可见分光光度计.doc

锦州师范高等专科学校电子教案授课课程：仪器分析 授课教师：赵久妹章 节第一模块 紫外-可见分光光度法 第一节 基本原理授课班级0805授课时间20年月日授课类型理论学时数2学时教学目的掌握物质对光的选择性吸收，光的吸收定律。教 学重点和难点光的吸收定律教学(具)准备多媒体教学方法讲授法、讨论法、练习法、谈话法等教学主要内容一、光的基本特性1.光的波动性2.光的粒子性二、光与物质的作用1.光的吸收2.物质颜色的产生三、光谱吸收曲线1.紫外可见吸收光谱产生的机理2.光谱吸收曲线四、光吸收定律1.光强度、透射率和吸光度2.朗伯比尔吸收定律3.朗伯比尔定律的应用条件4.朗伯比尔定律的偏离现象教 学 过 程 设 计备 注一、复习旧知、导入新课紫外可见分光光度法是利用物质对紫外 可见光的吸收特征和吸收强度，对物质进行定性和定量分析的一种仪器分析方法。特点：灵敏度和准确度较高，仪器设备简单，操作方便，应用广泛等。二、讲授新课一、光的基本特性1.光的波动性 光是一种电磁波，电磁波可以用周期T(s)、频率 (Hz)、波长(nm)和波数（cm-1）等参数描述。它们之间的关系为： =1/T=c/ =1/= /c波谱区名称波长范围跃迁能级类型分析方法g射线0.005nm0.14nm原子核能级放射化学分析法X射线0.001 nm 10nm内层电子能级X射线光谱法光学光谱区远紫外光10 nm 200nm 内层电子能级 真空紫外光度法近紫外光200 nm 400nm 价电子或成键电子能级紫外分光光度法可见光400 nm 750nm价电子或成键电子能级比色法、可见分光光度法近红外光0.75m 2.5m分子振动能级近红外光光谱法中红外光2.5m 50m 分子振动能级 中红外光光谱法远红外光15m 1000m分子转动能级远红外光光谱法微波0.1 cm 100cm电子自旋、分子转动能级微波光谱法射频(无线电波)1m 1000m 电子和核自旋核磁共振光谱法2.光的粒子性光具有粒子性，光是由光子组成的，光子具有能量，其能量与频率或波长的关系为： E=h =h c / h=6.626x10-34 Js3.单色光、复合光和互补色光 同一波长的光称单色光，由不同波长组成的光称复合光。物质有色是因其分子对不同波长的光选择性吸收而产生。下表列出颜色与吸收光之间的关系。其中对应颜色的光称互补色光。不同颜色的可见光波长及其互补光互补色光和各种颜色光的波长范围，可作为光度测定时选择测量波长的参考。红650 760绿蓝橙610 650蓝黄580 610紫黄绿560 580红紫绿500 560红蓝绿490 500橙绿蓝480 490黄蓝450 480黄绿紫400 450互补光颜色l/nm蓝绿二、光与物质的作用1.光的吸收物质粒子如原子、分子、离子等总是处于特定的不连续的能量状态，各状态对应的能量称为能级，用E表示。基态E0 ，激发态Ej EL=h =E(能级差)2.物质颜色的产生物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的。一种物质呈现何种颜色，与入射光组成和物质本身的结构有关,而溶液呈现不同的颜色是由于溶液中的吸光质点(离子或分子)选择性地吸收某种颜色的光而引起的。 常见的有下列三种情况：三、光谱吸收曲线1.紫外-可见吸收光谱产生的机理 光子作用于物质分子时，如果光子的能量与物质分子的电子能级间的能级差满足 E=h 光子将能量传递给物质分子，分子获得能量可发生电子能级的跃迁。在光吸收过程中基于分子中电子能级的跃迁而产生的光谱，称为紫外-可见吸收光谱（或电子光谱）。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。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。2、吸收光谱或吸收曲线任何一种溶液对不同波长光的吸收程度是不一样的。若以不同波长的光照射某一溶液，并测量每一波长下溶液对光的吸收程度（即吸光度A），以吸光度为纵坐标，相应波长为横坐标，所得A-曲线，称为吸收曲线。它更清楚地描述了物质对光的吸收情况。300400500600700l/nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350吸收曲线的讨论：（1）同一种吸光物质对不同波长的光吸收程度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max 。 （2）同一种物质浓度不同，其吸收曲线形状相似max不变。在max处，吸光度A正比于浓度C。测定最灵敏。（3）不同物质吸收曲线的特性不同。吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。四、光吸收定律当一束平行单色光，通过一均匀的溶液后，光的强度会减弱 。透光度T （透射比）定义透光度：吸光度A 定义吸光度 ：二者关系为：A = lg(1/T) = -lgT2.朗伯-比尔定律朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比，即 A= bc 式中比例常数与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关。K可用a（吸光系数）或（摩尔吸光系数）表示。 c为吸光物质浓度，b为透光液层厚度。 朗伯和比尔分别研究了吸光度与液层厚度和吸光度与浓度之间的定量关系，合称朗伯-比尔定律，其数学表达式为：A=lg(I0/It)=bc物理意义: 当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质时，其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比吸光光度法定量分析的理论基础吸光系数与摩尔吸光系数A = kb c 比例常数的取值与浓度的单位有关当c的单位为gL-1时，比例常数用a 表示，称为质量吸光系数 Aa b a 的单位: Lg-1cm-1当c的单位用molL-1时，比例常数用表示,称为摩尔吸光系数 A b c 的单位: Lmol-1cm-1 =M a摩尔吸光系数的物理意义： 溶液浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时物质对光的吸收程度（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。 （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，表明了该吸收物质最大限度的吸光能力。3.朗伯-比尔定律的应用条件朗伯-比尔定律不仅适用于紫外光、可见光，也适用红外光；在同一波长下，各组分吸光度具有加和性。 （1）入射光必须为单色光（2）被测样品必须是均匀介质（3）在吸收过程中吸收物质之间不能发生相互作用。4.偏离朗伯一比尔定律的原因定量分析时，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。(1)比尔定律的局限性比尔定律仅在稀溶液（c n* * n * 有机物最有用的吸收光谱是基于n *和*跃迁而产生的。跃迁n跃迁 跃迁 n跃迁2.常用术语（1）生色团与助色团生色团（chromophore)：在紫外和可见光区产生吸收带的基团称为生色团。因为只有由和n跃迁才能产生紫外可见吸收，而这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团，所以这类含有键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基NN、乙炔基、腈基CN等。助色团（auxochrome)：有一些含有n电子的基团(如OH、OR、NH、NHR、X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n共轭作用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。（2）红移和蓝移：由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移（长移）。吸收峰位置向短波方向移动，叫蓝移（紫移，短移）3.影响紫外-可见吸收光谱的因素物质的吸收光谱与测定条件有密切的关系。测定条件（共轭效应、溶剂极性、pH等）不同，吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收强度等都可能发生变化。（1）共轭效应当一个分子中含有两个或两个以上的生色团时，按相互间的位置可以分为共轭和非共轭两种情况：非共轭时，各个生色团各自独立吸收，吸收带由各生色团的吸收带叠加而成；共轭后， 电子运动范围大，*轨道能量降低， *跃迁能级差减小，吸收光谱红移，值增大。共轭不饱和键数目越多，红移越显著。下表列出了一些有关共轭结构的化合物（2）溶剂效应溶剂不同，同一种物质得到的光谱可能不一样，这种现象称为溶剂效应。随着极性增加， *跃迁的吸收波长变大，n*跃迁的吸收波长变小。见P10表1-7 (3)溶液的PH4、常见有机化合物的紫外-可见吸收光谱（1）饱和烃及其取代衍生物（2）不饱和烃及共轭烯烃（3）芳香族化合物 （4）羰基化合物二、无机化合物的紫外-可见吸收光谱1. 电荷迁移跃迁 ：与有机物类似，电子从给予体向与接受体相联系的轨道上跃迁，发生在近紫外线区与可见光区之间。hv电子接受体电子给予体Mn+_Lb-M(n-1)+_L(b-1)-Cl- _(H2O)nCl _(H2O)n - hvFe3+_OH-hvFe2+_OHFe2+_CNS2+2.配位场跃迁三、课堂练习1光量子的能量正比于辐射的：A：频率B：波长.C：波数.D：传播速度E周期2.电子能级间隔越小，跃迁时吸收光子的A：能量越大B：波长越长.C：波数越大 D：频率越高E：以上A、B、C、D、都对3同一电子能级，振动态变化时所产生的光谱波长范围是：A：可见光区B：紫外光区C：红外光区 D：X射线光区E：微波区四、教师总结五、布置作业举例说明学生阅读教材总结。板 书 设 计第二节 化合物的紫外可见吸收光谱一、有机化合物的紫外可见吸收光谱1、有机化合物的电子跃迁2、常用术语（1）生色团与助色团（2）红移和蓝移3、影响紫外-可见吸收光谱的因素4、常见有机物紫外-可见吸收光谱二、无机化合物的紫外-可见吸收光谱1、电荷迁移跃迁 ： 2、配位场跃迁（1）f电子跃迁吸收光谱 （2）d电子跃迁吸收光谱教学反思19第 页 共 20 页授课课程：仪器分析 授课教师：赵久妹章 节第一模块 第三节紫外-可见分光光度计的结构与原理授课班级0805授课时间20年月日授课类型理论学时数2学时教学目的掌握紫外-可见分光光度计的结构与原理教 学重点和难点掌握各组成元件教学(具)准备多媒体教学方法讲授法、讨论法、实验法、演示法教学主要内容一、主要组成元件1、光源2、单色器 棱镜:玻璃3503200nm, 石英185400nm 光栅:波长范围宽,色散均匀,分辨率高, 使用方便3.吸收池：4.检测器：利用光电效应，将光能转换成电流信号。 光电池，光电管，光电倍增管5.指示器：二、分光光度计类型教 学 过 程 设 计备 注一、导入新课 看图片，导入新课。二、讲授新课一、主要组成元件1、光源可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在3202500nm。紫外区：氢、氘灯。发射185400 nm的连续光谱。2、单色器将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。棱镜:玻璃3503200nm, 石英185400nm 光栅:波长范围宽,色散均匀,分辨率高, 使用方便入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光红紫123.吸收池：(比色皿)用于盛待测及参比溶液。可见光区：光学玻璃池，有0.5cm 1.0cm 2.0cm 3.0cm等规格。紫外区：石英池4.检测器：利用光电效应，将光能转换成电流信号。 光电池，光电管，光电倍增管5.指示器：低档仪器：刻度显示中高档仪器：数字显示，自动扫描记录二、分光光度计的类型三、课堂练习1、紫外可见分光光度法定量分析中，实验条件的选择包括_等方面。2、对于紫外及可见分光光度计，在可见光区可以用玻璃吸收池，而紫外光区则用_吸收池进行测量。3. 试比较可见分光光度法与紫外可见分光光度计的区别。四、课堂小结 五、布置作业带学生参观实验室。了解仪器结构。板 书 设 计第三节 紫外-可见分光光度计的结构与原理一、主要组成元件1、光源2、单色器3、吸收池： 4、检测器： 5、指示器：低档仪器：刻度显示二、分光光度计的类型教学反思授课课程：仪器分析 授课教师：赵久妹章 节第一模块 第四节 紫外-可见吸收光谱的应用 授课班级0805授课时间20年月日授课类型理论学时数2学时教学目的掌握紫外-可见吸收光谱在定性及定量上的应用教 学重点和难点掌握定量分析的几种分析方法并能熟练应用教学(具)准备多媒体教学方法讲授法、讨论法教学主要内容一、定性分析1、未知化合物的定性鉴定2、纯度的鉴定3、结构分析 紫外-可见吸收光谱一般不用于化合物的结构分析，但利用紫外吸收光谱鉴定化合物中的共轭结构和芳环结构还是有一定价值。二、定量分析1、单组分的定量分析（1）吸光系数法（绝对法）（2）标准对照法 (3)标准曲线法2、多组分的定量分析教 学 过 程 设 计备 注一、导入新课直接导入新课二、讲授新课紫外-可见吸收光谱除主要可用于物质的定量分析外，还可以用于物质的定性分析、纯度鉴定、结构分析。一、定性分析1、未知化合物的定性鉴定每一种化合物都有自己的特征光谱。测出未知物的吸收光谱，原则上可以对该未知物作出定性鉴定，但对复杂化合物的定性分析有一定的困难。在相同的实验条件（仪器条件、溶剂）下，将未知物的紫外光谱与标准物质的紫外光谱进行比较，若两者谱图相同，可认为含有相同的生色团，但不一定是相同的物质。2、纯度的鉴定如苯256nm处有B带，而甲醇、乙醇无吸收带，可鉴定其纯度。 3、结构分析紫外-可见吸收光谱一般不用于化合物的结构分析，但利用紫外吸收光谱鉴定化合物中的共轭结构和芳环结构还是有一定价值。例如，某化合物在近紫外区内无吸收，说明该物质无共轭结构和芳香结构。二、定量分析1.单组分的定量分析（1）吸光系数法（绝对法）【例1-4】P17（2）标准对照法 As=kbCs Ax=kbCs Cs=AsCx/Ax (3)标准曲线法 配制一系列浓度不同的标准溶液，分别测定其吸光度，用吸光度对浓度作图。再测定未知液的吸光度Ax，从工作曲线上查得其浓度。cAb 重叠2、多组分的定量分析a 不重叠三、课堂讲解与练习 1.某亚铁螯合物的摩尔吸光系数为12 000 Lmol-1cm-1，若采用1.00cm的吸收池，欲把透射率读数限制在0.200至0.650之间，分析的浓度范围是多少？ 2以丁二酮肟光度法测定微量镍，若配合物NiDx2的浓度为1.7010-5molL-1，用2.0 cm吸收池在470 nm波长下测得透射率为30.0。计算配合物在该波长的摩尔吸光系数。 3以邻二氮菲光度法测定Fe()，称取样品0.500 g，经处理后，加入显色剂，最后定容为50.0 mL。用1.0cm的吸收池，在510nm波长下测得吸光度A=0.430。计算样品中铁的质量分数；当溶液稀释1倍后，其百分透射率将是多少？(E5101.1104Lmol-1cm-1)板 书 设 计第四节 紫外-可见吸收光谱的应用一、定性分析1、未知化合物的定性鉴定2、纯度的鉴定3、结构分析二、定量分析1、单组分的定量分析（1）吸光系数法（绝对法）（2）标准对照法 As=kbCs Ax=kbCs Cs=AsCx/Ax (3)标准曲线法2、多组分的定量分析教学反思授课课程：仪器分析 授课教师：赵久妹章 节第一模块 第五节实验技术授课班级0805授课时间20年月日授课类型理论学时数2学时教学目的掌握在使用 分光光度计时有哪些影响条件教 学重点和难点显色反应及显色条件的选择教学(具)准备教学方法实验法、演示法等教学主要内容一、样品的制备二、仪器测量条件的选择、吸光度测条1、选择适当的入射波长；2、吸光度范围的选择；3、仪器狭缝宽度的选择三、显色反应及显色条件的选择（一）对显色反应的要求（二）显色条件的选择1、显色剂用量；2、显色反应酸度；3、显色温度及显色时间 四、参比溶液的选择（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。五、干扰及消除方法教 学 过 程 设 计备 注一、复习旧知导入新课通过课前练习，复习旧的知识二、讲授新课，导出新课一、样品的制备二、仪器测量条件的选择、吸光度测定1、选择适当的入射波长 一般应该选择max为入射光波长。但如果max处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。2、吸光度范围的选择对于给定的仪器，读数误差T为一常数因此，在不同的吸光度范围内仪器读数对测定带来不同程度的误差，根据计算结果作图1086420204060800.70.40.20.1AT/%Er(36.8)0.434实际工作中，应控制T在1565, A在0.20.8之间(调c, b, l)3、仪器狭缝宽度的选择狭缝宽度过大，入射光的单色性降低狭缝宽度过小，光强变弱。在不引起吸光度减小的情况下，尽量选取最大的狭缝宽度。三、 显色反应及显色条件的选择可见光区的吸光光度分析，首先要利用显色反应将待测组分转变为有色物质，然后进行测定。M + R MR被测组分有色物质显色剂显色剂：将待测组分转变为有色物质的化学试剂对显色反应的要求1.灵敏度高，大。 2.选择性好，干扰少。 3.显色后的物质组成恒定，化学性质稳定。 4.有色物质与显色剂颜色差别大。显色剂在测定波长处无明显吸收, lmax