紫外-可见分光光度法基础.ppt

第九章紫外-可见分光光度法,本章内容,第一节紫外-可见分光光度法概述第二节光学基础知识第三节光学基本理论第四节紫外-分光光度计第五节定量分析方法第六节测量误差与测量条件的选择,教学目标,1、了解紫外-可见分光光度法的特点；2、掌握光的吸收定律的意义；3、学习分光光度计的基本构造；4、学会用标准曲线法和标准比较法测定物质的含量；5、掌握吸收曲线和标准曲线的不同之处6、理解紫外-可见分光光度法的误差和测量条件的选择。,第一节概述,一、光学分析法：根据待测物质（原子或分子）发射或吸收的电磁辐射，以及待测物质与电磁辐射的相互作用而建立起来的定性、定量和结构分析方法，统称为光学分析法。,它是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析,所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。,二、紫外-分光光度法按所吸收光的波长区域不同，分为紫外（200400nm）分光光度法和可见（400760nm）分光光度法，合称为紫外-可见分光光度法。,三、特点：,1、灵敏度高。待测物质的浓度下限可达10-710-4g/ml，非常适用于微量或痕量组分的分析。,2、准确度高。定量分析的相对误差一般为1%5%。,3、选择性好。待测物质对不同波长的电磁辐射的吸收也不相同，测定时，可以选择适当的辐射波长排除或减少某些干扰。,4、仪器设备。设备简单，操作简便，测定快速。,2、应用范围广。很多无机离子和有机化合物都可以测定。,第二节基础知识,一、光的本质1、光的波粒二象性,光是一种电磁波，是一种能在空间高速传播的粒子流，具有波动性和粒子性，即波粒二象性。粒子性：把光作为具有一定能量的光子（或光量子）加以描述。是一束一束的。,牛顿的微粒说能很好地解释光的直进、影的形成、反射、折射等现象,缺点:微粒说不能解释当一束光射到两种介质界面时，既有反射，又有折射，何种情况下反射，何种情况下折射？在解释两束光相遇后，为何仍能沿原方向传播这一常见的现象,波动性：惠更斯的波动说：光可以看作是某种振动在介质中的传播,水波、声波的反射和折射现象比较容易见到，所以波动说解释反射、折射是可以令人信服的至于两列水波互相穿过，几个人的说话声音可以同时听到，都是人们熟知的现象,=C/式中：为频率C为光速为波长,可用波长()、频率()和速度（C）等来描述。,可见，光的微粒说和波动说在解释光现象时，都各有成功的一面，但都不能完满地解释当时的一切光现象。在其后的100多年中，主要由于牛顿的崇高地位及声望，因而微粒说一直占主导地位，波动说发展很缓慢人类对光本性的认识，还期待新的现象的发现直到19世纪初，人们发现了光的干涉现象，进一步研究了光的衍射现象干涉和衍射是波动的重要特征，从而光的波动说得到迅速发展人类对光的本性的认识达到一个新的阶段,麦克斯韦的电磁说，认为：（1）光也是一种电磁波。（2）光有波的一般性质。（3）光的真空中传播速度是c=3108m/s。（4）色光是由频率决定的。即：不同的频率对应不同的颜色的光。爱因斯坦的光子说光是由大量的一份一份的光子组成的一束光子流。每一份光子是一个能量单元。,光既是电磁波，也是光子。光既有波动性，也有粒子性。波动性和粒子性是矛盾的辩证统一。,2、光的波谱性质所有的电磁波本质相同，不同电磁波，波长或频率不同,电磁波谱：把电磁波按波长大小顺序排列起来。,可见光：人眼能感觉到的光。,光谱区域：,10nm,200nm,380nm,780nm,2.5um,25um,1mm,按照波长不同：可见光：400-760nm；紫外光（线）：200-400nm；红外线（光）：760nm-1000um。,可见光的颜色和互补色：在可见光范围内，不同波长的光的颜色是不同的。平常所见的白光（日光、白炽灯光等）是一种复合光，它是由各种颜色的光按一定比例混合而得的。利用棱镜等分光器可将它分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色的单色光。,白光除了可由所有波长的可见光复合得到外，还可由适当的两种颜色的光按一定比例复合得到。能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。物质的颜色与吸收光的关系：当白光照射到物质上时，如果物质对白光中某种颜色的光产生了选择性的吸收，则物质就会显示出一定的颜色。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。,单色光：具有单一波长的光；复合光：由不同波长的光混合而成的光；如太阳光等,光的色散：通过棱镜，太阳光能散射出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种单色光的现象。,补色光：两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合后得到白光，则这两种单色光互称补色光。,二、物质对光的选择性吸收与其呈现的颜色,1、光的颜色:可见光区，不同颜色的光，具有不同的波长,2、物质对光的选择性吸收,当电磁辐射的能量与所需的能量相等时，电磁辐射与物质之间才能发生相互作用而被吸收。因为电磁辐射的波长越长，则频率越低，其能量越小。,为什么不同的物质呈现不同的颜色？由于溶液对光的选择性吸收引起的，溶液呈现的是被吸收物质的互补色。,如：硫酸铜溶液吸收黄光，呈现兰色。高锰酸钾溶液吸收绿色光，呈现紫红色。,请问一束白光透过红色玻璃后，何种颜色的光被吸收了？何种颜色的光几乎不被吸收？,物质的颜色与光的关系,完全吸收,完全透过,吸收黄色光,光谱示意,表观现象示意,复合光,黑色,白色,蓝色,无色：对光谱中各种色光透过程度相同。,有色：物质的颜色由它透过或反射的光决定。,黑色:几乎吸收所有的入射光。,白色:几乎全部反射入射光。,一束平行单色光照射溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射,Io=Ia+It+Ir,三、透光率与吸光度,Io：入射光的强度；Ia：吸收光的强度；It：透射光的强度；Ir：反射光的强度。,1、透光率,在分光光度法中，测定时都是采用同样材质的比色皿，反射光的强度基本上是不变的，约占4，其影响可以相互抵消，上式可简化为,Io=Ia+It,透过光强度It与入射光强度Io之比称为透光度或透光率。常用T表示：,从上式可以看出：溶液的透光度越大，说明对光的吸收越小，浓度低；相反，透光度越小，溶液对光的吸收越大，浓度高。,2、吸光度：透光率的倒数取对数。,透光率的倒数能够反映溶液对光的吸收程度。,T取值为0.0%100.0%；全部吸收：T=0.0%全部投射：T=100.0%,四、吸收光谱,在溶液浓度和液层厚度一定的条件下，用不同波长的单色光分别测定溶液的吸光度，以波长（）为横坐标，以吸光度（）为纵坐标所描绘的曲线，称为吸收光谱曲线，简称吸收曲线，也可称为-曲线或吸收光谱。,图9-3高锰酸钾溶液的吸收曲线,例如：用400-760nm波长范围内的单色光分别测定三种不同浓度的KMnO4溶液，可以绘制出三条形状相似的吸收曲线。KMnO4溶液的吸收曲线能够清楚地描述KMnO4对不同波长的光的吸收情况。,吸收峰：曲线上凸起部分。最大吸收波长：吸收峰最高处所对应的波长。常用max表示。KMnO4溶液对525nm附近的绿光有最大吸收。max=525nm,吸收光谱曲线的意义：,1、根据溶液吸光度（）大小，测定溶液浓度（c）这是紫外-可见分光光度法定量分析的依据。不同浓度的溶液，在相同波长范围内所形成的吸收峰的高度不同。浓度越大，吸收峰越高，吸光度越大。,2、根据吸收光谱曲线的形状和最大吸收波长，可定性测定物质。这是紫外-可见分光光度法定性分析的依据。物质的性质相同，吸收光谱曲线的形状相似，最大吸收波长相同,3、当溶液浓度、温度和液层厚度一定时，溶液对max的光吸收程度最大。因此，为了获得较高的测定灵敏度常用最大吸收波长（max）的光作为测定溶液吸光度的入射光。,如拟测定KMnO4溶液的吸光度，则应选择何种波长的光作为入射光？,思考,第三节基本理论,一、光的吸收定律,当一束平行的单色光通过均匀、无散射的含有吸光性物质的溶液时，在入射光的波长、强度及溶液的温度等条件不变的情况下，该溶液的吸光度（）与溶液的浓度（c）及液层厚度（）的乘积成正比。,A=KcLK称为吸光系数，在一定条件下是常数。,适用条件：1、适用于均匀、无散射的溶液、固体和气体；2、适用于一定浓度范围的稀溶液。,二、吸光系数,溶液浓度不同，其物理意义和表达式不同。通常用两种表达方法来描述。,（一）摩尔吸光系数：在波长一定时，溶液浓度为1mol/L，液层厚度为1cm时的吸光度，常用表示，其单位为L/molcm。104时称为强吸收；102时称为若吸收；介于两者之间时称为中强吸收。,（二）吸光系数：在波长一定时，溶液浓度为1g/L，液层厚度为1cm时的吸光度，常用表示，其单位为L/gcm。,二、吸光系数,和不能直接测定。通过测定已知准确浓度的稀溶液的吸光度，根据光的吸收定律的数学表达式计算。,二者之间的换算关系：=M,（三）比吸光系数（百分吸光系数）：中国药典中使用在波长一定时，溶液浓度为1%，液层厚度为1cm时的吸光度，常用E1%1cm表示，其单位为100ml/gcm。,当入射光的波长、溶剂的种类、溶液的温度和仪器的质量等因素确定时，、和比吸光系数只与待测物质的性质有关，是物质的特征常数之一，可以表示物质在单位厚度时对某一特定波长光的吸收能力。不同物质对同一波长单色光可以有不同的吸光系数同一物质对不同波长的单色光也会有不同的吸光系数。一般用物质的最大吸收波长max的吸光系数作为一定条件下衡量灵敏度的特征常数。吸光系数是紫外-可见分光光度法进行定性和定量分析的重要参数之一。,或越大，表明相同浓度的溶液对某一波长的入射光越容易吸收，测定的灵敏度越高。一般值在103以上时，就可以用分光光度法定量测定。,例1：用双硫腙测定Cd2+溶液的吸光度。若配制浓度为140g/L的Cd2+溶液，并置于厚度为1cm的吸收池中，在max=525nm波长处，测得吸光度为0.220，试计算摩尔吸光系数。,解法见本书P83页,例2：用邻菲罗啉测定铁的吸光度。标准溶液中Fe2+的浓度为500g/L，置于厚度为1cm的吸收池中，在max=508nm波长处，测得吸光度为0.099，试计算该溶液的摩尔吸光系数和吸光系数。,解法见本书P84页,小结,紫外-可见分光光度法是通过测定待测物质在紫外-可见光区（200-760nm）的吸光度，对待测物质进行定性和定量分析的方法。物质对光的吸收具有选择性。用不同波长的入射光分别测定某种溶液的吸光度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标所描绘的曲线，称为吸收曲线，亦称为吸收光谱，并由此找出该物质的最大吸收波长。具有单一波长的光称为单色光。由不同波长的光混合而成的光称为复合光。如果将两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合后得到白光，则这两种单色光互称为补色光。当一束白光通过某种溶液时，溶液呈现最大吸收色光的补色光的颜色。当一束强度为Io平行单色光通过某溶液时，将透射光强度It与入射光强度Io的比值称为透光率，用T表示。透光率的倒