紫外可見分光光度法 (5)課件

1、關(guān)于紫外可見分光光度法 (5)第一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月1 1-1 吸光光度法基本原理 一、吸光光度法的概念 在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法。 主要有: 紅外吸收光譜：分子振動光譜，吸收光波長范圍2.51000m ,主要用于有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定。 紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍200400 nm（近紫外區(qū)） ，可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。 第二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍400750 nm ，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。二、吸光光度法的特點：（1）靈敏度高；（2）準(zhǔn)確

2、度高；（3）操作簡便快速；（4）應(yīng)用廣泛。第三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3三、光的基本性質(zhì) 光是一種電磁波，具有波粒二象性。光的波動性可用波長、頻率、光速c、波數(shù)（cm-1）等參數(shù)來描述： = c ； 波數(shù) = 1/ = /c 光是由光子流組成，光子的能量： E = h = h c / （Planck常數(shù)：h=6.626 10 -34 J S ) 光的波長越短（頻率越高），其能量越大。 白光(太陽光)：由各種單色光組成的復(fù)合光 單色光：單波長的光(由具有相同能量的光子組成) 可見光區(qū)：400-750 nm 紫外光區(qū)：近紫外區(qū)200 - 400 nm 遠紫外區(qū)10 - 200 n

3、m （真空紫 外區(qū)）第四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月4四、物質(zhì)的顏色 物質(zhì)的顏色是由于物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性吸收而產(chǎn)生的。表1-1 物質(zhì)的顏色與吸收光顏色的互補關(guān)系第五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月5五、物質(zhì)對光的選擇性吸收及吸收曲線M + h M *M + 熱M + 熒光或磷光基態(tài) 激發(fā)態(tài)E1 （E） E2E = E2 - E1 = h 量子化 ；選擇性吸收; 分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使其對不同波長光的吸收程度不同； 用不同波長的單色光照射，測吸光度 吸收曲線與最大吸收波長 max；第六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月6六、光吸收曲線 用不同波長的單色光照射

4、某一物質(zhì)測定吸光度，以波長為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)，繪制曲線，描述物質(zhì)對不同波長光的吸收能力。圖1-1吸收曲線第七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月7吸收曲線的討論：（1）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長max（2）不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似max不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和max則不同。（3）吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。第八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月8 （4）不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度 A 有差異，在max處吸光度A 的差異最大。此特性可作為物質(zhì)定

5、量分析的依據(jù)。（5）在max處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。第九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月9七、光吸收的基本定律1.朗伯比耳定律 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關(guān)系。Ab 1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間也具有類似的關(guān)系。A c二者的結(jié)合稱為朗伯比耳定律，其數(shù)學(xué)表達式為：第十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月10朗伯-比耳定律的數(shù)學(xué)表達式為： Alg（I0/I)= b c 或: Alg（I0/I)= a b

6、 c 式中A：吸光度； I0 ：入射光強度； I：透射光強度； b：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位； ：摩爾吸光系數(shù)，單位Lmol-1cm-1；溶液的濃度c單位molL-1 ； a：吸光系數(shù)，單位Lg-1cm-1 ； 溶液的濃度c單位gL-1 。 第十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月11 與a的關(guān)系為： = Ma （ M為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量） 摩爾吸光系數(shù)(Lmol-1cm-1)在數(shù)值上等于濃度為1molL-1 、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。 吸光系數(shù)a(Lg-1cm-1)相當(dāng)于濃度為1gL-1 ，液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。第十二張，PPT

7、共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月12吸光度A 描述溶液對光的吸收程度： Alg（I0/I)透過度T 描述入射光透過溶液的程度: T = It/I0吸光度A 與透光度T 的關(guān)系: A lg T A、T、c 三者的關(guān)系如右圖所示。吸光度A具有加和性： A總= A1+ A2A1、A2分別為兩種吸光物質(zhì)的吸光度。ATATC圖8-3 A，T，C關(guān)系曲線第十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月13 朗伯-比耳定律的物理意義：當(dāng)平行單色光通過單一均勻的、非散射的吸光物質(zhì)溶液時,溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。 朗伯-比耳定律是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的依據(jù)。廣泛地應(yīng)用于紫外光、可

8、見光、紅外光區(qū)的吸收測量，也適用于原子吸收測量。第十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月142.摩爾吸光系數(shù)的討論（1）吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)；（2）不隨濃度c和光程長度b的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時，僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測物濃度無關(guān)；（3）可作為定性鑒定的參數(shù)；（4）同一吸收物質(zhì)在不同波長下的值是不同的。在最大吸收波長max處的摩爾吸光系數(shù)，常以max表示。max表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質(zhì)可能達到的最大靈敏度。 第十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月15（5） max越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強，用光

9、度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。 105：超高靈敏； =(610）104 ：高靈敏； =(26）104 ：中等靈敏； 10-2molL-1時，吸光質(zhì)點間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。朗伯-比耳定律只適用于稀溶液。 溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學(xué)平衡時，使吸光質(zhì)點的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。 (3)工作曲線不過原點 存在系統(tǒng)誤差：吸收池不完全一樣；參比溶液選擇不當(dāng)?shù)?。圖8-4-2 工作曲線第二十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月201-2 紫外可見分光光度計一、主要部件光源單色器樣品室檢測器顯示 第二十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月211光

10、源：2單色器：包括狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件 棱鏡對不同波長的光折射率不同色散元件 分出光波長不等距 光柵衍射和干涉 分出光波長等距鎢燈或鹵鎢燈可見光源 3501000nm氫燈或氘燈紫外光源 200360nm第二十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月22續(xù)前3吸收池： 玻璃能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū) 石英不能吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū) 要求：匹配性（對光的吸收和反射應(yīng)一致）4檢測器：將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置5記錄裝置：訊號處理和顯示系統(tǒng)光電池光電管光電倍增管二極管陣列檢測器第二十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月23類型： 1單光束分光光度計：特點：使用時來回拉動吸收

11、池 移動誤差對光源要求高比色池配對第二十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月24續(xù)前2雙光束分光光度計： 特點：不用拉動吸收池，可以減小移動誤差對光源要求不高可以自動掃描吸收光譜 第二十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月25續(xù)前3雙波長分光光度計 特點：利用吸光度差值定量消除干擾和吸收池不匹配引起的誤差第二十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月26第二十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月271-3顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇一、顯色反應(yīng)的選擇 選擇顯色劑 選擇顯色反應(yīng)時應(yīng)考慮的因素：靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測定波長處無明顯吸收，與有色物最大吸收波

12、長之差（對比度），應(yīng)滿足 60nm。 常用配位顯色反應(yīng)或氧化還原顯色反應(yīng)對待測離子進行顯色后測定。例如：鋼中微量錳的測定，Mn2不能直接進行光度測定，可將其氧化成紫紅色的Mn()，在525 nm處 第二十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月28二、顯色條件的選擇 1.顯色劑用量： 吸光度A與顯色劑用量 cR的關(guān)系曲線如圖12-8所 示。選擇曲線變化平坦處 作為顯色條件。2.溶液的pH值 在相同實驗條件下，分別測定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對應(yīng)的pH范圍。3.顯色時間與溫度 顯色反應(yīng)一般在室溫下進行，有的反應(yīng)需加熱，應(yīng)通過實驗找出適宜的溫度范圍

13、。圖8-10 吸光度與顯色劑用量關(guān)系曲線cRcRcRAAA第二十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月29pHA 圖8-11 吸光度與pH關(guān)系曲線三、干擾的消除 1.加入掩蔽劑選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測組分反應(yīng)；掩蔽劑本身及掩蔽劑與干擾組分的反應(yīng)產(chǎn)物不干擾待測組分的測定。 例：測定Ti4， 第三十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月30 加入H3PO4掩蔽劑使Fe3+(黃色)成為Fe(PO)23-(無色)，消除Fe3+的干擾；又如用鉻天菁S光度法測定Al3+時，加入抗壞血酸作掩蔽劑將Fe3+還原為Fe2+，消除Fe3+的干擾。 2.選擇適當(dāng)?shù)娘@色反應(yīng)條件通過控制適宜的顯色條

14、件，消除干擾組分的影響。 3.選擇適宜的波長避開干擾物的最大吸收，配制適當(dāng)?shù)膮⒈纫?，消除干擾組分的影響。 第三十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月31 4.提高顯色反應(yīng)的選擇性利用被測物能形成三元絡(luò)合物的特點，提高顯色反應(yīng)的選擇性。 5.分離干擾離子采用適當(dāng)?shù)姆蛛x方法預(yù)先除去干擾物質(zhì)。第三十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月321-4 吸光光度測量條件的選擇1.選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL 一般應(yīng)該選擇max為入射光波長。但如果max處有共存組分干擾時，則應(yīng)考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長。2.選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤?吸收池表面對入射光有反射和吸收作用；溶液的不均勻性所引起的散

15、射；過量顯色劑、其它試劑、溶劑等引起的吸收，這些因素影響待測組分透光度或吸光度的測量。采用參第三十三張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月33 比溶液校正的方法消除或減小這些影響。在相同的吸收池中裝入?yún)⒈热芤?又稱空白溶液)，調(diào)節(jié)儀器使透過參比池的吸光度為零(稱為工作零點)。在此條件下測得的待測溶液的吸光度才真正反映其吸光強度。第三十四張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月34圖8-12 吸光度測定條件的選擇曲線A為鈷絡(luò)合物的吸收曲線曲線B為顯色劑的吸收曲線第三十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月35 參比溶液的選擇一般遵循以下原則： 若僅待測組分與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)物在測定波長處

16、有吸收，其它所加試劑均無吸收，用純?nèi)軇ㄋ?作參比溶液； 若顯色劑或其它所加試劑在測定波長處略有吸收，而試液本身無吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液； 若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液； 若顯色劑、試液中其它組分在測量波長處有吸收，則可在試液中加入適當(dāng)掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。第三十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月360.20.80.40.6A 0 1 2 3 4 5C/mgL-1分光光度法三、標(biāo)準(zhǔn)曲線法繪圖示例：第三十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月378-5 吸光光度法的應(yīng)用

17、一、示差分光光度法（示差法） 普通分光光度法一般只適于測定微量組分，當(dāng)待測組分含量較高時，將產(chǎn)生較大的誤差。需采用示差法。示差法需要較大的入射光強度，并采用濃度稍低于待測溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液。設(shè)：待測溶液濃度為cx，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為cs(cscx)。則： Ax= bcx As = bcs 第三十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月38x s =b(cxcs）=bc 測得的吸光度相當(dāng)于普通法中待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度之差。 示差法測得的吸光度與c呈直線關(guān)系。由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得相應(yīng)的c值，則待測溶液濃度cx： cx =cx + c 第三十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月3

18、9示差法標(biāo)尺擴展原理： 普通法： cs的T=10%；cx的T=5% 示差法： cs 做參比，調(diào)T=100% 則： cx的T=50% ；標(biāo)尺擴展10倍第四十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月40 圖8-13 是不同As的溶液作參比時相對誤差函數(shù)曲線。由圖可見，隨著參比溶液濃度增加，濃度相對誤差減小。若參比溶液選擇適當(dāng)，則示差法測定的準(zhǔn)確度可與滴定法接近。二、多組分的同時測定 1.若各組分的吸收曲線互不重疊，則可在各自最大吸收波長處分別進行測定。這本質(zhì)上與單組分測定沒有區(qū)別。 2.若各組分的吸收曲線互有重疊，則可根據(jù)吸光度的加和性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。 第四十一張，PPT共五十六

19、頁，創(chuàng)作于2022年6月41A1= a1bCa b1bCb A2= a2bCa b2bCb 圖8-13 相對誤差函數(shù)曲線AA1122圖8-14雙組分的吸收曲線第四十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月421-6 紫外吸收光譜簡介一、有機化合物電子躍遷的類型 有機化合物的紫外可見吸收光譜，是其分子中外層價電子躍遷的結(jié)果（三種）：電子、電子、n電子。 分子軌道理論：一個成鍵軌道必定有一個相應(yīng)的反鍵軌道。通常外層電子均處于分子軌道的基態(tài)，即成鍵軌道或非鍵軌道上。 外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需能量大小順序為：n n 第四十三張，PPT共五十

20、六頁，創(chuàng)作于2022年6月43躍遷 所需能量最大，電子只有吸收遠紫外光的能量才能發(fā)生躍遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū)(吸收波長200nm。這類躍遷在躍遷選律上屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)一般為10100 Lmol-1 cm-1，吸收譜帶強度較弱。分子中孤對電子和鍵同時存在時發(fā)生n 躍遷。丙酮n 躍遷的為275nm max為22 Lmol-1 cm -1（溶劑環(huán)己烷)。第四十五張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月45紅移與藍移 有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLmax和吸收強度發(fā)生變化: max向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍移 (或紫移)。吸

21、收強度即摩爾吸光系數(shù)增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應(yīng)或減色效應(yīng)，如圖所示。第四十六張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月46二、影響紫外吸收光譜的因素1.溶劑的影響 溶劑極性的變化會使化合物的紫外吸收光譜形狀改變。例如，在非極性的庚烷溶劑中，苯酚在270nm處出現(xiàn)中等強度的吸收峰并有精細結(jié)構(gòu)；但在極性的乙醇溶劑中，這些精細結(jié)構(gòu)變得不明顯或消失。2.溶劑pH的影響 當(dāng)被測物質(zhì)具有酸性或堿性基團時，溶劑的pH值的變化對光譜的影響較大。3.空間效應(yīng) 若存在空間阻礙，影響較大共軛體系的生成，則最大吸收波長較短，吸光系數(shù)小。第四十七張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月47三、紫外吸收光譜法的應(yīng)

22、用1.計算最大吸收波長2.比較吸收光譜3.同分異構(gòu)體和順反異構(gòu)的確定4.純度檢驗第四十八張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月48 第一章 吸光光度法思考題1朗伯-比耳定律的物理意義是什么？寫出其數(shù)學(xué)表達式。2摩爾吸光系數(shù)的物理意義是什么？其大小與哪些因素有關(guān)？在分析化學(xué)中有何意義？3什么是吸收曲線？什么是標(biāo)準(zhǔn)曲線？它們有何實際意義？4顯色反應(yīng)如何選擇？5吸光度測量條件如何選擇？6光度分析法中，參比溶液應(yīng)如何選擇？ 答案第四十九張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月491.答：當(dāng)一束平行的單色光通過液層厚度為b的有色溶液時，溶液的吸光度A與液層的厚度b和溶液的濃度c成正比。即A= lg

23、(I0 / I) = bc2.答：摩爾吸光系數(shù)在數(shù)值上等于1molL-1吸光物質(zhì)在1cm光程中的吸光度。它是吸光物質(zhì)在特定波長下的一個特征常數(shù)。其單位為L mol-1 cm-1。由于值與入射光波長有關(guān)，故表示時，應(yīng)注明所用入射光波長。在分析化學(xué)中，值的大小反應(yīng)了：（1）吸光物質(zhì)對某一特定波長光吸光能力大小的量度。值越大，該吸光物質(zhì)的吸光能力越強。（2）衡量光度分析方法靈敏度的重要指標(biāo)，值越大，方法的靈敏度越高。第五十張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月503.答：以入射光波長作橫坐標(biāo)，用分光光度計測量每一波長下物質(zhì)對光的吸光度作縱坐標(biāo)所繪制的曲線，稱為吸收曲線。其作用是：選擇入射光波長，

24、在此波長下測量吸光度，則分析的靈敏度最高。因此，吸收曲線是吸光光度法中選擇測定波長的重要依據(jù)。在某特定波長下，用分光光度計測量一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，然后以濃度為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的吸光度值為縱坐標(biāo)所繪制的曲線，稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線（亦稱工作曲線）。它是作為待測物質(zhì)定量分析的依據(jù)。如果在相同條件下測得待測試液的吸光度值，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上就可查得待測試液的濃度，這就是標(biāo)準(zhǔn)曲線法。第五十一張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月514.答：顯色反應(yīng)的選擇原則是：（1）選擇生成的有色物質(zhì)（MR）的較大的顯色反應(yīng)；（2）顯色劑（R）在測定波長處無吸收 ，即盡可能?。唬?）反應(yīng)生成的有色物質(zhì)（MR）的組成要恒定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。5.答：吸光度測量條件包括三個主要方面： （1）入射光波長的選擇： 入射光的波長應(yīng)根據(jù)吸收曲線選擇max為宜。因在此波長處值最大，使測定具有較高的靈敏度。 （2）參比溶液的選擇： 在吸光度的測量中，由于比色皿的反射以及溶劑、試劑等對光的吸收，使得第五十二張，PPT共五十六頁，創(chuàng)作于2022年6月52 測得的吸光度值不能真實地反映待測物質(zhì)對光的吸收 ，也就不能真實地反映待測物質(zhì)的濃度。為了校正上述影響需要正確選擇參比溶液。通過調(diào)節(jié)儀器使參比溶液的吸光度為零（A= 0）,或透光度T= 10