紫外光、可見光光譜分析 UltraViolet Visible Spectrometry 張永鍾 UV-Visible Spectrometry • 屬於分子吸收光譜學 (Molecular Absorption Spectrocopy) – 早期為比色法(colorimetric methods): 樣品溶液與一個或多個標準液用肉眼比較顏色 差異的不同結果。現仍用於定性分析水、土壤 和其它商品品質 – 分光光度法(spectrophotometric methods): 改以spectrophotometer取代肉眼作定量判斷 分子吸收理論 • 價電子鍵結 σ 頭對頭鍵結 π 邊對邊鍵結 n 未結合電子,一般為一未共用電子對 σ→σ*:真空紫外線 n→π*:200~700 nm *:表反鍵結電子軌域 π→π*:150~250 nm n→σ*:200~700 nm 分子吸收理論 • 發色團(chromophores) 分子中具有可吸收UV或VISIBLE區域輻射之 不飽和鍵結原子或原子團 • 助色團(auxochromes) 分子中與發色團結合且不吸收UV或VISIBLE 區域輻射之原子或原子團,因本身具有n電 子,造成發色團吸收波長或吸收度改變者 常見發色團 分子吸收理論 • 藍移(hypsochronic shifts or blue shifts) 吸收波移向短波 • 紅移(bathochromic shifts or red shifts) : 吸收度增加 • 高色效應(hyperchromic effect) 吸收度增加 • 低色效應(hypochromic effect) 吸收度降低 分子吸收理論 • 溶劑效應(solvent effect) 極性溶劑具有n電子,也會使吸收物質吸收 特性改變 – Shifts of lmax with solvent polarity : n p* hypsochromic/blue shift p p* bathochromic/red shift • 共軛吸收 具有共軛不飽和結構時,會有紅移及高色 效應產生,共軛越大,吸收越明顯 UV-Visible Spectrum Fig. 1. Experimental UV–vis spectra of (a) caffeate and (c) 1:1 Pb complex, in aqueous solution at pH 6. 儀器(Instrumentation) • Photometer 光度計。固定波長,無變換 裝置,可手動更換濾波片 • Spectrophotometer 分光光度計,固定波 長或可自動變換 • Spectrometer 光譜儀,具連續式波長變換 裝置 • Spectrum (spectra) 光譜 • Spectrogram 光譜記錄圖或照片 Photometer Single Beam Spectrophotometer Double Beam Photodiode Array Detector Transmittance and absorbance • 穿透率(T): %T= I / Io 100% • 吸光度(A): A = Log T= Log Io / I 術語及符號 術語及符號 定義 別名及符號 吸光度 (Absorbance,A) Log Io / I 光強度(optical density, O.D) 穿透率 (Transmittance,T) I / Io 穿透度 (transmittancy) 吸收光徑 (Pathlength, b) 容器或樣品內 l, d 長度(cm) 吸光係數 (Absorptivity, a) A / bc 消光係數 K 莫耳吸光係數 (Molar absorptivity,ε) A / bc (C in M) 莫耳消光係數 光譜分析應用 • 定量分光光度分析(spectrophotometry) – 單波長光度分析 – 多波長光度分析 • 定性光譜掃描(wavelength scanning) • 時間掃描(Time scanning) – 反應機構 – 反應速率 定量分光光度分析 • 比耳定律 (Beer’law) 固定波長下,濃度 c 的物質在吸收光徑 b 的介質中,其電磁輻射吸收度 A 和濃度 c 成正比 A = abc 當 a = ( L / mole.cm) 則 A = bc 比耳定律應用 1. 混合物分析 • Atotal = A1 + A2 + A3 + ....... + An • Atotal = 1bc1 + 2bc2 + …… + nbcn – 解聯立方程式可求出各別濃度 比耳定律應用 2. 檢量線(calibration curve) • • • • 外部標準品檢量法 External standard calibration method 內部標準品檢量法 Internal standard calibration method 標準品添加法 Standard addition method 外部標準品檢量線 1.600 1.400 1.200 y = 1.4936x + 0.0036 2 R = 0.9999 吸 1.000 收 0.800 值 0.600 0.400 0.200 0.000 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 標準品濃度 內部標準品檢量線 6.000 y = 1.699x - 0.2357 respone ratio 5.000 R2 = 0.9934 4.000 3.000 2.000 y = 0.9286x - 0.0023 1.000 R2 = 0.9998 0.000 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 conc. ratio 內部標準品:氰甲烷 甲醇 乙醇 線性 (乙醇) 線性 (甲醇) response intensity 標準品添加法 14.00 y = 1009.3x + 1.9786 12.00 R2 = 0.9995 10.00 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 -0.0050 0.0000 0.0050 added standard conc. 0.0100