借我手工转 以後这留给大二 I. What is spectrophotometry? 就是啊 古典分析走到了瓶颈 但是有人发现matter会跟光有很多有用的交互作用(废话 ) 简单来说就是有可以 定量的 Lambert-Beer's law 至於他为甚麽公式是 A= -log T = ebc A= 0.4~ 0.9 因为 dI = e*c*I*dz 积分之後就会有ln 出现啦 定性上的使用 像是IR 的看各个波长的 T % 总之对光谱而言 就是 "分开波长" "光的强度" II. IR spectrum 光源: 只要是会发高热的都好 像是 镍铬丝 有点黑体辐射的味道 所以光源的强度对波长函数就会有一个黑体辐射的样子 分光: Interferometer (干涉仪; 一下普物实验做过的喔) 因为红外线的波长比较长 所以一般的grating prism 之类的分光效果比较不好 所以用干涉仪测 侦测器: 只要会感热的都可以 因为红外线就是热的代表啊~~~ 不然控窑的地瓜怎麽会熟呢~~ 像是 1. 热电偶 thermocouple: 两种材料的借面产生电位差跟温度有关 2. 焦电效应 pyroelectricity: 简单来说就是晶体里面有 分子的电偶极 在红外光照的时候会有热 有热就会动 会动就会有偶极的变化 就会有电位差 i.e. DTGS deuterated triglycerine sulfate 3. photoconductive/ photovoltaic: 啊就是太阳能电池啦 一般的太阳能电池是半导体作的吧 只是吸收的 是可见光 这里的差别是把 能阶 调到 红外线的地方 只是会太敏感所以要在低温下 不然你就会看到讯号满天飞 i.e. MCT mercury cadmium tellurium 座标轴: 波数 vs 透射度 会用波数--> 因为波长的数字看起来差很少 所以用波数 cm^-1 然後 IR 测的是振动 不能定量 III. UV/ Vis spectrum 测的是 电子组态的能阶 然後可以应用老伯啤酒定律 (Lambert-Beer's law) 定量 只是尽量要用吸收度最高的那个波长 光源: 1. W-lamp 就是一般的钨丝白炽灯泡 既然是白光 就是充满了可见光 因为很热 所以充满了红外光 因为平常都在用也不会有皮肤癌 所以没有很多紫外光 (黑体辐射) 所以要加入 2. D-lamp 氘灯 主要是紫外光区 然後是因为 D atom的动能很高 藉由解离的时候放出的紫外光 所以强度比较连续 3. Xenon arc/ Mercury arc 有点像是日光灯管这样吧 然後整个UV/Vis的波长都被包含 所以没有转换灯泡的问题 所以 Mercury光谱虽然很多牙齿 不过器材不用转动 就像你的嘴巴关着不动 只要一开始没咬到舌头 就不会再咬到舌头 只要一开始波长对准了 以後就不会不准 分光器: 1. Filters: 一种是吸收的 就是一般有颜色的那种滤片啦 便宜效果烂 另一种是跟薄膜干涉很像的 也是跟膜的厚度有关 2. Monochromator: 包含grating(把光散开) 跟 collimator(把光稍微聚焦一下) grating的原理的话 想像你面前有很多宝特瓶隔相同距离d 因为光是波 所以可以画一个波前 现在把波前用一整排的乒乓球丢过去 乒乓球就会有散射的效果 在加上建设性干涉 破坏性干涉 就是了 侦测器: 1. 光电管 & PMT (光电倍增管) 就是光电效应啦 PMT 只是中间加上很多个dynode可以让电子每打一次dynode就多个几颗 所以可以把光强放大 敏感度高(所以要低温使用) 但是只能测一个波长一次 但是光如果太强他会烧掉 2. photodiode 反正就是把半导体的pn junction的 reverse bias 用光打小 让导电度变好 反正就是会有电讯号的差异啦 PDA (photodiode array) 就是一整排的photodiode啦 所以可以一次测很多 波长 CCD (charge coupled device) 就是一整棋盘的photodiode 只是他会用电极控制每次打出的电子怎麽走 才会有 3 phase 之类的电位变化 然後一次可以测多波长 快 敏感 IV. Cuvets 不要用手摸 不要有刮痕 用完马上洗 不要有水痕 一次买一对 系统误差才有救 考试要会画图 要会解说原理 要知道每个原件是干嘛的 Fluorescence spectroscopy 就是 给你能量 你放光给我看 就是有机实验点TLC的那个 用UV灯显色的那种啦 然後电子跃迁遵循 Franck Codon principle 电子组态改变但是形状不会变 但是每个电子组态的基态就是长的不一样 所以只好往上找其他振动态 所以 从 S0 基态跳上去之後 会到S1 的不知道哪个形状一样的振动态 然後会有各种不同的relaxation跟 conversion 1. internal conversion: 电子组态不同 但是能量相同 2. external conversion: 电子组态不同 外加散失能量(不放光) 3. intersystem conversion: 从Singlet 到 triplet的交换 因为自旋不同啦 这个造成磷光(phosphorescence) 萤光光谱的特点 呈镜像但是本来应该重叠的谱线有一点偏差 1. 镜像 因为 振动能阶等差(就是该死的简谐振子) 你可以画 一个两个电子能阶 E=1 E=6 以及三个 振动能阶 这样就可以组成 E= 1, 2, 3, 4 E= 6, 7, 8, 9 两组 从E= 1 上去到 上面那组 可以有 delta E = 5 6 7 8 E= 6 下去 可以得到 delta E = 5 4 3 2 这样组合起来就有 2 3 4 5 5' 6 7 8 对称的谱线了 然後虽然是能量 不过换成nm当波长也差不多对 称这样 2. 有一点点差异 那个 5 跟 5' 因为他跳上去之後啊 总是会有一点莫名其妙的relaxation 所以萤光那个 能量差会 稍微小一点 侦测器的位子跟光源成九十度 因为 你总不想测到光源吧XD 然後光源的话可以打入最大吸收的那个光 这样才可以吸饱饱 放一堆光 这种侦测方式又称作 luminescence 敏感度高 放射光强 I = k P(光源)C(浓度) 光源强一点敏感度就好一点 只是浓度太高还是会往下掉(self- absorption) Beacon Molecule: 就是那个DNA分子平常没事的时候会自己左右两边黏在一起 上面的发光团旁边的消光团就会把他消掉 等到你的目标DNA出现就会把他们两个拉开 就有光啦 (DNA说要有光 就有光(误)) FRET Fluorescence Resonance Energy Transfer 重点是说有两个萤光团 A B A 吸收 蓝光放绿光 B 吸收绿光放红光 所以AB在一起的时候 你会看到红色 分手的时候就会看到绿色 Chemiluminescence: 利用化学反应的时候发的光定量 最有名的就是 luminol跟 NO+ ozone吧 luminol + 血 ----> 蓝光 NO + Ozone ---> NO2* ---> NO2 + hv 标记的方法大概有四种 1. radioactive 2. fluorescence 3. chemiluminescence 4. bioluminescence 5. enzyme labeling( 会把无色的受质 变成有色的受质) EMIT Enzyme multiplied immunoassay technique 首先 有一个抗体可以抓你要测的分析物X 现在杯子里面有限量的抗体 跟已知量的 有标记的X(上面的酵素可以把无色的受质变有色 ) 只是一接上抗体就哭哭了 所以 X 越多 能跟抗体接的 XE就越少 XE自由得多 被变成有色的受质也多 就这样 Solid Phase immunoassay 就是把抗体1黏在杯子上 这样你的分析物X 冲进去的时候就可以黏在上面 再把抗体2放进去 抗体2上面的标记可以是放射性的 或是 酵素! 就是ELISA enzyme linked immuno sorbent assay CRDS cavity ring down spectroscopy 光源 --> [ 样品 ] ---> 侦测器 光只进不出 光一次只能出来一点点 所以光会在里面来回走啊走 会一直被吸收 所以侦测器可以测到跟时间有关 的decay Raman spectroscopy 1. Rayleigh scattering : 能量不变的散射(弹性碰撞) Raman scattering: 能量有一点改变的散射(shift) 2. 简单来说就是分子被基发上去之後没有回到原来的地方 从基态出发但是没回到基态(E变小 波长变大) --> Stokes line(强度大) 从激发态出发但是回到基态(E变大 波长变小) --> Anti-Stokes line(强度小) 光学元件用 FT-Raman 就是用干涉仪了啦 光源是单波长的雷射 首先 原子光谱跟前面的分子光谱不同点在於 线光谱 vs 很粗很粗的光谱 因为 原子的能阶跃迁 每次都是比较精确的一条线 不会因为振动能阶而糊在一起 所以原子光谱通常需要比较好的光学元件 然後通常的样品是 金属跟类金属 像是 Fe As 之类的 分析物要被原子化之後 才能作测量 所以原子光谱有"原子化" 的特别之处 然後因为原子化就是要用高热 所以样品要先雾化(nebulization) 总不能洒药品水溶液到火上面吧 火会熄掉...... Nebulization: 样品泡成水溶液之後---> 用气体喷雾把他弄成aerosol aerosol 的solvent 在高温一点之後会蒸发掉(evaporation) 这样空气中就只剩下一颗一颗的样品固体 像是盐巴颗粒 接着在1500 度左右 固体会挥发(volatization) 形成气态的NaCl 之类的 然後会进行原子化--> Na atom 这样 只是他可能会在这个时候跟其他人反应 变成Na2O 之类的有的没的 就是化学干扰 不过如果真的Na+ (ionization後) 很多的话 要测他也是ok 然後原子光谱要使用线光源 (配合一下讲义 p.9 的图片吧) 因为 如果是连续光源 当 仪器 把 200.5~201.5 nm的光都认定作 201.0 nm 那 P(ref) 的讯号强度(就是线下面积) 会很大 但是跟线光谱的线下面积比起来 会很惨 就好像没有线光谱一样 所以要用线光源 线光源怎麽作呢? 两种灯 1. HCL Hollowed cathode lamp 如果你想要铁的线光源 就在阴极上面镀一层铁 然後用比较高的电压去激发灯里面的 Argon 这个Argon 会很像电浆 然後会一直去打 会去打镀在上面的铁 铁会被打下来说声 "干" 然後就发光了 弄成圆筒状 是避免飞出来的铁太远 不然你就会看到整个灯管上面好像镀了一层铁 如果用高强度的电流的话 光会比较强 但是因为都普勒效应 线光源会变胖 (就跟你说吃太多会变胖) 然後如果太多只是轻轻的被打下来的铁太多 他反而会吸光 所以强度不能太强 2. EDL Electrodeless discharge lamp 跟楼上差不多 同样都是用高能的Argon 去打元素 只是像是As 之类的 没办法镀上去 所以就放在灯里面 然後用电浆的方式激发Ar 所以旁边才有radio freq coil 然後你不想要Ar 放太多光吧 所以Ar 气压很低 不过这个灯强度强个几个order 灯里面的温度比较低 相对doppler effect就比较小 只是说他的输出功率比较不稳定 样品雾化之後 会跟着燃料气体 吹到火焰这边 用火的高温给他原子化 (Flame atomization) 然後燃料气体不能吹太慢 不然往里面烧你的机器就掰了 然後这个方法很吃样品 雾化後只用里面的一点点 剩下就当垃圾丢了 不过再现性很好 原子化後的样品留在火焰里面的时间短(也就是说在光径上时间短) 光径会通过的是火焰的中间部分 因为下面部份样品刚开始烧原子化不完全 上面的原子化後又快要变氧化物了 另一种原子化方式是 石墨炉 Graphite furnace (GFAAS) 用电热的方式加热样品 然後炉子是用石墨作的 所以把样品点在这个上面就好 然後温度会往上升 升到大概两千度左右就可以测到讯号 就像老师之前show的那个广告 你可以测到吸收度跟时间的关系 因为样品原子化後很快 就跟你 say goodbye了 所以吸收度会上升再下降 L'vov platform 是用来增加再现性的方式 这样受热比较均匀 GFAAS 的好处是样品量可以少 高敏感度 只是再现性稍差 其他的 chemical atomization(把氧化态的分析物弄成氢化物 然後氢化物的裂解温度 比较低 ) 跟cold-vapor atomization(仅限 Hg) 就看看就算了吧 I. Interferences 1. chemical interference 比起光谱干扰常见 就是说自己跟自己的干扰 就是说因为各种化学平衡形成各种化合物 但是我们要的是"原子"!!!!! 像是 a. 形成不易汽化的康胖 i.e. 如果测Ca 的时候 有个sulfate or phosphate 会形成盐类 不易汽 化 加EDTA 先卡Ca 等到高温的时候 EDTA就死掉了 Ca 就很开心的不会 跟sulfate在一起 b. 跟氧气变成氧化物 这个时候用活性金属去抓氧 氧被抓掉 分析物就自由了 c. 游离化(ionization) 就 电子不敌这个温度 就跟你再见了(在很高温 低压 的时候会很重要) 加入 K 可以抑制 简单来说解决的方法都是用化学平衡 加入其他的 modifier or liberating agent or high temp or protecting agent (like EDTA) II. Spectral interference 定义就是说跟别人的干扰 像是可能会有两条谱线很靠近 或是刚好有该死的分子干扰出现 分子光谱是胖胖的 所以一靠近你要的光谱就被遮掉了 (想想你要找罗姐的时候他却站在月半仙的旁边) 这个时候 最直接的想法就是 我要高级一点的光学元件(贵死你) 或是直接找另一条可用的谱线 但是光学元件还是有极限 像是你要越高的解析度你的focal length(聚焦距离)就要越长 像是p 27那几个图 另一个比较大的干扰就是matrix (background abs很大!!) 可以用比较高的温度去拆了该死的干扰物(如果你确定高温有效) 或是那四个奇怪的correction 1. two-line: 就是说 我找两条很接近的谱线 一条是我要的 另一条不会吸收 reference line 我只要看不吸收的那条的起伏就可以看出来matrix的干扰有多大 缺点是不见得每种样品都可以找到旁边的那条线 2. continuum source 分析样品的时候用HCL 要知道背景讯号的时候用 D lamp p 33 有式子 3. Zeeman effect 首先你只要知道光谱线在磁场下可能会分裂(通常是奇数条) 然後分裂後的原本那跟会变小 "会对光的极化方向有偏好" (把这件事情想成样品的那个轨域要满足动量守恒之类的就好) 所以在两种偏极化光下 会有两种关系式 I1 = P(垂直) - I(backgnd) I2 = P(平行) - I(backgnd)- I(分析物) 所以可以很乾脆的把背景讯号砍掉 4. Smith-Hieftje correction method 就是说 HCL 在低电流的时候 测到的是背景+分析物 但是高电流的时候会因为self-absorption把要的那个强度弄下去 所以测到的大概就是背景值 所以这样循环着打进去就可以把背景值砍掉 进入 AES 了!!!! 又称作OES optical emmision spectroscopy 因为很需要好的光学元件 1. 温度很高 (3000~8000K) 原子化完全 所有的元素都可以放光了 所以对那些很喜欢瞎搞的原子来说可以有比较低的侦测极限 也可以测非金属 又可以同时测很多元素 只是这样每个元素都放光给你看 光谱线就会很复杂 也需要比较好的解析度跟分光器 现在的激发都是用ICP 然後ICP induced coupled plasma 就是电浆 只是里面有少部分的游离原子跟电子 大多是中性物种 但温度很高 跟太阳表面一样吧通常都是利用线圈跟磁场把游离化的原子加速---> 温度就变高啦 样品进去的方式跟AAS差不多 都要先经过nebulization 或是 ETV-ICP (electro thermal volatization) 就是石墨炉只是不是用来原子化 而是让他变蒸气往上飘到plasma 侦测放射光的时候一样是从plasma的中段测 只是如果样品太少可以平行plasma测 这样放射光径比较多 分光的话有两种 1. concave grating: 就是P 52的那个圆形的图 看图 很 简单易懂吧 只是说侦测器会一次放好几个PMT这样 2. 先用echelle grating再用prism(棱镜) 分光成2D 打在sensor上面 可以同时测几百条光谱线 echelle grating vs. echellette grating 光打在 短边 长边 每个单位d 比较长 比较短 blave/grooves 比较稀疏 密 入射反射角 比较大 比较小 因为 d(sin a + sin b)= nL(lambda) d 也大 a b 也大 当波长固定 散射级数也大 (n 大) 简单来说就是可以把光散开开这样 http://gratings.newport.com/information/technotes/technote6.asp 讲解echelle grating的网页 --

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