分光光度法是指應用分光光度計的分析方法,具有靈敏、準確、快速及選擇性好等特點。
通常所測樣品溶液濃度下限可達10-6~10-5mol/L,適用于測定食品中的微量組分(如肉制品中的亞硫酸鹽、糖果中的二氧化硫等)。
原理
物質(zhì)對光的選擇性吸收
當光束照射到物質(zhì)上時,光與物質(zhì)發(fā)生相互作用,產(chǎn)生反射、散射、吸收或透射。
若被照射的是均勻溶液,光的散射可以忽略。
溶液顏色的產(chǎn)生
當一束白光通過某一有色溶液時,一些波長的光被溶液吸收,另一些波長的光則透過溶液。
透射光或反射光刺激人眼使人感到顏色的存在。
人把自身能感覺到的光定義為可見光。
在可見光區(qū),不同波長的光呈現(xiàn)不同的顏色,因此溶液的顏色由透射光的波長所決定。
透射光與吸收光可組成白光,故稱這兩種光互為補色光,兩種顏色互為補色。
光吸收的本質(zhì)
當一束光照射到某物質(zhì)或其溶液時,組成該物質(zhì)的分子、原子或離子與光子發(fā)生“碰撞”;
光子的能量就轉(zhuǎn)移到分子、原子或離子上,是這些粒子由最低能態(tài)(基態(tài))躍遷到較高能太(激發(fā)態(tài)),這個作用稱為物質(zhì)對光的吸收。
被激發(fā)的粒子約在10-8s后回到基態(tài),并以熱或熒光等形式釋放出能量。
分子、原子或離子具有不連續(xù)的量子化能級,僅當照射光光子的能量hυ,與被照射物質(zhì)粒子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量之差相當時,才能發(fā)生吸收。
不同物質(zhì)微粒由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的量子化能級,其基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量差也不相同。
所以物質(zhì)對光的吸收具有選擇性。
吸收曲線
吸收曲線,也稱為吸收光譜,描述了物質(zhì)對不同波長的光的吸收能力。
將不同波長的光透過某一固定濃度和厚度的有色溶液,測量每一波長下有色溶液對光的吸收程度(即吸光度);
然后以波長為橫坐標,以吸光度為縱坐標作圖,繪制的曲線即為吸收曲線。
不同濃度的同一物質(zhì),在吸收峰附近的吸光度隨著濃度增加而增大,但最大吸收波長不變。
若在最大吸收波長處測定吸光度,則靈敏度最高。
因此,吸收曲線是分光光度法中選擇測定波長的重要依據(jù)。
光吸收基本定律
即朗伯-比爾定律:
當一束平行單色光通過液層厚度為b的有色溶液時,溶質(zhì)吸收了光能,光的強度就要減弱。
溶液的濃度越大,通過的液層厚度越大,入射光越強,則光被吸收的越多,光強度的減弱也越顯著。
該定律是紫外可見分光光度法等各類吸光光度法定量分析的依據(jù),是由實驗觀察得到的,不僅適用于溶液,也適用于其他均勻非散射的吸光物質(zhì)。
A=lg(I/I0)=εbc
A-吸光度;
I0-入射光強度,cd;
I-透射光強度,cd;
ε-吸光系數(shù),L/(mol˙cm);
b-液層厚度(光程長度),cm;
c-有色溶液的濃度,mol/L。
其物理意義為:
當一束平行單色光通過單一均勻、非散射的吸光物質(zhì)溶液時,溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。
式中ε是吸光物質(zhì)在特定波長和溶劑的情況下的一個特征常數(shù),數(shù)值上等于濃度為1mol/L的吸光物質(zhì)在1cm光程中的吸光度。
ε是吸光物質(zhì)吸光能力的量度,ε值越大,方法的靈敏度越高。
由實驗結(jié)果計算ε時,常以被測物質(zhì)的總濃度代替吸光物質(zhì)的濃度,實際上時表觀摩爾吸光系數(shù)。
在多組分體系中,如果各種吸光物質(zhì)之間沒有相互作用,體系的總吸光度等于各組分吸光度之和,即吸光度具有加和性。
透光度T是透射光強度I與入射光強度I0之比,即:
T=I/I0
因此:A=lg(1/T)
紅外光譜儀一般都有記錄儀自動記錄譜圖。新型的儀器還配有微處理機,以控制儀器的操作、譜圖中各種參數(shù)、譜圖的檢索等?! 〖t外分光光度計在有機分析方面的應用 1、化合物中各原子團組合排列情況,是同紅外光譜中出現(xiàn)的特征官能團來確定的?! ?)溴化四氯化對位甲酚的結(jié)構(gòu),過去實驗認為它有三種可能的結(jié)構(gòu),但未能鑒別確定,現(xiàn)經(jīng)過紅外光譜證實只有一種結(jié)構(gòu)。 2)二分子醛縮合醇酮,應為(I)式。若(I)式R換成吡啶基,則化學性質(zhì)和(I)卻不相同了,它具有烯二醇式的反應如(II)式??墒窃跇O烯的溶液中,也看不到自由羥基的3700cm(-1)-譜帶,卻在2750cm(-1)有締全氫鍵出現(xiàn)??芍研纬闪朔肿觾?nèi)氫鍵。(I)羥酮式(II)烯二醇式 2、異構(gòu)體的測定——可鑒定立體異構(gòu)體和同分異構(gòu)體 1)順反異體的測定——順反異構(gòu)體原子團排列順序因無對稱中心,故C=C雙鍵在1630cm(-1),724cm(-1),而反式的C=C在較高頻率。 2)同分異構(gòu)體的鑒定——紅外光譜900~660cm(-1)區(qū)內(nèi)可看到苯環(huán)取代位置不同的同分體。 如二甲苯三個異構(gòu)體的吸收譜帶很不相同。鄰位在742cm(-1),間位在770cm(-1),對位在800cm(-1),且因?qū)Χ妆綄ΨQ性強,它的C=C雙鍵(苯骨架)在1500cm(-1)變小,并且600cm(-1)譜帶消失?! ∮秩缯?、異丙基、叔丁基由紅外光譜中的甲基彎曲振動可以看出。在1375cm(-1)只出現(xiàn)一個吸收帶,則表示為正丙基;若在1375cm(-1)出現(xiàn)相等強度的雙峰,則為異丙基;若在`1390cm(-1)及1365cm(-1)出現(xiàn)一強一弱譜帶,則為叔丁基。 乙醇和甲醚的分子式完全相同C2H6O,乙醇有羥基吸收帶在3500cm(-1),C-0伸縮振動在1050~1250cm(-1),羥基彎曲振動在950cm(-1)。甲醚在3500cm(-1)無羥基吸收。它的第一強1150~1250cm(-1),這兩個同分異構(gòu)體很容易區(qū)別?! ?、化學反應的檢查——一個化學反應是否已進行完全,可用紅外光譜檢查,這是因原料和預期的產(chǎn)品都有其特征吸收帶。例如氧化仲醇為酮時,原料仲醇的羥基吸收應消失,酮的羰基171cm(-1)應在產(chǎn)物中出現(xiàn)才反應進行完全?! ?、未知物剖析——可先將未知物分離提純,作元素分析,寫出分子式,計算不飽和度。從紅外光譜可得到此未知物主要官能團的信息,確定它是屬于哪種化合物。結(jié)合紫外、核磁等可鑒定此化合物的結(jié)構(gòu)。
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