光谱分析基础及紫外可见光分光光度计

吸收曲线讨论：

（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸
光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax
（2）不同浓度的KMnO4溶液的光吸收曲线形状相
似，其最大吸收波长不变； 不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相 同。 光吸收曲线与物质特性有关，故据此可作为物质定 性分析的依据。
原子吸收光谱原理

只有光子的能量与被照射物质粒子的基态和 激发态能量之差相等时，才能被吸收。
S3 E3 E2 E1
S2
h S1
h E2 E0

S0
E0
hc E E2 E0 h
分子吸收光谱原理


物质分子内的三种运动方式：1.电子相对与 原子核的运动、2.分子内原子在其平衡位置 移动、3.分子本身绕其中心转动 三种运动方式决定分子具有三种能级：电 子能级、振动能级、转动能级
光谱分析技术的基础理论


发射光谱:由物质分子或原子吸收了外来的 能量后发生分子或原子间的能级跃迁而产 生的光谱。 发散光谱分析方法就是根据每种元素特有 的线光谱来识别或检查各种元素。
产生机理：物质分子或原子吸收外来 能量后，可从基态跃迁至激发态。处 于激发态的分子或原子是不稳定的， 会很快从激发态自发回到基态，吸收 的能量以发光的形式释放出来。
原 子 发 射
原 子 吸 收
原 子 荧 光
X 射 线 荧 光
紫 外 可 见
红 外 可 见
分 子 荧 光
分 子 磷 光
核 磁 共 振
化 学 发 光
原子光谱法 光谱分析法 吸收光谱法
分子光谱法
发射光谱法
原 子 吸 收
紫 外 可 见
红 外 可 见
核 磁 共 振
原 子 发 射
原 子 荧 光
分 子 荧 光
分 子 磷 光

黑体辐射：白炽灯、液、固灼热发光 连续光谱


当依次将各种波长的单色光通过某一有色 溶液，测量每一波长下有色溶液对该波长 光的吸收程度（吸光度A），然后以波长为 横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到一条 曲线，称为该溶液的吸收曲线，亦称为吸 收光谱。
λmax 吸光度最大处对应 的波长称为最大吸收 波长λmax
绿蓝 蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 红
橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
光 的特征
光的波粒二象性：
微粒性
波动性
E h
hc

E 为光子的能量；ν为光波的频率（Hz）； h为普朗克常数（6.626×10-34 J.s ）; c为光速（2.9977×108m／s）；λ为光波的波长
光谱分析（spectral analysis)
I0
I0：入射光强度 I b:液层厚度 T:透光度 k:吸光系数 C:溶液浓度 I:透射光强度 A:吸光度
当用一束单色光照 射到吸收溶液时， 其吸光度与液层厚 度及溶液的体积成 正比。
b
光谱分析技术的基础理论
朗伯-比尔定律的适用条件：
1.入射光为单色光。波长范围越大，单色光 纯度越低，对郎伯-比尔定律的偏离越大； 2.溶液中邻近分子的存在并不改变每一给定 分子的特性，即分子间互不干扰。 3.适用于分子吸收和原子吸收
分子吸收光谱原理
当用可见光照射分
子时，价电子可以
跃迁产生吸收光谱 ，在电子能级变化
的同时，不可避免
地伴随分子振动和 转动的能级变化。 因此他包含了大量 谱线，并由于这些 谱线的重叠而成为 连续的吸收带。
光谱种类
原子光谱：吸收、发射、荧光 线状光谱

分子光谱：紫外、可见、红外等吸收光谱 带状光谱 I
光源 波长范围 (nm) 320~2500 320~2500 185~375 特 点
钨灯
卤钨灯 氢灯
钨丝易蒸发，寿命短。用 于可见光区 加入卤素使用寿命延长， 稳定性好 用于紫外区 发光强度比氢灯高3～5倍
用于紫外或荧光分析仪
氘灯
wenku.baidu.com汞灯
185~375
254~734
氙灯
氢灯
钨灯
一、紫外-可见分光光度计的基本结构和工作原理 单色器（Monochromator）：是将来自光源的复 合光分解为单色光并分离出所需波段光束的装置。 入射狭缝：限制杂散光进入； 色散元件：将复合光分解为 单色光，有棱镜和光栅两种； 准直镜：1.从入射狭缝来的 光线经准直镜反射，变为平 行光投照到色散元件上;2. 将来自色散元件的平行光 束聚集在出射狭缝上； 出射狭缝：将固定波长范围 的光射出单色器，可以限制 通带宽度。
（3）同一物质不同浓度的溶液，在一定波长处
吸光度随溶液的浓度的增加而增大。这个特性可
作为物质定量分析的依据。在测定时，只有在
λ

max
处测定吸光度，其灵敏度最高。
因此，吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长
的依据。
光谱分析技术的基础理论

朗伯-比尔定律：
I T 10 kbc I0 I0 I 1 A lg T lg lg lg kbc I0 I T
X 射 线 荧 光
化 学 发 光
能从含有各种波长的混合 光中将每一单色光分离出 来并测量其强度的仪器称 为分光光度计。
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
0.208
光源
单色器
吸收池
检测器
显示系统
紫外-可见分光光度计的基本结构示意图
一、紫外-可见分光光度计的基本结构和工作原理
主要内容

光谱基础知识

郎伯_比尔吸收定理


紫外可见光分光光度计的原理和结构 紫外可见光分光光度计的性能评价
光 谱(spectrum)
各种颜色的波长范围
/nm 400-450 450-480 颜色 互补色
紫
蓝
黄绿
黄
480-490 490-500 500-560 560-580 580-610 610-650 650-760


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

光源（light source）：提供入射光的装置。 要求: 1.能在所需波长范围的光谱区域内发射连续光谱； 2.有足够的辐射强度并能长时间稳定。 常用的光源有热辐射灯（钨灯、卤钨灯等）， 气体放电灯（氢灯、氘灯及氙灯等），金属弧 灯（各种汞灯）等。
一、紫外-可见分光光度计的基本结构和工作原理 几种常见光源比较