分光光度分析2

1、 分光光度法（分光光度法（spectrophotometry）是對(duì)光的選擇）是對(duì)光的選擇性吸收而建立起來(lái)的分析方法，包括性吸收而建立起來(lái)的分析方法，包括紫外紫外-可見(jiàn)分光光可見(jiàn)分光光度法度法 、紅外分光光度法、紅外分光光度法、原子吸收光譜法、目視比色、原子吸收光譜法、目視比色法及比濁法等。法及比濁法等。特點(diǎn)：特點(diǎn)：* 靈敏度較高靈敏度較高，適用于，適用于微量組分微量組分 ( (110 gL-1) )的測(cè)定；的測(cè)定；* 誤差較大誤差較大，相對(duì)誤差相對(duì)誤差達(dá)到達(dá)到25%。 一、目視比色法一、目視比色法 用眼睛觀(guān)察、比較溶液顏色深度以用眼睛觀(guān)察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法稱(chēng)為目視比色法。確

2、定物質(zhì)含量的方法稱(chēng)為目視比色法。標(biāo)準(zhǔn)系列標(biāo)準(zhǔn)系列樣品樣品KMnO4溶液溶液 通過(guò)比較溶液顏色的深淺來(lái)確定物質(zhì)含量的方法稱(chēng)為比色分析法 根據(jù)有色物質(zhì)溶液對(duì)光的吸收程度來(lái)確定該物質(zhì)的含量，這種方法稱(chēng)為可見(jiàn)光分光光度法 在光譜分析中，基于物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來(lái)的分析方法稱(chēng)為吸光光度法。依據(jù)物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)范圍光的吸收，吸光光度法可分為:紅外吸收光譜法：吸收光波長(zhǎng)范圍2.51000 m ,主要用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定。紫外吸光光度法：吸收光波長(zhǎng)范圍200400 nm（近紫外區(qū)） ，可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析?？梢?jiàn)吸光光度法：吸收光波長(zhǎng)范圍400760 nm ，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。 本章主要討

3、論可見(jiàn)吸光光度法。 目視比色法其優(yōu)點(diǎn)是儀器簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，適宜目視比色法其優(yōu)點(diǎn)是儀器簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，適宜于大批試樣的分析；靈敏度高；于大批試樣的分析；靈敏度高； 在復(fù)合光在復(fù)合光白光白光下進(jìn)行測(cè)定，故某些顯色反應(yīng)不符合朗伯下進(jìn)行測(cè)定，故某些顯色反應(yīng)不符合朗伯比爾定比爾定律時(shí)，仍可用該法進(jìn)行測(cè)定。其主要缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度律時(shí)，仍可用該法進(jìn)行測(cè)定。其主要缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度不高，標(biāo)準(zhǔn)系列不能久存，需要在測(cè)定時(shí)臨時(shí)配制。不高，標(biāo)準(zhǔn)系列不能久存，需要在測(cè)定時(shí)臨時(shí)配制。 比濁法 比濁法是利用試劑與待測(cè)組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成的少量沉淀物懸浮在溶液 中，對(duì) 光線(xiàn)具有和散射作用。 將試液與雜質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液做同樣處理，然后比較其

4、渾濁程度，從而測(cè)定化工產(chǎn)品中的微量雜質(zhì)。 比色、比濁和分光光度分析靈敏度高、應(yīng)用范圍廣泛。 特點(diǎn)： 第一，靈敏度高。 物質(zhì)的量濃度下限一般可達(dá)10- 510-6molL-1，是測(cè)定微量組分（1%0.001%）的常用方法，甚至可測(cè)定低至0.0001%0.00001%的痕量組分。 第二，準(zhǔn)確度高。 一般比色分析法的相對(duì)誤差為5%10%，分光光度法為2%5%。 第三，操作簡(jiǎn)便，測(cè)定快速 一般只經(jīng)過(guò)顯色和測(cè)定兩步就可得到分析結(jié)果。 特別是近年來(lái)，一些靈敏度高、選擇性好的顯色劑和掩蔽劑的應(yīng)用，使測(cè)定不經(jīng)分離就可進(jìn)行，大大提高了測(cè)定速度。 此外吸光光度分析所用儀器設(shè)備也不復(fù)雜，操作方便，容易掌握。 第四，

5、應(yīng)用廣泛 幾乎所有的無(wú)機(jī)離子和許多有機(jī)化合物都可以直接或間接地用比色分析法和分光光度法進(jìn)行測(cè)定，所以吸光光度分析法廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生物、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、臨床、環(huán)保等領(lǐng)域。 a光源光源 （鎢燈、氫燈）通常用（鎢燈、氫燈）通常用612 V鎢絲燈作鎢絲燈作可可 見(jiàn)光區(qū)的光源，發(fā)出的連續(xù)光譜在見(jiàn)光區(qū)的光源，發(fā)出的連續(xù)光譜在360800nm范圍內(nèi)。光源應(yīng)該穩(wěn)定，即要求電源電壓范圍內(nèi)。光源應(yīng)該穩(wěn)定，即要求電源電壓保持穩(wěn)定。為此，通常在儀器內(nèi)同時(shí)配有電源穩(wěn)保持穩(wěn)定。為此，通常在儀器內(nèi)同時(shí)配有電源穩(wěn)壓器。壓器。 b單色器單色器 單色器的作用是將光源發(fā)出的連續(xù)光單色器的作用是將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的

6、裝置。分為棱鏡和光柵。譜分解為單色光的裝置。分為棱鏡和光柵。 儀器調(diào)零 空白調(diào)白 測(cè)量試液棱鏡：棱鏡：依據(jù)不同波長(zhǎng)光通過(guò)棱鏡時(shí)折射率不同分光依據(jù)不同波長(zhǎng)光通過(guò)棱鏡時(shí)折射率不同分光單色器單色器入射狹縫入射狹縫準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直透鏡棱鏡棱鏡聚焦透鏡聚焦透鏡出射狹縫出射狹縫白光白光紅紅紫紫1 12 2800 600 500400 棱鏡棱鏡是根據(jù)光的折射原理而將復(fù)合光色散為不是根據(jù)光的折射原理而將復(fù)合光色散為不同波長(zhǎng)的單色光，然后再讓所需波長(zhǎng)的光通過(guò)一個(gè)同波長(zhǎng)的單色光，然后再讓所需波長(zhǎng)的光通過(guò)一個(gè)很窄的狹縫照射到吸收池上。它由玻璃或石英制成。很窄的狹縫照射到吸收池上。它由玻璃或石英制成。玻璃棱鏡用于可見(jiàn)光范

7、圍，石英棱鏡則在紫外和可玻璃棱鏡用于可見(jiàn)光范圍，石英棱鏡則在紫外和可見(jiàn)光范圍均可使用。見(jiàn)光范圍均可使用。光柵：光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條痕等間距條痕(600、1200、2400條條/mm )。M1M2出出射射狹狹縫縫光屏光屏透透鏡鏡平面透平面透射光柵射光柵光柵衍射示意圖光柵衍射示意圖原理原理：利用光通過(guò)光柵時(shí)利用光通過(guò)光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光分光. 光柵光柵是根據(jù)光的衍射和干涉原理將復(fù)合光色散為不是根據(jù)光的衍射和干涉原理將復(fù)合光色散為不同波長(zhǎng)的單色光，然后再讓所需波長(zhǎng)的光通過(guò)狹縫同波長(zhǎng)的單色光，然后再讓所需波

8、長(zhǎng)的光通過(guò)狹縫照射到吸收池上。它的分辨率比棱鏡大，可用的波照射到吸收池上。它的分辨率比棱鏡大，可用的波長(zhǎng)范圍也較寬。長(zhǎng)范圍也較寬。比色皿比色皿 也稱(chēng)吸收池。也稱(chēng)吸收池。 用于盛放試液的容器。它是由無(wú)色透明、耐腐用于盛放試液的容器。它是由無(wú)色透明、耐腐蝕、化學(xué)性質(zhì)相同、厚度相等的玻璃制成的，按其蝕、化學(xué)性質(zhì)相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分為厚度分為0.5 cm，1 cm，2 cm，3 cm和和5 cm。在。在可見(jiàn)光區(qū)測(cè)量吸光度時(shí)使用玻璃吸收池，紫外區(qū)則可見(jiàn)光區(qū)測(cè)量吸光度時(shí)使用玻璃吸收池，紫外區(qū)則使用石英吸收池。使用比色皿時(shí)應(yīng)注意保持清潔、使用石英吸收池。使用比色皿時(shí)應(yīng)注意保持清潔、透明，避

9、免磨損透光面。透明，避免磨損透光面。 檢測(cè)器的作用是接受從比色皿發(fā)出的透射光并檢測(cè)器的作用是接受從比色皿發(fā)出的透射光并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。分為光電管和光電倍增管。轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。分為光電管和光電倍增管。 光電管是一個(gè)真空或充有少量惰性氣體的二極光電管是一個(gè)真空或充有少量惰性氣體的二極管。陰極是金屬做成的半圓筒，內(nèi)側(cè)涂有光敏物質(zhì)，管。陰極是金屬做成的半圓筒，內(nèi)側(cè)涂有光敏物質(zhì)，陽(yáng)極為一金屬絲。光電管依其對(duì)光敏感的波長(zhǎng)范圍陽(yáng)極為一金屬絲。光電管依其對(duì)光敏感的波長(zhǎng)范圍不同分為紅敏和紫敏兩種。紅敏光電管是在陰極表不同分為紅敏和紫敏兩種。紅敏光電管是在陰極表面涂銀和氧化銫，適用波長(zhǎng)范圍為面涂銀和氧

10、化銫，適用波長(zhǎng)范圍為6251 000nm；紫敏光電管是陰極表面涂銻和銫，適用波長(zhǎng)范圍為紫敏光電管是陰極表面涂銻和銫，適用波長(zhǎng)范圍為200625nm。 光電倍增管是由光電管改進(jìn)而成的，管中有若光電倍增管是由光電管改進(jìn)而成的，管中有若干個(gè)稱(chēng)為倍增極的附加電極。因此，可使光激發(fā)的干個(gè)稱(chēng)為倍增極的附加電極。因此，可使光激發(fā)的電流得以放大，一個(gè)光子約產(chǎn)生電流得以放大，一個(gè)光子約產(chǎn)生106107個(gè)電子。個(gè)電子。它的靈敏度比光電管高它的靈敏度比光電管高200多倍。適用波長(zhǎng)范圍為多倍。適用波長(zhǎng)范圍為160700 nm。光電倍增管在現(xiàn)代的分光光度計(jì)中。光電倍增管在現(xiàn)代的分光光度計(jì)中被廣泛采用。被廣泛采用。 e顯

11、示裝置顯示裝置 顯示裝置的作用是把放大的信號(hào)以吸光度顯示裝置的作用是把放大的信號(hào)以吸光度A或透或透光率光率T的方式顯示或記錄下來(lái)。分光光度計(jì)常用的顯的方式顯示或記錄下來(lái)。分光光度計(jì)常用的顯示裝置是檢流計(jì)、微安表、數(shù)字顯示記錄儀。示裝置是檢流計(jì)、微安表、數(shù)字顯示記錄儀。 根據(jù)光吸收定律律，當(dāng)波長(zhǎng)一定的入射光通過(guò)也液層厚度一定的吸收物質(zhì)溶液時(shí)，吸收度與吸光物質(zhì)的濃度成正比，以吸光度對(duì)濃度作圖，應(yīng)得到一條直線(xiàn)。，y=bx+ac0123456780.000.050.100.150.200.250.300.35Aconcentration未知物的未知物的吸光度吸光度A未知物的未知物的濃度濃度c二、對(duì)朗伯

12、二、對(duì)朗伯比耳定律的偏離比耳定律的偏離1.非單色光引起的偏離非單色光引起的偏離abA2A1A3A4 1 2 3A正偏離正偏離負(fù)偏離負(fù)偏離Ac標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)非單色光的影響非單色光的影響三、吸光度的測(cè)量三、吸光度的測(cè)量 選擇物質(zhì)最大吸收波長(zhǎng)，選擇合適的參比溶液，用來(lái)選擇物質(zhì)最大吸收波長(zhǎng)，選擇合適的參比溶液，用來(lái)調(diào)節(jié)儀器零點(diǎn)，消除吸收池及溶劑的影響，消除干擾。調(diào)節(jié)儀器零點(diǎn)，消除吸收池及溶劑的影響，消除干擾。參比溶液選擇原則：參比溶液選擇原則： 試液與顯色劑均無(wú)色時(shí)，可用蒸餾水作參比；試液與顯色劑均無(wú)色時(shí)，可用蒸餾水作參比； 顯色劑無(wú)色，被測(cè)試液存在其它有色離子，可用不加顯色劑的被測(cè)顯色劑無(wú)色，被測(cè)

13、試液存在其它有色離子，可用不加顯色劑的被測(cè)試液為參比；試液為參比； 顯色劑有色，可不加試樣的試劑空白為參比；顯色劑有色，可不加試樣的試劑空白為參比； 顯色劑和被測(cè)離子均有色，可加掩蔽劑掩蔽被測(cè)試液為參比。顯色劑和被測(cè)離子均有色，可加掩蔽劑掩蔽被測(cè)試液為參比。一一.入射光波長(zhǎng)的選擇和標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的制作入射光波長(zhǎng)的選擇和標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的制作1.波長(zhǎng)選擇波長(zhǎng)選擇 遵守最大吸收原則。即選擇被測(cè)物質(zhì)的最大吸遵守最大吸收原則。即選擇被測(cè)物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)的光作為入射光。收波長(zhǎng)的光作為入射光。 遵守吸收最大，干擾最小的原則。遵守吸收最大，干擾最小的原則?？刂迫芤核岫瓤刂迫芤核岫燃尤胙诒蝿┘尤胙诒蝿├醚趸€原反應(yīng)利用

14、氧化還原反應(yīng)利用校正系數(shù)利用校正系數(shù)利用參比溶液利用參比溶液選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)增加顯色劑用量增加顯色劑用量采用適當(dāng)?shù)姆蛛x方法采用適當(dāng)?shù)姆蛛x方法吸收光譜曲線(xiàn)：物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下吸收光的強(qiáng)度大小吸收光譜曲線(xiàn)：物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下吸收光的強(qiáng)度大小 A關(guān)系關(guān)系最大吸收波長(zhǎng)最大吸收波長(zhǎng) max：光吸收最大處的波長(zhǎng)：光吸收最大處的波長(zhǎng)吸收光譜特點(diǎn)：吸收光譜特點(diǎn)： 1.同一物質(zhì)，濃度不同時(shí)，同一波長(zhǎng)下吸光度不同，最大吸收同一物質(zhì)，濃度不同時(shí)，同一波長(zhǎng)下吸光度不同，最大吸收 波長(zhǎng)位置和吸收光譜形狀不變。波長(zhǎng)位置和吸收光譜形狀不變。-定性分析定性分析 2. 同一物質(zhì)，在一定波長(zhǎng)下，隨著濃度的增加，吸光度增加

15、，同一物質(zhì)，在一定波長(zhǎng)下，隨著濃度的增加，吸光度增加，在最大吸收波長(zhǎng)下，吸光度最大，且隨濃度增大變化最明顯。在最大吸收波長(zhǎng)下，吸光度最大，且隨濃度增大變化最明顯。-定量分析定量分析 3. 吸光度具有加和性，可同時(shí)測(cè)定多組分。吸光度具有加和性，可同時(shí)測(cè)定多組分。 吸光光度法與目視比色法在原理上并不吸光光度法與目視比色法在原理上并不完全一樣。吸光光度法是比較有色溶液對(duì)某完全一樣。吸光光度法是比較有色溶液對(duì)某一波長(zhǎng)光的吸收情況，目視比色法則是比較一波長(zhǎng)光的吸收情況，目視比色法則是比較透過(guò)光的強(qiáng)度。例如，測(cè)定溶液中透過(guò)光的強(qiáng)度。例如，測(cè)定溶液中KMnO4的的含量時(shí)，吸光光度法測(cè)量的是含量時(shí)，吸光光度法

16、測(cè)量的是KMnO4溶液對(duì)溶液對(duì)黃綠色光的吸收情況，目視比色法則是比較黃綠色光的吸收情況，目視比色法則是比較KMnO4溶液透過(guò)紅紫色光的強(qiáng)度。溶液透過(guò)紅紫色光的強(qiáng)度。 吸光光度法的特點(diǎn)是：因入射光是純度較高的吸光光度法的特點(diǎn)是：因入射光是純度較高的單色光，故使偏離朗伯單色光，故使偏離朗伯比爾定律的情況大為減少，比爾定律的情況大為減少，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)直線(xiàn)部分的范圍更大，分析結(jié)果的準(zhǔn)確度標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)直線(xiàn)部分的范圍更大，分析結(jié)果的準(zhǔn)確度較高。較高。 因可任意選取某種波長(zhǎng)的單色光，故利用吸光因可任意選取某種波長(zhǎng)的單色光，故利用吸光度的加和性，可同時(shí)測(cè)定溶液中兩種或兩種以上的度的加和性，可同時(shí)測(cè)定溶液中兩種或兩種以

17、上的組分。由于入射光的波長(zhǎng)范圍擴(kuò)大了，許多無(wú)色物組分。由于入射光的波長(zhǎng)范圍擴(kuò)大了，許多無(wú)色物質(zhì)，只要它們?cè)谧贤饣蚣t外光區(qū)域內(nèi)有吸收峰，都質(zhì)，只要它們?cè)谧贤饣蚣t外光區(qū)域內(nèi)有吸收峰，都可以用吸光光度法進(jìn)行測(cè)定?？梢杂梦夤舛确ㄟM(jìn)行測(cè)定。一、原子吸收光譜的產(chǎn)生一、原子吸收光譜的產(chǎn)生當(dāng)一束光輻射照射處于基態(tài)的氣態(tài)原子（原子蒸氣）當(dāng)一束光輻射照射處于基態(tài)的氣態(tài)原子（原子蒸氣）時(shí)，基態(tài)原子會(huì)選擇性地吸收一定波長(zhǎng)的光，使時(shí)，基態(tài)原子會(huì)選擇性地吸收一定波長(zhǎng)的光，使原子躍遷到相應(yīng)的激發(fā)態(tài)，被吸收了的光線(xiàn)就是原子躍遷到相應(yīng)的激發(fā)態(tài)，被吸收了的光線(xiàn)就是原子的吸收線(xiàn)。原子的吸收線(xiàn)。M（g)hv原子吸收分光光度計(jì)組成：

18、光源 原子化器 單色器 檢測(cè)器 最常用的原子化器是化學(xué)火焰。其反應(yīng)機(jī)理是其他燃料（如乙炔）和氧化劑（如空氣和氧化亞氮）燃燒，樣品中的被測(cè)物在這種火焰下，分解產(chǎn)生出原子。測(cè)定的是平衡時(shí)通過(guò)光路吸收區(qū)平均基態(tài)原子數(shù)，其特征是原子蒸發(fā)特性不世界變化，即是科研連續(xù)重復(fù)測(cè)定結(jié)果，是已知簡(jiǎn)便、快速、穩(wěn)定的裝置，適用與廣泛元素的常規(guī)分析 火焰類(lèi)型火焰類(lèi)型：化學(xué)計(jì)量火焰：化學(xué)計(jì)量火焰：溫度高，干擾少，溫度高，干擾少，穩(wěn)定，背景低，常用。穩(wěn)定，背景低，常用。富燃火焰：富燃火焰： 還原性火焰，燃燒不還原性火焰，燃燒不完全，測(cè)定較易形成難熔氧化物完全，測(cè)定較易形成難熔氧化物的元素的元素MoMo、CrCr稀土等。稀土

19、等。 貧燃火焰：貧燃火焰：火焰溫度低，氧化性火焰溫度低，氧化性氣氛，適用于堿金屬測(cè)定。氣氛，適用于堿金屬測(cè)定。2. 火焰的基本特性（1）燃燒速度：供氣速度過(guò)大會(huì)使火焰離開(kāi)燃燒器，變得不穩(wěn)定， 甚至吹滅火焰。供氣速度過(guò)小，會(huì)引起回火。（2）火焰溫度（P136 表6.2）（3）火焰的燃?xì)馀c助燃?xì)獗壤?a. 化學(xué)計(jì)量火焰（中性火焰）：溫度高、穩(wěn)定、干擾小、背景低，適合于許多元素的測(cè)定 b. 富燃火焰：燃燒不完全，溫度略低于化學(xué)計(jì)量火焰，具有還原性，干擾較多，背景高，適于易形成難解離氧化物的元素測(cè)定。 c. 貧燃火焰：溫度較低，有較強(qiáng)的氧化性，有利于易解離、易電離元素的測(cè)定（4）火焰的光譜特性（P13

20、7圖6.28不同火焰的吸收曲線(xiàn)） 乙炔-空氣火焰 短波區(qū)有較大的吸收，分析波長(zhǎng)230 nm3. 原子化過(guò)程（1）干燥過(guò)程：蒸發(fā)掉試樣中的溶劑（2）灰化過(guò)程：除掉易揮發(fā)的基體和有機(jī)物（3）原子化過(guò)程：被測(cè)元素轉(zhuǎn)化成氣態(tài)基態(tài)原子（4）高溫清洗：除殘或凈化過(guò)程二、原子化器二、原子化器作用：作用：提供能量、使樣品干燥、蒸發(fā)、原子化提供能量、使樣品干燥、蒸發(fā)、原子化要求：要求：a.a.原子化效率要高、并不受試樣濃度影響原子化效率要高、并不受試樣濃度影響 b.b.穩(wěn)定性能好、重現(xiàn)性好穩(wěn)定性能好、重現(xiàn)性好 c.c.背景及噪聲小背景及噪聲小 d. d.簡(jiǎn)單易行簡(jiǎn)單易行類(lèi)型：類(lèi)型： 火焰原子化器火焰原子化器石墨爐一、光源（一）光源的作用和要求 1. 作用：發(fā)射被測(cè)元素的共振輻射 2. 要求：a. 銳線(xiàn)光源 b. 輻射強(qiáng)度大 c. 穩(wěn)定性高 d. 背景小 （二）空心陰極燈1. 組成2. 工作原理 高壓直流電（300 V） 陰極電子 撞擊惰性原子 電離 正離子 轟擊陰極 待測(cè)原子濺射 激發(fā) 待測(cè)元素特征共振發(fā)射線(xiàn) 濺射：被正離子從陰極表面轟擊出原子的現(xiàn)象優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 1、靈敏度高、靈敏度高 2、選擇性好、選擇性好 3、精密度和準(zhǔn)確度高、