (-OH、-NH）
sh ， min
续前
3.对比吸光度或吸光系wk.baidu.com的比值：
例：
药典规定VB12定性鉴别：
278 ，361 ，550三处最大吸收
A361 A361 1.70 ~ 1.88 ， 3.15 ~ 3.45 A278 A550
续前
二、纯度检查
1、杂质检查
吸收光谱改变、吸光度改变
2、杂质限量检测
解： 0.463 Ci 4.900 10 4 g / 100 mL 4.900 10 6 g / mL 927.9 1
C样 10.00 10 3 5 5.000 10 6 g / mL 200 50
Ci 4.900 10 6 咖啡酸% 100% 100 % 98.0% 6 C样 5.000 10
练习 2 ． 精 密 称 取 0.0500g 样 品 ， 置 于 250mL 容 量 瓶 中 ， 加 入 0.02mol/L HCL溶解，稀释至刻度。准确吸取2mL，稀释至 100mL。以0.02mol/L HCL为空白,在263nm处用1cm吸收池 测定透光率为41.7%，其摩尔吸光系数为12000，被测物分 子量为100.0，试计算263nm处E1% 和样品的百分含量。
不饱和 （孤立双键)
杂原子双键 ( C=N)
生色团：有机化合物中可吸收紫外光的π→π* 或n→π*跃迁的基团，如C=O, C=C. 助色团：含杂原子的饱和基团，如-OH, -OR， -Br. 长移（红移）：吸收峰向长波方向移动的效应
短移（蓝移）：吸收峰向短波方向移动的效应
紫外分光光度法定量方法及其计算
= 323.15/10×307 =9920
定性分析与纯度检查 一、定性分析
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
1% max ， max ，E1 cm ，
解法:
A1a+b=A1a + A1b=E1a· Ca + E1b· Cb A2a+b=A2a + A2b=E2a· Ca + E2b· Cb
等吸收双波长法
例：消去b干扰，测a物质 ①绘制a、b绘物质的吸收光谱
②选波长λ1、λ2(b等吸收，a的△A大)
③测定：λ1 λ2 A1a+b=A1a+A1b A2a+b=A2a+A2b A=A2-A1 =(A2a+A2b )-(A1a+A1b )
波动性： 波长（λ）：光波移动-周的距离，“nm” 表征参数 频率（ν）：每秒钟的波动次数，“HZ” 波数（σ）：每厘米长度中波的数目，“cm-1” =C/λ，σ=1/λ= /C 1m=100cm=106μm=109nm=1010AO 微粒性：能量 E=h =hc/λ= hcσ
电磁波谱：将电磁波按波长顺序排列的图表
最大吸收波长
2）吸光度读数范围的选择：选A=0.2~0.7 3）参比溶液(空白溶液)的选择：
空白溶液 配制样品的溶剂
光学性质和厚度相同 参比池 样品池
空白溶液 参比池 调节光路 A参 0 ，T 100 % 样品溶液 样品池 A样
分子光谱法：分子吸收电磁辐射产生能级跃迁
分子运动形式及能量：
E总=E0+E平+E振+E转+E电子 特点：能量是不连续的，量子化特征
△E=E2-E1= △E振+ △E转+ △E电子= h =hc/λ
△E不同——吸收光不同——光谱不同
光学分析法的仪器
光源
单色器
检测器
记录装置
第三章 紫外分光光度法
紫外分光光度法实质、优点、用途
实质： 分子吸收光谱、电子光谱
优点：准确度高、 灵敏度较高、 操作简便、应用广 用途：定量测定、定性鉴定、结构推断
紫外分光光度法基本概念
吸收光谱（A—λ曲线） 特点：吸收峰、λmax、吸收谷、λmin、
肩峰、末端吸收
用途：定性鉴定：即同一条件下，同一物质
的A-λ曲线相同
④计算 Ca=？
=(A2a-A1a)+(A2b-A1b)
=(E2a-E1a)CaL =KCa
选择波长原则：干扰组分在两波长的吸光度相等， 待测组分在两波长的吸光度差值
△A应足够大。
计算公式： 测A消B △Aa=(Eλ2a – Eλ1a )Ca 测B消A △Ab=(Eλ2b – Eλ1b )Cb
练习 1．取咖啡酸，在165℃干燥至恒重，精密称取10.00mg，加少量 乙醇溶解，转移至200mL容量瓶中，加水至刻度线，取此溶 液5.00mL，置于50mL容量瓶中，加6mol/L的HCL 4mL，加 水至刻度线。取此溶液于1cm比色池中，在323nm处测定吸 1% 光度为0.463，已知该波长处的 E1cm 927.9 ，求咖啡酸百分 含量
辐射区段
γ射线 X射线 紫外可见 红外 微波 无线电波
波长
0.0003nm 0.03nm 300nm 30m 30cm 30m
频率
波数
能量
跃迁类型
核反应 内层电子 外层电子 分子振动 分子转动 磁场诱导核自旋 能级跃迁
电磁辐射与被测物质相互作用
基于对光的吸收和发射
——涉及内能变化
基于对光的透射、折射、衍射和旋光
1cm
解： E
1% 1cm
A lg T lg 0.417 Ci E l E l 1200 1 3.166 10 4 g / 100 mL 3.165 10 6 g / mL 0.0500 2 6 C样 4.000 10 g / mL 250 100 Ci 3.165 10 6 样品% 100% 100 % 79.15% 6 C样 4.000 10
10 10 12000 1200 M 100.0
紫外法新技术简介
数倍率法
三波长法
计算分光光度法 偏最小二乘法
卡尔曼滤波法
褶合光谱法：实质是一种信号处理技术
——不涉及内能变化
光学分析法的分类
电磁辐射不同
的现象不同
与物质相互作用不同
可建立不同的光学分析法
产生
光谱法：吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法
非光谱法：折射法、旋光法、浊度法、X射线衍射法
吸收光谱法：原子吸收、分子吸收（紫外、红外、核磁等） 发射光谱法：原子发射、分子发射（荧光、磷光等）
原子光谱法：气态原子外层电子吸收电磁辐射产生能级跃迁
紫外分光光度法及其仪器
紫外分光光度法基本概念
紫外分光光度法定量方法及其计算 紫外分光光度法在医药学中的应用
紫外分光光度法及其仪器
紫外分光光度计示意图
光 源 单 色 器 吸 收 池 检 测 器 记 录 器
光源：氢灯、氘灯
单色器：狭缝、色散元件（棱镜或光栅）、
准直镜
吸收池：石英吸收池
检测器：光电倍增管、光二极管阵列检测器等 记录器：电表指示、数字显示、荧光屏显示等
→ 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
M 1% E1cm 10
续前
3．吸光度测量的条件选择：
1）测量波长的选择：
A Aa A b Ac
吸光系数
1．吸光系数的物理意义：
A 单位浓度、单位厚度的吸光度 E C l
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↑
药物中允许存在的最大量
定量方法
一、单组分样品定量方法
例：维生素B12水溶液在361nm处的 E1% =207， 1cm
L=1cm，测得A=0.414，求：C=? 解：C= A/EL = 0.414/207×1 = 0.002（g/100mL）
=210-5 g/mL
二、多组分样品的定量方法
定量依据: A总= Aa +Ab +Ac +……
界面反射等因素对透光率的干扰
某化合物（ M=323.15）2.00mg溶于100ml量瓶中， L=1cm，在278nm测得T=24.3%，求
1% 解： E = -lgT/CL =0.614/0.002×1 1cm
、 ε E1%
1cm
=307
ε=（M/10）×E1cm1%
原理： L－B定律
A = -lgT =lgI0/I=ECL T =10-A =10-ECL 式中：A—吸光度， T—透光率
C—溶液浓度，L—液层厚度
E—吸光系数
续前
讨论： 1．Lamber-Beer定律的适用条件（前提） a. 入射光为单色光 b. 溶液是稀溶液 2．该定律适用于固体、液体和气体样品 3．在同一波长下，各组分吸光度具有加和性 应用：多组分测定
第二章 光谱分析法概论
光学分析法
电磁辐射与电磁波谱
光学分析法的分类
光学分析法
定义：利用光（电磁辐射）与物质相互作
用进行分析的方法
能源提供能量 三个主要过程 能量与被测物质相互作用
产生被检测信号
电磁辐射与电磁波谱
电磁辐射：高速传播的光（量）子流（γ射线、X射 线、紫外可见、红外、微波、无线电波）。
定量测定：选测定波长的依据
与电子光谱有关的三种电子及H2的成键 和反键轨道
成键电子（ σ ）
π键电子 n
H ¨ （甲醛） H—C=O
σ π
未成键的非键电子（n）
电子跃迁类型及特点
跃迁类型 σ→σ* n→σ* π→π* n→π* 基 团 吸收峰波长 <150nm ～200 nm ～200 nm 200～ 400nm 150 >104 10～30 强度ε 有无uv吸收 无 有末端吸收 有 有 饱和烃 (C-H、C-C) 杂原子单键 (-OH、-NH）
sh ， min
续前
3.对比吸光度或吸光系wk.baidu.com的比值：
例：
药典规定VB12定性鉴别：
278 ，361 ，550三处最大吸收
A361 A361 1.70 ~ 1.88 ， 3.15 ~ 3.45 A278 A550
续前
二、纯度检查
1、杂质检查
吸收光谱改变、吸光度改变
2、杂质限量检测
解： 0.463 Ci 4.900 10 4 g / 100 mL 4.900 10 6 g / mL 927.9 1
C样 10.00 10 3 5 5.000 10 6 g / mL 200 50
Ci 4.900 10 6 咖啡酸% 100% 100 % 98.0% 6 C样 5.000 10
练习 2 ． 精 密 称 取 0.0500g 样 品 ， 置 于 250mL 容 量 瓶 中 ， 加 入 0.02mol/L HCL溶解，稀释至刻度。准确吸取2mL，稀释至 100mL。以0.02mol/L HCL为空白,在263nm处用1cm吸收池 测定透光率为41.7%，其摩尔吸光系数为12000，被测物分 子量为100.0，试计算263nm处E1% 和样品的百分含量。
不饱和 （孤立双键)
杂原子双键 ( C=N)
生色团：有机化合物中可吸收紫外光的π→π* 或n→π*跃迁的基团，如C=O, C=C. 助色团：含杂原子的饱和基团，如-OH, -OR， -Br. 长移（红移）：吸收峰向长波方向移动的效应
短移（蓝移）：吸收峰向短波方向移动的效应
紫外分光光度法定量方法及其计算
= 323.15/10×307 =9920
定性分析与纯度检查 一、定性分析
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
1% max ， max ，E1 cm ，
解法:
A1a+b=A1a + A1b=E1a· Ca + E1b· Cb A2a+b=A2a + A2b=E2a· Ca + E2b· Cb
等吸收双波长法
例：消去b干扰，测a物质 ①绘制a、b绘物质的吸收光谱
②选波长λ1、λ2(b等吸收，a的△A大)
③测定：λ1 λ2 A1a+b=A1a+A1b A2a+b=A2a+A2b A=A2-A1 =(A2a+A2b )-(A1a+A1b )
波动性： 波长（λ）：光波移动-周的距离，“nm” 表征参数 频率（ν）：每秒钟的波动次数，“HZ” 波数（σ）：每厘米长度中波的数目，“cm-1” =C/λ，σ=1/λ= /C 1m=100cm=106μm=109nm=1010AO 微粒性：能量 E=h =hc/λ= hcσ
电磁波谱：将电磁波按波长顺序排列的图表
最大吸收波长
2）吸光度读数范围的选择：选A=0.2~0.7 3）参比溶液(空白溶液)的选择：
空白溶液 配制样品的溶剂
光学性质和厚度相同 参比池 样品池
空白溶液 参比池 调节光路 A参 0 ，T 100 % 样品溶液 样品池 A样
分子光谱法：分子吸收电磁辐射产生能级跃迁
分子运动形式及能量：
E总=E0+E平+E振+E转+E电子 特点：能量是不连续的，量子化特征
△E=E2-E1= △E振+ △E转+ △E电子= h =hc/λ
△E不同——吸收光不同——光谱不同
光学分析法的仪器
光源
单色器
检测器
记录装置
第三章 紫外分光光度法
紫外分光光度法实质、优点、用途
实质： 分子吸收光谱、电子光谱
优点：准确度高、 灵敏度较高、 操作简便、应用广 用途：定量测定、定性鉴定、结构推断
紫外分光光度法基本概念
吸收光谱（A—λ曲线） 特点：吸收峰、λmax、吸收谷、λmin、
肩峰、末端吸收
用途：定性鉴定：即同一条件下，同一物质
的A-λ曲线相同
④计算 Ca=？
=(A2a-A1a)+(A2b-A1b)
=(E2a-E1a)CaL =KCa
选择波长原则：干扰组分在两波长的吸光度相等， 待测组分在两波长的吸光度差值
△A应足够大。
计算公式： 测A消B △Aa=(Eλ2a – Eλ1a )Ca 测B消A △Ab=(Eλ2b – Eλ1b )Cb
练习 1．取咖啡酸，在165℃干燥至恒重，精密称取10.00mg，加少量 乙醇溶解，转移至200mL容量瓶中，加水至刻度线，取此溶 液5.00mL，置于50mL容量瓶中，加6mol/L的HCL 4mL，加 水至刻度线。取此溶液于1cm比色池中，在323nm处测定吸 1% 光度为0.463，已知该波长处的 E1cm 927.9 ，求咖啡酸百分 含量
辐射区段
γ射线 X射线 紫外可见 红外 微波 无线电波
波长
0.0003nm 0.03nm 300nm 30m 30cm 30m
频率
波数
能量
跃迁类型
核反应 内层电子 外层电子 分子振动 分子转动 磁场诱导核自旋 能级跃迁
电磁辐射与被测物质相互作用
基于对光的吸收和发射
——涉及内能变化
基于对光的透射、折射、衍射和旋光
1cm
解： E
1% 1cm
A lg T lg 0.417 Ci E l E l 1200 1 3.166 10 4 g / 100 mL 3.165 10 6 g / mL 0.0500 2 6 C样 4.000 10 g / mL 250 100 Ci 3.165 10 6 样品% 100% 100 % 79.15% 6 C样 4.000 10
10 10 12000 1200 M 100.0
紫外法新技术简介
数倍率法
三波长法
计算分光光度法 偏最小二乘法
卡尔曼滤波法
褶合光谱法：实质是一种信号处理技术
——不涉及内能变化
光学分析法的分类
电磁辐射不同
的现象不同
与物质相互作用不同
可建立不同的光学分析法
产生
光谱法：吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法
非光谱法：折射法、旋光法、浊度法、X射线衍射法
吸收光谱法：原子吸收、分子吸收（紫外、红外、核磁等） 发射光谱法：原子发射、分子发射（荧光、磷光等）
原子光谱法：气态原子外层电子吸收电磁辐射产生能级跃迁
紫外分光光度法及其仪器
紫外分光光度法基本概念
紫外分光光度法定量方法及其计算 紫外分光光度法在医药学中的应用
紫外分光光度法及其仪器
紫外分光光度计示意图
光 源 单 色 器 吸 收 池 检 测 器 记 录 器
光源：氢灯、氘灯
单色器：狭缝、色散元件（棱镜或光栅）、
准直镜
吸收池：石英吸收池
检测器：光电倍增管、光二极管阵列检测器等 记录器：电表指示、数字显示、荧光屏显示等
→ 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
M 1% E1cm 10
续前
3．吸光度测量的条件选择：
1）测量波长的选择：
A Aa A b Ac
吸光系数
1．吸光系数的物理意义：
A 单位浓度、单位厚度的吸光度 E C l
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↑
药物中允许存在的最大量
定量方法
一、单组分样品定量方法
例：维生素B12水溶液在361nm处的 E1% =207， 1cm
L=1cm，测得A=0.414，求：C=? 解：C= A/EL = 0.414/207×1 = 0.002（g/100mL）
=210-5 g/mL
二、多组分样品的定量方法
定量依据: A总= Aa +Ab +Ac +……