第十三章 分光光度法2016.10基礎(chǔ)化學(xué)

1、第十三章第十三章可見分光光度法和紫外分光光度法可見分光光度法和紫外分光光度法 1.光的性質(zhì)及物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收光的性質(zhì)及物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收(了解了解)2. 分光光度法的基本原理分光光度法的基本原理, Lambert-Beer 定律及定律及有關(guān)計(jì)算有關(guān)計(jì)算(掌握掌握)3. 分光光度計(jì)的基本構(gòu)造分光光度計(jì)的基本構(gòu)造, 熟悉標(biāo)準(zhǔn)曲線法熟悉標(biāo)準(zhǔn)曲線法(了解了解)4. 提高測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度的方法提高測(cè)量靈敏度和準(zhǔn)確度的方法(了解了解)5. 紫外分光光光法的一般概念紫外分光光光法的一般概念(了解了解) 本章內(nèi)容本章內(nèi)容分光光度法的基本原理及分光光度法的基本原理及Lambert-Beer 定律定律可見

2、分光光光法的測(cè)量方法。可見分光光光法的測(cè)量方法。-重點(diǎn)重點(diǎn)分光光度法分光光度法（spectrophotometry) 定義：根據(jù)物質(zhì)的定義：根據(jù)物質(zhì)的吸收光譜吸收光譜及及光的吸收定律光的吸收定律對(duì)物對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性、定量質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析分析的一種的一種方法方法原理：原理： 吸收光譜吸收光譜 物質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部特征物質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部特征定量分析：確定某一成份或某一化合物定量分析：確定某一成份或某一化合物存在多少存在多少定性分析：確定某一成份某一化合物定性分析：確定某一成份某一化合物是否存在是否存在分光光度法的分類分光光度法的分類光源波長范圍光源波長范圍( nm) 類型類型 380780 可見分光光度法

3、可見分光光度法200380 紫外分光光度法紫外分光光度法 7803105 紅外分光光度法紅外分光光度法分光光度法特點(diǎn)：分光光度法特點(diǎn)： 靈敏度高靈敏度高: 10-510-6mol/L最低濃度最低濃度 準(zhǔn)確度較高準(zhǔn)確度較高 操作簡(jiǎn)便、快速操作簡(jiǎn)便、快速 應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛分光光度法的應(yīng)用分光光度法的應(yīng)用例：阿司匹林（乙酰水楊酸）片劑中水楊例：阿司匹林（乙酰水楊酸）片劑中水楊酸的鑒別酸的鑒別 阿司匹林易吸收空氣中的水份而水解產(chǎn)生阿司匹林易吸收空氣中的水份而水解產(chǎn)生水楊酸，而水楊酸容易刺激胃。國家藥監(jiān)局規(guī)水楊酸，而水楊酸容易刺激胃。國家藥監(jiān)局規(guī)定：水楊酸的含量定：水楊酸的含量 0.10.1紫外分光光度

4、法，在紫外分光光度法，在max=312nm 處進(jìn)行處進(jìn)行測(cè)定測(cè)定例例2： 紫外分光光度法廣泛用于生物試樣中紫外分光光度法廣泛用于生物試樣中蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)（max=280 nm ），），核酸核酸的純度分析的純度分析（max=260 nm ）例例3： 食品食品(果醬果醬、果汁果汁、肉制品肉制品)中苯甲酸鹽中苯甲酸鹽、山梨酸鹽含量的測(cè)定山梨酸鹽含量的測(cè)定 山梨酸鹽等常用作山梨酸鹽等常用作食品添加劑食品添加劑以抑制酵母和霉菌以抑制酵母和霉菌的生長的生長,食品工業(yè)上對(duì)其用量一般有嚴(yán)格限定食品工業(yè)上對(duì)其用量一般有嚴(yán)格限定(如：果如：果醬醬 0.1 ) 苯甲酸鹽的石油醚溶液苯甲酸鹽的石油醚溶液(max=225

5、 nm )處有最大處有最大吸收峰；山梨酸鹽的石油醚溶（吸收峰；山梨酸鹽的石油醚溶（max=250nm ）處有）處有最大吸收峰。最大吸收峰。 第一節(jié)第一節(jié) 物質(zhì)的吸收光譜物質(zhì)的吸收光譜1、光的基本性質(zhì)、光的基本性質(zhì)光是一種電磁波，具有波光是一種電磁波，具有波 粒二象性。粒二象性。 光的波長（光的波長（）、頻率（）、頻率（）與速度（）與速度（c）的關(guān)系如下：的關(guān)系如下： E=h=h c/ c 波長短，能量大，穿透力強(qiáng)；波長長，波長短，能量大，穿透力強(qiáng)；波長長，能量小，穿透力弱。能量小，穿透力弱。一、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收一、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收 2. 物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收物質(zhì)對(duì)光

6、的吸收具有選擇性物質(zhì)對(duì)光的吸收具有選擇性例：石英例：石英 可見光可見光 幾乎不吸收幾乎不吸收 光學(xué)光學(xué)：物質(zhì)對(duì)光的吸收是物質(zhì)的普遍性質(zhì)物質(zhì)對(duì)光的吸收是物質(zhì)的普遍性質(zhì) 紅外光紅外光 強(qiáng)烈吸收強(qiáng)烈吸收 物質(zhì)對(duì)光的吸收是物質(zhì)物質(zhì)對(duì)光的吸收是物質(zhì)(分子、原子、離子分子、原子、離子等等)與輻射能相互作用的一種形式，只有當(dāng)入射與輻射能相互作用的一種形式，只有當(dāng)入射光的光的能量能量同吸光物質(zhì)的同吸光物質(zhì)的基態(tài)基態(tài)和和激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)能量差能量差相相等時(shí)才會(huì)被吸收等時(shí)才會(huì)被吸收物質(zhì)對(duì)光的吸收物質(zhì)對(duì)光的吸收： E = 光子能量光子能量(h) M (基態(tài)基態(tài)) + h M (激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)) 2. 物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收

7、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收 物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色與光有著密切的關(guān)系，不同物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色與光有著密切的關(guān)系，不同波長的可見光可使眼睛感覺到不同的顏色。波長的可見光可使眼睛感覺到不同的顏色?？梢姽饪梢姽飧鞣N顏色光有波長范圍各種顏色光有波長范圍紫外紫外紫紫 藍(lán)藍(lán) 青青 綠綠黃黃 橙橙紅紅紅外紅外400450 480 500560 600650760800nm3.3.物質(zhì)顏色與吸收光的關(guān)系物質(zhì)顏色與吸收光的關(guān)系單色光：具有單一波長的光單色光：具有單一波長的光復(fù)合光：由不同波長光組成的光復(fù)合光：由不同波長光組成的光白光（日光、白熾燈光等）：由不同顏色的白光（日光、白熾燈光等）：由不同顏色的 光按一定強(qiáng)度比例混合而成

8、光按一定強(qiáng)度比例混合而成互補(bǔ)色光：兩種顏色的光按適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度互補(bǔ)色光：兩種顏色的光按適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度比例混合可成白光，則這兩種光互稱為比例混合可成白光，則這兩種光互稱為三個(gè)概念三個(gè)概念物質(zhì)對(duì)光的吸收物質(zhì)對(duì)光的吸收有選擇性有選擇性 溶液對(duì)溶液對(duì)各種色光各種色光不吸收不吸收全吸收全吸收 溶液溶液的顏色的顏色 溶液選擇吸收了某種顏色的光，則溶液選擇吸收了某種顏色的光，則溶液呈現(xiàn)吸收光的溶液呈現(xiàn)吸收光的互補(bǔ)色光互補(bǔ)色光的的顏色顏色無色透明無色透明 黑色黑色圖示： CuSO4溶液呈藍(lán)色溶液呈藍(lán)色復(fù)合光復(fù)合光 黃色光被吸收黃色光被吸收 溶液呈藍(lán)色溶液呈藍(lán)色 硫酸銅溶液硫酸銅溶液 紅紅橙橙黃黃綠綠青青青藍(lán)青藍(lán)藍(lán)藍(lán)紫

9、紫對(duì)角上的顏色對(duì)角上的顏色 稱為稱為互補(bǔ)色光互補(bǔ)色光物質(zhì)的顏色與物質(zhì)的顏色與 吸收光顏色為吸收光顏色為 互補(bǔ)色光互補(bǔ)色光 物質(zhì)顏色與吸收光顏色的關(guān)系物質(zhì)顏色與吸收光顏色的關(guān)系白光白光物質(zhì)的顏色和其吸收光顏色的關(guān)系物質(zhì)的顏色和其吸收光顏色的關(guān)系物質(zhì)的顏色物質(zhì)的顏色吸收光吸收光顏色顏色黃綠黃綠黃黃橙橙紅紅紫紅紫紅紫紫藍(lán)藍(lán)綠藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠藍(lán)綠黃綠黃綠黃黃橙橙紅紅紫紫藍(lán)藍(lán)綠藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠藍(lán)綠綠綠/nm400450450480480490490500500560560580580600600650650760吸收光譜吸收光譜(吸收曲線吸收曲線) ( absorption spectrum)圖圖12-3 不同波長

10、不同波長KMnO4溶液吸收光譜溶液吸收光譜 當(dāng)濃度改變時(shí)當(dāng)濃度改變時(shí)max位置不變位置不變 (525nm)物質(zhì)種類物質(zhì)種類 max A C 0.20.40.60.8400450500波長波長55060065020mgL 40mgL 60mgLnmA二、物質(zhì)的吸收光譜二、物質(zhì)的吸收光譜 ？定性分析：定性分析：由于不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，因此，吸由于不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同，因此，吸 收的紫外光收的紫外光波長波長也不同，利用這一也不同，利用這一 性質(zhì)可以性質(zhì)可以鑒別鑒別物質(zhì)。物質(zhì)。定量測(cè)定：定量測(cè)定：同一物質(zhì)的稀溶液，濃度大的吸光度同一物質(zhì)的稀溶液，濃度大的吸光度 的值較大，反之則較小，利用這一性的值較大，反之

11、則較小，利用這一性 質(zhì)可進(jìn)行定量測(cè)定。質(zhì)可進(jìn)行定量測(cè)定。max是定性分析的依據(jù)是定性分析的依據(jù) A 是定量分析的依據(jù)是定量分析的依據(jù)第二節(jié)第二節(jié) 分光光度法基本原理分光光度法基本原理一、透光率和吸光度一、透光率和吸光度圖圖13-3 光通過溶液的情況光通過溶液的情況I0ItbI0 = Ia + It + IrI0 = Ia + ItIrIaT ItI0T:透光度透光度(transmittance) 或百分透光率或百分透光率( T%) A:吸光度吸光度 (absorbance) A= -lgT = lgI0It二、朗伯二、朗伯-比爾定律（光吸收定律）比爾定律（光吸收定律） Lambert-Beer

12、定律定律I0ItbLambert定律定律：A= k1bA=bcBeer定律定律： A= k2c Lambert-Beer定律定律： T= 10-bcA= -lgT圖圖13-3 光通過溶液的情況光通過溶液的情況 公式適用范圍公式適用范圍 單色光單色光 均勻溶液均勻溶液(稀溶液稀溶液) 氣相、均相固體氣相、均相固體 可見光區(qū)，紫外、紅外區(qū)可見光區(qū)，紫外、紅外區(qū) 式中式中b的單位的單位cm c為物質(zhì)的量濃度，單位為為物質(zhì)的量濃度，單位為mol L-1 稱為摩爾吸光系數(shù)稱為摩爾吸光系數(shù) 單位單位: L mol-1cm-1A = -lgT = -lg It /I0 =bc 若用質(zhì)量濃度若用質(zhì)量濃度(g

13、L-1)代替物質(zhì)的量濃代替物質(zhì)的量濃度度c，則，則A = a b a為質(zhì)量為質(zhì)量吸光系數(shù)吸光系數(shù) 單位單位 L . g-1.cm-1 = a MBA = bc (a)：衡量吸光光度法的靈敏度：衡量吸光光度法的靈敏度 是有色物質(zhì)的是有色物質(zhì)的特征常數(shù)特征常數(shù) (或或 a )值說明：值說明：. . . .與與c、b無關(guān)無關(guān)與與 入射光波長入射光波長 物質(zhì)本性物質(zhì)本性溶劑，溫度溶劑，溫度有關(guān)有關(guān); 測(cè)定時(shí)，取測(cè)定時(shí)，取max，值最大值最大,顯色反應(yīng)最顯色反應(yīng)最靈敏（靈敏（104105） 測(cè)定使用的測(cè)定使用的值，如不特別注明，通常值，如不特別注明，通常指在指在max條件下測(cè)定的條件下測(cè)定的 化合物組成

14、不明，物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量化合物組成不明，物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量( M )不知道，物質(zhì)的量的濃度無法確定，不知道，物質(zhì)的量的濃度無法確定，無法使用摩爾吸光系數(shù)無法使用摩爾吸光系數(shù)( () ) 醫(yī)學(xué)上常用醫(yī)學(xué)上常用比吸光系數(shù)比吸光系數(shù)E1cm 1 % 符號(hào)：符號(hào)：比吸光系數(shù)比吸光系數(shù)（specific absorptivity)E1%表示表示單位：?jiǎn)挝唬簃Lg-1.cm-1 與與關(guān)系：關(guān)系：時(shí)的吸光值時(shí)的吸光值濃度濃度: 1%(gmL-1) b: 1cm1cmE1% = 101cmMB 與與 a關(guān)系：關(guān)系：a = 0.1 E1%1cm三、吸收度的加和性三、吸收度的加和性內(nèi)容內(nèi)容： 多組分體系中多組分體

15、系中(a,b,c, )，在某一波，在某一波長長()，如果各種對(duì)光有吸收的物質(zhì)之間沒有，如果各種對(duì)光有吸收的物質(zhì)之間沒有相互作用，則體系在該波長的相互作用，則體系在該波長的總吸光度總吸光度等于等于各組分吸光度之和各組分吸光度之和，即吸光度具有加和性。，即吸光度具有加和性。 表示式表示式： A總總Aa + Ab + Ac +分光光度法中分析測(cè)定混合物中各組分分光光度法中分析測(cè)定混合物中各組分的依據(jù)的依據(jù) 意義意義 四、相關(guān)計(jì)算四、相關(guān)計(jì)算1. A = -lgT = -lg It /I0 = bc2. a = a MBa =0.1E1cm 1 % E1cm 1 % E1cm 1 % = 10/ MB

16、例例1：已知：已知Fe2+ ：500gL-1 b：2 cm A：0.19 (508nm）求求?解：解：c(Fe2+) = 8.910-6molL-1A=bc50010-655.85=Abc=1.1104 (Lmol-1cm-1)= 0.19 / (28.910-6)例例13-1：教材：教材P252 已知某化合物的相對(duì)分子質(zhì)量為已知某化合物的相對(duì)分子質(zhì)量為251，將此化合物用，將此化合物用乙醇作溶劑配成濃度為乙醇作溶劑配成濃度為0.150mmolL-1的溶液，在的溶液，在480nm波波長處用長處用2.00cm吸收池測(cè)得透光率為吸收池測(cè)得透光率為39.8 ，求該化合物，求該化合物在上述條件下的在上

17、述條件下的摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)和和質(zhì)量吸光系數(shù)質(zhì)量吸光系數(shù)a ？=Abc解解:已知已知 c0.150 10-3molL-1b2.00cm，T0.398代入公式代入公式: = lg 0.398 (1.50 10-4molL-12.00cm )a =M = 1.33 103 L mol -1 cm -1據(jù)公式據(jù)公式:= 1.33 103 251= 5.30 L g-1 cm-1例例13-1：教材：教材P252 已知某化合物的相對(duì)分子質(zhì)量為已知某化合物的相對(duì)分子質(zhì)量為251，將此化合物用，將此化合物用乙醇作溶劑配成濃度為乙醇作溶劑配成濃度為0.150mmolL-1的溶液，在的溶液，在480nm波

18、波長處用長處用2.00cm吸收池測(cè)得透光率為吸收池測(cè)得透光率為39.8 ，求該化合物，求該化合物在上述條件下的在上述條件下的摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)和和質(zhì)量吸光系數(shù)質(zhì)量吸光系數(shù)a ？小結(jié)： 2. Lambert-Beer定律定律A = -lgT = -lg It /I0 = bcE1cm 1 % 三個(gè)吸光系數(shù)：三個(gè)吸光系數(shù)：a 1.物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收第三節(jié)第三節(jié) 可見可見分光光度法分光光度法 (spectrophotometry) 原理和特點(diǎn)原理和特點(diǎn)原理：根據(jù)原理：根據(jù)Lambert-Beers law白光白光單色光單色光有色溶液有色溶液 A值值求被測(cè)物含量求被測(cè)物含量一、

19、分光光度計(jì)一、分光光度計(jì)( spectrophotometer) 主要部件主要部件1、光源光源：鎢絲燈（：鎢絲燈（3203200nm） 穩(wěn)定，足夠光強(qiáng)度穩(wěn)定，足夠光強(qiáng)度2、單色器單色器：獲取單色光：獲取單色光 棱鏡或光柵棱鏡或光柵 3、吸收池吸收池：比色皿（石英、玻璃）：比色皿（石英、玻璃） 4、 檢測(cè)器檢測(cè)器： 光電管光電管5、訊號(hào)處理及顯示器訊號(hào)處理及顯示器：指針式微安表：指針式微安表圖圖13-4 (b) 混合光在棱鏡中的色散混合光在棱鏡中的色散6006002、單色器、單色器準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡棱鏡棱鏡出光狹縫出光狹縫入光狹縫入光狹縫白光白光入光狹縫入光狹縫準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡棱鏡或光柵棱鏡或光柵 色散后

20、的光色散后的光準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直鏡出光狹縫出光狹縫 轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡或光柵轉(zhuǎn)動(dòng)棱鏡或光柵 出光狹縫處獲出光狹縫處獲單色光單色光圖圖13-4 (a) 單色器示意圖單色器示意圖2、單色器、單色器4、檢測(cè)器、檢測(cè)器 ：光電管光電管兩極間加電壓，線路中產(chǎn)生電流兩極間加電壓，線路中產(chǎn)生電流光電流大小與照射光強(qiáng)度成正比光電流大小與照射光強(qiáng)度成正比 光電管工作線路示意圖光電管工作線路示意圖光光 光敏陰極光敏陰極 陰極表面放電子陰極表面放電子入射光入射光放大器放大器記錄器記錄器+-陽極陽極陰極陰極(光敏材料如氧化銫光敏材料如氧化銫)高電阻高電阻5、指示器、指示器圖圖13-5 吸光度與透光率標(biāo)尺吸光度與透光率標(biāo)尺2.0 1.00.7 0.6 0.50.40.30.2 0.15 0.10.050 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100AT(%)-721型分光