紫外可见分光光度法2

关于紫外可见分光光度法2第一节基本原理

一、概述

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。分为:光谱分析法和非光谱分析法。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。

第2页,共110页，2024年2月25日，星期天概述:

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,主要有:

红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000m,主要用于有机化合物结构鉴定。

紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。

可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400750nm，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。第3页,共110页，2024年2月25日，星期天二、紫外可见吸收光谱1．光的基本性质

光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长

、频率

、光速c、波数（cm-1）等参数来描述：

=c；波数=1/

=

/c

光是由光子流组成，光子的能量：

E=h=hc/

（Planck常数：h=6.626×10-34J×S)第4页,共110页，2024年2月25日，星期天光的波长越短（频率越高），其能量越大。白光（太阳光）：由各种单色光组成的复合光单色光：单波长的光（由具有相同能量的光子组成）紫外光区：近紫外区10-200nm（真空紫外区）远紫外区200-400nm

可见光区：400-750nm第5页,共110页，2024年2月25日，星期天2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线

E=E2-

E1=h

：量子化；选择性吸收吸收曲线与最大吸收波长

max用不同波长的单色光照射，测吸光度光的互补：蓝

黄M+热M+荧光或磷光M+

h

M*基态激发态E1

（△E）E2第6页,共110页，2024年2月25日，星期天吸收曲线的讨论：①同一种物质对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λmax②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。第7页,共110页，2024年2月25日，星期天③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，在某一定波长下吸光度A有差异，在λmax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λmax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。第8页,共110页，2024年2月25日，星期天3.紫外—可见分子吸收光谱与电子跃迁物质分子内部三种运动形式：

1.电子相对于原子核的运动，2.原子核在其平衡位置附近的相对振动3.分子本身绕其重心的转动。第9页,共110页，2024年2月25日，星期天分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级。三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。分子的内能：电子能量Ee、振动能量Ev、转动能量Er即Ｅ＝Ｅe+Ｅv+ＥrΔΕe>ΔΕv>ΔΕr第10页,共110页，2024年2月25日，星期天能级跃迁

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而呈现宽谱带。第11页,共110页，2024年2月25日，星期天讨论：（1）转动能级间的能量差ΔΕr：0.005～0.05eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；（2）振动能级的能量差ΔΕv约为：0.05～１eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；（3）电子能级的能量差ΔΕe较大1～20eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱。第12页,共110页，2024年2月25日，星期天（4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。（5）吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数εmax也作为定性的依据。不同物质的λmax有时可能相同，但εmax不一定相同；（6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。第13页,共110页，2024年2月25日，星期天三、分子吸收光谱与电子跃迁1．紫外—可见吸收光谱

有机化合物的紫外—可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：σ电子、π电子、n电子。分子轨道理论：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，即成键轨道或非键轨道上。

当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量ΔΕ大小顺序为：n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

第14页,共110页，2024年2月25日，星期天

⑴σ→σ＊跃迁

所需能量最大，σ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光谱出现在远紫外区(吸收波长λ<200nm，只能被真空紫外分光光度计检测到)。如甲烷的λmax为125nm,乙烷λmax为135nm。第15页,共110页，2024年2月25日，星期天

⑵n→σ＊跃迁所需能量较大。吸收波长为150～250nm，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现n→σ*跃迁。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*跃迁的λmax分别为173nm、183nm和227nm。第16页,共110页，2024年2月25日，星期天

⑶π→π＊跃迁

所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，摩尔吸光系数εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。如乙烯π→π*跃迁的λmax为162nm，εmax为1×104L·mol-1·cm－1。第17页,共110页，2024年2月25日，星期天

⑷n→π＊跃迁需能量最低，吸收波长λ>200nm。这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为10～100L·mol－1

·cm－1，吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和π键同时存在时发生n→π＊

跃迁。丙酮n→π＊跃迁的λmax为275nmεmax为22L·mol－1

·cm－1（溶剂环己烷)。第18页,共110页，2024年2月25日，星期天生色团与助色团生色团：最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n→π＊跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有π键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C㆔N等。第19页,共110页，2024年2月25日，星期天助色团：有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n—π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，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。第20页,共110页，2024年2月25日，星期天红移与蓝移

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λmax和吸收强度发生变化:

λmax向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移(或紫移)。吸收强度即摩尔吸光系数ε增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应，如图所示。第21页,共110页，2024年2月25日，星期天2.金属配合物的紫外—可见吸收光谱

金属离子与配位体反应生成配合物的颜色一般不同于游离金属离子(水合离子)和配位体本身的颜色。金属配合物的生色机理主要有三种类型：⑴配位体微扰的金属离子d一d电子跃迁和ｆ一ｆ电子跃迁

摩尔吸收系数ε很小，对定量分析意义不大。第22页,共110页，2024年2月25日，星期天⑵金属离子微扰的配位体内电子跃迁

金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。变化与成键性质有关，若静电引力结合，变化一般很小。若共价键和配位键结合，则变化非常明显。⑶电荷转移吸收光谱

在分光光度法中具有重要意义。第23页,共110页，2024年2月25日，星期天第24页,共110页，2024年2月25日，星期天第25页,共110页，2024年2月25日，星期天第26页,共110页，2024年2月25日，星期天第27页,共110页，2024年2月25日，星期天电荷转移吸收光谱

当吸收紫外可见辐射后，分子中原定域在金属M轨道上电荷的转移到配位体L的轨道，或按相反方向转移，这种跃迁称为电荷转移跃迁，所产生的吸收光谱称为荷移光谱。电荷转移跃迁本质上属于分子内氧化还原反应，因此呈现荷移光谱的必要条件是构成分子的二组分，一个为电子给予体，另一个应为电子接受体。

第28页,共110页，2024年2月25日，星期天电荷转移跃迁在跃迁选律上属于允许跃迁，其摩尔吸光系数一般都较大(104左右)，适宜于微量金属的检出和测定。电荷转移跃迁在紫外区或可见光呈现荷移光谱，荷移光谱的最大吸收波长及吸收强度与电荷转移的难易程度有关。

第29页,共110页，2024年2月25日，星期天例：Fe3＋与SCN－形成血红色配合物，在490nm处有强吸收峰。其实质是发生了如下反应：

[Fe3＋SCN－

]

＋hν=[FeSCN]2＋

第30页,共110页，2024年2月25日，星期天四化合物紫外—可见光谱的产生(一)有机化合物紫外-可见吸收光谱1，饱和烃及其取代衍生物

饱和烃类分子中只含有键，因此只能产生*跃迁，即电子从成键轨道（）跃迁到反键轨道（*）。饱和烃的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、可见分光光度计的测量范围。第31页,共110页，2024年2月25日，星期天

饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子上存在n电子，可产生n

*的跃迁。n

*的能量低于

*。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n

*跃迁分别出现在173、204和258nm处。这些数据不仅说明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相应的吸收波长发生了红移，显示了助色团的助色作用。直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合物的实用价值不大。但是它们是测定紫外和（或）可见吸收光谱的良好溶剂。第32页,共110页，2024年2月25日，星期天

2，不饱和烃及共轭烯烃

在不饱和烃类分子中，除含有键外，还含有键，它们可以产生*和

*两种跃迁。

*跃迁的能量小于

*跃迁。例如，在乙烯分子中，

*跃迁最大吸收波长为180nm

在不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长，*跃迁的吸收带将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增强。在共轭体系中，*跃迁产生的吸收带又称为K带。第33页,共110页，2024年2月25日，星期天第34页,共110页，2024年2月25日，星期天3，羰基化合物

羰基化合物含有C=O基团。

C=O基团主要可产生

*、n

*、n

*三个吸收带，n

*吸收带又称R带，落于近紫外或紫外光区。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮这类物质与羧酸及羧酸的衍生物在结构上的差异，因此它们n

*吸收带的光区稍有不同。

第35页,共110页，2024年2月25日，星期天

羧酸及羧酸的衍生物虽然也有n

*吸收带，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接连结含有未共用电子对的助色团，如-OH、-Cl、-OR等，由于这些助色团上的n电子与羰基双键的电子产生n

共轭，导致*轨道的能级有所提高，但这种共轭作用并不能改变n轨道的能级，因此实现n

*跃迁所需的能量变大，使n

*吸收带蓝移至210nm左右。第36页,共110页，2024年2月25日，星期天4，苯及其衍生物苯有三个吸收带，它们都是由

*跃迁引起的。E1带出现在180nm（

MAX=60，000）；E2带出现在204nm（

MAX=8，000）；B带出现在255nm（

MAX=200）。在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的B谱带有许多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁上的叠加而引起的。在极性溶剂中，这些精细结构消失。当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显著的变化，其中影响较大的是E2带和B谱带。第37页,共110页，2024年2月25日，星期天

5，稠环芳烃及杂环化合物稠环芳烃，如奈、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，但是与苯本身相比较，这三个吸收带均发生红移，且强度增加。随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强度也相应增加。

第38页,共110页，2024年2月25日，星期天

当芳环上的-CH基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与奈相似。此外，由于引入含有n电子的N原子的，这类杂环化合物还可能产生n

*吸收带。第39页,共110页，2024年2月25日，星期天(二)、无机化合物的紫外-可见吸收光谱

产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的电子跃迁形式，一般分为两大类：电荷迁移跃迁和配位场跃迁。1.电荷迁移跃迁

无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁移吸收光谱。在配合物的中心离子和配位体中，当一个电子由配体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上时，可产生电荷迁移吸收光谱。第40页,共110页，2024年2月25日，星期天

不少过度金属离子与含生色团的试剂反应所生成的配合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁。

此外，一些具有d10电子结构的过度元素形成的卤化物及硫化物，如AgBr、HgS等，也是由于这类跃迁而产生颜色。

电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。第41页,共110页，2024年2月25日，星期天2.配位场跃迁配位场跃迁包括d-d跃迁和f-f跃迁。元素周期表中第四、五周期的过度金属元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别含有4f和5f轨道。在配体的存在下，过度元素五个能量相等的d轨道和镧系元素七个能量相等的f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨道和f轨道。第42页,共110页，2024年2月25日，星期天

当它们的离子吸收光能后，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁至高能态的d或f轨道，这两类跃迁分别称为d-d跃迁和f-f跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。第43页,共110页，2024年2月25日，星期天（三）、溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响

溶剂对紫外—可见光谱的影响较为复杂。改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化。例如，当溶剂的极性由非极性改变到极性时，精细结构消失，吸收带变向平滑。改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生变化。下表为溶剂对亚异丙酮紫外吸收光谱的影响。正己烷CHCl3CH3OHH2O

*

max/nm230238237243n

*

max/nm329315309305第44页,共110页，2024年2月25日，星期天

由上表可以看出，当溶剂的极性增大时，由n

*跃迁产生的吸收带发生蓝移，而由

*跃迁产生的吸收带发生红移。第45页,共110页，2024年2月25日，星期天

由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸收光谱图上或数据表中必须注明所用的溶剂。与已知化合物紫外光谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相同。在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。

选择溶剂时注意下列几点：第46页,共110页，2024年2月25日，星期天（1）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该是惰性的。即所成溶液应具有良好的化学和光化学稳定性。（2）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。（3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。第47页,共110页，2024年2月25日，星期天（四）、光的吸收定律

1.朗伯—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。A∝b

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：

第48页,共110页，2024年2月25日，星期天朗伯—比耳定律数学表达式

A＝lg（I0/It)=εbc

式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；

b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；

c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L－１；

ε：摩尔吸光系数，单位L·mol－１·cm－１；或:A＝lg（I0/It)=abc

c：溶液的浓度，单位g·L－１

a：吸光系数，单位L·g－１·cm－１

a与ε的关系为：

a=ε/M（M为摩尔质量）第49页,共110页，2024年2月25日，星期天透光度(透光率)T透过度T:描述入射光透过溶液的程度:

T=It/I0吸光度A与透光度T的关系:

A＝－lgT

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。应用于各种光度法的吸收测量；摩尔吸光系数ε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；吸光系数a(L·g-1·cm-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。第50页,共110页，2024年2月25日，星期天2.摩尔吸光系数ε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，ε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ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。εmax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物质可能达到的最大灵敏度。

第51页,共110页，2024年2月25日，星期天摩尔吸光系数ε的讨论εmax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。

ε>105：超高灵敏；

ε=(6～10）×104：高灵敏；

ε<2×104：不灵敏。ε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。第52页,共110页，2024年2月25日，星期天3.偏离朗伯—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。第53页,共110页，2024年2月25日，星期天（1）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。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。第54页,共110页，2024年2月25日，星期天非单色光作为入射光引起的偏离

假设由波长为λ1和λ2的两单色光组成的入射光通过浓度为c的溶液，则：

Ａ1＝lg（Ｉo1/Ｉt1）＝ε1bc

Ａ2＝lg(Ｉo2/Ｉt2）＝ε2bc故：Ｉt1＝Ｉo110－ε1bc；Ｉt2＝Ｉo210－ε2bc式中Ｉo1、Ｉo2分别为λ1、λ2的入射光强度；

Ｉt1、Ｉt2分别为λ1、λ2的透射光强度；

ε1、ε2分别为λ1、λ2的摩尔吸光系数；第55页,共110页，2024年2月25日，星期天

因实际上只能测总吸光度A总，并不能分别测得A1和A2，故

A总＝lg（Ｉo总/Ｉt总)＝lg(Io1＋Ｉo2)/(Ｉt1＋Ｉt2）

＝lg(Io1＋Ｉo2)/(Ｉo110－ε1bc

＋Ｉo210－ε2bc

）令：ε1-ε2＝

ε；设：Ｉo1＝Ｉo2A总＝lg(2Io1)/Ｉt1(1＋10－

ε2bc

）=A+lg2-lg(1＋10－

ε2bc

)第56页,共110页，2024年2月25日，星期天讨论:

A总=A1+lg2-lg(1＋10－

εbc

)

Δε=0；即：ε1=ε2=ε

则：

A总

＝lg（Ｉo/Ｉt）＝εbc

Δε≠0若Δε<0；即ε2<ε1；－Δεbc>0,lg（１＋10Δεbc）值随c值增大而增大，则标准曲线偏离直线向c轴弯曲，即负偏离；反之，则向A轴弯曲，即正偏离。｜Δε｜很小时，即ε1≈ε2：

第57页,共110页，2024年2月25日，星期天

则可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离。若浓度较高，即使｜Δε｜很小，A总

≠Ａ1，且随着c值增大，

A总

与A1的差异愈大，在图上则表现为A—c曲线上部(高浓度区)弯曲愈严重。故朗伯—比耳定律只适用于稀溶液。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在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。第58页,共110页，2024年2月25日，星期天（2）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；假定只有在稀溶液(c<10-2mol/L)时才基本符合。当溶液浓度c>10－2mol/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

第59页,共110页，2024年2月25日，星期天

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，影响吸光度。

例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：

CrＯ42-＋2H＋

=Cr2Ｏ72-＋H2Ｏ溶液中CrＯ42-、Cr2Ｏ72-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。第60页,共110页，2024年2月25日，星期天一、基本组成二、分光光度计的类型第二节

紫外—可见分光光度计第61页,共110页，2024年2月25日，星期天仪器可见分光光度计第62页,共110页，2024年2月25日，星期天

紫外-可见分光光度计第63页,共110页，2024年2月25日，星期天一、基本组成光源单色器样品室检测器显示1.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320～2500nm。

紫外区：氢、氘灯。发射185～400nm的连续光谱。第64页,共110页，2024年2月25日，星期天

2.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。①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；④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；⑤出射狭缝。第65页,共110页，2024年2月25日，星期天3.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，可见区一般用玻璃池。4.检测器利用光电效应将透过吸收池的光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.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。第66页,共110页，2024年2月25日，星期天二、分光光度计的类型1.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：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。第67页,共110页，2024年2月25日，星期天第68页,共110页，2024年2月25日，星期天3.双波长：将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)快速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。△

=1～2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。第69页,共110页，2024年2月25日，星期天一、显色反应的选择二、显色反应条件的选择三、共存离子干扰的消除四、测定条件的选择五、提高光度测定灵敏度和选择性的途径第三节

显色与测量条件的选择第70页,共110页，2024年2月25日，星期天一、显色反应的选择1.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。第71页,共110页，2024年2月25日，星期天2.氧化还原显色反应

某些元素的氧化态,如Mn（Ⅶ）、Cr（Ⅵ）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

2Mn2＋＋5S2O82-＋8H2O=2MnO4＋+10SO42-＋16H+

将Mn2＋

氧化成紫红色的MnO4＋后，在525nm处进行测定第72页,共110页，2024年2月25日，星期天3.配位显色反应

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。第73页,共110页，2024年2月25日，星期天4.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：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Ⅲ、PAR等。

第74页,共110页，2024年2月25日，星期天三苯甲烷类：

铬天青S、二甲酚橙等第75页,共110页，2024年2月25日，星期天二、显色反应条件的选择1.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。选择曲线变化平坦处。第76页,共110页，2024年2月25日，星期天2.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.显色时间与温度实验确定4.溶剂一般尽量采用水相测定第77页,共110页，2024年2月25日，星期天三、共存离子干扰的消除1.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。

第78页,共110页，2024年2月25日，星期天

例：测定Ti4＋，可加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+(黄色)成为Fe(PO４)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将Fe3+还原为Fe2+，消除Fe3+的干扰。第79页,共110页，2024年2月25日，星期天2.选择适当的显色反应条件3.分离干扰离子第80页,共110页，2024年2月25日，星期天四、测定条件的选择1.选择适当的入射波长一般应该选择λmax为入射光波长。但如果λmax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。第81页,共110页，2024年2月25日，星期天

2.选择合适的参比溶液为什么需要使用参比溶液？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：⑴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)作参比溶液；

第82页,共110页，2024年2月25日，星期天⑵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“试剂空白”(不加试样溶液)作参比溶液；

⑶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“试样空白”(不加显色剂)作参比溶液；

⑷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，作为参比溶液。第83页,共110页，2024年2月25日，星期天3.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=εbc微分：－dlgT＝－0.434dlnT=-0.434T-1dT=εbdc两式相除得：

dc/c=（0.434/TlgT）dT

以有限值表示可得：

Δc/c=（0.434/TlgT）ΔT

第84页,共110页，2024年2月25日，星期天

浓度测量值的相对误差（Δc/c）不仅与仪器的透光度误差ΔT有关，而且与其透光度读数T的值也有关。

是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？第85页,共110页，2024年2月25日，星期天最佳读数范围与最佳值设：ΔT=1%，则可绘出溶液浓度相对误差Δc/c与其透光度T的关系曲线。如图所示：当：ΔT=1%，T在20%～65%之间时，浓度相对误差较小，最佳读数范围。

第86页,共110页，2024年2月25日，星期天

用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T%=20～65％(吸光度A=0.70～0.20)。

可求出浓度相对误差最小时的透光度Tmin为：

Tmin＝36.8%,Amin＝0.434第87页,共110页，2024年2月25日，星期天五、提高光度测定灵敏度和选择性的途径1.合成新的高灵敏度有机显色剂2.采用分离富集和测定相结合3.采用三元(多元)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。

第88页,共110页，2024年2月25日，星期天

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π电子的流动性和电子跃迁几率增大。

第89页,共110页，2024年2月25日，星期天

三元配合物主要类型有：三元离子缔合物、三元混配配合物、三元胶束(增溶)配合物。第90页,共110页，2024年2月25日，星期天一、普通分光光度法二、示差分光光度法三、双波长分光光度法四、导数分光光度法第四节

分光光度测定方法第91页,共110页，2024年2月25日，星期天一、普通分光光度法1.单组分的测定通常采用A-C

标准曲线法定量测定。2.多组分的同时测定⑴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。

第92页,共110页，2024年2月25日，星期天⑵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。

Aλ1=εaλ1bca＋εbλ1bcb

Aλ2=εaλ2bca＋εbλ2bcb

第93页,共110页，2024年2月25日，星期天二、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，将产生较大的误差。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溶液。第94页,共110页，2024年2月25日，星期天设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为cs(cs<cx)。则：

Ax=εbcx

As=εbcsΔＡ＝Ａx－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔc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ΔＡ。

第95页,共110页，2024年2月25日，星期天示差分光光度法（示差法）

ΔＡ＝Ａx－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔc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ΔＡ。示差法测得的吸光度与Δc呈直线关系。由标准曲线上查得相应的Δc值，则待测溶液浓度cx

：

cx=cs+Δc

第96页,共110页，2024年2月25日，星期天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：cx的T=50%；标尺扩展10倍第97页,共110页，2024年2月25日，星期天三、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(λ1和λ2)；以参比波长λ1处的吸光度Aλ1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。

第98页,共110页，2024年2月25日，星期天

ΔＡ＝A

λ2－A

λ1