光谱分析二紫外可见光度法

光谱分析二紫外可见光度法第一页，共五十四页，2022年，8月28日2

一、概述1、紫外可见吸收光谱法

根据溶液中物质的分子或离子对紫外光谱区或可见光谱区辐射能的吸收以研究物质组成和结构的方法。2、可见吸收光谱法分类：

比色法、分光光度法第一章光谱分析

第一节紫外可见吸收光谱法

第二页，共五十四页，2022年，8月28日3

一、概述3、物质对光的选择性吸收(1)当一束光照射到某物质或其溶液时，组成该物质的分子、原子或离子与光子发生“碰撞”，光子的能量就转移到分子、原子上，使这些粒子由最低能态（基态）跃迁到较高能态（激发态）：M+hυ→M*

这个作用叫物质对光的吸收。

第一章光谱分析

第一节紫外可见吸收光谱法

第三页，共五十四页，2022年，8月28日4

一、概述(2)分子、原子或离子具有不连续的量子化能级，仅当照射光光子的能量（hυ）与被照射物质粒子的基态和激发态能量之差相当或为其整数倍时才能发生吸收。不同的物质微粒由于结构不同而具有不同的量子化能级，其能量差也不相同。所以物质对光的吸收具有选择性。基态能级激发态能级E0E2E1第一章光谱分析

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第四页，共五十四页，2022年，8月28日5

一、概述（3）吸收曲线（吸收光谱）吸光度(A)--波长(λ)曲线称--。光吸收程度最大处的波长叫最大吸收波长，用λmax表示。高锰酸钾的λmax=525nm。浓度不同时，光吸收曲线形状不同，最大吸收波长不变，只是相应的吸光度大小不同。

第一章光谱分析

第一节紫外可见吸收光谱法

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一、概述4、可见吸收光谱法的特点（1）灵敏度高常用于测定试样中1%-10-3%的微量组分，甚至可测定低至10-4%-10-5%的痕量组分。（2）准确度较高相对误差为2%-10%。如采用精密分光光度计测量，相对误差可减少至1%-2%。（3）应用广泛几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用此法测定。（4）操作简便快速，仪器设备也不复杂第一章光谱分析

第一节紫外可见吸收光谱法

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一、概述作业：解释下列名词：（1）光吸收曲线（2）最大吸收波长

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二、光吸收的基本定律朗白比耳定律:A=lg(I0/It)=Kbc

该公式的物理意义为：当一束平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质的理想溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。该定律适用于溶液，也适用于其他均匀非散射的吸光物质（气体、固体），是各类吸光光度法定量分析的依据。第一章光谱分析

第一节紫外可见吸收光谱法

第八页，共五十四页，2022年，8月28日二、光吸收的基本定律1、溶液对光的形为及有关术语当光束照射到物质上时,物质可以产生反射、散射、吸收、透射。如果被照射的是均匀的溶液，那么光的散射可以忽略，所以对于溶液来说，对光的就是产生一部分被溶液吸收，一部分被界面反射，其余光则透过溶液。I0=It+Ia+IrIa---吸收光的强度It---透射光的强度Ir---反射光的强度Io---入射光的强度第一章光谱分析

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ItI0IrIa1-1-2光通过溶液的情况9

第九页，共五十四页，2022年，8月28日二、光吸收的基本定律2、溶液对光的形为及有关术语

当一束平行单色光照射溶液时，一部分光被溶液吸收，其余的光透过溶液，我们把透射光强度与入射光强度的比值称为透光度或透光率。用“T”表示。则：

T=It/I0

透光度T还常用百分透光率表示：

T%=T×100%

溶液的透光度越大，表示它对光的吸收越小；反之，透光度越小，表示它对光的吸收越大。常用吸光度来表示物质对光的吸收程度，其定义为：

A=-ìgT=lg1/T=lg(I0/It)

第一章光谱分析

第一节紫外可见吸收光谱法

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第十页，共五十四页，2022年，8月28日二、光吸收的基本定律3、Lambert定律

该定律是由Lambert于1760年提出的，他在研究物质对光的吸收时发现，如果溶液的浓度一定，则光的吸收程度与液层的厚度成正比，这个关系称为Lambert定律。

A=k1bA-----吸收度；

k1-----比例系数；

b-----液层厚度或收光程长度。第一章光谱分析

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第十一页，共五十四页，2022年，8月28日二、光吸收的基本定律4、Beer定律该定律是由Beer于1852年研究发现的，Beer研究了各种无机盐水溶液对红光的吸收，从而得出这样一个结论：当单色光通过液层厚度一定时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比。表示为：

A=k2ck2-----比例常数；

c-----溶液浓度。第一章光谱分析

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第十二页，共五十四页，2022年，8月28日

同时考虑溶液的浓度和液层厚度这两个因素，如果同时变化，那么都影响物质对光的吸收，所以两个定律合并在一起，称为Lamber-Beer定律，即表示为：A=abca是一个新的比例常数，称为吸光系数。液层厚度用“cm”表示，浓度以“g/L”为单位。因为A是无因次量，则α的单位是“L/g·cm”。通常浓度以mol/l为单位，此时吸光系数称为摩尔吸光系数，用“ε”表示，单位为“L/mol·cm”,所以Lamber-Beer定律也可以表示为：

A=εbc

物理意义：当束平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时，溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。这个定律是各类吸光光度法定量分析的基础。第一章第一节紫外可见吸收光谱法

二、光吸收的基本定律13

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二、光吸收的基本定律

（1）ε是吸光物质在特定波长和溶剂情况下的一个特征常数，数值上等于1mol·L-1吸光物质在1cm光程中的A。

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二、光吸收的基本定律（2）影响ε值的因素：内因--吸光物质分子结构；外因—入射光波长；（3）ε是吸光物质吸光能力的量度它可作定性鉴定参数，也可用以估量定量方法的灵敏度：ε值愈大，方法灵敏度愈高。第一章光谱分析

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二、光吸收的基本定律例1：铁（Ⅱ）浓度为50×10-4g·L-1的溶液,与1,10-邻二氮杂菲反应,生成橙红色络合物，该络合物在波长508nm有最大吸收,比色皿厚度为2cm时,测得A=0.190。计算1,10-邻二氮杂菲亚铁的a及ε。(已知铁的相对原子质量为55.85)

解：根据比耳定律A=abc得：

a=A/bc=0.190/(2×50×10-4)=19L·g-1·cm-1

ε=Ma=55.85×19=11×102L·mol-1·cm-1

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二、光吸收的基本定律偏离朗伯-比耳定律的原因

据比耳定律：Ａ＝abc=K’cA∝C，作图，应得到一过原点的直线，称标准曲线或工作曲线。但在实际中，常发现标准曲线不成直线，这种情况称偏离朗伯-比耳定律。第一章光谱分析

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二、光吸收的基本定律最重要的引起偏离比耳定律的因素:(一）由于非单色光引起的偏离（二）

由于溶液本身的化学和物理因素引起的偏离

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第十八页，共五十四页，2022年，8月28日(一）由于非单色光引起的偏离

Lamber-Beer定律的基本假设条件是入射光为单色光。但目前仪器所提供的入射光实际上是由波长范围较窄的光带的组成的复合光。由于物质对不同波长光的吸收程度不同，因而引起了对Lamber-Beer偏离。

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第十九页，共五十四页，2022年，8月28日假设入射光仅由两种波长λ1和λ2的光组成，在这两种波长下Lamber-Beer定律适用的，摩尔吸收系数分别为ε1和ε2和，入射光强度分别是Ⅰ0′、Ⅰ0〞，透射光强度分别为Ⅰ1、Ⅰ2，对于波长为λ1的单色光吸光度为A′，则：A′=ε1bc=lgⅠ0′/Ⅰ1Ⅰ1=Ⅰ0′×10-ε1bc对于波长为λ2的单色光吸光度为A〞，则：A〞=ε2bc=lgⅠ0〞/Ⅰ2Ⅰ2=Ⅰ0″×10-ε2bc测定时入射光强度为（Ⅰ0′+Ⅰ0〞

），透射光强度为（Ⅰ1+Ⅰ2），因此所得吸光度值为：A=lgⅠ0′+Ⅰ0〞Ⅰ0′×10-ε1bc+Ⅰ0″×10-ε2bc第一章

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第二十页，共五十四页，2022年，8月28日当ε1=ε2=ε时，A=εbc,A与c成直线关系。如果ε1≠ε2，A与c则不成直线关系。ε1与ε2差别越大，A与c间的线性关系的偏离也越大。其它条件一定时，ε随入射光波长而变化。实验证明，若能用一束吸光度随波长变化不大的复合光作入射光来进行测定，由于ε变化不大，所引起的偏离就小，标准曲线基本上呈直线。所以光度分析并不严格要求用很纯的单色光，只要入射光所包含的波长范围在被测溶液的吸收曲线较平直部分，也可得到较好的线型关系。谱带A谱带BλA第一章

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第二十一页，共五十四页，2022年，8月28日(二）化学因素引起的偏离

Lamber-Beer定律的基本假设，除要求入射光是单色光外，还假设吸收粒子是独立的，彼此之间相互无作用，在高浓度时（通常>0.01mol/L)，随浓度增大，吸光度与浓度的关系就偏离线性关系。所以一般认为该定律仅适用于稀溶液。另一方面，溶液中有吸光物质等构成的化学体系，常因条件变化而形成新的化合物或改变吸光物质的浓度，例如,重铬酸钾在水溶液中存在如下平衡:Cr2o72-+H2o2H++2Cro42-第一章

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橙色黄色22

第二十二页，共五十四页，2022年，8月28日作业：朗白-比尔定律的物理意义是什么？什么是透光度？什么是吸光度？二者之间的关系是什么？第一章

第一节紫外可见吸收光谱法23

第二十三页，共五十四页，2022年，8月28日24

三、分光光度计结构简介仪器组成及作用：光源→单色器→吸收池→检测系统A光源：提供所需波长范围内的连续光源。B单色器：将光源发出的连续光谱分解为最容易被样液吸收的单色光C吸收池：用于盛吸收试液D检测系统：将透过吸收池的光It转换成电流测量。

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三、分光光度计结构简介作业：

简述光度计仪器组成及各部件的作用。

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四、显色反应及其影响因素

1、吸光光度法对显色反应的要求显色反应的定义：将待测组分转变成可能测量的有色化合物的反应，叫--。显色剂：与待测组分形成有色化合物的试剂称-。第一章光谱分析

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四、显色反应及其影响因素2、显色反应满足下列要求（1）选择性好，干扰少，或干扰容易消除。（2）灵敏度足够高常选ε高的显色反应。但灵敏度高不一定选择性好，另外，对于高含量组分测定，也不一定选用最灵敏的显色反应。（3）有色化合物的组成恒定，符合一定的化学式

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四、显色反应及其影响因素（4）有色化合物的化学性质应足够稳定，至少保证在测量过程中溶液的A变化小。要求有色化合物不易受外界环境影响，如光射、空气中氧和二氧化碳的作用等。（5）有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大颜色差别用“反衬度（对比度）”

表示Δλ，要求Δλ≥60nm

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四、显色反应及其影响因素3、显色条件的选择

显色条件：指M+R==MR这一反应相关的条件。如,显色剂浓度及用量;酸度;温度;显色时间;缓冲溶液种类及用量;用表面活性剂的加入等等。选择的总原则：AMR最大且恒定

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四、显色反应及其影响因素3、显色条件的选择（1）显色剂R的用量显色反应一般可用下式表示：

M+RMR

被测组分显色剂有色化合物

AMR==εMRbcMR

据平衡原理,R↑,MR↑,则AMR↑,灵敏度↑但R过量,有时会引起副反应故,显色剂(R)用量最终应由实验来定。第一章光谱分析

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第三十页，共五十四页，2022年，8月28日31

四、显色反应及其影响因素R用量对显色反应的影响情况如图所示。

a、开始时，随R↑，试液的A↑，当R浓度达到某一数值时，A不再增加，出现ab平坦部分。可在ab间选合适的R浓度测定。返回

试液吸光度与显色剂的关系第一章光谱分析

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第三十一页，共五十四页，2022年，8月28日（b)的平坦部分窄，当显色剂浓度继续增大时，试液的吸光度反而下降。例：用SCN-测定MO时，可以生成MO（SCN)2+(浅红）、MO(SCN)5(橙红）、MO（SCN)6-(浅红）配位数不同的配合物，用吸光度测的是MO(SCN)5的吸光度。因此必须严格控制显色剂量，否则的不到正确的结果。（c）图是随着显色剂用量增大，试液的吸光度也增大。例：用SCN-测定Fe3+，随着SCN-浓度的增大，生成颜色越来越深的高配合物Fe（SCN）4-和Fe（SCN)52-

，溶液颜色由橙黄变至血红色。所以只有严格控制显色剂用量才能的到正确的结果。第三十二页，共五十四页，2022年，8月28日（2）溶液的酸度a影响显色剂的平衡浓度和颜色例M++HRMR+H+b影响被测金属离子的存在状态c影响配合物的组成第一章第一节紫外可见吸收光谱法

四、显色反应及其影响因素33

第三十三页，共五十四页，2022年，8月28日（3）显色反应时间

必须经实验来确定最合适测定的时间范围。实验方法为配制一份显色溶液，从加入显色剂其计算时间，每隔几分钟测量一次吸光度，制作吸光度-时间曲线，根据曲线来确定适宜时间。（4）显色反应温度

显色反应一般在室温下进行。但有些反应需加热到一定温度才能完成。例：硅钼酸测定硅的反应是，在室温下需10min才能完成；而在沸水浴中则只需30s完成。许多有色化合物温度高时也容易发生分解。（5）溶剂第一章第一节紫外可见吸收光谱法

四、显色反应及其影响因素34

第三十四页，共五十四页，2022年，8月28日有机溶剂常降低有色化合物的解离度，提高了显色反应的灵敏度。例：Fe（SCN)3的溶液中加入与水混溶的有机溶剂（如丙酮），由于降低了Fe（SCN)3的解离度而使颜色加深，提高了灵敏度。此外，有机溶剂还能提高显色反应的速率，影响有色配合物的溶解度和组成。如用偶氮氯膦Ⅲ法测定Ca2+，加入乙醇后，吸光度显著增大。第三十五页，共五十四页，2022年，8月28日36

五、测量误差和测量条件的选择

1、仪器测量误差在光分析中，仪器误差是测量不准确的主要因素。适宜的吸光度范围:(T:15-65%)或（）最佳的取值点:当T=36.8%或A=0434

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五、测量误差和测量条件的选择

2、测量条件的选择为使测定结果有较高的灵敏度和准确度，必须注意：①入射光波长的选择最大吸收原则：选λmax的光作入射光。此时，灵敏度较高，测定时偏离朗伯-比耳定律的程度减小，其准确度也较好。

“MR的吸收最大、对MR测定的干扰最小”的原则：当有干扰物质存在时，应据此来选择入射光的波长。第一章光谱分析

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五、测量误差和测量条件的选择

例;丁二酮肟比色法测钢中的镍，丁二酮肟镍λmax≈470nm，试样中的铁用酒石酸钠钾掩蔽后，在470nm也有吸收，对测定有干扰。当λ测＞500nm后，干扰较小。因此，可在520nm处测定，否则，要分离铁后才能测定

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五、测量误差和测量条件的选择②控制适当的吸光度范围

为使测量结果的测量误差较小，准确度较高，应控制A在0.2–0.8(0.434)范围内。方法：

1、选择不同厚度的吸收池。

2、控制溶液浓度，如改变试样称量和改变溶液稀释度等。

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五、测量误差和测量条件的选择

例某钢样含镍约0.12%，用丁二酮肟光度法（ε=13×104L·mol-1

·cm-1）进行测定。试样溶解后，转入100mL容量瓶中，显色，再加入水稀释至刻度。取部分试液于波长470nm处用1cm吸收池进行测量，如果希望此时的测量误差最小，应称取试样多少？(镍:58.69)

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五、测量误差和测量条件的选择解：A=εbCC=A/εb

将A=0.434b=1ε=13×104L·mol-1·cm-1

代入上式

C=0.434/13×104=3.34×10-6mol·L-1

设应称取试样Wg，则:W×0.12%=100×10-3×3.34×10-6×58.69W=0.016g

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第四十一页，共五十四页，2022年，8月28日42

五、测量误差和测量条件的选择③选择适当的参比溶液

在吸光度测量中,必须将溶液装入由透明材料制成的比色皿中由于材料及溶剂对I0将产生一定的反射、吸收、散射等，最终导致It减弱。参比溶液的作用：使光强度的减弱仅与溶液中待测物的浓度有关。方法：用光学性质及厚度相同的比色皿盛纯试剂作参比，调节仪器，使透过参比皿的A=0或T=100%。第一章光谱分析

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第四十二页，共五十四页，2022年，8月28日43

五、测量误差和测量条件的选择选用原则：待测离子(M)显色剂(R)参比溶液的选用无色无色纯溶剂或蒸馏水有色无色试样空白（不加显色剂的待测试液）无色有色试剂空白（不加M的显色剂）有色有色将试样加适当掩蔽剂，将M掩蔽起来，然后加入显色剂作参比溶液返回

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第四十三页，共五十四页，2022年，8月28日44

六、常用的定量分析方法

由吸光度值确定试样的浓度的理论依据是朗白-比耳定律，即：

A=abc或A∝C1

标准曲线法（工作曲线法）是指先配制标准系列的溶液，测绘出标准曲线，后，在相同条件下，配制样品溶液，测其吸光度，在标准曲线上查出样品浓度的一种分析方法。第一章光谱分析

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六、常用的定量分析方法2、示差吸光光度法

一般分光光度测定选用试剂空白或溶液空白作为参比，差示法则选用一已知浓度的溶液作参比。设用作参比的标准溶液浓度为c0，待测试液浓度为cx，且cx大于c0。根Lambert-Beer定律得到：Ax=εcxbA0=εc0bA相对=△A=Ax-A0=εb(cx-c0)=εb△c=εbc相对返回

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第四十五页，共五十四页，2022年，8月28日3、双波长吸光光度法它是通过两个单色器分别将光源发出的光分成λ1，λ2两束单色光，经切光器并束后交替通过同一吸收池。因此检测的是试样溶液对两波长光吸收后的吸光度差。设波长为λ1和λ2的两束单色光的强度相等，则有：Aλ1=ελ1bcAλ2=ελ2bc△A=Aλ1-Aλ2=(ελ1-ελ2)bc第四十六页，共五十四页，2022年，8月28日双波长分光光度法的特点：

1、可用于悬浊液和悬浮液的测定，消除背景吸收。

2、无须分离，可用于吸收峰相互重叠的混合组分的同时测定。

3、可用于测定高浓度溶液中吸光度在以下的痕量组分。

第四十七页，共五十四页，2022年，8月28日48

七、

络合物组成及弱酸离解常数测定1、络合物组成的测定

①饱和法固定金属离子M浓度，变络合剂（