【教學】第九章 紫外可見分光光度法ppt課件

1、第九章 紫外可見分光光度法 U l t r a v i o l e t a n d V i s i b l e Spectrophotometry 9.1 概述9.2 光的吸收定律朗伯比爾定律9.3 紫外可見分光光度計及測定方法9.4 顯色反響及其影響要素9.5 紫外可見分光光度法的誤差和丈量 條件的選擇9.6 紫外可見分光光度法運用實例學習要求1了解物質(zhì)顏色與光的吸收關(guān)系2了解紫外可見分光光度法的儀器及丈量誤差和丈量條件的選擇3了解顯色反響及其影響要素4熟習紫外可見分光光度法的實踐運用5掌握朗伯比爾定律及其偏離的緣由6掌握紫外可見分光光度法的測定方法9.1 概述9.1.1光的根本性質(zhì) 光是一

2、種電磁波。一切電磁波都具有波粒二象性。光的波長、頻率與光速c的關(guān)系為：9-1 光速在真空中等于2.9979108ms-1。光子的能量與波長的關(guān)系為：9-2式中E為光子的能量；為頻率；h為普朗克常數(shù)，為6.62610-34JS。chc/hE電磁波譜表9-1 電磁波譜范圍表光譜稱號波長范圍 躍遷類型 分析方法X射線 10-1100nm K和L層電子 X射線光譜法遠紫外光 10200nm 中層電子 真空紫外光度法近紫外光 200400nm 外層電子 紫外光度法可見光 400750nm 外層電子 比色及可見光度法近紅外光 0.752.5m 分子振動 近紅外光譜法中紅外光 2.55.0m 分子振動 中紅

3、外光譜法遠紅外光 5.01000m 分子轉(zhuǎn)動和振動 遠紅外光譜法微波 0.1100cm 分子轉(zhuǎn)動 微波光譜法無線電波 11000m 核的自旋 核磁共振光譜法9.1.2物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系 假設把兩種適當顏色的光按一定的強度比例混合也可以得白光，這兩種光就叫互補色光。假設吸收光在可見區(qū),吸收光的顏色與透過光的顏色為互補關(guān)系,物質(zhì)呈現(xiàn)透過光的顏色。 假設吸收光在紫外區(qū)，那么物質(zhì)不呈現(xiàn)顏色光的互補性與物質(zhì)的顏色吸收光譜(absorption spectrum)或吸收曲線 測定某種物質(zhì)對不同波長單色光的吸收程度，以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖。 KMnO4溶液對波長525nm附近的綠色光吸收最強，

4、而對紫色光吸收最弱。光吸收程度最大處的叫做最大吸收波長，用max表示。不同濃度的KMnO4溶液所得的吸收曲線都類似，其最大吸收波長不變，只是相應的吸光度大小不同。E=hv=h(C/)分子的吸收光譜是與其相應的電子能級特征相關(guān)的。同時也與振動和轉(zhuǎn)動能級有關(guān)。分子的光吸收機理 9.2 光的吸收定律Lambert-beer定律9.2.1 朗伯比爾定律當一束平行的單色光照射到有色溶液時，光的一部分將被溶液吸收，一部分透過溶液，還有一部分被器皿外表所反射。設入射光強度為I0，透過光強度為It，溶液的濃度為c，液層寬度為b，經(jīng)實驗闡明它們之間有以下關(guān)系：kcbIIA0lg(9-3)透光度、吸光度與溶液濃度

5、及液層寬度的關(guān)系 9-4 溶液濃度與寬度的乘積與吸光度成正比，而不是與透光度成正比。以上兩式中k是比例系數(shù)，與入射光波長、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)。當入射光波長和溶液溫度一定時，k代表單位濃度的有色溶液放在單位寬度的比色皿中的吸光度.。當c的單位為gL-1，b的單位為cm時，k以a表示，稱為吸光系數(shù)(absorption coefficient)，其單位為Lg-1cm-1，此時式9-3變?yōu)?abcA kbcT1lg IIlgA0(9-5) 假設濃度c的單位為molL-1，b的單位為cm，這時k常用 表示。稱為摩爾吸光系數(shù)(molar absorptivity)，其單位為Lmol-1cm-1，它表示

6、吸光質(zhì)點的濃度為1molL-1，溶液的寬度為1cm時，溶液對光的吸收才干。 值越大，表示吸光質(zhì)點對某波長的光吸收才干愈強，故光度測定的靈敏度越高。值在103以上即可進展分光光度法測定，高靈敏度的分光光度法可到達105106。于是式9-3可寫成為：A=bc 9-6與a的關(guān)系為：=Ma 9-7 式中M為吸光物質(zhì)的摩爾質(zhì)量kcbIIA0lg實踐測定中選用參比的重要性例9-1 濃度為25.0g/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分光光度法測定，于波長600nm處，用2.0cm比色皿測得T=50.1%，求吸光系數(shù)a和摩爾吸光系數(shù)。知M(Cu)=64.0。解 知T=0.501，那么A=lgT=0.

7、300，b=2.0cm,那么根據(jù)朗伯比爾定律 A=abc，而= Ma = 64.0gmol-13.00102 Lg-1cm-1=1.92104(Lmol-1cm-1)1000.5100 .50100 .251436LgLgc（11 -2-14.L.g103.001000. 50 . 2300. 0cmLgcmbcAa例例9-2 9-2 某有色溶液，當用某有色溶液，當用1cm1cm比色皿時，其透比色皿時，其透光度為光度為T T，假設改用，假設改用2cm2cm比色皿，那么透光度應比色皿，那么透光度應為多少？為多少？解解: : 由由A=-lgT=abcA=-lgT=abc可得可得 T=10-abcT

8、=10-abc 當當b1=1cmb1=1cm時，時，T1=10-ac=TT1=10-ac=T 當當b2=2cmb2=2cm時，時，T2=10-2ac=T2T2=10-2ac=T2001. 0cb3610101000cbcbMMSMS 例9-3 用氯磺酚法測定鈮，50mL溶液中含鈮50.0g，用2.0cm比色皿測得吸光度為0.701，求桑德爾靈敏度。解: 知A=0.701，b=2.0cm，M(Nb)=92.9gmol-1C那么根據(jù)朗伯一比爾定律可得根據(jù)式9-9，桑德爾靈敏度S為)(1008. 19 .92100 .50100 .5015136LmolmolgLgbcA)(1025. 31008.

9、 10 . 2701. 011415cmmolLLmolcmMS)(1086. 21025. 39 .92231141cmgcmmolLmolg 定量分析時，通常液層厚度是一樣的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關(guān)系應該是一條經(jīng)過直角坐標原點的直線。但在實踐任務中，往往會偏離線性而發(fā)生彎曲，見圖9-4中的虛線。假設在彎曲部分進展定量，將產(chǎn)生較大的測定誤差。9.2.2 偏離朗伯一比爾定律的緣由 朗伯一比爾定律只對一定波長的單色光才干成立，但在實踐任務中，即使質(zhì)量較好的分光光度計所得的入射光，依然具有一定波長范圍的波帶寬度。在這種情況下，吸光度與濃度并不完全成直線關(guān)系，因此導致了對朗伯一比爾定律的

10、偏離。所得入射光的波長范圍越窄，即“單色光越純，那么偏離越小。 單色光不純所引起的偏離由于溶液本身的緣由所引起的偏離 吸光系數(shù)k與溶液的折光指數(shù)n有關(guān)。溶液濃度在0.01molL-1或更低時，n根本上是一個常數(shù)，闡明朗伯一比爾定律只適用于低濃度的溶液。濃度過高會偏離朗伯一比爾定律。 朗伯比爾定律是建立在均勻、非散射的溶液這個根底上的。假設介質(zhì)不均勻，呈膠體、乳濁、懸浮形狀，那么入射光除了被吸收外，還會有反射、散射的損失，因此實踐測得的吸光度增大，導致對朗伯比爾定律的偏離。 溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學變化也會引起偏離。其中有色化合物的離解是偏離朗伯比爾定律的主要化學要素。例如，顯色劑KSC

11、N與Fe3+構(gòu)成紅色配合物Fe(SCN)3，存在以下平衡：Fe(SCN)3 Fe3+3SCN溶液稀釋時，上述平衡向右，離解度增大。所以當溶液體積增大一倍時，F(xiàn)e(SCN)3的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導致偏離朗伯比爾定律。9.3 紫外可見分光光度計及測定方法9.3.1分光光度計根本構(gòu)造 光源(light source) ：可見分光光度計都以鎢燈3601000nm作光源。鎢燈是612V的鎢絲燈泡，儀器裝有聚光透鏡使光線變成平行光，為保證光強度恒定不變，配有穩(wěn)壓電源。紫外可見分光光度計除有鎢燈外其光源還有氫燈，氫燈發(fā)射150400nm波長的光，適用于200400nm波長范圍的紫外分光

12、光度法測定。 分光光度計的主要類型單光束型雙光束型光電二極管陣列型DAD) 規(guī)范曲線法 其方法是先配制一系列濃度不同的規(guī)范溶液，用選定的顯色劑進展顯色，在一定波長下分別測定它們的吸光度A。以A為縱坐標，濃度c為橫坐標，繪制A-c曲線，假設符合朗伯比爾定律，那么得到一條經(jīng)過原點的直線，稱為規(guī)范曲線。然后用完全一樣的方法和步驟測定被測溶液的吸光度，便可從規(guī)范曲線上找出對應的被測溶液濃度或含量，這就是規(guī)范曲線法。 在儀器、方法和條件都固定的情況下，規(guī)范曲線可以多次運用而不用重新制造，因此規(guī)范曲線法適用于大量的經(jīng)常性的任務。9.3.2分光光度測定的方法Blank Standard Sample Sam

13、ple00.10.20.30.40.50.60.70.8024681012Concentration (ug/mL)Abs 規(guī)范對照法(直接比較法) 將試樣溶液和一個規(guī)范溶液在一樣條件進展顯色、定容，分別測出它們的吸光度，按下式計算被測溶液的濃度。k標=k測 b標=b測所以 要求A與c線性關(guān)系良好，被測樣品溶液與規(guī)范溶液濃度接近，以減少測定誤差。用一份規(guī)范溶液即可計算出被測溶液的含量或濃度，方便，操作簡單。標標標測測測標測bckbckAA標標測測ccAA 3吸光系數(shù)法在沒有規(guī)范品可供比較測定的條件下，按文獻規(guī)定條件測定被測物的吸光度，從樣品的配制濃度、測定的吸光度及文獻查出的吸光系數(shù)即可計算樣

14、品的含量，由于 那么樣品含量bc Aa樣%100abc%100a標標樣Aa 例9-4 知維生素B12在361nm條件下a標=20.7Lg1cm1。準確稱取樣品30mg，加水溶解稀釋至1000mL，在波長361nm下，用1.00cm吸收池測得溶液的吸光度為0.618，計算樣品維生素B12的含量。解： A=a樣bc那么維生素B12的含量=1)1000/30(618. 0bcaA樣116 .20cmgL%5 .99%10020.7.6209.4.1 顯色反響及顯色劑： 這種被測元素在某種試劑的作用下，轉(zhuǎn)變成有色化合物的反響叫顯色反響color reaction，所參與試劑稱為顯色劑(color re

15、agent)。 常見的顯色反響大多數(shù)是生成配合物的反響，少數(shù)是氧化復原反響和添加吸光才干的生化反響。 顯色劑9.4 顯色反響及其影響要素 顯色反響的要求：選擇性好 所用的顯色劑僅與被測組分顯色而與其它共存組分不顯色，或其它組分干擾少。靈敏度要足夠高 有色化合物有大的摩爾吸光系數(shù)，普通應有104105數(shù)量級。有色配合物的組成要恒定 顯色劑與被測物質(zhì)的反響要定量進展，生成有色配合物的組成要恒定。生成的有色配合物穩(wěn)定性好 即要求配合物有較大的穩(wěn)定常數(shù)，有色配合物不易受外界環(huán)境條件的影響，亦不受溶液中其它化學要素的影響。有較好的重現(xiàn)性，結(jié)果才準確。色差大 有色配合物與顯色劑之間的顏色差別要大，這樣試劑

16、空白小，顯色時顏色變化才明顯。 9.4.2影響顯色反響的要素 9.5 紫外可見分光光度法的誤差和丈量條件的選擇9.5.1分光光度法的誤差 溶液不遵守朗伯比爾定律所引起的誤差 利用規(guī)范曲線的直線段來測定被測溶液的濃度，從而減少由入射光為非單色光引起的誤差；也可以利用試劑空白和確定適宜的濃度范圍來減少由溶液本身所引起的誤差。光度丈量誤差 吸光度與透光率是負對數(shù)關(guān)系，故吸光度的標尺刻度是不均勻的。普通來說透光率為2065吸光度為0.20.7時，濃度丈量的相對誤差都不太大。這就是分光光度分析中比較適宜的吸光度范圍。9.5.2分光光度法丈量條件的選擇9.6 紫外可見分光光度法運用實例運用: 丈量試樣微量

17、組分 測定配合物的組成及穩(wěn)定常數(shù)、弱酸的解離常數(shù)、化學反響的速率常數(shù)、催化反響的活化能等. 根據(jù)分子的紫外光譜數(shù)據(jù)判別分子的空間構(gòu)型，確定分子構(gòu)造。9.6.1單組分含量測定實例一：1.1,10-二氮菲測定微量鐵 該試劑能與Fe2+能構(gòu)成3：1的紅色配離子：max=512nm，為1.1104Lmol1cm1。在pH為39范圍內(nèi)，反響能迅速完成，且顯色穩(wěn)定。在鐵含量0.58mL1范圍內(nèi)，濃度與吸光度符合朗伯比爾定律。用pH=4.55.0的緩沖液堅持其酸度，并用鹽酸羥胺復原其中的Fe3+，用規(guī)范曲線法進展測定。實例二：磷鉬藍法測定全磷 用濃硫酸和高氯酸HClO4處置樣品，使磷的各種方式轉(zhuǎn)變?yōu)镠3PO

18、4，然后在HNO3介質(zhì)中，H3PO4與NH42MoO4反響構(gòu)成磷鉬黃雜多酸，反響如下：H3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3=(NH4)3PO412MoO3+12NH4NO3+12H2O 用適當?shù)膹驮瓌┤缇S生素C將其中的Mo(VI)復原為Mo(V)，即生成藍色的磷鉬藍，其最大吸收波長為max=660nm，用規(guī)范曲線法可測得樣品的全磷含量。9.6.2多組分含量測定 溶液的總吸光度等于各組分的吸光度之和：A=A1+A2+A3+An吸收峰互不重疊 A、B兩組分的吸收峰相互不重疊，那么可分別在處用單組分含量測定法測定組分A和B。吸收峰相互重疊A、B兩組分的吸收峰相互重疊，可分別在和處測出A、B兩組分的總吸光度A1和A2，然后根據(jù)吸光度的加和性列聯(lián)立方程：在 處，在 處，式中 分別為A和B在波長 處的摩爾吸光系數(shù) 分別為A和B在 波長 處的摩爾吸光系數(shù)Amax)()(111BbcAbcABABmax)()(222BbcAbcABABA11、AmaxBA22、Bmax雙波長分光光度法導數(shù)分光光度法導數(shù)分光光度法的運用導數(shù)分光光度法分辨兩個紫外光譜相近組份圖例導數(shù)光譜消除寬背景吸收干擾圖例9.6.3配合物組成的測定RMMcccMxRMRcccRxMRccMRxxn9.6.4 紫外分光光度法定性分析簡介maxmin山梨酸標樣苯甲酸標樣雪碧樣品有機