紫外可见光谱2

1、2022-6-14紫外可见分光光度法紫外可见分光光度法(Ultraviolet and Visible Spectrophotometry, UV-VIS)2022-6-14 紫外可见分光光度法又称紫外紫外可见分光光度法又称紫外可见分可见分子吸收光谱法子吸收光谱法(Ultraviolet-Visible Molecular Absorption Spectrometry) 紫外紫外可见吸收光谱主要产生于分子价可见吸收光谱主要产生于分子价电子在电子能级间的跃迁，是研究物质电子在电子能级间的跃迁，是研究物质电子光谱的分析方法电子光谱的分析方法 它可用于鉴定和定量测定大量的无机化它可用于鉴定和定量测

2、定大量的无机化合物和有机化合物合物和有机化合物2022-6-14分子光谱概述分子光谱概述(Introduction to Molecular Spectroscopy)一、分子光谱的产生一、分子光谱的产生(Principle) 在分子中，除了电子相对于原子核的运在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有组成分子的原子的原子核之动外，还有组成分子的原子的原子核之间相对位移引起的分子振动和转动间相对位移引起的分子振动和转动 对应电子能级、振动能级和转动能级对应电子能级、振动能级和转动能级2022-6-14 2022-6-14 图中图中A A、B B表示不同能量的两个电子能级，表示不同能量的两个电

3、子能级，在每个电子能级中还分布着若干振动能在每个电子能级中还分布着若干振动能量不同的振动能级，它们的振动量子数量不同的振动能级，它们的振动量子数V=0V=0、1 1、2 2、3 3表示，而在同一电子表示，而在同一电子能级和同一振动能级中，还分布着若干能级和同一振动能级中，还分布着若干能量不同的转动能量，它们的转动能量能量不同的转动能量，它们的转动能量数数J=0J=0、1 1、2 2、3 3表示表示 2022-6-14 Etot=Erot+Evib+Eelect E=h E 能级差；能级差；h h 普朗克常数；普朗克常数； 电磁波电磁波频率频率 光强度变化对波长的关系曲线图光强度变化对波长的关系

4、曲线图分子分子吸收光谱图吸收光谱图2022-6-14 在电子能级跃迁时，必然伴随着分子振动能级在电子能级跃迁时，必然伴随着分子振动能级的跃迁的跃迁 电子能级跃迁和振动能级跃迁时，必然伴随着电子能级跃迁和振动能级跃迁时，必然伴随着转动能级的跃迁转动能级的跃迁 Evib比比Eelect小小10倍，一般在倍，一般在0.051eV之间之间 Erot比比Evib小小10至至100倍倍 如此小的能量差距，必然使波长间距极小，因如此小的能量差距，必然使波长间距极小，因而分子的紫外而分子的紫外可见光谱在宏观上呈现带状，可见光谱在宏观上呈现带状，称为称为带状光谱带状光谱 2022-6-14 2022-6-14

5、各种化合物由于组成和结构上的不同都各种化合物由于组成和结构上的不同都有各自特征的紫外有各自特征的紫外可见吸收光谱可见吸收光谱 通过吸收光谱的形状、波峰的位置及强通过吸收光谱的形状、波峰的位置及强度、波峰的数目等进行定性分析度、波峰的数目等进行定性分析2022-6-14二、分子光谱的类型二、分子光谱的类型(Classification of Molecular Spectroscopy) EelectEvibErot 远红外远红外光谱光谱 25025m 分子转动能级差分子转动能级差 红外红外光谱光谱 251.25m 分子振动能级差分子振动能级差 紫外、可见光谱紫外、可见光谱1.250.06m 分

6、子电子能级差分子电子能级差2022-6-14)( /)(转动振动电子转动振动电子转动振动电子分子hchEEEE m 1.25251ev0.05 振动振动Em 252500.05ev0.005 转动转动E2022-6-14三、光谱吸收定律三、光谱吸收定律 (Absorbance Law)1. 朗伯比耳定律朗伯比耳定律(Lambert-Beers Law) 分子吸收光谱定量分析的基本定律分子吸收光谱定量分析的基本定律 当一束单色光穿过透明介质时，光强度当一束单色光穿过透明介质时，光强度的降低同的降低同入射光的强度入射光的强度、吸收介质的厚吸收介质的厚度度以及以及光路中吸光微粒的数目光路中吸光微粒的

7、数目成正比成正比2022-6-14A=-lgT=lg(I0/I)=bcA ：吸光度吸光度T ：透射比（百分透射比透射比（百分透射比%）I0：入射光辐射强度入射光辐射强度I ：透射光辐射强度透射光辐射强度b ：光通过试样的光程长度（光通过试样的光程长度（cm）c ：分析物浓度（分析物浓度（molL-1）：摩尔吸收系数（摩尔吸收系数（Lmol-1cm-1）2022-6-14需要指出的是：需要指出的是： 化合物的化合物的摩尔吸收系数摩尔吸收系数与所用波长、与所用波长、温度和溶剂特性有关温度和溶剂特性有关 为了补偿入射光和透射光损失的影为了补偿入射光和透射光损失的影响，在实际测量中，采用在另一等响，在

8、实际测量中，采用在另一等同的吸收池中放入溶剂作为参比同的吸收池中放入溶剂作为参比 吸光度具有加和性吸光度具有加和性2022-6-14 n1iiin1iiin1iicbbcAA 2022-6-14 Uv-vis 吸收曲线吸收曲线2022-6-14 摩尔吸光系数是有色化合物的重要特性。摩尔吸光系数是有色化合物的重要特性。 愈大，表示该物质对某波长的光吸收愈大，表示该物质对某波长的光吸收能力愈强，因而光度测定的灵敏度就越能力愈强，因而光度测定的灵敏度就越高。高。 的值，不能直接取的值，不能直接取1 1mol/L mol/L 这样高这样高浓度的有色溶液来测量，而只能通过计浓度的有色溶液来测量，而只能通

9、过计算求得。由于溶液中吸光物质的浓度常算求得。由于溶液中吸光物质的浓度常因离解、聚合等因素而改变。因此，计因离解、聚合等因素而改变。因此，计算算 时，必须知道溶液中吸光物质的真时，必须知道溶液中吸光物质的真正浓度。但通常在实际工作中，多以被正浓度。但通常在实际工作中，多以被测物质的总浓度计算，这样计算出的测物质的总浓度计算，这样计算出的 值称为值称为表观摩尔吸光系数表观摩尔吸光系数。文献中所报。文献中所报道的道的 值就是表观摩尔吸光系数值值就是表观摩尔吸光系数值2022-6-14吸光系数的几种表示方法吸光系数的几种表示方法CbA abCA bCEA1%1cm 2022-6-14桑德尔（桑德尔（

10、SandellSandell) )灵敏度灵敏度 桑德尔灵敏度又叫桑德尔指数，用桑德尔灵敏度又叫桑德尔指数，用S S表示。在分光表示。在分光光度分析中常常使用。桑德尔灵敏度规定仪器的检光度分析中常常使用。桑德尔灵敏度规定仪器的检测极限为测极限为A=0.001A=0.001时，单位截面积光程内所能检测出时，单位截面积光程内所能检测出被测物质的最低含量，以被测物质的最低含量，以g/cmg/cm2 2表示。表示。 S S与与的关的关系可如下推导：系可如下推导： A=0.001=b c A=0.001=b c ，即即 cbcb=0.001/ =0.001/ c c为为mol/1000cmmol/1000

11、cm3 3; b; b为为cm,cm,故故cbcb为单位截面积光程为单位截面积光程内的物质量，即内的物质量，即mol/1000cmmol/1000cm2 2。如果如果cbcb乘以被测物质乘以被测物质的摩尔质量的摩尔质量MM，就是单位截面积光程内被测物质的质就是单位截面积光程内被测物质的质量，即为量，即为S S，所以所以 , , S=cb/1000S=cb/1000MM10106 6=cbM=cbM10103 3 g/cmg/cm2 2，代入代入cbcb后后, , 320.00110(/)MSMgcm2022-6-142. 朗伯比耳定律的局限性（朗伯比耳定律的局限性（Limitations to

12、 Beers Law） （1）比耳定律本身的局限性）比耳定律本身的局限性 比耳定律只适用于稀溶液（比耳定律只适用于稀溶液（C=O基团，可以产生基团，可以产生n*， n*和和*三个吸收带三个吸收带 n*吸收带又称吸收带又称R带，落于近紫外或紫带，落于近紫外或紫外光区外光区2022-6-14 醛酮的醛酮的n*吸收带出现在吸收带出现在270300nm附近附近 对于对于，-不饱和醛酮类化合物，由于羰不饱和醛酮类化合物，由于羰基与乙烯基共轭（基与乙烯基共轭（共轭），使共轭），使 * 和和 n * 吸 收 带 分 别 移 至吸 收 带 分 别 移 至220260nm（强度高）和强度高）和310330nm（

13、强度低）强度低），该特征可用于识别，该特征可用于识别，-不不饱和饱和醛酮醛酮2022-6-14 羧酸及其羧酸及其衍生物由于衍生物由于羰基上的碳原子直羰基上的碳原子直接连接含有未共用电子对的助色团，助接连接含有未共用电子对的助色团，助色团上的色团上的n电子与羰基双键的电子与羰基双键的电子产生电子产生n共轭，使共轭，使n*吸收带紫移至吸收带紫移至210nm左右左右2022-6-14D. 苯苯及其衍生物及其衍生物 苯有三个吸收带（均由苯有三个吸收带（均由*跃迁引跃迁引起起），），E1带：带：180nm；E2带：带：204nm；B带：带：255nm 当苯环上有当苯环上有取代基，取代基，苯的三个特征吸收

14、苯的三个特征吸收谱带都将发生显著变化，尤其是谱带都将发生显著变化，尤其是E2带和带和B带带 B带带经常显示出苯环的精细结构经常显示出苯环的精细结构 2022-6-14 2022-6-14E. 稠环芳烃及杂环化合物稠环芳烃及杂环化合物 稠环芳烃均显示苯的三个吸收带，但三稠环芳烃均显示苯的三个吸收带，但三个吸收带均发生红移，且强度增加个吸收带均发生红移，且强度增加 氮杂环化合物与相应的碳环化合物的吸氮杂环化合物与相应的碳环化合物的吸收光谱极为相似收光谱极为相似 2022-6-14 *跃迁的特点跃迁的特点 吸收辐射的波长比较长，一般在吸收辐射的波长比较长，一般在200nm附近附近 吸收波长一般受组成

15、不饱和的原子影响吸收波长一般受组成不饱和的原子影响不大，如不大，如 及及 的的 max都是都是 175nm 摩尔吸光系数都比较大，通常在摩尔吸光系数都比较大，通常在 以上以上2022-6-14 不饱和键数目对不饱和键数目对和和的影响的影响 对于多个双键而非共轭的情况，如果这些双键对于多个双键而非共轭的情况，如果这些双键是相同的，则是相同的，则 基本不变，而基本不变，而变大，且一般约变大，且一般约以双键增加的数目倍增以双键增加的数目倍增 对于共轭情况，由于共轭形成了大对于共轭情况，由于共轭形成了大键，键，电子电子进一步离域，进一步离域，*轨道有更大的成键性质，降低轨道有更大的成键性质，降低了了*

16、轨道的能量，因此使轨道的能量，因此使E降低，吸收波长降低，吸收波长红移；且共轭体系使分子的吸光截面积加大，红移；且共轭体系使分子的吸光截面积加大，即即变大变大2022-6-14 溶剂的影响溶剂的影响 在在-* *跃迁中，激发态的极性大于基跃迁中，激发态的极性大于基态，因此，当使用极性大的溶剂时，由态，因此，当使用极性大的溶剂时，由于溶剂与溶质的相互作用，使基态和激于溶剂与溶质的相互作用，使基态和激发态的能量都降低，但激发态的能量降发态的能量都降低，但激发态的能量降低更多，因此的低更多，因此的、* *能量差能量差E变小，变小，所以吸收波长发生红移。从非极性到极所以吸收波长发生红移。从非极性到极性

17、溶剂，一般波长红移性溶剂，一般波长红移10102020nmnm2022-6-14二、无机化合物的电子光谱（二、无机化合物的电子光谱（Electron Spectra of Inorganic Compounds）（一）电荷迁移跃迁一）电荷迁移跃迁 用用M和和L分别表示络合物的中心离子和配体，分别表示络合物的中心离子和配体，当一个电子由配体的轨道跃迁到与中心离子相当一个电子由配体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上时，可用下式表示：关的轨道上时，可用下式表示： Mn+ Lb- h M(n-1)+ L(b-1)- 中心离子为电子接受体，配体为电子给予体中心离子为电子接受体，配体为电子给予体 2022

18、-6-14需要指出的是：需要指出的是： 不少过渡金属离子与含生色团的试剂反不少过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成的络合物以及许多水合无机离应所生成的络合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁子，均可产生电荷迁移跃迁 一些具有一些具有d10电子结构的过渡元素形成的电子结构的过渡元素形成的卤化物及硫化物，如卤化物及硫化物，如AgBr、PbI2、HgS等，也是由于这类跃迁而产生颜色等，也是由于这类跃迁而产生颜色2022-6-14 电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给予体和电子接受体相应电子决于电子给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差轨道的能量差

19、电荷迁移吸收光谱带最大的特点是摩尔电荷迁移吸收光谱带最大的特点是摩尔吸收系数较大，一般吸收系数较大，一般max104 Lmol-1cm-1 2022-6-14 （二）配位场跃迁（二）配位场跃迁 配位场跃迁包括配位场跃迁包括d-d跃迁和跃迁和f-f跃迁跃迁 这两类跃迁必须在配体的配位场作用下这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才有可能产生才有可能产生 与电荷迁移跃迁比较，由于选择规则的与电荷迁移跃迁比较，由于选择规则的限制，配位场跃迁吸收谱带的摩尔吸收限制，配位场跃迁吸收谱带的摩尔吸收系数小，一般系数小，一般max102 Lmol-1cm-1 这类光谱一般位于可见光区这类光谱一般位于可见光区202

20、2-6-14d轨道电子云密度分布示意图轨道电子云密度分布示意图 无外电磁场作用时，过渡金属离子的无外电磁场作用时，过渡金属离子的5 5个个d d电子轨道是简并的电子轨道是简并的2022-6-14 当配位体按一定的几何方向配位在金属当配位体按一定的几何方向配位在金属离子周围形成配合物时，过渡金属离子离子周围形成配合物时，过渡金属离子处在配位体形成的负电场中，原来简并处在配位体形成的负电场中，原来简并的的5 5个个d d轨道在负电场作用下，分裂成能轨道在负电场作用下，分裂成能量不等的轨道。量不等的轨道。d d轨道分裂的情况与配位轨道分裂的情况与配位体在金属离子周围配置的情况有关体在金属离子周围配置

21、的情况有关2022-6-14配位体不同配置情况时配位体不同配置情况时d d轨道的能轨道的能级分裂示意图级分裂示意图 2022-6-14某些过渡金属离子的某些过渡金属离子的d-d跃迁吸收光谱跃迁吸收光谱 2022-6-14 f-f f-f 跃迁跃迁 大多数镧系和锕系元素的离子在紫外大多数镧系和锕系元素的离子在紫外- -可见光可见光区都有吸收，这是由于它们的区都有吸收，这是由于它们的4 4f f或或5 5f f电子的电子的f-f-f f跃迁引起的。由于跃迁引起的。由于f f电子轨道被已充满的具有电子轨道被已充满的具有较高量子数的外层轨道所屏蔽较高量子数的外层轨道所屏蔽( (如如CeCe的电子排的电

22、子排布为布为44d d10104f4f2 25s5s2 25p5p6 66s6s2 2) )，受到溶剂及其他外受到溶剂及其他外界条件的影响较小，故吸收带较窄，这是界条件的影响较小，故吸收带较窄，这是f-ff-f跃迁吸收光谱与大多数无机或有机吸收体系所跃迁吸收光谱与大多数无机或有机吸收体系所不同的特征不同的特征2022-6-14典型的典型的f-f跃迁吸收光谱跃迁吸收光谱 2022-6-14 虽然配位场跃迁并不像电荷迁移跃迁在虽然配位场跃迁并不像电荷迁移跃迁在定量分析上重要，它可用于研究络合物定量分析上重要，它可用于研究络合物的结构，为现代无机络合物键合理论的的结构，为现代无机络合物键合理论的建立

23、，提供了有用的信息建立，提供了有用的信息2022-6-14各种电子跃迁吸收光谱的波长分布图各种电子跃迁吸收光谱的波长分布图 2022-6-14三、溶剂对电子光谱的影响三、溶剂对电子光谱的影响 溶剂对电子光谱的影响较为复杂溶剂对电子光谱的影响较为复杂 改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化变化 改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生变化吸收波长发生变化 *跃迁谱带红移跃迁谱带红移 n*跃迁谱带紫移跃迁谱带紫移2022-6-14在选择测定电子吸收光谱曲线的在选择测定电子吸收光谱曲线的溶剂时，应注意如下几点：溶剂时，应注意如

24、下几点： 尽量选用低极性溶剂尽量选用低极性溶剂 能很好地溶解被测物，并且形成的溶液能很好地溶解被测物，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性具有良好的化学和光化学稳定性 溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收2022-6-14紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计(UV-VIS Spectrophotometer )2022-6-141. 光源光源 对光源的主要要求：对光源的主要要求：在仪器操作所需的在仪器操作所需的光谱区域内，能发射连续的、稳定的、光谱区域内，能发射连续的、稳定的、具有足够强度的辐射，且辐射能随波长具有足够强度的辐射，且辐射能随波长的变化尽可能小，

25、使用寿命长的变化尽可能小，使用寿命长 紫外及可见区的紫外及可见区的辐射光源：辐射光源：白炽光源、白炽光源、气体放电光源和激光光源气体放电光源和激光光源 2022-6-14白炽光源白炽光源 在可见和近红外光区的常用光源在可见和近红外光区的常用光源 钨灯的使用范围钨灯的使用范围3202500nm 碘钨灯与钨灯相比，碘钨灯具有更大的碘钨灯与钨灯相比，碘钨灯具有更大的发射强度和更长的使用寿命，是近代分发射强度和更长的使用寿命，是近代分光光度计中广泛使用的光源光光度计中广泛使用的光源 2022-6-14 辐射能量与施加的外加电压有关，在可辐射能量与施加的外加电压有关，在可见光区，辐射的能量与工作电压的见

26、光区，辐射的能量与工作电压的4 4次方次方成正比成正比 光电流也与灯丝电压的光电流也与灯丝电压的n n次方次方( (n n1)1)成正成正比比 使用时必须严格控制灯丝电压，必要时使用时必须严格控制灯丝电压，必要时须配备稳压装置，以保证光源的稳定须配备稳压装置，以保证光源的稳定2022-6-14气体放电光源气体放电光源 氢灯、氘灯和氙灯以及空心阴极灯光源氢灯、氘灯和氙灯以及空心阴极灯光源等等 可使用的波长范围为可使用的波长范围为160375nm，由由于受石英窗吸收的限制，通常紫外光区于受石英窗吸收的限制，通常紫外光区波长的有效范围一般为波长的有效范围一般为200375nm 灯内氢气压力为灯内氢气

27、压力为100Pa时，用稳压电源时，用稳压电源供电，放电十分稳定，且光强度恒定供电，放电十分稳定，且光强度恒定 2022-6-14激光光源激光光源 根据可以产生受激辐射的工作物质的物根据可以产生受激辐射的工作物质的物态特性分为气体、固体、半导体和液体态特性分为气体、固体、半导体和液体激光器激光器2022-6-142. 波长选择器波长选择器 波长选择器：滤光片和借助棱镜或波长选择器：滤光片和借助棱镜或衍射光栅的几何色散衍射光栅的几何色散2022-6-14滤光片滤光片 滤光片是一种简单而廉价的波长选择器，滤光片是一种简单而廉价的波长选择器，其作用是选择性地透过一定波长范围的其作用是选择性地透过一定波

28、长范围的光光 滤光片有吸收滤光片和干涉滤光片，前滤光片有吸收滤光片和干涉滤光片，前者仅限于可见光谱区，后者可用于紫外、者仅限于可见光谱区，后者可用于紫外、可见和红外辐射可见和红外辐射 2022-6-14单色仪单色仪 棱镜、光栅和声光可调滤波器棱镜、光栅和声光可调滤波器 2022-6-143.3.吸收池吸收池 吸收池用于盛放分析的试样溶液，让入射光束吸收池用于盛放分析的试样溶液，让入射光束通过通过 吸收池一般由玻璃和石英两种材料做成，玻璃吸收池一般由玻璃和石英两种材料做成，玻璃池只能用于可见光区，石英池可用于可见光区池只能用于可见光区，石英池可用于可见光区及紫外光区及紫外光区 吸收池的大小规格从

29、几毫米到几厘米不等，最吸收池的大小规格从几毫米到几厘米不等，最常用的是常用的是1 1厘米的吸收池厘米的吸收池 为减少光的反射损失，吸收池的光学面必须严为减少光的反射损失，吸收池的光学面必须严格垂直于光束方向格垂直于光束方向2022-6-142022-6-14 在精度分析测定中（紫外光区尤其重在精度分析测定中（紫外光区尤其重要），吸收池要挑选配对，使它们的性要），吸收池要挑选配对，使它们的性能基本一致，因为吸收池材料本身及光能基本一致，因为吸收池材料本身及光学面的光学特性、以及吸收池光程长度学面的光学特性、以及吸收池光程长度的精确性等对吸光度的测量结果都有直的精确性等对吸光度的测量结果都有直接影

30、响接影响2022-6-144. 4. 光电转换器光电转换器 I . 定义定义 光电转换器是将光辐射转化为可以测量的电信光电转换器是将光辐射转化为可以测量的电信号的器件。号的器件。 S=kP+kd=kP k:校正灵敏度；校正灵敏度；P：辐射功率；辐射功率；kd: 暗电流（可暗电流（可通过线路补偿，使为通过线路补偿，使为0）II. 理想的光电转换器要求理想的光电转换器要求灵敏度高；灵敏度高；S/N大；暗电流小；大；暗电流小； 响应快且在宽响应快且在宽的波段内响应恒定的波段内响应恒定2022-6-14C）光电转换器种类光电转换器种类及及应应用用波波段段 检测器种类检测器种类 检测器检测器 应用波段应

31、用波段 早期检测器早期检测器 人眼人眼(Vis)，相板及照像胶片相板及照像胶片(UV-Vis) UV-Vis 硒光电池硒光电池（Photovoltaic cell, ,光伏管光伏管） 350-(500)max-750nm 真空光电管真空光电管（Vacuum phototube） 据光敏材料而定据光敏材料而定 光电倍增管光电倍增管（Photomultiplier tube） ibid 光电转换器光电转换器(photo transducer) 硅二极管硅二极管（Silicon diode） 190-1100nm 光二极管阵列光二极管阵列（Photodiode array, PDA） 多通道转换器多

32、通道转换器(Multichannel transducer) 电荷转移器件电荷转移器件Charge-transfer device, CTD： 电荷注入器件电荷注入器件( (Charge-injection device, CID) ) 电荷耦合器件电荷耦合器件(Charge-coupled device, CCD) 电导检测器电导检测器 电导检测器电导检测器（Photoconductivity）； UVUV- -V Vis 热电偶热电偶（Thermocouple） 辐射热计辐射热计（Bolometer） 热热检测器检测器(Thermal transducer) 热释电热释电（Pyroelec

33、tric transducer） IRIR 2022-6-14硒光电池硒光电池+-SeFe(Cu)h 玻璃玻璃Ag(Au)透明膜透明膜-收集极收集极塑塑料料-( (当外电阻当外电阻400 ，i=10-100 A)优点：优点：光电流直接正比于辐射能光电流直接正比于辐射能 使用方便、便于携带（耐用、成本低）使用方便、便于携带（耐用、成本低）缺点：缺点：电阻小，电流不易放大；响应较慢电阻小，电流不易放大；响应较慢 只在高强度辐射区较灵敏只在高强度辐射区较灵敏 长时间使用后，有长时间使用后，有“疲劳疲劳”(fatigue)现象现象2022-6-14真空光电管真空光电管90V DC直流放大直流放大阴极阴

34、极R-+光束光束e阳极丝（阳极丝（Ni）抽真空抽真空 阴极表面可涂渍不同光敏物质：高灵敏阴极表面可涂渍不同光敏物质：高灵敏( (K,Cs,SbK,Cs,Sb其中二其中二者者) )、红光敏、红光敏( (Na/K/Cs/Na/K/Cs/SbSb, Ag/O/Cs), Ag/O/Cs)、紫外光敏、平坦响应紫外光敏、平坦响应( (GaGa/As/As，响应受波长影响小响应受波长影响小) )。产生的光电流约为硒光电池的。产生的光电流约为硒光电池的1/101/10优点：优点：阻抗大，电流易放大；响应快；应用广阻抗大，电流易放大；响应快；应用广缺点：缺点：有微小暗电流（有微小暗电流（Dark current

35、Dark current，40K40K的放射线激发）的放射线激发）2022-6-14 光电倍增管光电倍增管（photomultiplier tube, PMTphotomultiplier tube, PMT） 石英套石英套光束光束1个光子产生个光子产生106107个电子个电子栅极，栅极，Grill阳极阳极屏蔽屏蔽光电倍增管示意图光电倍增管示意图共有共有9个打拿极个打拿极(dynatron)，所加直流电压共为所加直流电压共为90 10V2022-6-14900V dc90V123456789阳极阳极阴极阴极石英封石英封读出装置读出装置R光电倍增管（光电倍增管（PMT）电路图电路图优点：优点：高

36、灵敏度；响应快；适于弱光测定，甚至对单一光高灵敏度；响应快；适于弱光测定，甚至对单一光子均可响应子均可响应缺点：缺点：热发射强，因此暗电流大，需冷却（热发射强，因此暗电流大，需冷却（-30-30o oC C) )。不得不得置于强光置于强光( (如日光如日光) )下，否则会永久损坏下，否则会永久损坏 PMTPMT！2022-6-14硅二极管硅二极管p区区n区区pn结结p区区n区区(反向偏置反向偏置)耗尽层耗尽层空穴空穴电子电子 反向偏值反向偏值耗尽层耗尽层(depletion layer)pn结电导趋于结电导趋于0(i=0)； 光照光照耗尽层中形成空穴和电子耗尽层中形成空穴和电子空穴移向空穴移向

37、p区并湮灭区并湮灭外外 加电压对加电压对pn“电容器电容器”充电充电产生充电电流信号产生充电电流信号 (i 0) 特点：特点：灵敏度介于真空管和倍增管之间灵敏度介于真空管和倍增管之间2022-6-14光电二极管阵列，光电二极管阵列，photodiode array(PDA)photodiode array(PDA)SiO2窗窗p 型硅型硅n型硅基型硅基pnpnpnpnpnpn0.025mm2.5mm侧视侧视(cross section)顶视顶视(top view)光束光束说明：说明：i.在一个硅片上，许多在一个硅片上，许多 pn结以结以一维线性排列一维线性排列，构成，构成“阵列阵列”；ii.每

38、个每个 pn结或元（结或元（element，64-4096个）相当于一个硅二极管检测器；个）相当于一个硅二极管检测器；iii.硅片上布有集成线路，使每个硅片上布有集成线路，使每个 pn结相当于一个独立的光电转换器；结相当于一个独立的光电转换器；iv.硅片上置于分光器焦面上，经色散的不同波长的光分别被转换形成电信号；硅片上置于分光器焦面上，经色散的不同波长的光分别被转换形成电信号；v.实现多波长或多目标实现多波长或多目标同时（同时（simultaneously）检测。检测。PDA在灵敏度、线性范围和在灵敏度、线性范围和S/N方面不如光电倍增管。应用较少方面不如光电倍增管。应用较少2022-6-1

39、4 电荷转移器件电荷转移器件, , CTDCTDSiO2绝缘体绝缘体掺杂掺杂n区区衬基衬基-5V-10V电极电极h CTD侧视图（一个电荷转移单元或像素）侧视图（一个电荷转移单元或像素）光子光子空穴空穴空穴聚集（金属空穴聚集（金属- -SiOSiO2 2电容电容) )a a行转换器单元行转换器单元 b b个检测单元个检测单元/ /行行= = a a b b个像素个像素 = = 二维排列于一片硅片上；二维排列于一片硅片上；类似胶片上的信息存贮类似胶片上的信息存贮测量两电极间电压变化测量两电极间电压变化CID使电荷移至电荷放大器并测量使电荷移至电荷放大器并测量CCD2022-6-14衬基衬基5V1

40、0Vh -5V-10Ve-v1n型型Si衬基衬基5V10V+5V+10V衬基衬基5V10V-10Vv1n型型Sin型型Siv2衬基衬基5V10V+10Vn型型Si电电荷荷形形成成并并聚聚集集测测量量V1测测量量V2电电荷荷重重新新注注入入CID破坏性读出破坏性读出非破坏性读出非破坏性读出2022-6-14CCD512320320 512 pixel高速寄存器高速寄存器123三相时钟输出三相时钟输出（存贮）（存贮）h 金属基电极金属基电极(electrode)SiO2绝缘体绝缘体(insulator)p型硅型硅-势阱势阱(potential well)On-chip preamp12342022

41、-6-14CCD光电转换2022-6-14CTD CID CCD N型硅半导体型硅半导体 P型硅半导体型硅半导体 双电极双电极 三电极三电极 结 结 构 构 反向偏置电容反向偏置电容 正向偏置电容正向偏置电容 收集并聚集空穴收集并聚集空穴 收集并聚集电子收集并聚集电子 电子移向电子移向 n 层 层 空穴移向空穴移向 p 层 层 电荷形成、聚电荷形成、聚集及迁移过程集及迁移过程 改变双电极电位使空穴移动，改变双电极电位使空穴移动，从而测量光致电位差从而测量光致电位差 以三相时钟步进方式使电荷以三相时钟步进方式使电荷移至高速存贮器移至高速存贮器(逐行扫描逐行扫描) 对弱光灵敏性较差对弱光灵敏性较差

42、 对弱光更灵敏对弱光更灵敏 光致信号光致信号 测量方式测量方式 可在电荷积聚过程中连续测量可在电荷积聚过程中连续测量 电荷被移至放大器进行测量电荷被移至放大器进行测量 CIDCID与与CCDCCD之比较之比较 与PDA相比，CTD最大的优势在于其二维特性，可作为影像检测器，在电视及航空等领域有广泛应用Charge injection deviceCharge coupled device2022-6-14分光光度计的类型分光光度计的类型1. 单光束分光光度计单光束分光光度计2. 双光束分光光度计双光束分光光度计3. 双波长分光光度计双波长分光光度计4. 多道分光光度计多道分光光度计2022-6

43、-141. 单光束分光光度计单光束分光光度计 2022-6-14 优点：仪器简便、操作简单、成本低优点：仪器简便、操作简单、成本低 缺点：要求光源和缺点：要求光源和检测器有很高的稳定检测器有很高的稳定性，定量分析结果误差较大性，定量分析结果误差较大 2022-6-142双光束分光光度计双光束分光光度计 2022-6-14 大多数现代光度计和分光光度计都是双大多数现代光度计和分光光度计都是双光束型的光束型的 双光束分光光度计有按时间区分和按空双光束分光光度计有按时间区分和按空间区分两类间区分两类 由于两光束同时分别通过参照池和测量由于两光束同时分别通过参照池和测量池，因而可以消除光源强度变化带来

44、的池，因而可以消除光源强度变化带来的误差误差 2022-6-143双波长分光光度计双波长分光光度计 2022-6-14A. 原理原理 由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，从而可以同时得到两个不同波长个单色器，从而可以同时得到两个不同波长（1和和2）的单色光。它们交替地照射同一溶的单色光。它们交替地照射同一溶液，然后经过光电倍增管和电子控制系统。这液，然后经过光电倍增管和电子控制系统。这样得到的信号是两波长处吸光度之差样得到的信号是两波长处吸光度之差A，A=A1A2。当两个波长保持当两个波长保持12nm间隔，间隔，并同时扫描时，得到的信号将是

45、一阶导数光谱，并同时扫描时，得到的信号将是一阶导数光谱，即吸光度对波长的变化率曲线即吸光度对波长的变化率曲线2022-6-14B. 特点特点 可以测定高浓度试样，多组分混合试样可以测定高浓度试样，多组分混合试样以及浑浊试样以及浑浊试样 两个波长的光通过同一吸收池，这样可两个波长的光通过同一吸收池，这样可以消除因吸收池的参数不同，位置不同，以消除因吸收池的参数不同，位置不同，污垢及制备参比溶液等带来的误差，使污垢及制备参比溶液等带来的误差，使测定的准确度显著提高测定的准确度显著提高 可以减少光源电压变化产生的影响，得可以减少光源电压变化产生的影响，得到高灵敏和低噪声的信号到高灵敏和低噪声的信号2

46、022-6-144多道分光光度计多道分光光度计 2022-6-14 具有快速扫描的特点，整个光谱扫描时具有快速扫描的特点，整个光谱扫描时间不到间不到1s 为追踪化学反应过程及快速反应的研究为追踪化学反应过程及快速反应的研究提供了极为方便的手段提供了极为方便的手段 可以直接对经液相色谱柱和毛细管电泳可以直接对经液相色谱柱和毛细管电泳柱分离的试样进行定性和定量测定柱分离的试样进行定性和定量测定 分辨率只有分辨率只有12nm，价格较贵价格较贵 2022-6-14分光光度法的应用分光光度法的应用一、定性分析一、定性分析（一）定性方法（一）定性方法 紫外紫外可见分光光度法在无机定性分析中并未可见分光光度

47、法在无机定性分析中并未得到广泛的应用得到广泛的应用 利用紫外利用紫外可见分光光度法确定未知不饱和化可见分光光度法确定未知不饱和化合物结构的结构骨架时，一般有两种方法：合物结构的结构骨架时，一般有两种方法： 一是比较吸收光谱的曲线一是比较吸收光谱的曲线 二是用经验规则计算最大吸收波长，然后二是用经验规则计算最大吸收波长，然后与实测值比较与实测值比较2022-6-14（二）计算不饱和有机化合物吸收波（二）计算不饱和有机化合物吸收波长的经验规则长的经验规则2022-6-14二、有机化合物构型和构象的确定二、有机化合物构型和构象的确定 顺式异构体的最大吸收波长比反式异构顺式异构体的最大吸收波长比反式异

48、构体小，因此有可能用紫外光谱法确定一体小，因此有可能用紫外光谱法确定一些化合物的构型和构象些化合物的构型和构象 利用紫外光谱法，还可以测定某些化合利用紫外光谱法，还可以测定某些化合物的互变异构现象物的互变异构现象 2022-6-14三、定量分析三、定量分析1. UV-VIS定量分析特性定量分析特性 灵敏度可达灵敏度可达10-410-5molL-1，甚至可达甚至可达10-6 10-7molL-1 准确度好，相对误差在准确度好，相对误差在1%-3%范围内，范围内，如果操作得当，则误差往往可减少到百如果操作得当，则误差往往可减少到百分之零点几分之零点几 操作容易、简单操作容易、简单2022-6-14

49、2. 分析条件的选择分析条件的选择A仪器测量条件仪器测量条件 合适的吸光度范围（调节待测物浓度、合适的吸光度范围（调节待测物浓度、选用适当厚度的吸收池等）选用适当厚度的吸收池等） 入射光波长和狭缝宽度入射光波长和狭缝宽度 2022-6-14B反应条件的选择反应条件的选择 显色剂用量显色剂用量 溶液酸度的选择溶液酸度的选择 显色反应时间、温度等显色反应时间、温度等2022-6-14C参比溶液的选择参比溶液的选择 溶剂参比溶剂参比 试剂参比试剂参比 试样参比试样参比 平行操作溶液参比平行操作溶液参比 2022-6-14D干扰及消除方法干扰及消除方法 控制酸度控制酸度 掩蔽剂掩蔽剂 选择适当分析波长

50、选择适当分析波长 分离分离2022-6-143单组分定量方法单组分定量方法 对单一物质的定量分析比较简单，一般对单一物质的定量分析比较简单，一般选用选用工作曲线法工作曲线法和和标准加入法标准加入法进行定量进行定量分析分析 2022-6-144. 多组分定量方法多组分定量方法2022-6-14两个以上吸光组分的混合物，根据其吸收两个以上吸光组分的混合物，根据其吸收峰的相互干扰情况，选择适当分析方法峰的相互干扰情况，选择适当分析方法 当两组分仅部分重叠时，可通过选择适当两组分仅部分重叠时，可通过选择适当的入射光波长，按单一组分的方法测当的入射光波长，按单一组分的方法测定定 当两组分相互重叠严重时，

51、不可能采用当两组分相互重叠严重时，不可能采用单纯的单纯的单波长分光光度法测定，只能采单波长分光光度法测定，只能采用多组分定量方法用多组分定量方法 2022-6-14(1) 解联立方程组的方法解联立方程组的方法 在在A和和B的最大吸收波长的最大吸收波长1和和2处，分别处，分别测定混合物的吸光度测定混合物的吸光度AA+B(1) 和和AA+B(2)，根据吸光度的加和性原则，得到下列二根据吸光度的加和性原则，得到下列二元一次方程组，通过解此方程组，求得元一次方程组，通过解此方程组，求得各组分浓度各组分浓度 AA+B(1) =A(1)bcA+B(1) bcB AA+B(2) =A(2)bcA+B(2)

52、bcB 2022-6-14 如果有如果有n n个组分，就必须在个组分，就必须在n n个波长处测个波长处测定其吸光度的加和值，然后解定其吸光度的加和值，然后解n n元一次方元一次方程组，才能求得各组分含量程组，才能求得各组分含量 随着测量组分的增多，实验结果的误差随着测量组分的增多，实验结果的误差也将增大也将增大 解联立方程组的方法是仪器分析中定量解联立方程组的方法是仪器分析中定量测定被干扰组分的一个基本方法，它也测定被干扰组分的一个基本方法，它也常用于红外光谱法、质谱法和荧光光度常用于红外光谱法、质谱法和荧光光度法等方法法等方法 2022-6-14(2) 双波长分光光度法双波长分光光度法A.

53、等吸收波长法等吸收波长法 Selection of Wavelength 2022-6-14 为了消除某组分的吸收，一般采用作图法，确为了消除某组分的吸收，一般采用作图法，确定干扰组分等吸收波长。若定干扰组分等吸收波长。若A是干扰组分，是干扰组分，B是待测组分，将测定波长是待测组分，将测定波长2选在待测组分选在待测组分B的的吸收峰或其附近处，而参比波长吸收峰或其附近处，而参比波长1则选在使则选在使A组分在组分在1的 吸 光 度 等 于 它 在的 吸 光 度 等 于 它 在 2的 吸 光 度的 吸 光 度（AA(1)=AA(2)）处。根据吸光度的加和原则，处。根据吸光度的加和原则，混合物在混合物

54、在1和和2的吸光度分别为：的吸光度分别为： A(1)= AA(1)+ AB(1) （8-4） A(2)= AA(2)+ AB(2) （8-5） 2022-6-14双波长分光光度计的输出信号为：双波长分光光度计的输出信号为：A= A(2)-A(1) （8-6）将（将（8-4）式和（）式和（8-5）式代入（）式代入（8-6）式，可得）式，可得A= AA(2)+ AB(2)- AA(1)-AB(1) （8-7）由于双波长分光光度计使用同一光源，即由于双波长分光光度计使用同一光源，即1与与2强度相等，根据强度相等，根据AA(1)=AA(2)，所以（所以（8-7）式可写成式可写成:A=AB(2)-AB(

55、1)=(B(2)-B(1)bc （8-8） 2022-6-14B. 系数倍率法系数倍率法 Selection of Wavelength 2022-6-14 当干扰组分当干扰组分A不存在吸光度相等的两个波长时，不存在吸光度相等的两个波长时，采用上述方法不能测量采用上述方法不能测量B组分的含量组分的含量 此时，可采用系数倍率法测定。设此时，可采用系数倍率法测定。设A组分在组分在2和和1的吸光度分别为的吸光度分别为AA(2)和和AA(1)，则倍率则倍率系数系数K= AA(2)/AA(1)。若使用系数倍率仪将若使用系数倍率仪将AA(1)扩大扩大K倍，则有：倍，则有： K AA(1)= AA(2)，K

56、 AA(1)- AA(2) =0 与等吸收波长法相似，与等吸收波长法相似， A组分的干扰被消除组分的干扰被消除 2022-6-14C. 双波长法测定混浊样品双波长法测定混浊样品 在双波长法测定中，若将在双波长法测定中，若将2设在试样的设在试样的吸收峰上，吸收峰上，1设在试样无特征吸收的波设在试样无特征吸收的波长上，此时长上，此时1和和2处的背景吸收应相等。处的背景吸收应相等。显然，显然，2上测得的是试样本身的吸收与上测得的是试样本身的吸收与背景吸收的总和，背景吸收的总和，1测得的是背景吸收。测得的是背景吸收。因此用双波长法可以消除因试样混浊产因此用双波长法可以消除因试样混浊产生的背景吸收生的背

57、景吸收2022-6-14D. 双波长分光光度法的特点双波长分光光度法的特点 可进行混浊试样的分析可进行混浊试样的分析 通过适当的波长组合，可进行双组分或三组分通过适当的波长组合，可进行双组分或三组分混合物的同时测定混合物的同时测定 当当1、2相差相差1-2nm时，使用双波长同时扫描，时，使用双波长同时扫描，可记录一阶导数光谱可记录一阶导数光谱 采用一波长固定，另一波长扫描，记录吸收光采用一波长固定，另一波长扫描，记录吸收光谱，可消除混浊背景的影响谱，可消除混浊背景的影响 采用双笔记录器，可记录溶液中发生的两种现采用双笔记录器，可记录溶液中发生的两种现象象 2022-6-14(3)导数分光光度法

58、导数分光光度法A获得导数光谱的方法获得导数光谱的方法 用分光器进行微分操作的用分光器进行微分操作的光学微分法光学微分法，如，双波长扫描法、波长调制法和固定如，双波长扫描法、波长调制法和固定狭缝法狭缝法 将仪器的输出信号用电子学方法转换成将仪器的输出信号用电子学方法转换成微分输出信号的微分输出信号的电学微分法电学微分法，如位移记，如位移记忆法、模拟微分法和用计算机的数字微忆法、模拟微分法和用计算机的数字微分法分法2022-6-14B影响导数光谱的因素影响导数光谱的因素 不同的微分方法其影响因素不完全相同。不同的微分方法其影响因素不完全相同。影响导数光谱的仪器参数为：狭缝、影响导数光谱的仪器参数为

59、：狭缝、值、扫描速度、时间常数和横轴扩展因值、扫描速度、时间常数和横轴扩展因子子2022-6-14C导数光谱的优点导数光谱的优点 能够分辨两个或两个以上完全重叠或以能够分辨两个或两个以上完全重叠或以很小波长差相叠的吸收峰很小波长差相叠的吸收峰 能够分辨吸光度随波长急剧上升时所掩能够分辨吸光度随波长急剧上升时所掩盖的弱的吸收峰盖的弱的吸收峰 能够确认宽阔吸收带的最大吸收波长能够确认宽阔吸收带的最大吸收波长 2022-6-14D测量导数光谱峰值的方法测量导数光谱峰值的方法 导数光谱的图解测定法导数光谱的图解测定法 p. 峰峰-谷法；谷法；t. 基线法；基线法；z. 峰峰-零法零法 2022-6-1

60、4峰谷法峰谷法 如果基线平坦，可通过测量两个极值之如果基线平坦，可通过测量两个极值之间的距离间的距离p来进行定量分析。这是较常用来进行定量分析。这是较常用的方法的方法 如果峰、谷之间的波长差较小，即使基如果峰、谷之间的波长差较小，即使基线稍有倾斜，仍可采用此法线稍有倾斜，仍可采用此法2022-6-14基线法基线法 当用此法测量时，不管基线是否倾斜，当用此法测量时，不管基线是否倾斜，只要它是直线，总能测得较准确的数值只要它是直线，总能测得较准确的数值。2022-6-14峰零法峰零法 它只适用于导数光谱是对称时的情况，它只适用于导数光谱是对称时的情况，故一般仅在特殊情况下使用故一般仅在特殊情况下使