可见光紫外光分光光谱仪课件.ppt

1、可見光紫外光分光光譜儀可見光紫外光分光光譜儀(UV/VIS Spectophotometer(UV/VIS Spectophotometer)益弘儀器股份有限公司光光 譜譜 學學 基基 本本 原原 理理電電 磁磁 幅幅 射射 的的 性性 質質波長波長(wavelength，)：由一波上的某一點到相鄰波之對應點的直線距離，單位 nm。頻率頻率(frequency，)：單位時間內所通過波的數目，單位Hz。波數波數(wavenumber)：每公分長度所通過的波之數目，為波長的倒數。電磁幅射區域的劃分電磁幅射區域的劃分電磁輻射不同區域波長對物質的影響電磁幅射區域波長(nm)性質的影響-射線5 x 10

2、-14 0.14原子核x 射線吸收 0.01 10內層電子真空UV吸收10 180鍵結電子UV/Vis 吸收180 780鍵結電子IR 吸收780 3 x 105分子旋轉震動微波吸收7.5 x 105 3.75 x 106分子旋轉無線電波0.6 10 m核子自旋吸吸 收收 光光 譜譜吸收吸收(absorption)是指在透明介質中的化學物種選擇性的減弱某些頻率某些頻率的電磁幅射的過程原子吸收光譜原子吸收光譜原子吸收光譜：原子吸收光譜：當一束紫外光或可見光照射一氣態原子樣品時，可得到許多狹窄的吸收譜線分子吸收光譜分子吸收光譜分子吸收光譜除了電子轉移的分子吸收光譜除了電子轉移的光譜外，還包含化學鍵

3、結產生光譜外，還包含化學鍵結產生的振動及轉動能階光譜，因此的振動及轉動能階光譜，因此比原子吸收光譜複雜許多比原子吸收光譜複雜許多在溶液中，吸收樣品被溶液分在溶液中，吸收樣品被溶液分子包圍，互相的碰撞使能量分子包圍，互相的碰撞使能量分散，因此產生平滑而連續的吸散，因此產生平滑而連續的吸收峰收峰基態COHH=n甲醛之分子軌域甲醛之分子軌域電子分子能階圖電子分子能階圖能能量量*n*nn*鍵結鍵結鍵結鍵結未鍵結未鍵結反鍵結反鍵結反鍵結反鍵結電子分子跳躍能階電子分子跳躍能階190nmUV Absorption of Conjugated Alkenes*max17521725815,00021,0003

4、5,000EIncreasing conjugation gives:longer wavelength absorption more intense absorption 帶色團：帶色團：能在一分子中導致在能在一分子中導致在200-1000 nm200-1000 nm 的光譜區內產生特性吸收帶的具有的光譜區內產生特性吸收帶的具有 不飽和鍵與共用電子對的官能基，不飽和鍵與共用電子對的官能基，只要含有帶色基團在只要含有帶色基團在200-1000nm200-1000nm的的 光譜區就有吸收光譜區就有吸收。助色團：助色團：僅含未共用電子對，本身不吸光，僅含未共用電子對，本身不吸光，但會增強帶色團分

5、子的吸光強度。但會增強帶色團分子的吸光強度。分子基團的吸收分子基團的吸收碳碳/碳或碳氫單鍵中，為共價鍵的結合，要激碳或碳氫單鍵中，為共價鍵的結合，要激發這些鍵結需要更高的能量，往往在波長發這些鍵結需要更高的能量，往往在波長 180 180 nmnm以下，在這個波長以下石英液槽及空氣中成以下，在這個波長以下石英液槽及空氣中成份皆會吸光份皆會吸光 ，所以必須抽真空裝置及更換其，所以必須抽真空裝置及更換其他材質液槽。他材質液槽。含有機分子之雙鍵及參鍵中的電子結合較不緊含有機分子之雙鍵及參鍵中的電子結合較不緊密，所以不飽和鍵通常在密，所以不飽和鍵通常在 190-1000 nm 190-1000 nm

6、光光譜區通常有吸光。譜區通常有吸光。週期表第二列有色金屬在可見光區皆有吸收週期表第二列有色金屬在可見光區皆有吸收如雜有氧、氮、硫或鹵素的飽和性有機化物，如雜有氧、氮、硫或鹵素的飽和性有機化物，在在170-250 nm170-250 nm有吸收有吸收(n(n *)。帶色基團：帶色基團：助色基團：助色基團：Substituent Effects on Aromatic Absorption 255 nm band is sensitive to electron density of aromatic ringOHOCH3270 nm(1,450)287 nm(2,600)OCOCH3258 nm

7、(250)PHENOLANISOLEPHENYL ACETATEElectron densityRed=highest Green=moderate穿透率穿透率(Transmittance)(Transmittance)：光穿透介質的比率，通常以百分比 T%表示吸收值吸收值(Absorbance)(Absorbance)：-log10TPoPT=%PPoA=logPoP液槽Beer Beer 定律定律單波長光源的吸收值正比於測定樣品的濃度與單波長光源的吸收值正比於測定樣品的濃度與光徑光徑光徑固定時，樣品濃度與吸光值成正比光徑固定時，樣品濃度與吸光值成正比PoP光徑光徑=b樣品濃度樣品濃度=cA

8、=abca=吸收係數吸收係數cABeers Lawcell sample oflength path =lionconcentratmolar =cyabsoptivitmolar absobanceAlcABeer Beer 定律的限制定律的限制對於低濃度樣品對於低濃度樣品(0.01M)(0.01M)，可以完全符合，但在高濃，可以完全符合，但在高濃度狀況下，分子間距離縮小互相干擾情形下會造成線度狀況下，分子間距離縮小互相干擾情形下會造成線性關係的偏差性關係的偏差當樣品溶液中有高濃度的其他成份或鹽類亦會造成干當樣品溶液中有高濃度的其他成份或鹽類亦會造成干擾擾當樣品在溶液中會進行結合、解離、水解

9、與反應時當樣品在溶液中會進行結合、解離、水解與反應時非單波長幅射非單波長幅射儀器不完美儀器不完美A=log logpP溶劑溶液PoP紫外光可見光分光譜儀紫外光可見光分光譜儀儀器簡介儀器簡介物質因化學結構不同，在不同波長吸光的能力物質因化學結構不同，在不同波長吸光的能力差異，使每一種物質都有自己的獨特吸收光譜差異，使每一種物質都有自己的獨特吸收光譜圖，測量吸收光譜的儀器稱為分光光度計圖，測量吸收光譜的儀器稱為分光光度計(Spectrophotometer)(Spectrophotometer)分光光度計特點分光光度計特點：(1)(1)簡單、快速、方便簡單、快速、方便(2)(2)高靈敏度高靈敏度：

10、可偵測到可偵測到10 10-7-7M M(3)(3)準確性高準確性高：相對誤差只有零點幾相對誤差只有零點幾%(4)(4)選擇性高選擇性高：不需對樣品作太多的前處理不需對樣品作太多的前處理(5)(5)應用廣泛應用廣泛：有機物、無機物及重金屬有機物、無機物及重金屬，非吸收非吸收 性物質亦可經衍生化反應轉變為可性物質亦可經衍生化反應轉變為可 偵測物質偵測物質(1)光源光源(2)波長選擇器波長選擇器(3)樣品室樣品室(4)偵測器偵測器(5)訊號處理軟體訊號處理軟體分光光度計的基本結構分光光度計的基本結構(1)(2)(3)(4)(5)單光束儀器結構圖單光束儀器結構圖：雙光束儀器結構圖雙光束儀器結構圖(1

11、)(1)：雙光束儀器結構圖雙光束儀器結構圖(2)(2)：光光 源源鎢絲燈鎢絲燈：產生可見光及近紅外光，光源的能量與溫產生可見光及近紅外光，光源的能量與溫 度有關，可使用波長約度有關，可使用波長約320-2500 nm。部。部 份產品燈內充填碘蒸器，用來增加光源強份產品燈內充填碘蒸器，用來增加光源強 度及效能。度及效能。H2及及D2燈燈：燈內充填燈內充填H2或或D2氣體，外部為石英材氣體，外部為石英材 質，發射的光源波長在質，發射的光源波長在160-375 nm為為 主。主。D2燈比燈比H2燈有更強的能量，所以燈有更強的能量，所以 較常被使用。其在可見光區所產生的特較常被使用。其在可見光區所產生

12、的特 性吸收波峰。常被用來做為胚波長較正性吸收波峰。常被用來做為胚波長較正 使用使用。氘燈氘燈：波長範圍：波長範圍250-600 nm波長選擇器波長選擇器為一連串反鏡射為一連串反鏡射、狹縫及單光器、狹縫及單光器所組成所組成所有的鏡片皆以所有的鏡片皆以石英或玻璃鍍膜石英或玻璃鍍膜材質為主材質為主單色器單色器 (Monochromators)主要分為三稜鏡與光柵；在光線進入的前端有主要分為三稜鏡與光柵；在光線進入的前端有時會加入干涉或吸收濾光片，以加強效果減少時會加入干涉或吸收濾光片，以加強效果減少干擾。干擾。三稜鏡為較早期簡單的設計，許多低階的分光三稜鏡為較早期簡單的設計，許多低階的分光光度計仍

13、採用此一設計。不同波長下擴散的狀光度計仍採用此一設計。不同波長下擴散的狀況皆不同，越高波長分光越不足。況皆不同，越高波長分光越不足。光柵為在透鏡上每光柵為在透鏡上每 mm 刻蝕刻蝕 300-2000 條溝條溝痕，每條刻痕必須相同大小深度及平行。分光痕，每條刻痕必須相同大小深度及平行。分光效果均勻且穩定。效果均勻且穩定。兩兩 種種 類類 型型 單單 色色 器器常見的單色器組合常見的單色器組合(1)(1)Littrow 型式型式Ebert-Fastie 型式型式Czernry-Turnery 型式型式常見的單色器組合常見的單色器組合(2)(2)Seya-Namioka 型式型式狹縫寬度狹縫寬度：狹

14、縫的大小控制影響狹縫的大小控制影響數質的分析，大的狹數質的分析，大的狹縫寬度代表較強的光縫寬度代表較強的光源，同時伴隨光譜細源，同時伴隨光譜細節的損失，較常用於節的損失，較常用於定量分析；定量分析；小的狹縫寬度可更清小的狹縫寬度可更清楚的獲得光譜細節楚的獲得光譜細節，但光緣能量較弱。但光緣能量較弱。不同狹縫寬度的比較不同狹縫寬度的比較1 nm0.5 nm0.1 nm0.5 nm1 nm2 nm較小的狹縫代表較佳的解析度較小的狹縫代表較佳的解析度相對帶來較低的能量相對帶來較低的能量點矩陣光電二極體分光光度計系統點矩陣光電二極體分光光度計系統樣樣 品品 槽槽樣品槽的大小決定待測樣品體積的限制樣品槽

15、的大小決定待測樣品體積的限制樣品槽必需有多種儀器附件來配合，如此可增樣品槽必需有多種儀器附件來配合，如此可增加儀器使用的彈性。常用的附件如：標準液槽加儀器使用的彈性。常用的附件如：標準液槽座、座、1010公分液槽座、溫控槽座、微量液槽座、公分液槽座、溫控槽座、微量液槽座、自動取樣設備、流動液槽座、固體夾片座自動取樣設備、流動液槽座、固體夾片座.等。等。樣品槽座必需完全遮光，以免受到干擾。樣品槽座必需完全遮光，以免受到干擾。偵偵 測測 器器真空管光電管真空管光電管(Pototube)：最早期的設計最早期的設計光電二極體光電二極體(Photodiodes)(Photodiodes)：比真空管靈敏但

16、比光比真空管靈敏但比光電倍增管不靈敏。電倍增管不靈敏。(190-1100 nm)(190-1100 nm)光電倍增管光電倍增管(Photomultiplier Tube,PMT)：時下最常採用，穩定性高，靈敏性強。時下最常採用，穩定性高，靈敏性強。(190-900 nm)(190-900 nm)二極體陣列偵測器二極體陣列偵測器(Diode-Array Detector)：為用於多波長式的分光光度計，但靈敏度較差，為用於多波長式的分光光度計，但靈敏度較差，持續照明會有輸出電流下降的狀況。持續照明會有輸出電流下降的狀況。訊號處理軟體訊號處理軟體必須能執行一般檢測所需用到功能必須能執行一般檢測所需用

17、到功能波長掃描波長掃描(WL scan)(WL scan)單波長測定單波長測定檢量線的製作檢量線的製作KineticKinetic波長及基線校正波長及基線校正多個單波長偵測多個單波長偵測應應 用用分析條件的設定分析條件的設定液槽的選擇液槽的選擇：材質、容積、光徑材質、容積、光徑溶液的選擇溶液的選擇：溶液之吸光值、極性、純度、溶液之吸光值、極性、純度、溶解度溶解度.等等樣品的處理樣品的處理：均勻無懸浮顆粒、適當濃度、均勻無懸浮顆粒、適當濃度、減少不純物減少不純物波長的選擇波長的選擇：查詢報告、選擇最大吸收波查詢報告、選擇最大吸收波 長、調整適當的狹縫寬度。長、調整適當的狹縫寬度。樣品溶劑的選擇樣

18、品溶劑的選擇選擇溶劑時需考慮選擇溶劑時需考慮(1)樣品對溶劑的溶解度樣品對溶劑的溶解度(2)溶劑的吸光值溶劑的吸光值(3)溶劑的純度溶劑的純度(4)溶劑是否含其他溶劑是否含其他 干擾物質干擾物質(5)溶劑的溶劑的 PH 質質(6)溶劑是否會和樣品反應溶劑是否會和樣品反應(7)是否需要避光是否需要避光(8)溶液的極性溶液的極性PH的影響的影響pH Effects on Aromatic AbsorptionOHObase270 nm(1,450)287 nm(2,600)280 nm(1,430)254 nm(160)NH2NH3Phenoxide ionElectrostatic potent

19、ial mapAnilinium ionElectrostatic potential map溶液吸光一覽表溶液吸光一覽表不同溶劑對樣品光譜的影響不同溶劑對樣品光譜的影響探針式光度計探針式光度計(dipping-type photometer):採用光纖來傳送光源採用光纖來傳送光源，探，探針內有兩條光纖針內有兩條光纖，一為光一為光源輸入源輸入，另一為光源接收另一為光源接收。U-2001 UV-Vis Spectrophotometer-U-2010 UV-Vis Spectrophotometer-U-3010/3310 UV-Vis Spectrophotometer-U-4100 UV-V

20、isible-NIR Spectrophotometer儀儀 器器 保保 養養液液 槽槽材質：材質：PAPA、玻璃及石英。、玻璃及石英。溶量：溶量：1010、5 5、3 3、1 1、0.50.5、0.10.1、0.050.05、0.02 0.02 ml ml等規格。等規格。使用範圍：使用範圍：PAPA及玻璃用於可見光，石英用於及玻璃用於可見光，石英用於 可見光及紫外光。可見光及紫外光。注意事項：注意事項：液槽平時需用水、甲醇或乙醇清液槽平時需用水、甲醇或乙醇清 洗，使用後、充份清洗晾乾備洗，使用後、充份清洗晾乾備用。避免殘留樣品、指紋或油脂用。避免殘留樣品、指紋或油脂 不可使用超音波清洗或用烘箱烘不可使用超音波清洗或用烘箱烘 乾。乾。儀儀 器器 環環 境境不可過於潮濕，或接近水源。不可過於潮濕，或接近水源。不放置在有振動的桌面。不放置在有振動的桌面。儀器使用電源不可與馬達類機器共用。儀器使用電源不可與馬達類機器共用。遠離發熱源。遠離發熱源。不要使用有腐蝕性有機溶劑不要使用有腐蝕性有機溶劑樣品內有易揮發或腐蝕性藥品時，注意不要外樣品內有易揮發或腐蝕性藥品時，注意不要外漏，測定時要加蓋，測定完立刻拿走。漏，測定時要加蓋，測定完立刻拿走。