第三章紫外可見(jiàn)分子熒光儀器分析

1、1第三章第三章 紫外及可見(jiàn)吸收光譜法紫外及可見(jiàn)吸收光譜法Ultraviolet and VisibleUV-Vis Spectrophotometry附：分子熒光和化學(xué)發(fā)光簡(jiǎn)介附：分子熒光和化學(xué)發(fā)光簡(jiǎn)介2l用于無(wú)機(jī)物和有機(jī)物的定量分析，也可以進(jìn)行有機(jī)物的定性及結(jié)構(gòu)分析 l較高的靈敏度（10-410-7gmL-1）和較高準(zhǔn)確度 l儀器操作簡(jiǎn)單快速 3l本章討論內(nèi)容討論光的吸收定律，主要介紹紫外及可見(jiàn)吸收法的應(yīng)用，扼要介紹紫外及可見(jiàn)分光光度計(jì)和實(shí)驗(yàn)技術(shù)4一物質(zhì)的顏色當(dāng)光照射到物體上，光與物質(zhì)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生反射、散射、吸收或透射，對(duì)于均勻物體，光的散射可忽略一束光通過(guò)某一有色溶液，一些波長(zhǎng)的光被

2、溶液吸收，另一些波長(zhǎng)的光則透過(guò)透過(guò)光或反射光刺激人眼而使人感覺(jué)到顏色存在5l可見(jiàn)光：400750nml溶液的顏色由透射光波長(zhǎng)決定l物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色是物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光選擇必性吸收的結(jié)果如CuSO4溶液，吸收白光(復(fù)合光)中的黃光而呈藍(lán)色6l復(fù)合光：一束具有多種波長(zhǎng)的光 白光是一種復(fù)合光，它是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各顏色按一定比例混合而成的 l單色光：一束具有一種波長(zhǎng)的光 7分子吸收光譜的產(chǎn)生 在分子中，除了電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)外，還有核間相對(duì)位移引起的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)這三種運(yùn)動(dòng)能量都是量子化的，并對(duì)應(yīng)有一定能級(jí)下圖為分子的能級(jí)示意圖 電子能級(jí)振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)BA分子中電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)

3、能級(jí)示意圖8 圖中A和B表示不同能量的電子能級(jí)在每一電子能級(jí)上有許多間距較小的振動(dòng)能級(jí)，在每一振動(dòng)能級(jí)上又有許多更小的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí) 若用E電子、 E振動(dòng)、 E轉(zhuǎn)動(dòng)分別表示電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差，即有 E電子電子 E振動(dòng)振動(dòng) E轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)處在同一電子能級(jí)的分子，可能因其振動(dòng)能量不同，而處在不同的振動(dòng)能級(jí)上當(dāng)分子處在同一電子能級(jí)和同一振動(dòng)能級(jí)時(shí)，它的能量還會(huì)因轉(zhuǎn)動(dòng)能量不同，而處在不同的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)上所以分子的總能量可以認(rèn)為是這三種能量的總和： E分子 = E電子 + E振動(dòng) + E轉(zhuǎn)動(dòng)9l當(dāng)入射光子的能量 等于吸光物質(zhì)的基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量之差時(shí)才會(huì)被吸收l(shuí)由于物質(zhì)的分子（或離子）只有有限數(shù)目的量子化能級(jí)

4、，所以物質(zhì)對(duì)輻射的吸收是有選擇性的 l被激發(fā)的粒子在10-8s后又回到基態(tài)，并以熱的形式或熒光等形式釋放能量10l與光子碰撞發(fā)生能量轉(zhuǎn)移 M + hv M* 基態(tài) 激發(fā)態(tài) 由于分子中的量子化能級(jí)是有限的，不同的物質(zhì)微粒由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的量子化能級(jí)，能級(jí)差不同，因此物質(zhì)對(duì)光的吸收具有選擇性11定義：將不同波長(zhǎng)的光透過(guò)過(guò)某一固定濃度和厚度的有色溶液，測(cè)量每一波長(zhǎng)下對(duì)光吸收程度，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，這種圖譜稱為該物質(zhì)的吸收曲線 描述了物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收能力12l不同濃度的同一物質(zhì)，在吸收峰附近，吸光度隨濃度增加而增大，但最大吸收波長(zhǎng)不變l在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定，靈敏度最高l吸

5、收曲線是光度法中選擇測(cè)定波長(zhǎng)的重要依據(jù)KMnO4溶液的最大吸收波長(zhǎng)為525nm, 吸收黃綠色的光，呈現(xiàn)紫紅色133 分子吸收光譜類型分子吸收光譜類型 根據(jù)吸收電磁波的范圍不同，可將分子吸收光譜分為遠(yuǎn)紅外光譜、紅外光譜及紫外、可見(jiàn)光譜三類 14一、朗伯-比爾定律朗伯定律-dI/I=KdbbKeII015比爾定律 光的吸收與溶液中吸光物質(zhì)的濃度有關(guān) 朗伯定律中的比例常數(shù)與吸光物質(zhì)的濃度成正比bcKeII 016朗伯比爾定律lgI0/I=kbc A=kbc k與物質(zhì)的性質(zhì)、入射光的波長(zhǎng)及溫度等因素有關(guān)吸光度與透光度的關(guān)系T=I/I0, A=lgI0/I A= lgT17吸光系數(shù)(a) 當(dāng)c以gL-1

6、, b以cm表示時(shí)，常數(shù)K以a表示，稱為吸光系數(shù)， 單位為L(zhǎng)g-1cm-1， 此時(shí)吸收定律為： A=abc 18摩爾吸光系數(shù)()濃度c用molL-1，液層厚度b以cm為單位時(shí)，則K用另來(lái)表示，稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為L(zhǎng)mol-1cm-1, 摩爾吸光系數(shù)表示物質(zhì)濃度為1molL-1，液層厚度為1cm時(shí)，溶液的吸光度 此時(shí)，吸收定律為 A=bc 19l顯然，不能直接取1molL-1這樣高濃度的吸光物質(zhì)溶液來(lái)測(cè)量其摩爾吸光系數(shù)，只能通過(guò)計(jì)算求得l摩爾吸光系數(shù)表明物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)光的吸收能力，愈大，表示該物質(zhì)對(duì)某波長(zhǎng)光的吸收能力愈強(qiáng)，測(cè)定的靈敏度就愈高，因此進(jìn)行吸收測(cè)量時(shí)，為了提高分析的靈敏度，必須選

7、擇摩爾吸光系數(shù)大的化合物，以及選擇具有最大值的波長(zhǎng)作入射光20l實(shí)際上由實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算時(shí)，常以被測(cè)物質(zhì)的總濃度代替吸光物質(zhì)的濃度，則得到的值實(shí)際上是表觀摩爾吸光系數(shù)l吸光度具有加和性21 I0和I在實(shí)驗(yàn)室中都不容易加以測(cè)量，這是因?yàn)榇郎y(cè)溶液必須裝在吸收池內(nèi)，輻射和器壁將相互作用，從而會(huì)因反射或吸收在每個(gè)界面上造成輻射強(qiáng)度的損失，因此在實(shí)際測(cè)定工作中，取另一個(gè)完全相同的吸收池，裝溶劑作參比進(jìn)行測(cè)定（圖3-3） 2223 標(biāo)準(zhǔn)曲線應(yīng)當(dāng)成直線，但是當(dāng)濃度大時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線不成直線的情形，特別是明顯地看到標(biāo)準(zhǔn)曲線向濃度軸彎曲，個(gè)別情形也有向吸光度軸彎曲者 原因是多方面的，有的屬于定律本身的基本限制，有的則同

8、測(cè)定吸收的方法有關(guān)，或者是濃度改變時(shí)伴隨著化學(xué)變化 2425朗伯定律總是適用的 吸光度與液層厚度成正比比爾定律的條件 比爾定律只有在描述稀溶液的吸收時(shí)才是正確 吸光物質(zhì)的高濃度（負(fù)偏離） 電解質(zhì)的高濃度（負(fù)偏離）26在理想狀況下，吸光物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)必須是均勻的，當(dāng)試樣為膠體、乳狀液或有懸浮物質(zhì)存在時(shí)，入射光通過(guò)溶液后，有一部分光會(huì)因散射而損失，使吸光度增大，對(duì)Beer定律產(chǎn)生正偏差質(zhì)點(diǎn)的散射強(qiáng)度是與入射光波長(zhǎng)的四次方成反比的，所以散射對(duì)紫外區(qū)的測(cè)定影響更大27l比爾定律只適用于單色光 l實(shí)際中入射光用的是復(fù)合光l舉例：以兩種波長(zhǎng)的復(fù)合光作為入射光28l對(duì)1 A1=1bc (1)l對(duì)2 A2=2

9、bc (2) I0=I01+I02=f1I0+f2I0 (3) bcII1-01110bcII2-0221029l復(fù)合光通過(guò)溶液后 021lgIIIA0-2-10)1010(lg21IffIbcbc)1010lg(2121bcbcff(4)30l標(biāo)準(zhǔn)曲線是吸光度A與濃度c的關(guān)系曲線，其斜率可通過(guò)式(4)對(duì)c微分求得 (5) 當(dāng)1=2=時(shí)，即當(dāng)入射光為單色光時(shí)，式（5）變?yōu)?dA/dc=b (6)標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率為一定值，即符合比爾定律 )1010()1010(dd2121212211bcbcbcbcffbfbfcA31l當(dāng)入射光為復(fù)合光時(shí)（12），標(biāo)準(zhǔn)曲線不再是直線關(guān)系，將式（5）對(duì)c微分，則(

10、7) (7)式右邊恒為負(fù)值，說(shuō)明用復(fù)合光作入射光時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線向濃度軸彎曲，使發(fā)生對(duì)于比爾定律的偏離 1與2相差愈大，吸收池愈厚，偏離比爾定律愈嚴(yán)重 2-2-1)( -22122122)1010(10)-(30. 2-dd2112bcbcbcffbffcA32實(shí)際上，在測(cè)量中，只要在入射光所包括的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，吸光物質(zhì)的吸光系數(shù)沒(méi)多大差別，對(duì)比爾定律的偏離一般是很小的由于溶液在紫外及可見(jiàn)區(qū)的吸收曲線一般比較平滑且較寬，這個(gè)條件容易達(dá)到，只需要所選用的入射輻射波長(zhǎng)不在吸收曲線陡變部分即可（圖3-6） 3334吸光物質(zhì)的離解、締合、形成新化合物及互變異構(gòu)等化學(xué)變化往往也造成偏離比爾定律的現(xiàn)象 例如，K

11、2Cr2O7在溶液中有下列平衡：Cr2O72-+H2O 2HCrO4- 2H+CrO42- 350nm 370nm 橙色黃色35Cr2O72-: max=350nmCrO42-: max=370nm335nm, 445nm 等吸收點(diǎn)36l圖3-7為K2Cr2O7和K2CrO4的吸收曲線（等吸收點(diǎn)、等吸收波長(zhǎng)）l依吸光物質(zhì)的性質(zhì)，溶液中化學(xué)平衡的知識(shí)，對(duì)偏離加以預(yù)防和終止，也必須嚴(yán)格控制顯色反應(yīng)的條件，獲得較好的測(cè)量結(jié)果37顯色體系顯色體系有色絡(luò)合物在溶液中有一定程度的離解，其濃度不等于金屬離子的總濃度如生成有色絡(luò)合物的顯色反應(yīng)用下式表示 M +nLMLn選擇MLn有強(qiáng)烈吸收而M和L都沒(méi)吸收的波

12、長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定，絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)為穩(wěn)KnnMLML38l以條件穩(wěn)定常數(shù)表示，則 LMLMML穩(wěn)穩(wěn)KaaKnnnnnKLMML穩(wěn)39上式中M、L分別為未絡(luò)合的金屬離子濃度和試劑濃度金屬離子生成絡(luò)合物MLn的分?jǐn)?shù)為MLMMLMLMnnncnnKKL1L穩(wěn)穩(wěn)40 紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)是由五個(gè)部分組成：即光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器和信號(hào)指示系統(tǒng)4142l要求 基本對(duì)光源的基本要求是應(yīng)在儀器操作所需的光譜區(qū)域內(nèi)能夠發(fā)射連續(xù)輻射，有足夠的輻射強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性，而且輻射能量隨波長(zhǎng)的變化應(yīng)盡可能小l分光光度計(jì)中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源兩類l熱輻射光源用于可見(jiàn)光區(qū)，如鎢絲燈和鹵鎢燈 43氣

13、體放電光源用于紫外光區(qū)，如氫燈和氘燈鎢燈和碘鎢燈可使用的范圍在340 2500nm這類光源的輻射能量與施加的外加電壓有關(guān)，在可見(jiàn)光區(qū)，輻射的能量與工作電壓4次方成正比光電流與燈絲電壓的n次方（n1）成正比因此必須嚴(yán)格控制燈絲電壓，儀器必須配有穩(wěn)壓裝置 在近紫外區(qū)測(cè)定時(shí)常用氫燈和氘燈它們可在160 375 nm范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)光源氘燈的燈管內(nèi)充有氫的同位素氘，它是紫外光區(qū)應(yīng)用最廣泛的一種光源，其光譜分布與氫燈類似，但光強(qiáng)度比相同功率的氫燈要大35倍44l鎢絲燈45l多數(shù)吸收儀器中鎢絲的工作溫度在3000K左右，因此其發(fā)射能量的主要波長(zhǎng)在紅外區(qū)鎢絲燈可用于3202500nm之間的波長(zhǎng)區(qū)域l鎢絲燈在可

14、見(jiàn)區(qū)的能量輸出大約隨工作電壓的四次方而變化，為保持光源穩(wěn)定，燈電源應(yīng)加穩(wěn)壓裝置 46l氫燈（氣體放電光源）氫氣在低壓放電時(shí)，形成激發(fā)分子，此分子隨后就離解產(chǎn)生兩個(gè)氫原子和一個(gè)紫外輻射光子，由于離解的氫原子具有不同的動(dòng)能，所以它們放出光子的能量在一連續(xù)的區(qū)域內(nèi)，波長(zhǎng)在160400nm之間一般氫燈的使用波長(zhǎng)區(qū)域?yàn)?00375nm47l在比色計(jì)中，一般用濾光器來(lái)獲得一定波長(zhǎng)的光輻射，在分光光度計(jì)中，則采用棱鏡或光柵構(gòu)成的單色器來(lái)獲得純度較高的單色光 l選擇波長(zhǎng)可使吸光度附合比爾定律，同時(shí)可提高測(cè)定的靈敏度、選擇性48l作用吸收濾光器是通過(guò)吸收光譜的某些部分濾去不需要的波長(zhǎng)以獲得一定波長(zhǎng)范圍的輻射 在

15、比色計(jì)中應(yīng)用l有色玻璃 、濾光片 49濾光片的透光曲線和半寬度 圖示為藍(lán)色濾光片，最大透過(guò)光的波長(zhǎng)為470nm，半寬度為60nm. 光譜半寬度愈小，透過(guò)的單色光就愈純 50l定義一種能將輻射分解成它的各成分波長(zhǎng)，并能從中分出任一所需部分的儀器部件l單色器都含有狹縫和透鏡系統(tǒng)，并有一個(gè)棱鏡或光柵色散元件51 單色器是能從光源輻射的復(fù)合光中分出單色光的光學(xué)裝置，其主要功能：產(chǎn)生光譜純度高的波長(zhǎng)且波長(zhǎng)在紫外可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)任意可調(diào) 單色器一般由入射狹縫、準(zhǔn)光器（透鏡或凹面反射鏡使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等幾部分組成其核心部分是色散元件，起分光的作用單色器的性能直接影響入射光的單色性，

16、從而也影響到測(cè)定的靈敏度度、選擇性及校準(zhǔn)曲線的線性關(guān)系等5253l棱鏡有玻璃和石英兩種材料它們的色散原理是依據(jù)不同的波長(zhǎng)光通過(guò)棱鏡時(shí)有不同的折射率而將不同波長(zhǎng)的光分開(kāi)由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱鏡只能用于350 3200 nm的波長(zhǎng)范圍，即只能用于可見(jiàn)光域內(nèi)石英棱鏡可使用的波長(zhǎng)范圍較寬，可從185 4000nm，即可用于紫外、可見(jiàn)和近紅外三 個(gè)光域54ddddddnn式中：d /dn表示作為棱鏡材料折射率函數(shù)的 的變化；dn/ d則表示折射率隨波長(zhǎng)的變化(3-4)55ld /dn的大小決定于棱鏡的幾何形狀和入射角I，當(dāng)入射角使輻射通過(guò)棱鏡的走向幾乎平行于棱鏡底邊時(shí)，d /dn就只取決于棱鏡

17、頂角，并隨增大而增大一般說(shuō)，的上限約為60 ldn/d稱為棱鏡材料的色散率 56l科希提出材料的折射率與波長(zhǎng)關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式42CBAn式中A、B和C是由材抖的特性決定的常數(shù)當(dāng)波長(zhǎng)間隔不太大時(shí)，取這個(gè)公式的前兩項(xiàng)就夠了 2BAn57將上式微分，得到32ddBn A、B都是正值，則波長(zhǎng)增大時(shí)，折射率和色散率都減小 5859l注意：棱鏡單色器色散具有非線性的特征l玻璃和石英對(duì)于紫外輻射都有較大的色散率，而對(duì)可見(jiàn)輻射具有較小的色散率，其中較好的是玻璃，因此可見(jiàn)分光光度計(jì)都使用玻璃棱鏡，但玻璃對(duì)于紫外輻射有顯著的吸收，所以紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)采用石英棱鏡作為整個(gè)光譜區(qū)的色散元件 60 光柵是利用光的衍射

18、與干涉作用制成的，它可用于紫外、可見(jiàn)及紅外光域，而且在整個(gè)波長(zhǎng)區(qū)具有良好的、幾乎均勻一致的分辨能力它具有色散波長(zhǎng)范圍寬、分辨本領(lǐng)高、成本低、便于保存和易于制備等優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)是各級(jí)光譜會(huì)重疊而產(chǎn)生干擾61l由狹縫來(lái)的輻射在各未刻部分發(fā)生反射，各反射光束之間的干涉則引起色散，因此光束1與光束2的光路之差為（AB CD），要發(fā)生干涉，必須m(AB CD) AB=dsini 式中d是刻線間的距離，稱為光柵常數(shù)； i是入射光與法線間的夾角lCD- d sin 式中是衍射角，負(fù)號(hào)則表示入射光和反射光在法線異側(cè)，如果二者在法線同側(cè)，則取正號(hào)62l因此發(fā)生干涉的條件是 md（sinisin）(3-6)l m是譜線

19、的級(jí)數(shù)，該式說(shuō)明對(duì)于某一給定的衍射角，存在不同的值，例如在 處出現(xiàn)有800nm的一級(jí)譜線（m1），則二級(jí)（400nm）和三級(jí)（267nm）譜線也在這個(gè)角度出現(xiàn)，造成了不同級(jí)次光譜的重疊 63l光柵的角色散率可在保持i不變的情形下，將式（3-6）對(duì)波長(zhǎng)微分求得，即對(duì)任一給定的入射角 cosdddm 光柵常數(shù)愈小，角色散率愈大，即在單位長(zhǎng)度內(nèi)刻線數(shù)目愈多，角色散率愈大 64l在不同的光譜級(jí)次內(nèi)角色散率也不相同，高級(jí)次的光譜有較大的角色散率在短波長(zhǎng)范圍內(nèi)，cos并不明顯的隨波長(zhǎng)而變，因此，光柵的色散幾乎是線性分布的，這一點(diǎn)與棱鏡的色散不同，圖3-14就是在這方面對(duì)光柵單色器和棱鏡單色器所作的比較 l

20、光柵可使用的波長(zhǎng)范圍很寬，從幾個(gè)納米到幾百個(gè)微米,這也是比棱鏡單色器優(yōu)越的地方 65l單色器的狹縫對(duì)單色器質(zhì)量有重要作用，一般說(shuō)，入射狹縫和出射狹縫的大小相同，當(dāng)單色器正好調(diào)節(jié)到相應(yīng)輻射波長(zhǎng)的位置上時(shí)，入射狹縫的像將恰好充滿整個(gè)出射狹縫的寬度l單色器從照明入射狹縫的具有各種波長(zhǎng)的輻射中分出單色輻射的能力，常用光譜帶寬來(lái)量度 66l光譜帶寬定義為入射狹縫的像從出射狹縫的一邊移向另一邊時(shí)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)間隔 （右圖）l儀器的光譜帶寬的大小隨狹縫寬度的改變而變化l有效帶寬儀器透過(guò)的波長(zhǎng)范圍的一半 67l 單色器的有效帶寬與光柵及棱鏡的色散及入射狹縫和出射狹縫的寬度有關(guān)l大多數(shù)單色器都采用可變狹縫，因此有

21、效帶寬可以調(diào)節(jié)l在定性分析中需要分解比較窄的吸收帶，應(yīng)采用盡量小的狹縫寬度，這樣有助于分開(kāi)波長(zhǎng)相近的光譜線，可以減少或消除光譜重疊引起的干擾l在定量分析中，可用較寬的狹縫，使光束有足夠的強(qiáng)度以供測(cè)量 68l 與單色器光學(xué)元件一樣，盛放試樣的吸收池必須用所需光譜區(qū)輻射的材料制成l 吸收池的窗面應(yīng)嚴(yán)格垂直于光束方向l采用光程長(zhǎng)度和透明性都相同的吸收池，以使能正確比較透過(guò)溶劑和試液的輻射強(qiáng)度69l檢測(cè)器的功能是檢測(cè)信號(hào)、測(cè)量單色光透過(guò)溶液后光強(qiáng)度變化的一種裝置l紫外及可見(jiàn)區(qū)用的檢測(cè)器主要有光電池、光電管和光電倍增管 70l響應(yīng)一個(gè)很大波長(zhǎng)范圍內(nèi)的輻射能 ；l對(duì)弱的輻射也應(yīng)有足夠的靈敏度 ；l能快速回

22、答一個(gè)容易放大而噪聲低的電信號(hào)；l產(chǎn)生的電信號(hào)應(yīng)正比于投射到檢測(cè)器上的光束強(qiáng)度，且有寬的線性范圍 這是定量的基礎(chǔ)71l硒光電池，它對(duì)于550nm左右的綠色光有最大靈敏值，而且在250nm和750nm處其響應(yīng)減少至最大值的10%硒光電池主要用于可見(jiàn)輻射的檢出和測(cè)量 l主要用于可見(jiàn)輻射的檢出7273l光電管是由封裝在真空透明泡中的一個(gè)半圓柱形陰極和一個(gè)絲（狀）陽(yáng)極組成，陰極的凹面有光電發(fā)射材料層，在受光照射時(shí)，如果光子的能量超過(guò)陰極光電材料的功函數(shù)時(shí)，便有電子發(fā)射出來(lái)，所經(jīng)過(guò)的時(shí)間最多不超過(guò)10-9秒的數(shù)量級(jí)l當(dāng)在兩級(jí)間加有電壓時(shí)，發(fā)射的電子就流向絲陽(yáng)極而產(chǎn)生光電流，對(duì)于給定的照射光強(qiáng)度，它所產(chǎn)生

23、電流大約為光電池的1/4，但光電管有很高的內(nèi)阻，所產(chǎn)生的光電流很容易放大 74l對(duì)于低輻射強(qiáng)度的測(cè)量，光電倍增管要比普通光電管優(yōu)越得多一般說(shuō)，它的靈敏度比光電管高200多倍 l光電倍增管由陰極和多個(gè)附加極組成 l光電倍增管易被強(qiáng)輻射損壞，所以只可用于低輻射強(qiáng)度的測(cè)量因此光電倍增管必須安裝在暗室中，并仔細(xì)屏蔽雜散光的影響 75l光電二極管是在硅片上形成的反向偏置的pn結(jié)所構(gòu)成當(dāng)受到輻射照射時(shí)，產(chǎn)生空穴和電子，空穴擴(kuò)散通過(guò)過(guò)渡層到p區(qū)，然后湮滅，由此引起電子空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合，使得導(dǎo)電性增強(qiáng)，其大小與光強(qiáng)成正比 l當(dāng)陣列的一面受輻射照射時(shí)，吸收光子產(chǎn)生電子空穴對(duì)，使pn結(jié)部分放電，每一個(gè)光電二極管

24、有一個(gè)積貯光電流的存儲(chǔ)電容器，通過(guò)掃描電路，周期地順序讀取各個(gè)存儲(chǔ)電容器中存儲(chǔ)的電荷，達(dá)到檢測(cè)出相應(yīng)的光信息 76（五）信號(hào)指示系統(tǒng)（五）信號(hào)指示系統(tǒng)(讀數(shù)指示器讀數(shù)指示器) 它的作用是放大信號(hào)并以適當(dāng)方式指示或記錄下來(lái)常用的信號(hào)指示裝置有直讀檢流計(jì)、電位調(diào)節(jié)指零裝置以及數(shù)字顯示或自動(dòng)記錄裝置等很多型號(hào)的分光光度計(jì)裝配有微處理機(jī)，一方面可對(duì)分光光度計(jì)進(jìn)行操作控制，另一方面可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理77l指示系統(tǒng)直讀檢流計(jì)、電位調(diào)節(jié)指零裝置、數(shù)字顯示和自動(dòng)記錄裝置等l直讀檢流計(jì)0100，線性標(biāo)尺表示透光率 ，對(duì)數(shù)標(biāo)尺表示吸光度l吸光度與透光率是負(fù)對(duì)數(shù)關(guān)系，吸光度標(biāo)尺的刻度是不均勻的0781.單光束分光光度計(jì)

25、l單光束分光光度計(jì)光路示意如圖3-8所示(儀器部件)，經(jīng)單色器分光后的平行光通過(guò)吸收池，進(jìn)入檢測(cè)器，進(jìn)行吸光度的測(cè)定其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適用于常規(guī)分析l屬于此類光度計(jì)的有國(guó)產(chǎn)72型、721型、723型、751型和752型等l結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易，適用于常規(guī)分析7980l將單色器所得的單色輻射，用切光器分成兩個(gè)光束，分別通過(guò)試樣溶液和溶劑溶液，這兩個(gè)光束可通過(guò)與前一切光器同步的另一切光器在不同時(shí)間內(nèi)交替由一個(gè)檢測(cè)器來(lái)接受，并通過(guò)一個(gè)光電計(jì)時(shí)信號(hào)系統(tǒng)把來(lái)自兩個(gè)光束的信號(hào)加以比較，獲得吸光度 81l雙光束分光光度計(jì)一般都能自動(dòng)記錄吸收光譜曲線l雙光束儀器由于樣品溶液與溶劑的對(duì)比幾乎是同時(shí)進(jìn)

26、行的，光源和檢測(cè)系統(tǒng)的漂移可以得到一些補(bǔ)償l由于兩束光同時(shí)分別通過(guò)參比池和樣品池，還能自動(dòng)消除光源強(qiáng)度變化所引起的誤差82l這種儀器是將一共同光源發(fā)出的輻射通過(guò)一特制的單色器，此單色器內(nèi)設(shè)有兩個(gè)可以單獨(dú)調(diào)節(jié)的光柵，經(jīng)光柵色散后，兩種波長(zhǎng)的輻射交替通過(guò)切光器，又重新合并成同一光束，經(jīng)過(guò)試液后到達(dá)光電倍增管，儀器配有一個(gè)同步開(kāi)關(guān)裝置以區(qū)別接通相應(yīng)于各光束的電信號(hào)，經(jīng)過(guò)儀器內(nèi)的電子學(xué)單元裝置可測(cè)量?jī)煞N波長(zhǎng)的吸光度差值A(chǔ)，其方框圖如圖3-28所示 83根據(jù)兩波長(zhǎng)1和2處吸光度差值A(chǔ)與吸光物質(zhì)濃度c的關(guān)系進(jìn)行分析的 84bcIIA)()()(0)(1111lgbcIIA)()()(0)(2222lg調(diào)節(jié)

27、儀器使兩者入射光強(qiáng)度相同)(0)(021II85l即在兩波長(zhǎng)處吸光度差A(yù)與物質(zhì)濃度c成正比)()()()(1221lgIIAAAbc)()(2186右圖中，B是待測(cè)組分，A是共存組分B濃度與吸光度差值成正比 87一、儀器測(cè)量誤差1 測(cè)量誤差的來(lái)源光源的不穩(wěn)、檢測(cè)器不靈敏和光電流測(cè)量不準(zhǔn)確等等，在儀器透光率讀數(shù)尺上表現(xiàn)為讀數(shù)誤差T對(duì)于同一臺(tái)光度儀器，T基本上為一常數(shù)，一般為0.010.002這個(gè)讀數(shù)誤差是限制光度分析準(zhǔn)確度的主要原因 88lTc之間關(guān)系為對(duì)數(shù)性質(zhì)，同樣， T對(duì)不同濃度的溶液造成的c不同l當(dāng)被測(cè)物質(zhì)濃度很小時(shí)，由T造成的c也很小，但由于濃度c本身很小，相對(duì)誤差c/c仍然較大l當(dāng)被測(cè)

28、物質(zhì)的濃度很大時(shí)，由T 造成的c很大，所以相對(duì)誤差c/c也較大 89l依比爾定律 A=-lgT=abcl將上式寫(xiě)成自然對(duì)數(shù)并微分90l濃度測(cè)量誤差不僅與儀器的絕對(duì)誤差有關(guān)，而且還與它本身的透光率有關(guān) cabTTInTTddd434. 0434. 0lgTTTccdlg434. 0dTTTcclg434. 091l要使c/c最小，TInT應(yīng)最大，即：434. 0lg368. 0010)(TATInTTInTTdT92lT=1565%(A=0.20.8)范圍內(nèi)，濃度測(cè)量的相對(duì)誤差較小lA過(guò)大或過(guò)小，誤差非常大，不適于高含量或較低含量組分的測(cè)定l為了控制合適的讀數(shù)范圍，宜采取的方法有：1)控制溶液的

29、濃度；2)選擇不同厚度的吸收池93輻射波長(zhǎng)和狹縫寬度的選擇根據(jù)吸收曲線，選擇溶液具有最大吸收時(shí)的波長(zhǎng)為宜優(yōu)點(diǎn)：摩爾系數(shù)大，測(cè)定靈敏度高；在此波長(zhǎng)處的一個(gè)較小范圍內(nèi)，吸光度隨波長(zhǎng)變化不大，不會(huì)造成對(duì)比爾定律的偏離，測(cè)定有較高的準(zhǔn)確度94l狹縫的寬度直接影響到測(cè)定的靈敏度和標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍狹縫寬度增大，入射光的單色性降低，在一定程度上使靈敏度下降，標(biāo)準(zhǔn)曲線偏離比爾定律，狹縫的寬度以減小狹縫寬度時(shí)，試樣的吸光度不再增加為止一般情況下，狹縫寬度約是吸收峰半寬度的1/1095l控制標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測(cè)溶液的吸光度在0.20.8范圍內(nèi)l可以從控制溶液濃度和選擇不同厚度的吸收池來(lái)考慮 96l影響一種溶液吸收光譜

30、的常見(jiàn)變量有溶液的酸度、溫度、高電解質(zhì)濃度、溶劑的性質(zhì)和存在的干擾物質(zhì)等l必須了解這些變量的影響，選擇控制這些變量的條件 97l總原則：試液的吸光度真正反映待測(cè)物的濃度l測(cè)量吸光度時(shí)，利用參比溶液來(lái)調(diào)節(jié)儀器的零點(diǎn)，可以消除由于吸收池器壁及溶劑對(duì)入射光的反射和吸收帶來(lái)的誤差A(yù)=lgI0/I=I參比I試液98l僅待測(cè)物與顯色劑的反應(yīng)產(chǎn)物有吸收，可用純?nèi)軇┳鲄⒈热芤簂若顯色劑或其它試劑略有吸收，應(yīng)用空白溶液（不加試樣）作參比l試樣中其它組份有吸收，但不與顯色劑反應(yīng)，則當(dāng)顯色劑無(wú)吸收時(shí)，選用試樣溶液作參比溶液（不加顯色劑）；當(dāng)顯色劑略有吸收時(shí)，在試樣中加入適當(dāng)掩蔽劑，再加顯色劑，以此溶液作參比溶液99

31、l進(jìn)行比色分析或光度分析時(shí)，常需把待測(cè)組份轉(zhuǎn)化為有色或有吸收的化合物，然后進(jìn)行測(cè)定l顯色反應(yīng)：將待測(cè)組份轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)l顯色劑：與待測(cè)組份形成有色化合物的試劑l在分析工作中選擇合適的顯色反應(yīng)，并嚴(yán)格控制反應(yīng)條件，是十分重要的 100顯色反應(yīng)可分為兩大類，即絡(luò)合反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)，而絡(luò)合反應(yīng)是最重要的顯色反應(yīng)同一組分?？膳c多種顯色劑反應(yīng)，生成不同的有色物質(zhì)，在分析時(shí)，究竟選用何種顯色反應(yīng)較適宜，應(yīng)考慮以下因素 101l光度法一般用于微量組分的測(cè)定，因此，選擇靈敏的顯色反應(yīng)是應(yīng)考慮的主要方面摩爾吸光系數(shù)的大小是顯色色反應(yīng)靈敏度高低的重要標(biāo)志，因此應(yīng)當(dāng)選擇生成的有色物質(zhì)的較大的顯色反應(yīng)一般來(lái)

32、說(shuō)，當(dāng)值為104105時(shí)，可認(rèn)為該反應(yīng)靈敏度較高102 選擇性好指顯色劑僅與一個(gè)組分或少數(shù)幾個(gè)組分發(fā)生顯色反應(yīng) 僅與某一種離子發(fā)生反應(yīng)者稱為特效的(或?qū)俚模╋@色劑這種顯色劑實(shí)際上是不存在的，但是干擾較少或干擾易于除去的顯色反應(yīng)是可以找到的 103l這樣，試劑空白值小，可以提高測(cè)定的準(zhǔn)確度通常把兩種有色物質(zhì)最大吸收波長(zhǎng)之差稱為“對(duì)比度”，一般要求顯色劑與有色化合物的對(duì)比度L在60 nm以上 104l對(duì)于形成不同絡(luò)合比的絡(luò)合反應(yīng)，必須注意控制實(shí)驗(yàn)條件，使生成一定組成的絡(luò)合物，以免引起誤差 l性質(zhì)穩(wěn)定，至少保證在測(cè)量過(guò)程中溶液的吸光度變化小這就要求有色化合物不容易受外界環(huán)境條件的影響，如日光照射、

33、空氣中的氧和二氧化碳的作用等，此外，亦不應(yīng)受溶液個(gè)其他化學(xué)因素的影響否則將影響吸光度測(cè)定的準(zhǔn)確度及再現(xiàn)性 105l吸光光度法是測(cè)定顯色反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)溶液的吸光度，因此要能得到準(zhǔn)確的結(jié)果，必須從研究平衡著手，了解影響顯色反應(yīng)的因素，控制適當(dāng)?shù)臈l件，使顯色反應(yīng)充全和穩(wěn)定l現(xiàn)對(duì)顯色的主要條件討論如下 106l 顯色反從一般可用下式表示： M 十 nR MRn (待測(cè)組分)(顯色劑) (有色化合物) nnnRMMR或nnnRMMR 107l式中M代表金屬離子，R為顯色劑，n為絡(luò)合物的累積穩(wěn)定常數(shù)由上式可見(jiàn)，當(dāng)R固定時(shí)，從M轉(zhuǎn)化成MRn的轉(zhuǎn)化率將不發(fā)生變化對(duì)穩(wěn)定性好的（即n大）絡(luò)合物，只要顯色劑過(guò)量，顯

34、色反應(yīng)即能定量進(jìn)行而對(duì)不穩(wěn)定的絡(luò)合物或可形成逐級(jí)絡(luò)合物時(shí)，顯色劑用量要過(guò)量很多或必須嚴(yán)格控制 108l根據(jù)溶液平衡原理，有色絡(luò)合物穩(wěn)定常數(shù)愈大，顯色劑過(guò)量愈多，愈有利于待測(cè)組分形成有色絡(luò)合物但是過(guò)量顯色劑的加入，有時(shí)會(huì)引起副反應(yīng)的發(fā)生，對(duì)測(cè)定反而不利顯色劑的適宜用量常通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定 109l其方法是將待測(cè)組分的濃度及其它條件固定，然后加入不同量的顯色劑，測(cè)定其收光度，繪制吸光度(A)濃度(c)關(guān)系曲線，一般可得到下圖所示三種不同的情況： 圖3-01 吸光度與顯色劑濃度的關(guān)系曲線 110a)影響顯色劑的平衡濃度和顏色l 由于大多數(shù)有機(jī)顯色劑是有機(jī)弱酸，在溶液中存在著下列平衡： M + HR MR

35、 + H+ 增大H+，對(duì)顯色反應(yīng)不利酸度改變，將引起平衡移動(dòng)，從而影響顯色劑及有色化合物的濃度變化，可能引起配位基團(tuán)(R-)數(shù)目的改變以致改變?nèi)芤旱念伾?111l酸度對(duì)待測(cè)離子存在狀態(tài)及是否發(fā)生水解也是有影響的酸度太低，水解水解反應(yīng)的存在對(duì)顯色反應(yīng)不利發(fā)生成沉淀，則使顯色反應(yīng)無(wú)法進(jìn)行l(wèi)pH值增大會(huì)引起某些金屬離子水解而形成各種型體的羥基絡(luò)合物，甚至可能析出沉淀；或者由于生成金屬的氫氧化物沉淀而破壞了有色絡(luò)合物，使溶液的顏色完全退去 112l對(duì)于生成逐級(jí)絡(luò)合物的顯色反應(yīng)，酸度不同，絡(luò)合物的絡(luò)合比往往不同，其顏色也往往不同 l由于pH值不同，可形成具有不同配位數(shù)、不同顏色的配臺(tái)物金屬離子與弱酸陰離

36、子在酸性溶液中大多生成低配位數(shù)的配合物，可能并沒(méi)有達(dá)到陰離子的最大配位數(shù)當(dāng)pH值增大時(shí)，游離的陰離子濃度相應(yīng)增大，使得可能生成高配位效的化合物 113l如磺基水楊酸與Fe3+的顯色反應(yīng)，在不同酸度下，可能生成1:1、1:2和1:3三種顏色不同的絡(luò)合物，因此在用這類反應(yīng)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，控制溶液的pH至關(guān)重要lpH值范圍 絡(luò)合物組成 顏 色 1.84 Fe(C7H4O3)+ 紫紅色 48 Fe(C7H4O3)2- 棕褐色 811.5 Fe(C7H4O3)33-黃色 114l一種金屬離子與某種顯色劑反應(yīng)的適宜酸度范圍，是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的l確定的方法是固定待測(cè)組分及顯色劑濃度，改變?nèi)芤簆H值，測(cè)定其吸光度

37、作出吸光度與pH關(guān)系曲線，如圖所示選擇曲線平坦部分對(duì)應(yīng)的pH值作為測(cè)定條件 115l顯色反應(yīng)一般在室溫下進(jìn)行，有的反應(yīng)則需要加熱，以加速顯色反應(yīng)進(jìn)行完全有的有色物質(zhì)當(dāng)溫度偏高時(shí)又容易分解為此，對(duì)不同的反應(yīng)，應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出各自適宜的溫度范圍116l大多數(shù)顯色反應(yīng)需要經(jīng)一定的時(shí)間，才能完成時(shí)間的長(zhǎng)短又與溫度的高低有關(guān)有的有色物質(zhì)在放置時(shí)，受到空氣的氧化或發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，會(huì)使顏色減弱因此必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)，作出在一定溫度下(一般是室溫下)的吸光度時(shí)間關(guān)系曲線，求出適宜的顯色時(shí)間 117l光度分析中，體系內(nèi)存在的干擾物質(zhì)的影響有以下幾種情況：1)共存離子如本身有顏色，或與顯色劑作用生成有色化合物，在測(cè)定條件

38、下也吸收；2)在顯色條件下，干擾物質(zhì)水解，析出沉淀使溶液混濁，致使吸光度的測(cè)定無(wú)法進(jìn)行；3)與待測(cè)離子或顯色劑形成更穩(wěn)定的絡(luò)合物，使顯色反應(yīng)不能進(jìn)行完全都將干擾測(cè)定 118l (1)加入絡(luò)合掩蔽劑或氧化還原掩蔽劑，使干擾離子生成無(wú)色絡(luò)合物或無(wú)色離子l(2)選擇適當(dāng)?shù)娘@色條件以避免干擾l(3) 利用校正系數(shù)l(4) 利用參比溶液消除顯色劑和某些共存有色離子的干擾l(5)選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)l(6)分離干擾離子1191 無(wú)機(jī)顯色劑l無(wú)機(jī)顯色劑在光度分析中應(yīng)用不多，這主要是因?yàn)樯傻慕j(luò)物不夠穩(wěn)定，靈敏度和選擇性也不高目前，應(yīng)用較多的僅有硫氰酸鹽、鉬酸銨和過(guò)氧化氫等下表列出了它們的些應(yīng)用 120121l大多

39、數(shù)有機(jī)顯色劑常與金屬離子生成穩(wěn)定的螯合物，顯色反應(yīng)的選擇性和靈敏度都較高有些有色螯合物易溶于有機(jī)溶劑，故可進(jìn)行萃取光度法，進(jìn)一步提高測(cè)定的靈敏度和選擇性 l它廣泛應(yīng)用于吸光光度分析中正是由于有機(jī)顯色劑的研制和應(yīng)用，推動(dòng)了吸光光度分析法的應(yīng)用和發(fā)展l目前研制高靈敏度和高選擇性的顯色劑仍然是吸光光度法研究中的重要課題 122l有機(jī)顯色劑及其產(chǎn)物的顏色與它們的分子結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系根據(jù)實(shí)踐得知分子中含有一個(gè)或一個(gè)以上的某些不飽和基團(tuán)(共軛體系)的有機(jī)化合物，往往是有顏色的，這些基團(tuán)稱為發(fā)色團(tuán)(或生色團(tuán))l 有機(jī)顯色劑中一般都含有生色團(tuán)和助色團(tuán) 123l生色團(tuán)有機(jī)化合物分子中的不飽和鍵基團(tuán)，能吸收波長(zhǎng)大于

40、200nm的光這種基團(tuán)稱為廣義的生色團(tuán)例如，偶氮基(一N=N一)、羰基(C=O)、硫碳基(C=S)、亞硝基(一N=O)等 124l助色團(tuán)某些含有弧對(duì)電子的基團(tuán)，雖然本身沒(méi)有顏色，但它們的存在卻會(huì)影響有機(jī)試劑及其與金屬離子的反應(yīng)產(chǎn)物的顏色，這些基因稱為助色團(tuán) l助色團(tuán)與生色團(tuán)上的不飽和鍵相互作用，可以影響有機(jī)化合物對(duì)光的吸收，使顏色加深例如，胺基(-NH2、RNH-或R2N-)、羥基(-OH)、巰基(-SH)、-Cl-、-Br-等 125l凡含有偶氮結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，都是帶色的物質(zhì) l當(dāng)偶氮基兩端與芳烴碳原子相連，而且在其鄰位上有一定的絡(luò)合基團(tuán)(-OH， -AsO3H2、-COOH，-N)時(shí)，此

41、類化合物在一定的條件下就能與某些金屬離子作用，改變生色團(tuán)的電子云結(jié)構(gòu)，使顏色發(fā)生明顯的變化 126l 根據(jù)連接在偶氮基兩邊的芳香基團(tuán)以及結(jié)合基團(tuán)的不同，可得到一類品種繁多的顯色劑 l偶氮類顯色劑具有性質(zhì)穩(wěn)定、顯色反應(yīng)靈敏度高、選擇性好、對(duì)比度大等優(yōu)點(diǎn)，所以是目前應(yīng)用最廣泛的一類顯色劑其中以偶氮胂III、PAR等最為突出 127l吸收光譜法是測(cè)量微量組分的一種很好的方法，也能用于常量組分和多組分的測(cè)定，同時(shí)分光光度法還廣泛應(yīng)用于化學(xué)平衡的研究，以及有機(jī)物結(jié)構(gòu)的測(cè)定等等 128l特點(diǎn)）應(yīng)用廣泛 ）靈敏度高 ）好的準(zhǔn)確度 ）選擇性較好 ）儀器設(shè)備比較簡(jiǎn)單，容易推廣應(yīng)用，采用現(xiàn)代儀器，測(cè)定容易掌握且快

42、速 129l單組份定量方法l1) 標(biāo)準(zhǔn)曲線法l2) 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比法：是標(biāo)準(zhǔn)曲線法的簡(jiǎn)化，即只配制一個(gè)濃度為Cs的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并測(cè)量其吸光度，求出吸收系數(shù)k，然后由Ax=kcx求出cx該法只有在測(cè)定濃度范圍內(nèi)遵守L-B定律，且Cx與Cs大致相當(dāng)時(shí)，才可得到準(zhǔn)確結(jié)果130l吸光度具有加和性溶液中含有數(shù)種吸光物質(zhì)，則在給定波長(zhǎng)處總吸光度等于各個(gè)成分吸光度的總和 l對(duì)于含多組分的溶液，在各組分的吸收光譜互不干擾時(shí)，可以不經(jīng)分離，在各自最大吸收波長(zhǎng)處進(jìn)行測(cè)定，與單組分測(cè)定的情形相同 131l各組份相互重疊示例132lCr2O72-的最大吸收波長(zhǎng)為350nm, MnO42-的最大吸收波長(zhǎng)為525nm，設(shè)在350

43、nm(1)和525nm(2)所測(cè)得的和的吸光度分別為 Mn)(MnCr)(Cr)(111bcbcAMn)(MnCr)(Cr)(222bcbcA則解這個(gè)聯(lián)立方程式，即可求得兩種組分的含量 133l適用于較高含量組份的測(cè)定l 示差分光光度法采用一個(gè)比被測(cè)溶液濃度稍低的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參比溶液，以代替一般分光光度法所使用的參比溶液 134l三束同一波長(zhǎng)、相同強(qiáng)度的光，投射到三個(gè)完全相同的吸收池上三個(gè)吸收池中各裝有純?nèi)軇馕镔|(zhì)濃度為cs的標(biāo)準(zhǔn)溶液和濃度為cx的未知溶液將透過(guò)溶液以后的光的強(qiáng)度同透過(guò)溶劑的光的強(qiáng)度相比較，則以溶劑為參比溶液時(shí)比爾定律表示為135l而濃度為cs和cx兩個(gè)溶液透過(guò)光強(qiáng)度之比為

44、sabcsII100 xabcxII100sxabcabcIIII101000sx136cabIIAxsf lg式中Af為濃度為cs的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液時(shí)，溶液cx的表觀吸光度上式表明在符合比爾定律的濃度范圍內(nèi)，示差分光光度法所讀取的表觀吸光度Af同濃度差c成正比，這就是示差法的基本原理 137l式中Tf為被測(cè)溶液以標(biāo)準(zhǔn)溶液cs為參比時(shí)的表觀透光率，Ts是標(biāo)準(zhǔn)溶液的透光率)lg(434. 0sfffTTTTcc138參比溶液的透光率Ts越小越好但參比溶液越濃，Ts越小，透過(guò)溶液作用于檢測(cè)器的光的強(qiáng)度越弱只有當(dāng)儀器有足夠靈敏度時(shí)才能將透光率讀數(shù)調(diào)節(jié)到滿刻度（Ts100 %），因此參比溶液的濃度，

45、受儀器靈敏度的限制139l導(dǎo)數(shù)光譜法是解決干擾物質(zhì)與被測(cè)物質(zhì)的吸收光譜重疊，消除膠體和懸浮物散射影響和背景吸收，提高光譜分辨率的一種技術(shù) l比爾定律：II0exp(-bc)對(duì)波長(zhǎng)求一階導(dǎo)數(shù))exp(dd)exp(dddd00bcbcIbcII140l通過(guò)儀器自動(dòng)控制狹縫或通過(guò)放大的自動(dòng)電路調(diào)節(jié)，使I0在整個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)保持恒定，即使dI0d0，則ddddIbcI這時(shí)導(dǎo)數(shù)信號(hào)與濃度成正比，測(cè)定的靈敏度與dd有關(guān)141同樣，對(duì)波長(zhǎng)求二階和三階導(dǎo)數(shù)，得2222222dd)dd(ddIbccIbI33222233333dddddd3)dd(ddIbcbcIbI當(dāng)dd0時(shí)，上兩式變?yōu)?222ddddIbc

46、I3333ddddIbcI此時(shí)二階和三階導(dǎo)數(shù)信號(hào)與濃度成正比，測(cè)定的靈敏度分別與d2d2和d3d3有關(guān)142 圖3-36為物質(zhì)的吸收光譜(零階導(dǎo)數(shù)光譜)和它的14階導(dǎo)數(shù)光譜圖由圖可見(jiàn)，隨著導(dǎo)數(shù)的階次增加，譜帶變得更加尖銳，分辨率提高143l分光光度法是研究絡(luò)合物組成和測(cè)定不穩(wěn)定常數(shù)的十分有效的方法它的優(yōu)點(diǎn)是進(jìn)行吸光度測(cè)量時(shí)，體系的平衡狀態(tài)不受干擾 l量比法、斜率比法、連續(xù)變化法和平衡移動(dòng)法 l吸光度的測(cè)定多采用單波長(zhǎng)分光光度計(jì) 144l這種方法是固定金屬離子M的濃度，改變絡(luò)合劑L的濃度，得到LM一系列比值不同的溶液，配制相應(yīng)的參比溶液，在選定的波長(zhǎng)處測(cè)量吸光度如果在這一波長(zhǎng)絡(luò)合物有吸收而絡(luò)合劑

47、和金屬離子沒(méi)有吸收，則吸光度與溶液中的絡(luò)離子濃度成正比，以吸光度A為縱坐標(biāo)，LM為橫坐標(biāo)作圖（圖3-38） 145l當(dāng)cL/cMn，金屬離子幾乎全部生成絡(luò)合物MLn，吸光度不再改變，兩條直線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)cL/cM比值若為n，則絡(luò)合物的絡(luò)合比為1:n146147l利用圖上“計(jì)量點(diǎn)”附近曲線彎曲的程度，可以用來(lái)計(jì)算絡(luò)合物的不穩(wěn)定常數(shù)l對(duì)于1:1的絡(luò)合物的曲線可分析如下： 溶液中M的總濃度為c，則在“計(jì)量點(diǎn)”時(shí)，L的總濃度也是c，這時(shí)溶液的吸光度為A當(dāng)L大量存在時(shí)，M應(yīng)全部形成ML，這時(shí)的吸光度可從圖3-38中找到，以Am表示，則 148cAAMLmM = L = c ML = c (1 A

48、/Am)cAAAAm2m/)/(1 K不穩(wěn)149l在保持溶液中 cM+cR=c(定值)的前提下，改 變cM與cR的相對(duì)比例，制備一 系列溶液，以各自的空白溶液作參 比，在絡(luò)合物的最大吸收波長(zhǎng)下， 測(cè)量它們的吸光度，以吸光度為縱坐標(biāo)，以cM/cf為橫坐標(biāo)，由作圖法求得絡(luò)合比 圖中的曲線，是由一組實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)繪成的將曲線兩邊的直線部分延長(zhǎng)，相交于B點(diǎn)，B點(diǎn)處的f 值恰為0.5表示M與R的絡(luò)合比 為1:1 150l從圖中可以看出當(dāng)形成1：1絡(luò)合物時(shí)，若當(dāng)它全部以MR形 式存在時(shí)，則應(yīng)該具有B點(diǎn)處的吸光度A 實(shí)際上它們僅具有B，處的吸光度A基原因是絡(luò)合物有部分離解 151l根據(jù)A與A差別可求得絡(luò)合物的離

49、解度a為：a=(A-A)/Al絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)為：21 caaRMMRK穩(wěn)152l光度測(cè)量可用于確定滴定的終點(diǎn)光度滴定通常都是用經(jīng)過(guò)改裝的在光路中可插入滴定容器的分光光度計(jì)或光電比色計(jì)來(lái)進(jìn) 行的測(cè)定滴定過(guò)程中溶液的吸光度，并繪制滴定劑體積和對(duì)應(yīng) 的吸光度的曲線，根據(jù)滴定曲線就可確定滴定終點(diǎn)153l用光度法以0.1mol/LEDTA溶液滴定100ml 0.02mol/L Bi3+和Cu2+溶液的滴定曲線(所用波長(zhǎng)為745nm)1541有機(jī)化合物的吸收特性(1)幾個(gè)概念生色團(tuán)從廣義來(lái)說(shuō)，所謂生色團(tuán)，是指分子中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團(tuán)但是，人們通常將能吸收紫外、可見(jiàn)光的原子團(tuán)或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定

50、義為生色團(tuán)凡是在飽和碳?xì)浠衔镏校胍粋€(gè)原子基團(tuán)，而它能使該化合物在2001000nm波長(zhǎng)的光譜區(qū)內(nèi)產(chǎn)生吸收帶，這種基團(tuán)叫做生色團(tuán)，生色團(tuán)都是具有軌道的原子團(tuán) 155生色團(tuán)溶劑/nmmax躍遷類型烯正庚烷17713000*炔正庚烷17810000*羧基乙醇20441n*酰胺基水21460n*羰基正己烷1861000n*， n*偶氮基乙醇339，665150000n*，硝基異辛酯28022n*亞硝基乙醚300，665100n*硝酸酯二氧雜環(huán)己烷27012n*156主要的生色團(tuán)有-C=O，-N=N-，-N=O等 助色團(tuán) 助色團(tuán)是指帶有非鍵電子對(duì)的基團(tuán)，如-OH、 -OR、 -NHR、-SH、-C

51、l、-Br、-I等，它們本身不能吸收大于200nm的光，但是當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時(shí)（與具有軌道的生色團(tuán)相結(jié)合 ），會(huì)使生色團(tuán)的吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，并且增加其吸光度157紅移與藍(lán)移（紫移）紅移與藍(lán)移（紫移） 某些有機(jī)化合物經(jīng)取代反應(yīng)引入含有未共享電子對(duì)的基團(tuán)（ -OH、 -OR、 -NH2、-SH 、-Cl、-Br、-SR、- NR2 ）之后，吸收峰的波長(zhǎng)將向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，這種效應(yīng)稱為紅移效應(yīng)這種會(huì)使某化合物的最大吸收波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的基團(tuán)稱為向紅基團(tuán)158l那么影響紅移或藍(lán)移的因素有哪些呢？l共軛體系的存在-紅移如CH2=CH2的-*躍遷，max=165200nm;而1,3-丁二烯，max=

52、217nml異構(gòu)現(xiàn)象：使異構(gòu)物光譜出現(xiàn)差異如CH3CHO含水化合物有兩種可能的結(jié)構(gòu)：CH3CHO-H2O及CH3CH(OH)2; 在已烷中，max=290nm,表明有醛基存在，結(jié)構(gòu)為前者；而在水溶液中，此峰消失，結(jié)構(gòu)為后者159l空間異構(gòu)效應(yīng)-紅移 如CH3I-258nm, CH2I2-289nm, CHI3-349nml基團(tuán)取代 如苯環(huán)或烯烴上的H被各種取代基取代，多產(chǎn)生紅移lpH值 苯酚在酸性或中性水溶液中，有210.5nm及270nm兩個(gè)吸收帶；而在堿性溶液中，則分別紅移到235nm和 287nm.160l溶劑的影響l隨溶劑極性增加，吸收光譜變得平滑，精細(xì)結(jié)構(gòu)消失；l可以改變max位置(

53、由n-*躍遷產(chǎn)生的吸收峰，隨溶劑極性增加，形成H鍵的能力增加，發(fā)生藍(lán)移；由-*躍遷產(chǎn)生的吸收峰，隨溶劑極收增加，發(fā)生紅移)161圖圖3-41 分子的電子能級(jí)躍遷形式分子的電子能級(jí)躍遷形式 162 在紫外和可見(jiàn)光譜區(qū)范圍內(nèi)，有機(jī)化合物的吸收帶主要由*、*、n*、n*及電荷遷移躍遷產(chǎn)生無(wú)機(jī)化合物的吸收帶主要由電荷遷移和配位場(chǎng)躍遷（即d-d躍遷和f-f躍遷）產(chǎn)生 163l由于電子躍遷的類型不同，實(shí)現(xiàn)躍遷需要的能量不同，因此吸收光的波長(zhǎng)范圍也不相同其中*躍遷所需能量最大，n*及配位場(chǎng)躍遷所需能量最小，因此，它們的吸收帶分別落在遠(yuǎn)紫外和可見(jiàn)光區(qū)從圖中 可知，*（電荷遷移）躍遷產(chǎn)生的譜帶強(qiáng)度最大，*、n*

54、、n*躍遷產(chǎn)生的譜帶強(qiáng)度次之，配位躍遷的譜帶強(qiáng)度最小164a)躍遷類型躍遷類型 基態(tài)有機(jī)化合物的價(jià)電子包括成鍵電子、成鍵電子和非鍵電子（以n表示）分子的空軌道包括反鍵 *軌道和反鍵*軌道，因此，可能的躍遷為*、*、n* n*等 (i)*躍遷 它需要的能量較高，一般發(fā)生在真空紫外光區(qū)飽和烴中的-C-C-鍵屬于這類躍遷，例如乙烷的最大吸收波長(zhǎng)max為135nm165(ii)n*躍遷 實(shí)現(xiàn)這類躍遷所需要的能量較高，其吸收光譜落于遠(yuǎn)紫外光區(qū)和近紫外光區(qū)，如CH3OH和CH3NH2的n*躍遷光譜分別為183nm和213nm(iii)*躍遷 它需要的能量低于*躍遷，吸收峰一般處于近紫外光區(qū)，在200 nm

55、左右，其特征是摩爾吸光系數(shù)大，一般max104，為強(qiáng)吸收帶如乙烯（蒸氣）的最大吸收波長(zhǎng)max為162 nm166(iv)n*躍遷 這類躍遷發(fā)生在近紫外光區(qū)它是簡(jiǎn)單的生色團(tuán)如羰基、硝基等中的孤對(duì)電子向反鍵軌道躍遷其特點(diǎn)是譜帶強(qiáng)度弱，摩爾吸光系數(shù)小，通常小于100，屬于禁阻躍遷 (v)電荷遷移躍遷 所謂電荷遷移躍遷是指用電磁輻射照射化合物時(shí)，電子從給予體向與接受體相聯(lián)系的軌道上躍遷因此，電荷遷移躍遷實(shí)質(zhì)是一個(gè)內(nèi)氧化還原的過(guò)程，而相應(yīng)的吸收光譜稱為電荷遷移吸收光譜167b)有機(jī)化合物紫外有機(jī)化合物紫外-可見(jiàn)吸收光譜可見(jiàn)吸收光譜1)飽和烴及其取代衍生物飽和烴及其取代衍生物 飽和烴類分子中只含有鍵，因此

56、只能產(chǎn)生*躍遷，即電子從成鍵軌道（ ）躍遷到反鍵軌道（ *）飽和烴的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、可見(jiàn)分光光度計(jì)的測(cè)量范圍168 飽和烴的取代衍生物如鹵代烴，其鹵素原子上存在n電子，可產(chǎn)生n* 的躍遷 n* 的能量低于*例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n* 躍遷分別出現(xiàn)在173、204和258nm處這些數(shù)據(jù)不僅說(shuō)明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相應(yīng)的吸收波長(zhǎng)發(fā)生了紅移，而且顯示了助色團(tuán)的助色作用 直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析這些化合物的實(shí)用價(jià)值不大但它們是測(cè)定紫外和（或）可見(jiàn)吸收光譜的良好溶劑169 2)不飽和烴及共軛烯烴不飽和烴及共軛烯烴 在不飽和烴類分子中，除含有

57、鍵外，還含有鍵，它們可以產(chǎn)生*和*兩種躍遷 *躍遷的能量小于 *躍遷例如，在乙烯分子中， *躍遷最大吸收波長(zhǎng)為180nm 在不飽和烴類分子中，當(dāng)有兩個(gè)以上的雙鍵共軛時(shí)，隨著共軛系統(tǒng)的延長(zhǎng)， *躍遷的吸收帶 將明顯向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，吸收強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)在共軛體系中， *躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶170化合物溶劑max/nmmax1,3-丁二烯己烷21721，0001,3,5-己二烯異辛烷26843，0001,3,5,7-辛四烯 環(huán)己烷3041,3,5,7,9-癸四烯異辛烷334121，0001,3,5,7,9,11-十 二烷基六烯異辛烷364138，0001713)羰基化合物羰基化合物 羰基化合物含

58、有C=O基團(tuán) C=O基團(tuán)主要可產(chǎn)生*、 n* 、n*三個(gè)吸收帶， n*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)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這類物質(zhì)與羧酸及羧酸的衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異，因此它們n*吸收帶的光區(qū)稍有不同172l羧酸及羧酸的衍生物雖然也有n*吸收帶，但是， 羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接連結(jié)含有未共用電子對(duì)的助色團(tuán)，如-OH、-Cl、-OR等，由于這些助色團(tuán)上的n電子與羰基雙鍵的電子產(chǎn)生n共軛，導(dǎo)致*軌道的能級(jí)有所提高，但這種共軛作用并不能改變n軌道的能級(jí)，因此實(shí)現(xiàn)n* 躍遷所需的能量變大，使n*吸收帶藍(lán)移至210nm左右1734)苯及其衍生物苯及

59、其衍生物 苯有三個(gè)吸收帶，它們都是由*躍遷引起的E1帶出現(xiàn)在180nm（MAX = 60,000）； E2帶出現(xiàn)在204nm（ MAX = 8,000 ）；B帶出現(xiàn)在255nm （MAX = 200）在氣態(tài)或非極性溶劑中，苯及其許多同系物的B譜帶有許多的精細(xì)結(jié)構(gòu)，這是由于振動(dòng)躍遷在基態(tài)電子上的躍遷上的疊加而引起的在極性溶劑中，這些精細(xì)結(jié)構(gòu)消失當(dāng)苯環(huán)上有取代基時(shí)，苯的三個(gè)特征譜帶都會(huì)發(fā)生顯著的變化，其中影響較大的是E2帶和B譜帶174175 產(chǎn)生無(wú)機(jī)化合物紫外、可見(jiàn)吸收光譜的電子躍遷形式，一般分為兩大類：電荷遷移躍遷和配位場(chǎng)躍遷（一）電荷遷移躍遷（一）電荷遷移躍遷 無(wú)機(jī)配合物有電荷遷移躍遷產(chǎn)生的

60、電荷遷移吸收光譜176l 在配合物的中心離子和配位體中，當(dāng)一個(gè)電子由配體的軌道躍遷到與中心離子相關(guān)的軌道上時(shí)，可產(chǎn)生電荷遷移吸收光譜 不少過(guò)渡金屬離子與含生色團(tuán)的試劑反應(yīng)所生成的配合物以及許多水合無(wú)機(jī)離子，均可產(chǎn)生電荷遷移躍遷 此外，一些具有d10電子結(jié)構(gòu)的過(guò)渡元素形成的鹵化物及硫化物，如AgBr、HgS等，也是由于這類躍遷而產(chǎn)生顏色 電荷遷移吸收光譜出現(xiàn)的波長(zhǎng)位置，取決于電子給予體和電子接受體相應(yīng)電子軌道的能量差177（二）配位場(chǎng)躍遷（二）配位場(chǎng)躍遷 配位場(chǎng)躍遷包括d - d 躍遷和f - f 躍遷元素周期表中第四、五周期的過(guò)度金屬元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系元素分別含有4f和5f