紫外可见分光光度法gai

1、目目 录录 基于物质光化学性质而建立起来的分析方法称之为光化学分基于物质光化学性质而建立起来的分析方法称之为光化学分析法。析法。 分为分为: :光谱分析法和非光谱分析法。光谱分析法和非光谱分析法。 光谱分析法光谱分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通过测量物是指在光（或其它能量）的作用下，通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的方法。方法。 在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法析方法称为吸光光度法, ,主要有主要有: : 红外吸

2、收光谱红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围：分子振动光谱，吸收光波长范围2.52.5 1000 1000 m m , ,主要用于有机化合物结构鉴定。主要用于有机化合物结构鉴定。 紫外吸收光谱紫外吸收光谱：电子跃迁光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围，吸收光波长范围200200 400 400 nmnm（近紫外区）近紫外区） ，可用于结构鉴定和定量分析。，可用于结构鉴定和定量分析。 可见吸收光谱：电子跃迁光谱可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围，吸收光波长范围400400 750 750 nm nm ，主要用于有色物质的定量分析。主要用于有色物质的定量分析。 本章主要讲授紫外可见吸光光

3、度法。本章主要讲授紫外可见吸光光度法。一一 紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱1 1光的基本性质光的基本性质 光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长波长 、频率、频率 、光速、光速c c、波数（波数（cmcm-1-1）等参数来描述：等参数来描述： = = c c ； 波数波数 = 1/ = 1/ = = / /c c 光是由光子流组成，光子的能量：光是由光子流组成，光子的能量： E = h E = h = = h c / h c / （PlanckPlanck常数常数：h=6.626 h=6.626 10 10 -34 -34 J J S

4、 S ) ) 光的波长越短（频率越高），其能量越大。光的波长越短（频率越高），其能量越大。 白光（太阳光）：白光（太阳光）：由各种单色光组成的复合光由各种单色光组成的复合光 单色光：单色光：单波长的光（由具有相同能量的光子组成）单波长的光（由具有相同能量的光子组成） 紫外光区：远紫外区紫外光区：远紫外区10 - 200 10 - 200 nm nm （真空紫外区）真空紫外区） 近紫外区近紫外区200 - 400 200 - 400 nm nm 可见光区：可见光区：400-750 400-750 nmnm2 2、物质对光的选择性吸收及吸收曲线、物质对光的选择性吸收及吸收曲线M + 热M + 荧光

5、或磷光E = E2 - E1 = h ：量子化量子化 ；选择性吸收；选择性吸收吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长 max 用不同波长的单色光照射，测吸光度用不同波长的单色光照射，测吸光度M + h M *基态基态 激发态激发态E1 （E） E2光的互补：光的互补：蓝蓝 黄黄吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：同一种物质对不同波长不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max不同浓度不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似max不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。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。不同浓度的同一种物质，在

6、某一定波长下吸光度A有差异，在max处吸光度A的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。三、光的吸收定律三、光的吸收定律 1 1、 朗伯朗伯比耳定律比耳定律 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。Ab 1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。A C 二者的结合称为朗伯比耳定律，其数学表达式为： Alg（I0/It)= b c 式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b：液层厚度(

7、光程长度)，通常以cm为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位molL； ：摩尔吸光系数，单位Lmolcm； 或: Alg（I0/It)= a b c c：溶液的浓度，单位gL a：吸光系数，单位Lgcm a与与的关系为：的关系为：a =/M （M为物质的摩尔质量） 透光度透光度( (透光率透光率) )T T透过度T : 描述入射光透过溶液的程度: T T = = I It t / / I I0 0吸光度A与透光度T的关系: A A lg lg T T 朗伯比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。广泛地应用于紫外光、可见光、红外光区的吸收测量； 摩尔吸光系数在数值上等于浓度为1mol/L、液

8、层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。 吸光系数a(Lg-1cm-1）相当于浓度为1g/L，液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。吸光系数a值便于比较定量测定摩尔质量不同的物质的灵敏度。因为对于不同待测组分，其摩尔质量往往不同，故不能简单地根据的大小来判断其灵敏度。2 2、摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论 吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数， 不随浓度c和光程长度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。 可作为定性鉴定的参数。 同一吸收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

9、最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。 max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。10：超高灵敏； =(610）104 ：高灵敏； =(26）104 ：中等灵敏； 2104：不灵敏。 摩尔吸光系数在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。3 3、 偏离朗伯偏离朗伯比耳定律的原因比耳定律的原因 标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯比耳定律的偏离。 引起这种偏离的因素（两大类）：一类是物理性因素，即仪器的非理想引起的；另一类是化学性因素。（1）物

10、理性因素物理性因素 朗比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。 也难以获得真正的纯单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯比耳定律的正或负偏离。 非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。 2 2 化学性因素化学性因素 朗比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用； 实验证明，这种假定只有在稀溶液(c10 2 mol/L 时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。 故：朗伯比耳定律只适用于稀溶液。 溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸

11、光度。 例： 铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡： Cr42- 2H = Cr272- H2溶液中Cr42-、 Cr272-的颜色不同，吸光性质也不相同。故：此时溶液pH 对测定有重要影响。定量分析-工作曲线00.10.20.30.40.50.60.70.80.900.10.20.30.40.5cA系列12121CCAA5.2 5.2 紫外紫外可见分光光度计可见分光光度计一、基本组成一、基本组成光源单色器样品室检测器显示1、光源、光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。 可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在3202500 nm。

12、紫外区：氢、氘灯。发射185400 nm的连续光谱。 2 2、单色器、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。 入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；棱镜或光栅； 聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝； 出射狭缝。3 3 样品室样品室 样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池紫外区须采用石英池，可见区一可见区一般用玻璃池。般用玻璃池。4 4 检测器检测器 利用光电效应将透过吸收池的光

13、信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。5 5 结果显示记录系统结果显示记录系统检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理二、分光光度计的类型简介二、分光光度计的类型简介1、单光束、单光束：简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。2、双光束、双光束：自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。3、双波长：将不同波长的两束单色光(1、2) 快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。=12nm。两波长同时扫描即可获得

14、导数光谱。6.3 显色与测量条件的选择显色与测量条件的选择一、一、显色反应的选择显色反应的选择1 1、选择显色反应时，应考虑的因素：、选择显色反应时，应考虑的因素：灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：“对比度”，要求60nm。2 2、氧化还原显色反应、氧化还原显色反应 某些元素的氧化态，如Mn（）、Cr（）在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。 例如：钢中微量锰的测定，Mn2不能直接进行光度测定2 Mn2 5 S2O82-8 H2O =2 MnO4 + 10 SO42- 16H+ 将Mn2 氧化成紫红色的M

15、nO4后，在525 nm处进行测定。3 3、配位显色反应、配位显色反应 最常用。当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外可见吸收光谱。4 4、显色剂、显色剂无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。有机显色剂：种类繁多 偶氮类显色剂偶氮类显色剂：本身是有色物质，生成配合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂、PAR等。 三苯甲烷类三苯甲烷类：铬天菁S、二甲酚橙等二、显色反应条件的选择二、显色反应条件的选择1 1、显色剂用量、显色剂用量吸光度A与显色剂用量CR的关系会出现如图所示的几种情况。选择曲

16、线变化平坦处。2 2、反应体系的酸度、反应体系的酸度 在相同实验条件下，分别测定不同pH值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。3 3、显色时间与温度、显色时间与温度 实验确定4 4、溶剂、溶剂一般尽量采用水相测定，三、共存离子干扰的消除三、共存离子干扰的消除1 1、加入掩蔽剂、加入掩蔽剂：选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。 例：测定Ti4，可加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+(黄色)成为Fe(PO)23-(无色)，消除Fe3+的干扰；又如用铬天菁S光度法测定Al3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂

17、将Fe3+还原为Fe2+，消除Fe3+的干扰。2 2、选择适当的显色反应条件、选择适当的显色反应条件3 3、分离干扰离子、分离干扰离子四、测定条件的选择四、测定条件的选择1 1、选择适当的入射波长、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 2、选择合适的参比溶液、选择合适的参比溶液 为什么需要使用参比溶液？为什么需要使用参比溶液？ 吸收池表面对入射光有反射和吸收作用； 溶液的不均匀性所引起的散射；过量显色剂、其它试剂、溶剂等引起的吸收， 这些因素影响待测组分透光度或吸光度的测量。采用参比溶液校正的方

18、法消除或减小这些影响。 在相同的吸收池中装入参比溶液(又称空白溶液)，调节仪器使透过参比池的吸光度为零(称为工作零点)。在此条件下测得的待测溶液的吸光度才真正反映其吸光强度。 参比溶液的选择一般遵循以下原则：参比溶液的选择一般遵循以下原则： 若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水)作参比溶液；作参比溶液； 若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，用试液本身无吸收，用“试剂空白试剂空白”(不加试样溶液不加

19、试样溶液)作参比作参比溶液；溶液； 若显色剂无吸收若显色剂无吸收,而待测试液中有其它离子在测定波长而待测试液中有其它离子在测定波长处有吸收，则可用处有吸收，则可用“试样空白试样空白”(不加显色剂不加显色剂)作参比溶液；作参比溶液； 若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则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，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，作为参比溶液。作为参比溶液。3 3、控制适宜的吸光度（读数范围）、控制适宜的吸光度（读数范围）不同的透光度读数，产生的误差大小不同： lgT=bc微分：dlgT0.434d

20、lnT= - 0.434T-1 dT=b dc两式相除得： dc/c= （ 0.434 / TlgT ）dT 以有限值表示可得： c/c=（0.434/TlgT）T 浓度测量值的相对误差（c/c）不仅与仪器的透光度误差T有关，而且与其透光度读数T的值也有关。设：T=1%，则可绘出溶液浓度相对误差c/c与其透光度T 的关系曲线。 当T =1%，T在2%65%之间时，浓度相对误差较小。用该仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T%=2065(吸光度A=0.700.20).可求出浓度相对误差最小时的透光度Tmin为：Tmin36.8%, Amin0.434四、提高光度测定灵敏度和选择性的途径四、提高光度测

21、定灵敏度和选择性的途径1 1、合成新的高灵敏度有机显色剂、合成新的高灵敏度有机显色剂2 2、采用分离富集和测定相结合、采用分离富集和测定相结合3、采用三元采用三元( (多元多元) )配合物显色体系配合物显色体系 由一个中心金属离子与两种(或两种以上)不同配位体形成的配合物，称为三元(多元)配合物。多元配合物显色反应具有很高的灵敏度，一方面是因为多元配合物比其相应的二元配合物分子截面积更大；另一方面是因为第二或第三配位体的引入，可能产生配位体之间、配位体与中心金属离子间的协同作用，使共轭电子的流动性和电子跃迁几率增大。三元配合物是最常见的多元配合物，其主要类型有：三元离子缔合物、三元混配配合物、

22、三元胶束(增溶)配合物。6.3 6.3 分光光度测定方法分光光度测定方法一、普通分光光度法一、普通分光光度法1 1、单组分的测定、单组分的测定 通常采用 A-C 标准曲线法定量测定。2 2、多组分的同时测定、多组分的同时测定 若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。 若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。A1= a1bCa b1bCb A2= a2bCa b2bCb 二、示差分光光度法（示差法）二、示差分光光度法（示差法） 普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的

23、误差。需采用示差法。 示差法需要较大的入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。设：待测溶液浓度为Cx，标准溶液浓度为Cs(CsCx)。则： A Ax= x= bCbCx x A As = s = bCbCs s x x s =s =bb( (C Cx xC Cs s）= =bbC C 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差。 示差法测得的吸光度与C呈直线关系。由标准曲线上查得相应的C值，则待测溶液浓度Cx： C Cx =x =C Cx + x + C C 示差法标尺扩展原理：普通法：Cs的T=10%；Cx的T=5%示差法：Cs 做参比，调T=100%则

24、Cx的T=50% ；标尺扩展10倍三、双波长分光光度法三、双波长分光光度法 不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色光(1和2)；以参比波长1处的吸光度A1作为参比，来消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。 A A 22 A A 11 （22 11 ) ) b Cb C 两波长处测得的吸光度差值与待测组分浓度成正比。 1和2分别表示待测组分在1和2处的摩尔吸光系数。 关键问题是测量波长关键问题是测量波长2 2和参比波长和参比波长1 1的选择与组合的选择与组合。以两组分x和y的双波长法测定为例：设：x为待测组分，y为干扰组分，二者的吸光度差分别为 x和y，则该体系的总吸光度差x+y为： x+y = x+y = x + x + y y如何选择波长如何选择波长1 1 、2 2有一定的要求。有一定的要求。选择波长组合选择波长组合1 1 、2 2的基本要求是：的基本要求是： 选定的波长选定的波长1 1和和2 2处干扰组分应具有相同吸光度处干扰组分应具有相同吸光度，即：Ay = y2 y1 = 0故： x+y = x=(x2x1)bCx此时：测得的吸光度差只与待测组分x的浓度呈线性关