紫外——可见分光光度法教学.ppt

第十章 紫外可见分光光度法 1 概述 2 光的吸收定律 3 偏离朗伯比尔定律的原因 4 紫外可见分光光度计 5 显色反应及其影响因素 6 测量的误差和测量条件的选择 7 分光光度测定的方法 11.1 概述 利用被测物质的分子对紫外-可见光具有选择性 吸收的特性而建立的分析方法。 一、紫外可见吸光光度法的特点 （1）具有较高的灵敏度。 （2）有一定的准确度，该方法相对误差为2%-5%， 可满足对微量组分测定的要求。 （3）操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单。 （4）应用广泛 单色光单色光：只具有一种波长的光。 混合光混合光：由两种以上波长组成的光，如白光。 二、物质对光的选择性吸收 白光青蓝 青 绿 黄 橙 红 紫 蓝 1、光的互补性与物质的颜色 物质的颜色物质的颜色是由于物质对不同波长 的光具有选择性的吸收作用而产 生的，物质的颜色由透过光的波物质的颜色由透过光的波 长决定长决定。 例：硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色； 高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。 如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以 得白光，这两种光就叫互为补色光互为补色光。物质呈现的颜色和 吸收的光颜色之间是互补关系。 /nm颜颜色互补补光 400-450紫黄绿 450-480蓝蓝黄 480-490绿蓝绿蓝橙 490-500蓝绿蓝绿红红 500-560绿绿红红紫 560-580黄绿绿紫 580-610黄蓝蓝 610-650橙绿蓝绿蓝 650-760红红蓝绿蓝绿 不同颜色的可见光波长及其互补光 白光青蓝 青 绿 黄 橙 红 紫 蓝 2、吸收光谱或吸收曲线 吸收曲线：测定某种物质对不同波长单色光的吸 收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。 KMnO4 的吸收曲线 最大吸收波长，max 定量分析的基础：某一波 长下测得的吸光度与物质 浓度关系的有关 300400500600350 525 545 Cr2O72- MnO4- 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Absorbance Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱 350 光谱定性分 析基础：吸 收曲线的形 状和最大吸 收波长 11.2 光的吸收定律朗伯比尔定律 I0：入射光强度 I：透过光强度 c ：溶液的浓度 b：液层宽度 T透光率（透射比） A吸光度 与入射光波长、溶液的性质及温度有关。当这些 条件一定时，代表单位浓度的有色溶液放在单位宽度 的比色皿中的吸光度。 c的单位为gL-1，b的单位为cm时，以a表示，称 为吸光系数，其单位为Lg-1cm-1， A=abc。 c的单位为molL-1，b的单位为cm，用表示。称为 摩尔吸光系数，其单位为Lmol-1cm-1， A=bc。 摩尔吸光系数的讨论 （1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数 （2）不随浓度c和液层厚度b的改变而改变。 在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本 身的性质有关，与待测物浓度无关； （3）同一吸光物质在不同波长下的值是不同的。在 最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以max表示 max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力。 例1 浓度为25.0g/50mL的Cu2+溶液，用双环已酮草酰二腙分光 光度法测定，于波长600nm处，用2.0cm比色皿测得T=50.1%， 求吸光系数a和摩尔吸光系数。已知M(Cu)=64.0。 解 已知T=0.501，则A=lgT=0.300，b=2.0cm, 则根据朗伯比尔定律 A=abc， 而= Ma = 64.0gmol-13.00102 Lg-1cm-1 =1.92104(Lmol-1cm-1) 解: 由A=-lgT=abc可得 T=10-abc 当b1=1cm时，T1=10-ac=T 当b2=2cm时，T2=10-2ac=T2 例2 某有色溶液，当用1cm比色皿时，其透光度为 T，若改用2cm比色皿，则透光度应为多少？ 定量分析时，通常液层 厚度是相同的，按照比尔 定律，浓度与吸光度之间 的关系应该是一条通过直 角坐标原点的直线。但在 实际工作中，往往会偏离 线性而发生弯曲。 11. 3 偏离朗伯一比尔定律的原因 0 1 2 3 4 mg/mL A 。 。 。 。 * 0.8 0.6 0.4 0.2 0 工作曲线 一、物理因素 (1)比尔定律的局限性 比耳定律假设了吸收粒子之间是无相互作用的， 因此仅在稀溶液（c 10-2 mol/L )的情况下才适用。 (2)非单色光引起的偏离 朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，但 在实际工作中，入射光是具有一定波长范围的。 二、化学因素 溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。 例 ： 测定时，在大部分波长处，Cr2O72-的k值与CrO42- 的k值是很不相同的。A与c不成线性关系。 例：显色剂KSCN与Fe3+形成红色配合物Fe(SCN)3，存在下列平 衡： Fe(SCN)3 Fe3+ + 3SCN 溶液稀释时一倍时，上述平衡向右，离解度增大。所以 Fe(SCN)3的浓度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，导致 偏离朗伯比尔定律。 11. 4 紫外可见分光光度计 光源 单色器 吸收池 检测器和信号显示系统 u作用：提供能量，激发被测物质分子，使之产生电子 谱带 u要求 ：发射足够强的连续光谱，有良好的稳定性及足 够的适用寿命 u类型：可见与近红外区：钨灯 4001100nm 紫外区：氢灯或氘灯180400nm 一、光源 u作用：从连续光源中分离出所需要的足够窄波段的光 束 u常用的元件：棱镜、光栅 二、单色器 u功能：用于盛放试样，完成样品中待测试样对 光的吸收 u常用的吸收池：石英（紫外区） 玻璃（可见区） 吸收池光程：1cm 、2cm、3cm等 u注意：为减少光的损失，吸收池的光学面必须 完全垂直于光束方向。吸收池要挑选配对，因 为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光 程长度的精度等对分析结果都有影响。 三、吸收池 u作用：接受、记录信号 u组成：检测器、放大器和读数和记录系统 u常用检测器：光电管和光电倍增管 蓝敏（锑铯）光电管 210625nm 红敏（氧化铯）光电管 6251000nm 四、检测系统 u单光束分光光度计 u双光束分光光度计 u双波长分光光度计（相互重叠多组分分析） 五、仪器类型 单光束分光光度计 优点：结构简单，价格便宜 缺点：受光源影响波动大 u 可见: 721 360800nm，电表读数 722 330800nm，数字显示 7230 330900nm，带微处理器，配打印机 u 紫外、可见： 752 200800nm 754 200800nm，带微处理器，配打印机 UV758 190900nm，扫描功能 u 紫外、可见及近红外 751G 2001000nm UV755B 200100nm ，带微处理器，配打印机 显色剂 11. 5 显色反应及其影响因素 显色反应：将被测组分转变成有色化合物的 化学反应。 显色剂：能与被测组分反应使之生成有色化合 物的试剂。 vv 选择性好选择性好 所用的显色剂仅与被测组分显色而与其它共 存组分不显色，或其它组分干扰少。 vv 灵敏度足够高灵敏度足够高 有色化合物有大的摩尔吸光系数，一般 应有104105数量级。 vv 有色配合物的组成要恒定有色配合物的组成要恒定 显色剂与被测物质的反应要 定量进行。 vv 生成的有色配合物稳定性好生成的有色配合物稳定性好 vv 色差大色差大 有色配合物与显色剂之间的颜色差别要大，这 样试剂空白小，显色时颜色变化才明显。 一、对显色反应的要求 二、影响显色反应的因素 1 1、显色剂的用量、显色剂的用量 M+R MR 2 2、溶液的酸度、溶液的酸度 （2）对显色剂的平衡浓度和颜色的影响 （3）对有色化合物组成的影响 不同的显色反应的适宜 pH 是通过实验确定的。 （1）对被测组分存在状态的影响 pH 与吸光度的关系曲线 3 3、显色温度、显色温度：要求标准溶液和被测溶液在测定过程中温度 一致。 4 4、显色时间、显色时间：通过实验确定合适的显色时间，并在一定的 时间范围内进行比色测定。 5 5、溶、溶 剂：剂：有机溶剂降低有色化合物的解离度，提高显色反 应的灵敏度。 6 6、共存离子的影响、共存离子的影响 11. 6 测量的误差和测量条件的选择 误差来源：误差来源：入射光源不稳定入射光源不稳定 吸收池玻璃的厚度不均匀吸收池玻璃的厚度不均匀 池壁不平行，表面有水迹，油污或划痕池壁不平行，表面有水迹，油污或划痕 光电池不灵敏，光电流测量不准确光电池不灵敏，光电流测量不准确 误差影响：误差影响：透光度读数误差透光度读数误差 一、仪器测量误差 二、测量条件的选择 1 1、入射光波长的选择、入射光波长的选择 测量的入射光波长：最大吸收波长max。 若干扰物在max处也有吸收，在干扰最小的条件下 选择吸光度最大的波长。 2、吸光度范围的选择 两式相除： 不同透光率时测定浓度的相对误差cB/cB(T=0.01) T/% 95 90 80 70 60 50 36.83020 10 5 2 20.6 10.7 5.6 4.0 3.3 2.9 2.7 2.8 3.2 4.3 6.5 13.0 测定相对误差与透光率的关系 在 T = 36.8%(A=0.434)时，浓 度测定的相对误差最小。 在 实际测定时，常将吸光度控 制在0.2 0.7(T=20% 65%) 之间。 3、参比溶液的选择 I0 参 比 样 品 未考虑吸收池和溶剂对光 子的作用 原则:使试液的吸光度能真正反映待测物的浓度。 利用空白试验来消除因溶剂或器皿对入射光反射和吸收带 来的误差。 （1）如果仅待测物与显色剂的反应产物有吸收，可用纯溶剂（ 或蒸馏水）作参比溶液 （2）如果显色剂或其他试剂略有吸收，应用空白溶液（包括 显色剂或其它试剂不加待测试样溶液）作为参比溶液。 （3）如试样中其它组分有吸收，但不与显色剂反应，则当显 色剂无吸收时，可用试样溶液作为参比溶液；当显色剂略有 吸收时，可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加 显色剂，以此溶液作参比溶液。 11. 7 分光光度测定的方法 一、单组分的测定 参比 标准样品 待测样品 二、多组分的测定 a 不重叠b 重叠 例：用光程为1cm的