第5章 紫外可见吸收光谱法(S)

1、2021-10-251第五章第五章紫外紫外- -可见可见吸收光谱分析吸收光谱分析5-1 基本原理基本原理5-2 UV-Vis分光分光 光度计光度计5-3 显色与测量条显色与测量条 件的选择件的选择5-4 分光光度测定分光光度测定 方法方法5-5 有机合物紫外有机合物紫外 光谱解析光谱解析2021-10-252 一、概述一、概述1.1.定义：在光谱分析中，依据物质的分子对定义：在光谱分析中，依据物质的分子对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法。吸光光度法。2.2.分类分类红外吸收光谱红外吸收光谱（IR） 分子振动光谱，吸收光波长范围分子振动光谱，

2、吸收光波长范围0.25 1000 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。 （主要应用中红外主要应用中红外2.5 25 m ）2021-10-253紫外吸收光谱紫外吸收光谱（UV） 电子跃迁光谱，吸收光波长范围电子跃迁光谱，吸收光波长范围200 400 nm（近紫外区）（近紫外区） ，研究对象大多为具有共轭，研究对象大多为具有共轭双键结构的分子。可用于无机物和有机物的双键结构的分子。可用于无机物和有机物的定性和定量分析。定性和定量分析。可见吸收光谱可见吸收光谱（Vis） 电子跃迁光谱，吸收光波长范围电子跃迁光谱，吸收光波长范围400 780 nm ，主要用于有色物质的定量

3、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度法。本章主要讲授紫外可见吸光光度法。2021-10-254UV-Vis吸收光谱与电子结构密切吸收光谱与电子结构密切相关，物质的分子对相关，物质的分子对200 780 nm的入射光进行选择性吸收，由于的入射光进行选择性吸收，由于价电子能级跃迁而产生的带状光价电子能级跃迁而产生的带状光谱。谱。2021-10-2553.3.方法特点方法特点灵敏度高：可测定灵敏度高：可测定10-6 10-7g.mL-1的物质的物质准确度高：准确度高：RE%一般在一般在1 5%。分析速度快：方法简单、仪器设备小型，分析速度快：方法简单、仪器设备小型， 易于

4、操作。易于操作。应用广泛：常用于无机物定量分析、有机应用广泛：常用于无机物定量分析、有机 物进行鉴定及结构分析（推测物进行鉴定及结构分析（推测 有机化合物中的官能团及分子有机化合物中的官能团及分子 骨架结构）。骨架结构）。2021-10-256方法的局限性方法的局限性 有些有机化合物在有些有机化合物在UV-Vis光区没有吸收光区没有吸收谱带（如正己烷、正庚烷等），谱带（如正己烷、正庚烷等），有的吸收光有的吸收光谱相近（如甲苯和乙苯的光谱大体相同）。谱相近（如甲苯和乙苯的光谱大体相同）。还要借助于红外还要借助于红外(IR)、核磁共振核磁共振(NMR)、质质谱谱(MS)等进行定性及结构分析。等进行

5、定性及结构分析。2021-10-257二、紫外可见吸收光谱二、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。光光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长的波动性可用波长 、频率、频率、光速光速c、波数波数（cm-1）等参数来描述。等参数来描述。 = c 波数波数 = 1/ = /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 = h c / （Planck常数常数：h=6.626 10 -34 J 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。 2021-10-258白光白光( (太阳

6、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：单波长的光单色光：单波长的光( (由具有相同能量的光由具有相同能量的光 子组成子组成) )。可见光区：可见光区：400780 nm紫外光区：近紫外区紫外光区：近紫外区200400 nm远紫外区：远紫外区：10 - 200 nm （真空紫外区）（真空紫外区）2.2.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M0 + h M *M + + 热热M + + 荧光或磷光荧光或磷光基态基态 激发态激发态E1 （E） E22021-10-259白光白光绿绿紫紫橙橙青蓝青蓝黄黄蓝蓝青青红红互补色光示意图互补色光示意图

7、2021-10-2510 E = E2 - E1 = h 物质结构不同，具有不同的量子化能级排物质结构不同，具有不同的量子化能级排布布 ，物质分子对入射光具有选择性吸收。，物质分子对入射光具有选择性吸收。 分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同。程度不同。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- - 吸吸收曲线收曲线( (最大吸收波长最大吸收波长 max)。 蓝蓝 黄黄 450480nm 580600nm2021-10-2511吸收曲线的讨论吸收曲线的讨论（1 1）同一种物质对不同波）同一种物质对不同波 长光的吸光度不同。

8、长光的吸光度不同。 吸光度最大处吸光度最大处 对应的波长称为最大吸收波长对应的波长称为最大吸收波长max。（2 2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线 形状相似、形状相似、max不变。而对于不同物不变。而对于不同物 质，它们的吸收曲线形状和质，它们的吸收曲线形状和max则不则不 同。同。2021-10-2512（3 3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，）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。并作为物质定性分析的依据之一。（4 4）在在max处吸光度随浓度变化的幅度处吸光度随浓度变化的幅度 最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是最大，所以测定最

9、灵敏。吸收曲线是 定量分析中选择入射光波长的重要依定量分析中选择入射光波长的重要依 据。据。2021-10-2513紫外紫外可见吸收曲线可见吸收曲线2021-10-2514三、光的吸收定律三、光的吸收定律1.1.朗白朗白- -比耳定律比耳定律布格布格(Bouguer)和朗白和朗白(Lambert)先后于先后于1729年年和和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。的关系。Ab1852年比耳年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸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收物浓度之间也具有类似的关系 A c 二者的结合称为朗白二者的结合称为朗白

10、比耳定律，其数学表达比耳定律，其数学表达式为：式为： Alg（I0 / It)= b c lgTAIIT0t2021-10-2515 Alg（I0 / It )= b c A 吸光度，描述溶液对光的吸收程度；吸光度，描述溶液对光的吸收程度； b 液层厚度液层厚度( (光程长度光程长度) )，cm c 溶液的摩尔浓度溶液的摩尔浓度，molL 摩尔吸光系数摩尔吸光系数，Lmolcm 或或: : Alg（I0 / It )= a b c c c 溶液的浓度溶液的浓度，gL a 吸光系数吸光系数，Lgcm a与与的关系为的关系为： a = / M （M为摩尔质量为摩尔质量）2021-10-2516(1

11、)(1)朗白朗白比耳定律是吸光光度法的理论基础比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据，应用于各种光度法的吸和定量测定的依据，应用于各种光度法的吸收测量。收测量。(2)(2)朗白朗白比耳定律成立的前提条件比耳定律成立的前提条件 入射光为单色光入射光为单色光 吸收发生在均匀的介质中吸收发生在均匀的介质中 在吸收过程中，吸光物质在吸收过程中，吸光物质 之间不发生相互作用之间不发生相互作用2021-10-2517(3)(3)摩尔吸光系数物理意义摩尔吸光系数物理意义 在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 mol/L、液层厚度为、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。时该溶液在某一波长下

12、的吸光度。(4)(4)吸光系数吸光系数a(Lg-1cm-1）相当于浓度为相当于浓度为1 g/L 、液层厚度为、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下时该溶液在某一波长下 的吸光度。的吸光度。2021-10-25182.2.摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论（1 1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的 特征常数。特征常数。（2 2）不随浓度）不随浓度c和光程长度和光程长度b的改变而改的改变而改 变。在温度和波长等条件一定时，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，与待仅与吸收物质本身的性质有关，与待 测物浓度无关。测物浓度无关。（3 3）可作为

13、定性鉴定的参数。）可作为定性鉴定的参数。2021-10-2519（4 4）同一吸收物质在不同波长下的）同一吸收物质在不同波长下的值值 是不同的。在最大吸收波长是不同的。在最大吸收波长max 处的摩尔吸光系数以处的摩尔吸光系数以max表示表示。 max表明了该吸收物质最大限度的表明了该吸收物质最大限度的 吸光能力，也反映了光度法测定该吸光能力，也反映了光度法测定该 物质可能达到的最大灵敏度。物质可能达到的最大灵敏度。2021-10-25203.3.偏离朗白偏离朗白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

14、液浓度较高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时），这种现象称为对朗伯- -比耳定律的偏离。比耳定律的偏离。 引起这种偏离的原因：引起这种偏离的原因：（1 1）入射光非单色光。）入射光非单色光。 仪器的非理想引起的仪器的非理想引起的（2 2）溶液不均匀。）溶液不均匀。（3 3）溶液中发生了化学变化）溶液中发生了化学变化2021-10-2521物理性因素物理性因素 难以获得真正的纯单色光难以获得真正的纯单色光。 朗白朗白- -比耳定律的前提条件之一是入射光比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。分光光度计只能获得近乎单色的为单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。

15、复合光可导致对朗伯狭窄光带。复合光可导致对朗伯比耳定律比耳定律的正或负偏离。的正或负偏离。2021-10-2522 为克服非单色光引起的偏离，首先应选择为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。坦处。化学性因素化学性因素 朗白朗白- -比耳定律的假定：比耳定律的假定：所有的吸光质点之所有的吸光质点之间不发生相互作用。间不发生相互作用。只有稀溶液只有稀溶液( (c10 2 mol/L 时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，时，吸光质点间可能发生缔

16、合等相互作用，直接影响了对光的吸收。直接影响了对光的吸收。 2021-10-2523朗伯朗伯比耳定律只适用于稀溶液。比耳定律只适用于稀溶液。当溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配当溶液中存在着离解、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，影响吸光度。度发生变化，影响吸光度。 例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列 平衡。平衡。CrO42- 2H Cr2O72- H2O 溶液中溶液中CrO42-、 Cr2O72-的颜色不同，吸光性的颜色不同，吸光性质也不相同。此时溶液质也不相同。此时溶液pH 对测定有

17、重要影对测定有重要影响。响。2021-10-2524四、分子吸收光谱与电子跃迁四、分子吸收光谱与电子跃迁1.1.紫外紫外可见分子吸收光谱与电子跃迁可见分子吸收光谱与电子跃迁（1 1）物质分子内部三种运动形式）物质分子内部三种运动形式 （与光谱产生有关的运动）（与光谱产生有关的运动） 分子中电子相对于原子核的运动分子中电子相对于原子核的运动 分子中原子间的相对振动分子中原子间的相对振动 分子本身绕其质量重心的转动分子本身绕其质量重心的转动（2 2）分子具有三种不同能级）分子具有三种不同能级 电子能级、振动能级和转动能级三种能级电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量

18、。都是量子化的，且各自具有相应的能量。2021-10-2525分子的内能：分子的内能： 电子能量电子能量Ee 振动能量振动能量Ev 转动能量转动能量Er即即EEe+Ev+Er evr远远IRIR(中中)UV-Vis2021-10-2526 UV-Vis光谱属于电子跃迁光谱。光谱属于电子跃迁光谱。电子能级间跃迁的同时总伴随有振电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线相互叠加而间跃迁产生的若干谱线相互叠加而呈现宽谱带。呈现宽谱带。2021-10-2527 UV-Vis光

19、谱的产生是由于分子中价电子能光谱的产生是由于分子中价电子能级跃迁产生的。级跃迁产生的。2.2.价电子种类价电子种类 在有机化合物分子中，与在有机化合物分子中，与UV-Vis光谱有关光谱有关的价电子共三种。的价电子共三种。 形成单键的形成单键的电子电子 形成双键的形成双键的电子电子 分子中未成键的孤对电子，即分子中未成键的孤对电子，即n电子电子2021-10-2528分子轨道理论分子轨道理论 一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。键轨道或非键轨道上。外层电子吸收紫

20、外外层电子吸收紫外或可见辐射后，从基或可见辐射后，从基态向激发态态向激发态( (反键轨道反键轨道) )跃迁。主要有四种跃迁。跃迁。主要有四种跃迁。所需能量所需能量E大小顺序为：大小顺序为：* n* n*2021-10-25293.3.价电子的跃迁方式价电子的跃迁方式（1 1）跃迁跃迁( ( 200nm ) ) 所需能量最大，所需能量最大，电子只有吸收远紫外光电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区光谱出现在远紫外区( (吸收波长吸收波长200nm的光的光) )，但当它们与生色团相连时，就会发，但当它们与生色团相连时，就会

21、发生生n n* *共轭作用，增强生色团的生色能力共轭作用，增强生色团的生色能力( (吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加加) )，这样的基团称为，这样的基团称为助色团助色团。2021-10-25365.5.红移与蓝移红移与蓝移 有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长改变溶剂使最大吸收波长max和吸收强度和吸收强度max发生变化。发生变化。 max向长波方向移动称为红移，向长波方向移动称为红移，向短波方向移向短波方向移动称为蓝移动称为蓝移 ( (或紫移或紫移) )。吸收强度即摩尔吸吸收强度即摩尔吸光

22、系数光系数增大或减小的现象分别称为增色效应增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应。或减色效应。2021-10-2537含含n n电子取代使电子取代使n*红移。如红移。如CH4、CH3Cl、CH3I 的的 max分别分别为为125、173、258nm。极性溶剂使极性溶剂使n n* *蓝移；蓝移；使使* *红移红移。2021-10-25386.6.吸收带吸收带 吸收峰的波带位置。吸收峰的波带位置。（1 1）R吸收带吸收带（弱带弱带） n*跃迁跃迁的吸收带又称的吸收带又称R吸收带，吸收带，max在在200400nm。强度弱，一般强度弱，一般为为102以下。如：含以下。如：含羰基羰基( ( C=O

23、)、偶氮偶氮( (N=N)基团基团的的化合物化合物。（2 2）K吸收带吸收带（强带强带） 在在共轭非封闭（烯烃）体系共轭非封闭（烯烃）体系中，中，由由*跃迁跃迁产生产生的吸收带又称为的吸收带又称为K吸收带。吸收强度大，一般吸收带。吸收强度大，一般104，吸收峰在吸收峰在217280nm 。有两个以上的双键共有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长有轭时，随着共轭系统的延长有红移红移现象。现象。 如苯乙烯、苯甲醛等有如苯乙烯、苯甲醛等有K带，极性溶剂使带，极性溶剂使K带红移。带红移。2021-10-2539化合物溶剂max/nmmax1,3-丁二烯己烷21721，0001,3,5-己二烯异辛烷

24、26843，0001,3,5,7-辛四烯 环己烷3041,3,5,7,9-癸四烯异辛烷334121，0001,3,5,7,9,11-十二烷基六烯异辛烷364138，000K吸收带及其红移现象吸收带及其红移现象芳环上有发色基团取代时芳环上有发色基团取代时( (苯乙烯、苯乙酮苯乙烯、苯乙酮) )也有也有K带。带。2021-10-2540（3）B吸收带吸收带（苯吸收带）（苯吸收带） 芳香族化合物的芳香族化合物的*跃迁而产生的精细结构吸跃迁而产生的精细结构吸收带。收带。吸收峰在吸收峰在230270nm ，102。常用常用B B吸收吸收带的精细结构来判断芳香族化合物，带的精细结构来判断芳香族化合物，但苯

25、环上有取但苯环上有取代基且共轭时，代基且共轭时，B带简单化、红移和增色；带简单化、红移和增色；B带在带在蒸汽状态或非极性溶剂中极为明显；而在极性溶剂蒸汽状态或非极性溶剂中极为明显；而在极性溶剂中中B带不明显或消失。带不明显或消失。苯的紫外吸收苯的紫外吸收光谱（异辛烷）光谱（异辛烷） 2021-10-2541（4 4）E吸收带吸收带（封闭共轭体系）（封闭共轭体系） 芳香族化合物的芳香族化合物的*跃迁而产生的特征吸收带。跃迁而产生的特征吸收带。分为分为E1吸收带和吸收带和E2吸收带。吸收带。 E1带出现在带出现在185nm ， 104； E2带出现在带出现在204nm ， 103。芳香族化合物为环

26、状共轭体系。芳香族化合物为环状共轭体系。苯环结构中三个乙烯的环状共轭系统产生了苯环结构中三个乙烯的环状共轭系统产生了E1、 E2吸收带，是芳香族化合物的特征吸收。吸收带，是芳香族化合物的特征吸收。B吸收带和吸收带和E吸收带是芳香族化合物的特征吸收带，吸收带是芳香族化合物的特征吸收带，常用来判断化合物中是否有芳香环存在。常用来判断化合物中是否有芳香环存在。2021-10-2542 752型型UV-Vis分光光度计分光光度计2021-10-2543一、仪器的基本构造一、仪器的基本构造光源光源单色器单色器样品室样品室检测器检测器显示显示1.1.光源光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连在整个紫外

27、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。性、较长的使用寿命。2021-10-2544可见光区可见光区：钨灯或：钨灯或碘钨灯碘钨灯作为光源，其辐射波作为光源，其辐射波 长范围在长范围在3201000 nm。紫外区紫外区：氢、：氢、氘灯氘灯。发射。发射180360 nm的连续光的连续光 谱谱。D2灯灯 MgF2窗窗115-230nm； 石英窗石英窗155-310nm。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。出一任波长单色光的光学

28、系统。色散元件：将复合光分解成单色光。棱镜或光栅色散元件：将复合光分解成单色光。棱镜或光栅 目前大多仪器使用光栅，可用于整波段，成目前大多仪器使用光栅，可用于整波段，成本低，便于保存，分辨能力均匀一致。本低，便于保存，分辨能力均匀一致。2021-10-2545玻璃棱镜只能用于可见光区；玻璃棱镜只能用于可见光区；石英棱镜可用于紫外光石英棱镜可用于紫外光区。区。石英在紫外光区有较高的色散率，而在可见光区石英在紫外光区有较高的色散率，而在可见光区的色散率不及光学玻璃。的色散率不及光学玻璃。光栅是利用光的衍射与干涉光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的。光栅在很宽的波长范围内具有相同的色作用制成的。光栅在

29、很宽的波长范围内具有相同的色散率。散率。2021-10-25463. 3. 样品室样品室 样品室放置各种类型的吸收池样品室放置各种类型的吸收池( (比色皿比色皿) )和相和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。池两种。紫外区须采用石英池紫外区须采用石英池；( (1cm) )可见区一般用玻璃池可见区一般用玻璃池。( (0.5、1、2、3cm) )2021-10-25474. 4. 检测器检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变利用光电效应将透过吸收池的光信号变 成可测成可测的电信号，常用的有光电池、光电管、光电倍增管的电信号，常用的有光电池、光电

30、管、光电倍增管( (PMT) )或光电二极管阵列或光电二极管阵列( (PDA) )检测器。检测器。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、微机进行仪器自动检流计、数字显示、微机进行仪器自动 控制和结果处理。控制和结果处理。2021-10-2548二、分光光度计的类型二、分光光度计的类型1.1.单光束单光束 简单、价廉，适于在给定波长处测量吸简单、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，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。要求光源和检测器具有很高的稳定性。2021-10-25492.2.双光束双光束 利用斩

31、光器将单色光一分为二，分别经过利用斩光器将单色光一分为二，分别经过参比和样品池，参比和样品池，可消除光源不稳定、检测器可消除光源不稳定、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。分析。仪器复杂，价格较高。2021-10-25503.3.双波长双波长 将不同波长的两束单色光将不同波长的两束单色光( (1、2) )快速交替快速交替通过同一吸收池而后到达检测器，无需参比通过同一吸收池而后到达检测器，无需参比池。池。A=A 1 - A 2 。可测高浓度、混浊、多。可测高浓度、混浊、多组分混合试样。组分混合试样。2021-10-2551

32、一、显色反应的选择及类型一、显色反应的选择及类型1.1.灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收。定波长处无明显吸收。 两种有色物最大吸收波长之差：两种有色物最大吸收波长之差： “ “对比度对比度”，要求，要求 60nm。2.2.配位显色反应配位显色反应 当金属离子与有机显色剂形成配合物时，产生很当金属离子与有机显色剂形成配合物时，产生很强的紫外强的紫外可见吸收光谱。可见吸收光谱。 Fe2+ 与邻二氮菲与邻二氮菲橙红色溶液橙红色溶液 Cr6+与二苯碳酰二肼与二苯碳酰二肼红色溶液红色溶液 2021-10-25523.3.氧化还原显色反

33、应氧化还原显色反应 某些元素的氧化态，如某些元素的氧化态，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。还原反应对待测离子进行显色后测定。 如：钢中微量锰的测定如：钢中微量锰的测定，Mn2不能直接不能直接 进行光度测定。进行光度测定。 2 Mn2 5 S2O82-8 H2O =2 MnO4- + 10 SO42- 16H+ 将将Mn2氧化成紫红色的氧化成紫红色的MnO4-后后，在在525 nm处进行测定处进行测定。2021-10-2553二、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：选择曲

34、线变化平坦处。显色剂用量：选择曲线变化平坦处。2.2.反应体系的酸度：在相同实验条件下，分别测定反应体系的酸度：在相同实验条件下，分别测定不同不同pH值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中A较大且恒定的平坦区所对应的较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。范围。3.3.显色时间与温度：实验确定显色时间与温度：实验确定4.4.溶剂：一般尽量采用水相测定。溶剂：一般尽量采用水相测定。2021-10-2554三、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 例：测定例：测定Ti4，可加入可加入H3PO4掩蔽剂使掩蔽剂使 Fe3+(黄色黄色)成为成

35、为Fe(PO)23-( (无色无色) )，消消 除除Fe3+的干扰。的干扰。 又如：用铬天菁又如：用铬天菁S光度法测定光度法测定Al3+时，加入时，加入 抗坏血酸作掩蔽剂将抗坏血酸作掩蔽剂将Fe3+还原为还原为 Fe2+，消除消除Fe3+的干扰。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。2021-10-2555四、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 一般应该选择一般应该选择max为入射光波长。为入射光波长。 如果如果max处有共存组分干扰时，则应考虑选处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但

36、能避免干扰的入射光波长。择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。依据依据“吸收最吸收最大，干扰最小大，干扰最小”2021-10-25562.2.选择合适的参比溶液选择合适的参比溶液目的目的 测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。 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（水吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水) )作作 参比溶液。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，若显色剂或其它所加试剂在测

37、定波长处略有吸收， 而试液本身无吸收，用而试液本身无吸收，用“试剂空白试剂空白”( (不加试样溶不加试样溶 液液) )作参比溶液。作参比溶液。2021-10-2557 若待测试液在测定波长处有吸收，而显若待测试液在测定波长处有吸收，而显 色剂等无吸收，则可用色剂等无吸收，则可用“试样空白试样空白”( (不加不加 显色剂显色剂) )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，作为剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为 参比溶液。参比溶液。2021-1

38、0-25583.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：不同的透光度读数，产生的误差大小不同： TT0.434AdTT0.4340.434dlnTdlgTdAlgTAAAccbcAbclgTA用用有有限限值值表表示示：微微分分：将将式式两两式式相相除除：2021-10-2559TTlgT0.434ccbclgTAbcA：两式相除两式相除 浓度测量值的相对误差浓度测量值的相对误差（c/c）不仅与仪器的透光不仅与仪器的透光度误差度误差T 有关，而且与其透光度读数有关，而且与其透光度读数T 的值也有关的值也有关。 是否存在最佳读数范围？何值时误差

39、最小？是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？2021-10-2560最佳读数范围与最佳值最佳读数范围与最佳值设设T =0.5%，则可绘出溶液则可绘出溶液浓度相对误差浓度相对误差c/c与其透光度与其透光度T 的关系曲线。如图所示：的关系曲线。如图所示：T 在在20%65%之间时，之间时，浓度相对误差较小浓度相对误差较小( (c/c2%)，最佳读数范围。，最佳读数范围。用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T %=2065% ( (吸光度吸光度 A =0.700.20) )。可求出浓度相对误差最小时的透光度可求出浓度相对误差最小时的透光度Tmin为：为： Tmin36

40、.8%, Amin0.4342021-10-2561吸光度吸光度A的读数范围的读数范围 A = 0.20 0.70 T = 65% 20% 根据朗白根据朗白- -比耳定律，可用比耳定律，可用改变吸收池改变吸收池厚度（厚度（b）或待测液的浓度（）或待测液的浓度（c）来使吸光度来使吸光度A处在适宜的范围内。处在适宜的范围内。lgTbcA2021-10-2562 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 通常通常比较法或比较法或采用采用 A-C 标准曲线法定量测定。标准曲线法定量测定。Blank Standard Sample Sample2021-10-2563SXSX

41、XSXSXXSSAACCCCAAbCAbCA2021-10-25642.2.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。单组分测定没有区别。 Aa(1) =abCa 求出求出Ca Ab (2）=bbCb 求出求出Cb2021-10-2565 若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根 据据吸光度的加合性吸光度的加合性求解联立方程组得出求解联立方程组得出 各组分的含量。各组分的含量。bbaabababbaabab

42、abCbCAAAbCbCAAA22222111112021-10-25663.3.配合物组成的测定配合物组成的测定（1 1）物质的量比法）物质的量比法 固定一种组分如金属离子固定一种组分如金属离子M的浓度，改的浓度，改变配位剂变配位剂R的浓度，分别测定其吸光度。以的浓度，分别测定其吸光度。以吸光度吸光度A为纵坐标，配位剂与金属离子的浓为纵坐标，配位剂与金属离子的浓度比值为横坐标作图。度比值为横坐标作图。 利用外推法可得一交叉点利用外推法可得一交叉点D， D点所对应的浓度比值就是点所对应的浓度比值就是 配合物的配合比。配合物的配合比。 2021-10-2567（2 2）连续变化法）连续变化法 设

43、配位反应为设配位反应为 M+nR MRn M为金属离子，为金属离子，R为配合剂。为配合剂。 并设并设cM和和cR为溶液中为溶液中M和和R两组分的浓度，两组分的浓度，cM+cR=c0（常数）（常数）金属离子和配位剂的物质的量分数分别为：金属离子和配位剂的物质的量分数分别为：RMMMcccxRMRRcccx2021-10-2568 配制一系列不同配制一系列不同xM（或（或xR）值的溶液，溶）值的溶液，溶液中配合物浓度随液中配合物浓度随xM而改变，当而改变，当xM（或（或xR）与形成的配合物组成相当时，即金属离子和与形成的配合物组成相当时，即金属离子和配位剂物质的量之比和配合物组成一致时，配位剂物质

44、的量之比和配合物组成一致时，配合物的浓度最大。配合物的浓度最大。根据与最大吸光度对应的根据与最大吸光度对应的x值，值，即可求出即可求出n。MRMRccxxn2021-10-2569二、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，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，将产生较大的误差。当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即提高入射光强度，并采用需采用示差法。即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。溶液。 设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为cx

45、， 标准溶液浓度为标准溶液浓度为cs(cs cx) Ax= b cx As = b cs xs =b(cxcs）=bc2021-10-2570 测得的待测溶液与标准溶液的吸光度之测得的待测溶液与标准溶液的吸光度之差差相当于普通法中吸光度相当于普通法中吸光度A。 AAxAs =b(cxcs ）=bc 示差法测得的吸光度与示差法测得的吸光度与c呈直线关系。由标呈直线关系。由标准曲线上查得相应的准曲线上查得相应的c值，则待测溶液浓度值，则待测溶液浓度cx ： cx = cs + c 2021-10-2571示差法标尺扩展原理示差法标尺扩展原理普通法普通法： cs的的T=10% cx的的T=5%示差法

46、示差法： cs 做参比，做参比， 调调T=100% 则则： cx的的T=50% ，标尺扩展标尺扩展10倍倍。2021-10-2572三、双波长分光光度法三、双波长分光光度法( (了解了解) ) 不需空白溶液作参比，不需空白溶液作参比，但需要两个单色器但需要两个单色器获得两束单色光获得两束单色光( (1和和2) )。以参比波长。以参比波长1处的处的吸光度吸光度A1作为参比，来消除干扰。在分析浑作为参比，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

47、。方面都比单波长法有所提高。 AA1A2(12)b c 两波长处测得的吸光度差值两波长处测得的吸光度差值A与待测组分与待测组分浓度成正比。浓度成正比。2021-10-2573 x为待测组分，为待测组分， y为干扰组分。为干扰组分。2Xmax1YY,AA212021-10-2574bAbbACCbbCbCbAAAAAAAAAAAAAAAAAAaaaaaaaaaaaaaabbbabababababababa2121212121212211212221112021-10-2575 选择波长组合选择波长组合1 、2的基本要求：的基本要求：选定的波长选定的波长1和和2处，干扰组分应具有相处，干扰组分应具

48、有相同吸光度。同吸光度。在选定的两个波长在选定的两个波长1和和2处，待测组分的处，待测组分的吸光度应具有足够大的差值。吸光度应具有足够大的差值。2021-10-2576P83第第10题题K2CrO4的碱性溶液在的碱性溶液在372nm处有最大吸收，若处有最大吸收，若碱性碱性K2CrO4溶液的浓度为溶液的浓度为3.0010-5mol.L-1,吸吸收池厚度为收池厚度为1cm，在此波长下在此波长下测得透光率为测得透光率为71.6%。计算（计算（1 1）该溶液的吸光度；）该溶液的吸光度； （2 2）摩尔吸光系数；）摩尔吸光系数； （3 3）若）若吸收池厚度为吸收池厚度为3cm，则则透光率为多透光率为多

49、少？少？2021-10-2577 max=372nm， C=3.0010-5molL-1，b=1cm36.7%1010T0.435103.003104.83KbCA3cm,(3)bcmmolL104.83103.0010.145bCAKKbC(2)A0.145lgT A71.6%(1)T0.435A5311352021-10-2578P83第第11题题苯胺在苯胺在max为为280nm处的处的k为为1430L.mol-1.cm-1,现欲制备一苯胺水溶液，使其现欲制备一苯胺水溶液，使其透射率为透射率为30%，吸收池厚度为，吸收池厚度为1cm，问制备问制备100mL该溶液需苯胺多少克？该溶液需苯胺多

50、少克？2021-10-25793.4mgg103.49310100103.66WLmol103.66114300.523kbACKbCA1cmb0.523,A30%Tcmmol1430LK280nm,3341411max）（苯胺苯胺2021-10-2580P83第第12题题某组分某组分A溶液的浓度为溶液的浓度为5.00 10-4mol.L-1,在在1cm吸收池中于吸收池中于440nm及及590nm下其吸光度分别为下其吸光度分别为0.638和和0.139；另一组份；另一组份B溶液浓度为溶液浓度为8.00 10-4mol.L-1,在在1cm吸收池中于吸收池中于440nm及及590nm下其吸光度分别

51、为下其吸光度分别为0.106和和0.470。现有。现有A、B组份混合溶液在组份混合溶液在1cm吸收池吸收池中于中于440nm及及590nm下其吸光度分别为下其吸光度分别为1.022和和0.414。试计算混合溶液中。试计算混合溶液中A、B组份的浓度。组份的浓度。2021-10-2581112b590112b440b590b44014b112a590113a440a590a44014acmmolL105.88KcmmolL101.33K0.470A0.106ALmol108.00CcmmolL102.78KcmmolL101.28K0.139A0.638ALmol105.00C1cm,b2021-10-258214b14ab2a2b2a3590440Lmol103.42CLmol107.66CC105.88C102.780.414C101.3