紫外可见光光谱解析课件.ppt
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1、第8章 紫外-可见光光谱分析 光光 光谱分析法光谱分析法 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收 分析原理分析原理 紫外紫外-可见光光度计可见光光度计 分析应用分析应用 光光 光是一种电磁波,具有波粒二象性。光的波动性可用光是一种电磁波,具有波粒二象性。光的波动性可用波长波长、频率、频率、光速、光速c c、波数(、波数(cmcm-1-1)等参数来描述:)等参数来描述:=c=c ;波数波数 =1/=1/=/c c 光是由光子流组成,光子的能量:光是由光子流组成,光子的能量:E=h E=h =h c/=h c/(PlanckPlanck常数常数:h=6.626 h=6.626 10 10-34
2、-34 J J S)S)光的波长越短(频率越高),其能量越大。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)单色光:单波长的光(由具有相同能量的光子组成)电磁波包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外电磁波包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、光、x x射线等。按照其频率或波长的的大小排列,可见光射线等。按照其频率或波长的的大小排列,可见光只是电磁波中一个很小的波段。只是电磁波中一个很小的波段。光光 光光能复合成白光的两种颜色的光叫能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。
3、互补色光。物质所显示的物质所显示的颜色是吸收光的互补色。颜色是吸收光的互补色。光谱分析法是根据物质发射、吸收电磁辐射或电磁辐光谱分析法是根据物质发射、吸收电磁辐射或电磁辐射与物质间相互作用而建立起来的一类分析方法。电磁辐射与物质间相互作用而建立起来的一类分析方法。电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。射、干涉、衍射、偏振等。光谱分析法光谱分析法光谱分析法光谱分析法发射光谱法发射光谱法 吸收光谱法吸收光谱法拉曼光谱法拉曼光谱法荧光光谱法荧光光谱法 光谱分析法光谱分析法 当辐射光通过固体、液体或气体样品中的
4、一个透明层时,样品当辐射光通过固体、液体或气体样品中的一个透明层时,样品的粒子的粒子(分子、原于或离子分子、原于或离子)会选择性地吸收某种频率的辐射能,从会选择性地吸收某种频率的辐射能,从低能态低能态M(M(基态基态)跃迁至高能态跃迁至高能态M M*(激发态激发态),这种现象称为光的吸收。,这种现象称为光的吸收。为了使吸收现象发生,电磁辐射的能量必须与吸收粒子的基态为了使吸收现象发生,电磁辐射的能量必须与吸收粒子的基态与激发态的能级差相当。由于各种粒子的结构不同,造成能级差不与激发态的能级差相当。由于各种粒子的结构不同,造成能级差不尽相同,所以各种粒子吸收线的波长或频率不同。因此对吸收线尽相同
5、,所以各种粒子吸收线的波长或频率不同。因此对吸收线波长及强度的研究,可以提供样品的性质,结构及含量的信息。波长及强度的研究,可以提供样品的性质,结构及含量的信息。根据吸收光谱所在的光谱区域及吸收粒子的差别,主要可分为:根据吸收光谱所在的光谱区域及吸收粒子的差别,主要可分为:紫外紫外可见吸收光谱法、原子吸收光谱法及红外光谱法,此外还有可见吸收光谱法、原子吸收光谱法及红外光谱法,此外还有核磁共振波谱法及核磁共振波谱法及X X射线吸收光谱法。射线吸收光谱法。吸收光谱法吸收光谱法 光谱分析法光谱分析法 光谱分析法光谱分析法 方法名称方法名称 辐射能辐射能 作用物质作用物质 检测信号检测信号紫外紫外-可
6、见分光可见分光光度法光度法紫外、可见光紫外、可见光分子外层的电子分子外层的电子吸收后的紫外吸收后的紫外可见光可见光原子吸收光谱法原子吸收光谱法紫外、可见光紫外、可见光气态原子气态原子外层的电子外层的电子吸收后的紫外吸收后的紫外可见光可见光红外光谱法红外光谱法红外光红外光(1.52.5)分子的振动分子的振动吸收后的红外光吸收后的红外光吸收光谱法吸收光谱法发射光谱法发射光谱法 当粒子当粒子(分子、原子或离子分子、原子或离子)吸收能量后,从低能态跃迁至高能吸收能量后,从低能态跃迁至高能态,处于高能态的粒子是不稳定的,在短暂的时间内态,处于高能态的粒子是不稳定的,在短暂的时间内(约约1010-8-8s
7、)s),又,又从高能态返回低能态或基态,在此过程中,将吸收的能量释放出来,从高能态返回低能态或基态,在此过程中,将吸收的能量释放出来,若以光的形式释放能量,则得到发射光谱。若以光的形式释放能量,则得到发射光谱。由于各种元素的原子结构或化合物的分子结构不同,造成能级由于各种元素的原子结构或化合物的分子结构不同,造成能级差不同,发射光谱的特征波长也各不相同。根据发射光谱所在的光差不同,发射光谱的特征波长也各不相同。根据发射光谱所在的光谱区和激发方法的不同以及待测物质粒子的差别,主要可分为:原谱区和激发方法的不同以及待测物质粒子的差别,主要可分为:原子发射光谱法、原子荧光光谱法及分子荧光光谱法,此外
8、还有子发射光谱法、原子荧光光谱法及分子荧光光谱法,此外还有X X射射线荧光分析法、磷光光谱法及化学发光分析法等。线荧光分析法、磷光光谱法及化学发光分析法等。光谱分析法光谱分析法发射光谱法发射光谱法 光谱分析法光谱分析法 方法名称方法名称 激发方式激发方式作用物质或机理作用物质或机理 检测信号检测信号原子发射原子发射光谱法光谱法电弧、火花、电弧、火花、等离子炬等等离子炬等气态原子的外层电子气态原子的外层电子紫外、可见光紫外、可见光原子荧光原子荧光光谱法光谱法高强度紫外、可见光高强度紫外、可见光气态原子的外层电子气态原子的外层电子原子荧光原子荧光分子荧光分子荧光光谱法光谱法紫外、可见光紫外、可见光
9、分子分子荧光荧光(紫外、可见光)(紫外、可见光)当光束当光束照射到物质照射到物质上时,光与上时,光与物质发生相物质发生相互作用,于互作用,于是产生是产生反射、反射、散射、吸收散射、吸收或透射。或透射。物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收将不同波长的单将不同波长的单色光通过一定的色光通过一定的有色溶液,分别有色溶液,分别测出对各种波长测出对各种波长的光的吸收程度的光的吸收程度(A)。以波长)。以波长为横坐标,吸光为横坐标,吸光程度为纵坐标作程度为纵坐标作图,所得的曲线图,所得的曲线称为称为吸收曲线吸收曲线或或吸收光谱曲线。吸收光谱曲线。有色溶液对光的
10、吸收情况,有色溶液对光的吸收情况,常用光吸收曲线来描述。常用光吸收曲线来描述。从吸收曲线可以看到:从吸收曲线可以看到:1.同一浓度的有色溶液同一浓度的有色溶液对不同波长的光有不对不同波长的光有不同的吸光度同的吸光度;2.对于同一有色溶液,对于同一有色溶液,浓度愈大,吸光度也浓度愈大,吸光度也愈大;愈大;3.对于同一物质,不论对于同一物质,不论浓度大小如何,浓度大小如何,最大最大吸收峰所对应的波长吸收峰所对应的波长(最大吸收波长最大吸收波长 maxmax)不变不变.并且曲线的形状并且曲线的形状也完全相同。也完全相同。物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收朗伯定律朗伯定律 1729年波格尔在实验
11、中发年波格尔在实验中发现物质对光的吸收与吸光物现物质对光的吸收与吸光物质的厚度有关。质的厚度有关。朗朗伯伯波格波格尔的学生进一步研究指出:尔的学生进一步研究指出:当溶液的浓度一定,光的吸当溶液的浓度一定,光的吸收程度与液层厚度成正比,收程度与液层厚度成正比,这就是朗伯定律。这就是朗伯定律。表示为:表示为:A=A=k1 1b A A吸光度吸光度 K1比例常数比例常数 分析原理分析原理 分析原理分析原理1852年比尔(beer)在研究各种无机盐对红光的吸收后又指出:当单色光通过溶液层的厚度一定时,溶液的吸光度与溶液的浓度成正比,即比尔定律,表示为:A=loglog(I I0 0/I)=/I)=K2
12、c 分析原理分析原理将朗伯定律和比尔定律合并,即为朗伯比尔定律。将朗伯定律和比尔定律合并,即为朗伯比尔定律。k吸光系数吸光系数 A A吸光度吸光度.为无因次量为无因次量 b b液层厚度液层厚度.一般单位为一般单位为cmcm T=I/I0 透光率透光率A=loglog(I I0 0/I)/I)=loglog(1/T)1/T)=kcb紫外紫外-可见光光度计可见光光度计0.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示显示原原 理理 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱,具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的谱,具有足够的辐射强度、较好的稳定性
13、、较长的使用寿命。使用寿命。可见光区:可见光区:钨灯作为光源,其辐射波长范围在钨灯作为光源,其辐射波长范围在3203202500 nm2500 nm。紫外区:紫外区:氢、氘灯,发射氢、氘灯,发射185185400 nm400 nm的连续的连续光谱。光谱。紫外紫外-可见光光度计可见光光度计光光 源源 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出任一波长单色光的光学系统。任一波长单色光的光学系统。入射狭缝:光源的光由此进入单色器;入射狭缝:光源的光由此进入单色器;准光装置:透镜或返射镜使入射光成为平行光束;准光装置:透镜或返射镜使入射光成为平行光束;色散元件
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