紫外可见吸收光谱法

关于紫外可见吸收光谱法第1页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三§11-1光谱分析法概述光学分析法的定义：涉及物质光学性质的分析方法。光(电磁波)具有波粒二重性：微粒性

E=hv=hcv波动性

v==(cm-1)λ1Cv～～

v—波数（每厘米中正弦波的数目)～E—光子的能量h—普朗克常数c—光速式中：λ—波长v—频率第2页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三光谱的分类(按电磁辐射的本质)：原子光谱和分子光谱。原子光谱：因原子外层电子能级的变化而产生的辐射或吸收进而产生的光谱。分子光谱：由于分子的电子能级、振动能级、转动能级的变化而产生的光谱。原子光谱法：根据原子的发射或吸收光谱线来进行定性或定量分析的方法。分子光谱法：根据分子的电子能级、振动能级、转动能级发射或吸收光谱线来进行定性或定量分析的方法。第3页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三原子光谱法的分类：原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法。分子光谱法的分类：紫外-可见吸收光谱法、红外吸收光谱法、分子荧光光谱法、拉曼光谱法。第4页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三原子光谱：吸收、发射、荧光线状光谱分子光谱：紫外、可见、红外等吸收光谱带状光谱I黑体辐射：白炽灯、液、固灼热发光连续光谱第5页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三常用光谱分析法分类E(ev)第6页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三M+hv→M*（激发态）§11-2基本原理物质对光的选择性吸收：光照射到物质的时候，与物质的粒子发生碰撞，光子的能量转移到物质的粒子，使粒子由基态转为激发态。当光子的能量hv=能级差△E时，则吸收。若hv≠△E，则不能吸收(不能跃迁半级)。E2E1E0第7页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三表1电磁波的波长范围波谱区射线射线紫外线可见光红外线无线电波波长nm10-5-310-210-2-3010-400400-7507.5102-1067.5105-1014表2光学光谱区波谱区远紫外近紫外可见区近红外中红外远红外波波长10-200nm200-380nm380-780nm780nm-2.5m2.5-50m50-300m第8页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三

白光是可见光，波长大约在400-780nm之间，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种光按一定比例混合而成。把适当颜色的两种单色光按一定的比例混合，也可以得到白光，这两种颜色的光称为互补光。物质对光的吸收：第9页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三

各种颜色的光透过程度相同——无色透明选择性吸收——溶液呈透过光的颜色

例:CuSO4吸收黄光→蓝色

KMnO4

吸收绿光→紫色白光照射到物体:全部吸收——黑色对各种波长的光吸收程度差不多——灰色完全反射——白色白光照射到溶液:第10页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三物质对光的吸收曲线：1.

同一浓度的有色溶液对不同波长的光有不同的吸光度。2.

对于同一有色溶液，浓度愈大，吸光度也愈大。3.

对于同一物质，不论浓度大小如何，最大吸收峰所对应的波长(最大吸收波长λmax)不变，并且曲线的形状也完全相同。第11页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三术语、符号定义其它表示方法辐射能P、P01s内照在1cm2面积上的能量光强I、I0吸光度Alog(P0/P)或log(I0/I)光密度DorO.D消光度E透过率TP/P0或I/I0透射比、透光度光程l待测物液层厚度b、d吸光系数aA/bc（c:g/L）吸收系数摩尔吸光系数A/bc（c:mol/L）摩尔吸收系数比吸光系数b=1cmandc=1%(w/w)比消光系数§11-2-1光吸收基本定律-朗伯-比尔定律基本概念：第12页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三

Io：入射光的强度；I：透过光的强度；a：吸收系数；c：溶液浓度；b：液层厚度。朗伯—比尔定律：单色光照射到被测溶液时，被吸收程度除与入射光的波长有关外，还与溶液的浓度和溶液的厚度成正比。A=lg=bcI0I朗伯—比尔定律的数学表达式：b第13页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三吸光度(A):

光的减弱程度。光不被吸收时，Io=I，A=lg(I0/I)=0吸收越大(I越小)，则lg(I0/I)越大。透光率(T):

透过光强度I与入射光强度I0

之比。百分透光率T%＝×100II0T=

II0朗伯—比尔定律的物理意义：当吸光物质浓度为1mol·L-1，液池厚1cm时，一定波长的光通过溶液时的吸光度值。第14页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三光程长(b):

光束通过液层的厚度，以cm为单位。吸光系数a:

与b、c无关的常数。不同吸光物质、不同入射波长，则a不同。摩尔吸光系数():

若b以cm为单位，而c以mol·L-1为单位，则a的单位为L·mol-1·cm-1。摩尔吸光系数是由物质的本性决定的，越大，测定的灵敏度就越大。<104(低)；=104~105(中)；>5×105(高)朗伯—比尔定律的两大假设：(a)入射光是单色光;(b)吸收粒子间独立，无相互作用。第15页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三吸光度A、透射率T与浓度c的关系：第16页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三A总

=A1+A2+……+An=1bC1+2bC2+……+nbCn利用这一关系式可以进行混合物质的分析

多组分测定：当溶液中含有多种组分时，各组分的吸光度有加和性。第17页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三

适用条件：

1.待测物为均一的稀溶液、气体等，无溶质、溶剂及悬浊物引起的散射；

2.入射光为单色平行光。 局限性：

样品吸光度A与光程b总是成正比。但当b一定时，A与c并不总是成正比，即偏离L-B定律！这种偏离由样品性质和仪器决定。Lambert-Beer定律的适用性：第18页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三样品性质影响待测物高浓度--吸收质点间隔变小—质点间相互作用—对特定辐射的吸收能力发生变化--变化。试液中各组份的相互作用，如缔合、离解、光化反应、异构化、配体数目改变等，会引起待测组份吸收曲线的变化。溶剂的影响：对待测物生色团吸收峰强度及位置产生影响。胶体、乳状液或悬浮液对光的散射损失。待测样品在测定波长下发荧光或磷光。在高浓度的电解质溶液中，折射指数发生变化。第19页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三仪器因素(稳定性和非单色光)

假设入射光由测量波长x和干扰i波长组成，据Beer定律，溶液对在x和i

的光的吸光度分别为：

当x=i时，或者说当x=i时，有A=xbc,符合L-B定律；当xi时，或者说当xi时，则吸光度与浓度是非线性的。二者差别越大，则偏离L-B越大;当x>i，测得的吸光度比在“单色光”x处测得的低，产生负偏离；反之，当x<i，则产生正偏离。第20页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三

朗伯—比尔定律的偏离：一定条件下，、b

一定，则A与c成线性关系。当溶液的浓度较高时，曲线往往出现弯曲，即A与C不成线性关系。第21页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三朗伯—比尔定律偏离的原因：1.非单色光引起的偏离2.化学因素的影响稀溶液：服从比耳定律浓溶液:粒子间相互作用,影响了邻近粒子的电荷分布，使它们的吸光性能发生变化。

离子间存在化学平衡，化学平衡又与浓度、pH值和其它条件有关，例如：橙黄第22页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三3.杂散光的影响杂散光使吸光度降低，曲线产生负偏离。

4.其它因素

散射、电压波动、仪器的非线性响应等。

朗伯—比尔定律的校正：只要选取吸光度相近的谱带作入射光(如图A部分)，可得到较好的线性关系。若取B谱带，则校正曲线会明显偏离。第23页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三吸光度的测量：单光束仪器：选用光学性质相同、厚度相等的吸收池分别盛入参比溶液和待侧溶液，调整仪器使透过参比溶液的透光率为100%，以此光强作为入射光I0，然后进行测定。双光束仪器：参比池与样品池同时放入，直接测定。第24页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三光源单色器吸收池检测系统稳压电源光电管、光电倍增管、二极管阵列、CCD棱镜光栅紫外：氘灯可见：碘钨灯紫外可见：氙灯石英：紫外，可见玻璃：可见§11-3光度计及其基本部件基本部件：第25页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三(1)光源可见光：6~12V钨灯(320~750nm连续光谱)紫外光：氘灯(200~300nm连续光谱)(2)

单色器：获得单色光a.

滤光片(由有色玻璃构成)b.

棱镜移动棱镜或出射狭缝可得到不同波长的单色光c.光栅:由在镀铝的光学玻璃上刻许多相距很小、等距又相对平行,并具有反射面的沟槽构成。光栅是利用光衍射作用的色散元件。

光源→狭缝→透镜棱镜透镜→出射狭缝→比色皿

平行光¾¾®单色光¾¾®第26页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三(3)吸收池(比色皿)可见光：光学玻璃紫外光：石英玻璃厚度：0.5,1,2,3,5cm

同样厚度的比色皿之间透光率相差应小于0.5%(4)检测器和读数装置作用：透过光→电流信号(5)读数装置检测电流→A、T刻度第27页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三VarianCary1E

紫外可见分光光度计仪器装置：第28页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三721型分光光度计第29页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三比色皿不同厚度的比色皿磨沙面光学玻璃面第30页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三仪器预热第31页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三选取所需波长第32页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三调仪器零点第33页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三将溶液装入比色皿第34页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三擦干比色皿第35页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三将比色皿放入比色皿架第36页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三调参比溶液的透光率为100%第37页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三将待测液推入光路，测定A值。第38页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三反应条件无色试液+显色剂+其它试剂有色溶液显色反应：§11-4显色反应及显色条件的选择显色反应类型：配位反应、氧化还原反应、三元配合物。显色反应的作用：提高灵敏度和选择性。显色反应的选择原则：组成恒定、配合物稳定、显色剂吸收波长与配合物吸收波长相差大（max>60nm）等。第39页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三显色反应的显色剂：与待测组分形成有色化合物的试剂，有机显色剂一般含生色团和助色团。无机：(SCN-；MoO42-；H2O2)有机：OO型：磺基水杨酸NN型：ON型：PAR

S型:双硫腙OHCOOHSO3HNNNNNOH

OHNHNHNSN第40页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三助色团：含有未共用电子对的基团，如

–OH、–NH2,与生色团的不饱和键作用，可降低分子的激发能，使λmax向长波移动，颜色加深，发生红移。生色团：含有共轭双键的基团，如（偶氮基）

（亚硝基）

第41页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三干扰消除②选择适当的反应条件①加掩蔽剂③事先分离干扰离子显色条件显色剂用量溶液的酸度显色时间显色温度显色条件的选择：第42页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三

配位数与显色剂用量有关；如果会形成逐级配合物，其用量更要严格控制。通常是固定其它反应条件：cM和pH等，改变cR来获得最佳浓度范围显色剂用量第43页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三配位数和水解等都与pH有关，具体的pH通过实验确定。pH1<pH<pH2显色反应的pH值第44页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三T1(C)T2(C)t1(min)t2(min)T(C)t(min)显色温度和显色时间第45页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三干扰及消除方法掩蔽法(测Co2+)调节pH(测定Fe3+)Co2+Fe3+Co2+FeF63-Co(SCN)2(蓝)（1）NaFSCN-Co2+Fe2+Sn4+（2）Sn2+SCN-Co(SCN)2(蓝)Fe3+Cu2+FeSSal(紫红)Cu2+pH2.5Ssal第46页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三利用生成络合物稳定性的不同(Co2+的测定)Co2+Zn2+Ni2+Fe2+

CoRZnRNiRFeR钴试剂RCoRZn2+Ni2+Fe2+

H+分离(CO2+、Ni2+离子交换树脂)双波长或导数光谱法第47页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三提高灵敏度及选择性的方法合成新的高灵敏度的有机显色剂采用分离富集和测定相结合采用三元(多元)配合物显色体系

分子截面积增大

电子跃迁几率增大

主要类型：

三元离子缔合物、三元混配配合物、三元胶束(增溶)配合物第48页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三无干扰：λmax有干扰：可选择非峰值(避免干扰)滤光片颜色：与有色溶液颜色互补§11-5吸光度测量条件的选择入射光的波长的选择：x104/nm第49页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三

为了使光的减弱仅与待测物质有关，必须用参比溶液进行校正参比溶液的选择：第50页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三实际是将透过参比溶液的光强度作为入射光的强度

参比溶液：用来调节仪器满标(A=0,T=100%)的溶液。

即：第51页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三参比溶液的选择溶剂参比：试样组成简单、共存组份少(基体干扰少)、显色剂不吸收时，直接采用溶剂(多为蒸馏水)为参比。试剂参比：当显色剂或其它试剂在测定波长处有吸收时，采用试剂作参比(不加待测物)。试样参比：如试样基体在测定波长处有吸收，但不与显色剂反应时，可以试样作参比(不能加显色剂)。平行操作溶液参比：用不含被测组分的试样，在相同条件下与被测组分进行同样的处理，然后做为参比。第52页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三吸光度读数范围的选择：仪器透光率误差△T一般在1%-2%范围内，在不同的吸光度范围内读数，测定误差是不同的。第53页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三同一仪器，△T基本上是一个常数。

第54页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三T=0.2～0.65误差较小(A=0.434)T=0.368时

最小，误差2.73%△CC(A=0.70～0.20)

设△T=0.01，以△C/C对T作图，可得相对误差与透光率的相关曲线。

因为吸光度只能选择在一定范围内，故一般相对误差在5%左右。第55页，讲稿共63页，2023年5月2日，星期三参比液普通法：空白溶液差示法：比试样浓度略低的标准溶液在相同条件下显色作参比溶液Ar=Ax–As=кb(Cx-Cs)=кb△C

Ar:溶液吸光度Ax:普通法测得的试液吸光度As