可见光紫外光分光光谱仪UVVISSpectophotom

可 見 光 紫 外 光 分 光 光 譜 儀(UV/VIS Spectophotometer)益弘儀器股份有限公司 光 譜 學 基 本 原 理 電 磁 幅 射 的 性 質波 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 (frequency， )： 單 位 時 間 內 所 通 過 波 的數 目 ， 單 位 Hz。 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 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 10-14 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 10 5 3.75 x 106 分 子 旋 轉無 線 電 波 0.6 10 m 核 子 自 旋 吸 收 光 譜 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 的 電 磁 幅 射 的 過 程 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 除 了 電 子 轉 移 的光 譜 外 ， 還 包 含 化 學 鍵 結 產 生的 振 動 及 轉 動 能 階 光 譜 ， 因 此比 原 子 吸 收 光 譜 複 雜 許 多 在 溶 液 中 ， 吸 收 樣 品 被 溶 液 分子 包 圍 ， 互 相 的 碰 撞 使 能 量 分散 ， 因 此 產 生 平 滑 而 連 續 的 吸收 峰 基 態 C OHH =n甲 醛 之 分 子 軌 域 電 子 分 子 能 階 圖能量 * * n * nn* 鍵 結鍵 結未 鍵 結反 鍵 結反 鍵 結電 子 分 子 跳 躍 能 階 190nm UV Absorption of Conjugated Alkenes*max 175 217 258 15,000 21,000 35,000E Increasing conjugation gives: longer wavelength absorption more intense absorption 帶 色 團 ： 能 在 一 分 子 中 導 致 在 200 - 1000 nm 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 ， 只 要 含 有 帶 色 基 團 在 200-1000nm的 光 譜 區 就 有 吸 收 。助 色 團 ： 僅 含 未 共 用 電 子 對 ， 本 身 不 吸 光 ， 但 會 增 強 帶 色 團 分 子 的 吸 光 強 度 。分 子 基 團 的 吸 收 碳 /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 180 nm以 下 ， 在 這 個 波 長 以 下 石 英 液 槽 及 空 氣 中 成份 皆 會 吸 光 ， 所 以 必 須 抽 真 空 裝 置 及 更 換 其他 材 質 液 槽 。 含 有 機 分 子 之 雙 鍵 及 參 鍵 中 的 電 子 結 合 較 不 緊密 ， 所 以 不 飽 和 鍵 通 常 在 190 - 1000 nm 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 如 雜 有 氧 、 氮 、 硫 或 鹵 素 的 飽 和 性 有 機 化 物 ，在 170 - 250 nm有 吸 收 (n * ) 。 帶 色 基 團 ： 助 色 基 團 ： Substituent Effects on Aromatic Absorption 255 nm band is sensitive to electron density of aromatic ring OH OCH3270 nm ( 1,450) 287 nm ( 2,600) OCO CH3258 nm ( 250)PHENOL ANISOLE PHENYL ACETATE Electron densityRed = highest G reen = moderate 穿 透 率 (Transmittance)： 光 穿 透 介 質 的 比率 ， 通 常 以 百 分 比 T% 表 示吸 收 值 (Absorbance)： - log10TPo P T = %PPoA = log PoP液 槽 Beer 定 律 單 波 長 光 源 的 吸 收 值 正 比 於 測 定 樣 品 的 濃 度 與光 徑 光 徑 固 定 時 ， 樣 品 濃 度 與 吸 光 值 成 正 比Po P光 徑 = b 樣 品 濃 度 = c A = abca = 吸 收 係 數 cA Beers Law cell sample oflength path = l ionconcentratmolar = c yabsoptivitmolar absobanceA lcA Beer 定 律 的 限 制 對 於 低 濃 度 樣 品 (0.01M)， 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 干擾 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 儀 器 不 完 美 A = log log pP 溶 劑溶 液PoP 紫 外 光 可 見 光 分 光 譜 儀儀 器 簡 介 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 譜圖 ， 測 量 吸 收 光 譜 的 儀 器 稱 為 分 光 光 度 計(Spectrophotometer) 分 光 光 度 計 特 點 ：(1) 簡 單 、 快 速 、 方 便(2) 高 靈 敏 度 ： 可 偵 測 到 10 -7M(3) 準 確 性 高 ： 相 對 誤 差 只 有 零 點 幾 %(4) 選 擇 性 高 ： 不 需 對 樣 品 作 太 多 的 前 處 理(5) 應 用 廣 泛 ： 有 機 物 、 無 機 物 及 重 金 屬 ， 非 吸 收 性 物 質 亦 可 經 衍 生 化 反 應 轉 變 為 可 偵 測 物 質 (1) 光 源(2) 波 長 選 擇 器(3) 樣 品 室(4) 偵 測 器(5) 訊 號 處 理 軟 體分 光 光 度 計 的 基 本 結 構(1)(2) (3) (4)(5) 單 光 束 儀 器 結 構 圖 ： 雙 光 束 儀 器 結 構 圖 (1)： 雙 光 束 儀 器 結 構 圖 (2)： 光 源鎢 絲 燈 ： 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 320 - 2500 nm。 部 份 產 品 燈 內 充 填 碘 蒸 器 ， 用 來 增 加 光 源 強 度 及 效 能 。H2及 D2燈 ： 燈 內 充 填 H2或 D2氣 體 ， 外 部 為 石 英 材 質 ， 發 射 的 光 源 波 長 在 160 - 375 nm為 主 。 D 2燈 比 H2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 性 吸 收 波 峰 。 常 被 用 來 做 為 胚 波 長 較 正 使 用 。氘 燈 ： 波 長 範 圍 250 - 600 nm 波 長 選 擇 器 為 一 連 串 反 鏡 射、 狹 縫 及 單 光 器所 組 成 所 有 的 鏡 片 皆 以石 英 或 玻 璃 鍍 膜材 質 為 主 單 色 器 (Monochromators) 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 少干 擾 。 三 稜 鏡 為 較 早 期 簡 單 的 設 計 ， 許 多 低 階 的 分 光光 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 。 光 柵 為 在 透 鏡 上 每 mm 刻 蝕 300 - 2000 條 溝痕 ， 每 條 刻 痕 必 須 相 同 大 小 深 度 及 平 行 。 分 光效 果 均 勻 且 穩 定 。 兩 種 類 型 單 色 器 常 見 的 單 色 器 組 合 (1)Littrow 型 式 Ebert-Fastie 型 式 Czernry-Turnery 型 式常 見 的 單 色 器 組 合 (2) Seya-Namioka 型 式 狹 縫 寬 度 ：狹 縫 的 大 小 控 制 影 響數 質 的 分 析 ， 大 的 狹縫 寬 度 代 表 較 強 的 光源 ， 同 時 伴 隨 光 譜 細節 的 損 失 ， 較 常 用 於定 量 分 析 ；小 的 狹 縫 寬 度 可 更 清楚 的 獲 得 光 譜 細 節 ，但 光 緣 能 量 較 弱 。 不 同 狹 縫 寬 度 的 比 較1 nm 0.5 nm 0.1 nm 0.5 nm1 nm2 nm較 小 的 狹 縫 代 表 較 佳 的 解 析 度相 對 帶 來 較 低 的 能 量 點 矩 陣 光 電 二 極 體 分 光 光 度 計 系 統 樣 品 槽 樣 品 槽 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 增加 儀 器 使 用 的 彈 性 。 常 用 的 附 件 如 ： 標 準 液 槽座 、 10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 .等 。 樣 品 槽 座 必 需 完 全 遮 光 ， 以 免 受 到 干 擾 。 偵 測 器 真 空 管 光 電 管 (Pototube)： 最 早 期 的 設 計 光 電 二 極 體 (Photodiodes)： 比 真 空 管 靈 敏 但 比 光電 倍 增 管 不 靈 敏 。 (190-1100 nm) 光 電 倍 增 管 (Photomultiplier Tube , PMT)：時 下 最 常 採 用 ， 穩 定 性 高 ， 靈 敏 性 強 。 (190-900 nm)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 ， 持 續 照 明 會 有 輸 出 電 流 下 降 的 狀 況 。 訊 號 處 理 軟 體必 須 能 執 行 一 般 檢 測 所 需 用 到 功 能波 長 掃 描 (WL scan)單 波 長 測 定檢 量 線 的 製 作Kinetic波 長 及 基 線 校 正多 個 單 波 長 偵 測 應 用 分 析 條 件 的 設 定液 槽 的 選 擇 ： 材 質 、 容 積 、 光 徑溶 液 的 選 擇 ： 溶 液 之 吸 光 值 、 極 性 、 純 度 、 溶 解 度 .等樣 品 的 處 理 ： 均 勻 無 懸 浮 顆 粒 、 適 當 濃 度 、 減 少 不 純 物波 長 的 選 擇 ： 查 詢 報 告 、 選 擇 最 大 吸 收 波 長 、 調 整 適 當 的 狹 縫 寬 度 。 樣 品 溶 劑 的 選 擇 選 擇 溶 劑 時 需 考 慮(1) 樣 品 對 溶 劑 的 溶 解 度(2) 溶 劑 的 吸 光 值(3) 溶 劑 的 純 度(4) 溶 劑 是 否 含 其 他 干 擾 物 質(5) 溶 劑 的 PH 質(6) 溶 劑 是 否 會 和 樣 品 反 應(7) 是 否 需 要 避 光(8) 溶 液 的 極 性 PH的 影 響 pH Effects on Aromatic AbsorptionOH Obase 270 nm ( 1,450) 287 nm ( 2,600)280 nm ( 1,430) 254 nm ( 160)NH2 NH3 Phenoxide ionElectrostatic potential mapAnilinium ionElectrostatic potential map 溶 液 吸 光 一 覽 表 不 同 溶 劑 對 樣 品 光 譜 的 影 響 探 針 式 光 度 計 (dipping-type photometer ) : 採 用 光 纖 來 傳 送 光 源 ， 探針 內 有 兩 條 光 纖 ， 一 為 光源 輸 入 ， 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-Visible-NIR Spectrophotometer 儀 器 保 養 液 槽材 質 ： PA、 玻 璃 及 石 英 。溶 量 ： 10、 5、 3、 1、 0.5、 0.1、 0.05、 0.02 ml等 規 格 。使 用 範 圍 ： PA及 玻 璃 用 於 可 見 光 ， 石 英 用 於 可 見 光 及 紫 外 光 。注 意 事 項 ： 液 槽 平 時 需 用 水 、 甲 醇 或 乙 醇 清 洗 ， 使 用 後 、 充 份 清 洗 晾 乾 備 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 乾 。 儀 器 環 境 不 可 過 於 潮 濕 ， 或 接 近 水 源 。 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 。 遠 離 發 熱 源 。 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 外漏 ， 測 定 時 要 加 蓋 ， 測 定 完 立 刻 拿 走 。