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1、仪器分析方法分类：2. 电化学分析法: 依据物质的电化学性质及其变化4. 质谱法、热分析法、放射化学法等非光谱法 （折射法，浊度法，旋光法） （不以光的波长为特征讯号）光谱法分子光谱法 UV/Vis,IR,MFS,MPS原子光谱法 AAS,AES, AFS （以光的吸收、发射等作用而建立的分析方法，通过检测光谱的波长 和强度来进行定性和定量的方法）光 学 分 析 法1. 光学分析法: 基于电磁辐射与物质的相互作用3. 色谱法: 气相色谱法、液相色谱法1第三章 光谱分析法 （ Spectrum Analysis ）2本章提要第一节 光谱分析法概论第二节 紫外/可见光吸收光谱法! 光谱分析法及其特
2、点! 电磁辐射的基本性质! 电磁辐射的特性! 光谱分析法的分类! 分子光谱法! 基本原理! 紫外/可见分光光度计构造! 紫外/可见分光光度计类型3第三节 分子发光光谱法! 光致发光 ! 分子荧光和磷光光谱基本原理 ! 影响荧光强度的因素 ! 分子荧光光谱仪 ! 分子荧光光谱法的应用 ! 磷光光谱法 ! 化学发光法4本章提要第一节 光谱分析法概论5是电磁辐 射按照波 长的有序 排列。光谱光谱 (spectrum)(spectrum)：第一节 光谱分析法概论6一、光谱分析法及其特点光谱分析 (spectral analysis)： 对物质发射辐射能的能谱分析或对辐射能与物质相互作用引起的能谱改变的
3、分析。电磁辐射范围：射线（10-10m）无线电波（103m）所有范围；相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；应用：光谱分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可区代的地位；7（1）能源提供能量；（2）能量与被测物之间的相互作用；（3）产生信号。基本特点：（1）所有光分析法均包含三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；（3）涉及大量光学元器件。三个基本过程：一、光谱分析法及其特点8二、电磁辐射的基本性质电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量；c = =/E = h = h c /c：光速；：波长；：频率；：波数
4、 ；E ：能量； h：普朗克常数电磁辐射具有波动性和微粒性（波粒二象性）；9三、辐射能的特性：(1) 吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级；(2) 发射 将吸收的能量以光的形式释放出；(3) 散射 由传播介质的不均匀性引起的光线向四周射去；(4) 折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同；(5) 反射 光射到不同的介质介面时，部分光自介面射回原介质中； (6) 干涉 干涉现象；(7) 衍射 光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；(8) 偏振 只在一个固定方向有振动的光。10常用三种光 分析法测量 过程示意图 11四、光谱分析分类光谱分析法原 子 发 射原 子 吸 收原
5、子 荧 光X 射 线 荧 光原 子 吸 收紫 外 可 见红 外 可 见核 磁 共 振紫 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 发 射原 子 荧 光分 子 荧 光分 子 磷 光X 射 线 荧 光化 学 发 光吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法12五、分子光谱法物质分子内部运动形式及其对应能级物质分子内部运动形式及其对应能级1. 电子相对于原子核的运动-电子能级;单重态：激发态与基态中的电子自旋方向相反.三重态：激发态与基态中的电子自旋方向相同.2. 原子核在其平衡位置附近的相对振动 -振动能级;3. 分子本身绕其重心的转动-转动能级.13分
6、子的能级图与跃迁Sn: 电子能级Vn: 振动能级Jn: 转动能级分子的总能量 = E电子+ E振动+ E转动14分子光谱分析法的分类分 子 光 谱分子吸收分子发光光致发光其它发光形式UV-Vis （紫外-可见）IR（红外）如：荧光和磷光如：化学发光等15第二节 紫外/可见光吸收光谱法16紫外/可见光吸收光谱分析法：利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。属于分子吸收光谱法，分析波 长范围一般为200800nm。历史悠久、应用广泛： 分析化学药物分析临床检验等第二节 紫外/可见光吸收光谱法17即光吸收基本定律即光吸收
7、基本定律朗伯定律:(1760) A A=lg(=lg(I I0 0/ /I It t)=)=k k1 1b b当入射光的当入射光的 、吸光物质的、吸光物质的c c 一定时，溶液的吸光度一定时，溶液的吸光度A A与液与液层厚度层厚度b b成正比。成正比。比尔定律(1852) A A=lg(=lg(I I0 0/ /I It t)=)=k k2 2c c当入射光的当入射光的 、液层厚度、液层厚度b b 一定时，溶液的吸光度一定时，溶液的吸光度A A与吸光与吸光 物质的物质的c c成正比。成正比。一、基本原理I0It入射光透过光18朗伯-比尔定律意义意义: :当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质
8、 时，其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比。A=lg(I0/It)=kbc一、基本原理19透光率（透射比）透光率（透射比）T T（TransmittanceTransmittance）A = lg(I0/It) = lg(1/T) = -lgT = kbc吸光度吸光度A A （AbsorbanceAbsorbance）一、基本原理20吸光度吸光度A A、透射比透射比T T 与与浓度浓度c c 的关系的关系AT (%)cA=kbc1.00.80.60.40.210080604020一、基本原理21k k 吸光系数吸光系数 （AbsorptivityAbsorptivity） （1）当
9、c的单位用gL-1表示时，用a 表示，Aa b ca 的单位: Lg-1cm-1 的单位: Lmol-1cm-1（2）当c的单位用molL-1表示时，用表示，A b c （3） 当c的单位用g100mL-1表示时，用 表示, A bc， 叫做比吸光系数。一、基本原理22吸光度与光程的关系吸光度与光程的关系 A A = = a ab bc c 0.10b0.202b0.00光源检测器显示器参 比一、基本原理23吸光度与浓度的关系吸光度与浓度的关系 A A = = ababc c0.10c0.202c0.00光源检测器显示器参 比一、基本原理24吸光度与波长的关系吸光度与波长的关系 A A = =
10、 a abcbc0.00红0.10红0.00光源检测器显示器参 比蓝绿光红光一、基本原理25溶液浓度的测定A b c工作曲线法(校准曲线)朗伯朗伯- -比尔定律的分析应用比尔定律的分析应用0 1.0 2.0 3.0 4.0 c(mg/mL)A。 。 。 。*0.800.600.400.200.00Axcx一、基本原理26朗伯朗伯- -比尔定律的适用条件比尔定律的适用条件1. 单色光 应选用max处或肩峰处测定。3. 稀溶液 浓度增大，分子之间作用增强。2. 吸光质点形式不变离解、络合、缔合会破坏线性关系,应控制条件(酸度、浓度、介质等)。一、基本原理27吸光度的加和性与吸光度的测量吸光度的加和
11、性与吸光度的测量A = A1 + A2 + +An用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收 等。一、基本原理28二、紫外/可见分光光度计主要部件光源单色器吸收池检测系统分光光度计的基本组成习惯上将工作波段在200nm800nm的分光光度计称为紫外-可见分光光度计。优点：优点：通过色散原件（棱镜或光栅）得到一束近似的单色光。波长可调, 故选择性好, 准确度高。29/nm钨灯（热辐射光源）4006008001000氙灯氢灯强 度光源光源（发出所需波长范围内的连续光谱）发出所需波长范围内的连续光谱）可见光区：钨灯，卤钨灯 (320
12、2500nm)紫外区： 氢灯 (180 375nm)氙灯、汞灯：紫外、可 见光区均可用作光源要求：有足够的光强度，稳定。二、紫外/可见分光光度计主要部件30氙灯氢灯 钨灯31单色器单色器（将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置）（将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置）棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同。 玻璃3503200nm, 石英1854000 nm入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光红紫12800600500400二、紫外/可见分光光度计主要部件32光栅：（利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光的装置）光栅衍射示意图光屏透 镜平面透 射光栅M1M2出 射 狭 缝在镀铝的玻璃
13、表面刻有数 量很大的等宽度等间距条 痕(600、1200、2400条 /mm )。优点：优点：波长范围宽，波长范围宽，色散均匀，分辨性能好色散均匀，分辨性能好 ，使用方便。，使用方便。二、紫外/可见分光光度计主要部件33检流计检流计（指示器）：（指示器）： 低档仪器：刻度显示 中高档仪器：数字显示，自动扫描记录检测器检测器：利用光电效应，将光能转换成电流讯号。：利用光电效应，将光能转换成电流讯号。 如：如：光电池，光电管，光电倍增管吸收池吸收池（比色皿）：用于盛待测（比色皿）：用于盛待测 及参比溶液。及参比溶液。二、紫外/可见分光光度计主要部件341. 单光束分光光度计可变波长单光束紫外-可见
14、分光光度计示意图三、紫外/可见分光光度计的基本类型352. 双光束分光光度计参比池检测器滤光片或 单色器放大器样品池光源 hv 光子检测器反光镜反光镜透明部分扇形镜 正面图扇形镜反光镜栅镜双光束型可以消除光源强度变化的影响。可变波长双光束紫外-可见分光光度计示意图36第三节 分子发光光谱法37分子发光光致发光化学发光生物发光光致发光（Photoluminescence）: 物质当受到光的照射吸收了某种波长的光后，会发射出波长相同或比吸收波长更长的光，这种现象称为光致发光。PhotoluminescenceMolecular Luminescence ChemiluminescenceBiolu
15、minescence38u1575年，西班牙医生N.Monardes发现。u1852年，George Stokes对荧光产生的机理作了 解释，并提出了“荧光”。u1867年，分子荧光首次用于分析测定。u1928年，Jette和West提出第一台光电荧光计。u1952年，商品荧光分光光度计出现。分子荧光技术的发展39The Discovery and Development of the Green Fluorescent Protein,（GFP ）绿色荧光蛋白2008诺贝尔化学奖 Osamu Shimomura 1960s Martin Chalfie 1990s Roger Y. Tsie
16、ns, today40一、分子荧光（磷光）发生的原理41。物质的基态分子受一激发光源的照射被激发至激发态后，电子由第一激发态的最低振动能级回到基态的各个振动能级，以光的形式放出末态两个能级的能量差额称为荧光。基于化合物的荧光测量而建立起来的分析方法称为分子荧光光谱法。 421. 分子的多重态：单线态、激发单线态、激发三线 态单线态(S0) 一个所有电子自旋都配对的分子的电子状 态。 多数有机物分子的基态是单线态。当基态一对电子的一个被激发到较高能级时，激发单线态(S) 自旋方向不改变，分子仍处于单线态。 激发三线态(T) 有两个电子的自旋不配对而平行的状 态。分子的激发与失活43S0ST分子的多重态ET1 kf，不出现荧光发射；荧光的产生与分子
