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