第十一章 紫外可見吸收光譜法

第十一章紫外可見吸收光譜法UV-visibleSpectrophotometry§11-1光譜分析法概述光學(xué)分析法的定義：涉及物質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的分析方法。光(電磁波)具有波粒二重性：微粒性

E=hv=hcv波動性

v==(cm-1)λ1Cv～～

v—波數(shù)（每厘米中正弦波的數(shù)目)～E—光子的能量h—普朗克常數(shù)c—光速式中：λ—波長v—頻率光譜的分類(按電磁輻射的本質(zhì))：原子光譜和分子光譜。原子光譜：因原子外層電子能級的變化而產(chǎn)生的輻射或吸收進(jìn)而產(chǎn)生的光譜。分子光譜：由于分子的電子能級、振動能級、轉(zhuǎn)動能級的變化而產(chǎn)生的光譜。原子光譜法：根據(jù)原子的發(fā)射或吸收光譜線來進(jìn)行定性或定量分析的方法。分子光譜法：根據(jù)分子的電子能級、振動能級、轉(zhuǎn)動能級發(fā)射或吸收光譜線來進(jìn)行定性或定量分析的方法。原子光譜法的分類：原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法。分子光譜法的分類：紫外-可見吸收光譜法、紅外吸收光譜法、分子熒光光譜法、拉曼光譜法。原子光譜：吸收、發(fā)射、熒光線狀光譜分子光譜：紫外、可見、紅外等吸收光譜帶狀光譜I黑體輻射：白熾燈、液、固灼熱發(fā)光連續(xù)光譜常用光譜分析法分類E(ev)M+hv→M*（激發(fā)態(tài)）§11-2基本原理物質(zhì)對光的選擇性吸收：光照射到物質(zhì)的時候，與物質(zhì)的粒子發(fā)生碰撞，光子的能量轉(zhuǎn)移到物質(zhì)的粒子，使粒子由基態(tài)轉(zhuǎn)為激發(fā)態(tài)。當(dāng)光子的能量hv=能級差△E時，則吸收。若hv≠△E，則不能吸收(不能躍遷半級)。E2E1E0表1電磁波的波長范圍波譜區(qū)射線射線紫外線可見光紅外線無線電波波長nm10-5-310-210-2-3010-400400-7507.5102-1067.5105-1014表2光學(xué)光譜區(qū)波譜區(qū)遠(yuǎn)紫外近紫外可見區(qū)近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外波波長10-200nm200-380nm380-780nm780nm-2.5m2.5-50m50-300m

白光是可見光，波長大約在400-780nm之間，由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種光按一定比例混合而成。把適當(dāng)顏色的兩種單色光按一定的比例混合，也可以得到白光，這兩種顏色的光稱為互補(bǔ)光。物質(zhì)對光的吸收：

各種顏色的光透過程度相同——無色透明選擇性吸收——溶液呈透過光的顏色

例:CuSO4吸收黃光→藍(lán)色

KMnO4

吸收綠光→紫色白光照射到物體:全部吸收——黑色對各種波長的光吸收程度差不多——灰色完全反射——白色白光照射到溶液:物質(zhì)對光的吸收曲線：1.

同一濃度的有色溶液對不同波長的光有不同的吸光度。2.

對于同一有色溶液，濃度愈大，吸光度也愈大。3.

對于同一物質(zhì)，不論濃度大小如何，最大吸收峰所對應(yīng)的波長(最大吸收波長λmax)不變，并且曲線的形狀也完全相同。術(shù)語、符號定義其它表示方法輻射能P、P01s內(nèi)照在1cm2面積上的能量光強(qiáng)I、I0吸光度Alog(P0/P)或log(I0/I)光密度DorO.D消光度E透過率TP/P0或I/I0透射比、透光度光程l待測物液層厚度b、d吸光系數(shù)aA/bc（c:g/L）吸收系數(shù)摩爾吸光系數(shù)A/bc（c:mol/L）摩爾吸收系數(shù)比吸光系數(shù)b=1cmandc=1%(w/w)比消光系數(shù)§11-2-1光吸收基本定律-朗伯-比爾定律基本概念：

Io：入射光的強(qiáng)度；I：透過光的強(qiáng)度；a：吸收系數(shù)；c：溶液濃度；b：液層厚度。朗伯—比爾定律：單色光照射到被測溶液時，被吸收程度除與入射光的波長有關(guān)外，還與溶液的濃度和溶液的厚度成正比。A=lg=bcI0I朗伯—比爾定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：b吸光度(A):

光的減弱程度。光不被吸收時，Io=I，A=lg(I0/I)=0吸收越大(I越小)，則lg(I0/I)越大。透光率(T):

透過光強(qiáng)度I與入射光強(qiáng)度I0

之比。百分透光率T%＝×100II0T=

II0朗伯—比爾定律的物理意義：當(dāng)吸光物質(zhì)濃度為1mol·L-1，液池厚1cm時，一定波長的光通過溶液時的吸光度值。光程長(b):

光束通過液層的厚度，以cm為單位。吸光系數(shù)a:

與b、c無關(guān)的常數(shù)。不同吸光物質(zhì)、不同入射波長，則a不同。摩爾吸光系數(shù)():

若b以cm為單位，而c以mol·L-1為單位，則a的單位為L·mol-1·cm-1。摩爾吸光系數(shù)是由物質(zhì)的本性決定的，越大，測定的靈敏度就越大。<104(低)；=104~105(中)；>5×105(高)朗伯—比爾定律的兩大假設(shè)：(a)入射光是單色光;(b)吸收粒子間獨(dú)立，無相互作用。吸光度A、透射率T與濃度c的關(guān)系：A總

=A1+A2+……+An=1bC1+2bC2+……+nbCn利用這一關(guān)系式可以進(jìn)行混合物質(zhì)的分析

多組分測定：當(dāng)溶液中含有多種組分時，各組分的吸光度有加和性。

適用條件：

1.待測物為均一的稀溶液、氣體等，無溶質(zhì)、溶劑及懸濁物引起的散射；

2.入射光為單色平行光。 局限性：

樣品吸光度A與光程b總是成正比。但當(dāng)b一定時，A與c并不總是成正比，即偏離L-B定律！這種偏離由樣品性質(zhì)和儀器決定。Lambert-Beer定律的適用性：樣品性質(zhì)影響待測物高濃度--吸收質(zhì)點(diǎn)間隔變小—質(zhì)點(diǎn)間相互作用—對特定輻射的吸收能力發(fā)生變化--變化。試液中各組份的相互作用，如締合、離解、光化反應(yīng)、異構(gòu)化、配體數(shù)目改變等，會引起待測組份吸收曲線的變化。溶劑的影響：對待測物生色團(tuán)吸收峰強(qiáng)度及位置產(chǎn)生影響。膠體、乳狀液或懸浮液對光的散射損失。待測樣品在測定波長下發(fā)熒光或磷光。在高濃度的電解質(zhì)溶液中，折射指數(shù)發(fā)生變化。儀器因素(穩(wěn)定性和非單色光)

假設(shè)入射光由測量波長x和干擾i波長組成，據(jù)Beer定律，溶液對在x和i

的光的吸光度分別為：

當(dāng)x=i時，或者說當(dāng)x=i時，有A=xbc,符合L-B定律；當(dāng)xi時，或者說當(dāng)xi時，則吸光度與濃度是非線性的。二者差別越大，則偏離L-B越大;當(dāng)x>i，測得的吸光度比在“單色光”x處測得的低，產(chǎn)生負(fù)偏離；反之，當(dāng)x<i，則產(chǎn)生正偏離。

朗伯—比爾定律的偏離：一定條件下，、b

一定，則A與c成線性關(guān)系。當(dāng)溶液的濃度較高時，曲線往往出現(xiàn)彎曲，即A與C不成線性關(guān)系。朗伯—比爾定律偏離的原因：1.非單色光引起的偏離2.化學(xué)因素的影響稀溶液：服從比耳定律濃溶液:粒子間相互作用,影響了鄰近粒子的電荷分布，使它們的吸光性能發(fā)生變化。

離子間存在化學(xué)平衡，化學(xué)平衡又與濃度、pH值和其它條件有關(guān)，例如：橙黃3.雜散光的影響雜散光使吸光度降低，曲線產(chǎn)生負(fù)偏離。

4.其它因素

散射、電壓波動、儀器的非線性響應(yīng)等。

朗伯—比爾定律的校正：只要選取吸光度相近的譜帶作入射光(如圖A部分)，可得到較好的線性關(guān)系。若取B譜帶，則校正曲線會明顯偏離。吸光度的測量：單光束儀器：選用光學(xué)性質(zhì)相同、厚度相等的吸收池分別盛入?yún)⒈热芤汉痛齻?cè)溶液，調(diào)整儀器使透過參比溶液的透光率為100%，以此光強(qiáng)作為入射光I0，然后進(jìn)行測定。雙光束儀器：參比池與樣品池同時放入，直接測定。光源單色器吸收池檢測系統(tǒng)穩(wěn)壓電源光電管、光電倍增管、二極管陣列、CCD棱鏡光柵紫外：氘燈可見：碘鎢燈紫外可見：氙燈石英：紫外，可見玻璃：可見§11-3光度計及其基本部件基本部件：(1)光源可見光：6~12V鎢燈(320~750nm連續(xù)光譜)紫外光：氘燈(200~300nm連續(xù)光譜)(2)

單色器：獲得單色光a.

濾光片(由有色玻璃構(gòu)成)b.

棱鏡移動棱鏡或出射狹縫可得到不同波長的單色光c.光柵:由在鍍鋁的光學(xué)玻璃上刻許多相距很小、等距又相對平行,并具有反射面的溝槽構(gòu)成。光柵是利用光衍射作用的色散元件。

光源→狹縫→透鏡棱鏡透鏡→出射狹縫→比色皿

平行光???單色光???(3)吸收池(比色皿)可見光：光學(xué)玻璃紫外光：石英玻璃厚度：0.5,1,2,3,5cm

同樣厚度的比色皿之間透光率相差應(yīng)小于0.5%(4)檢測器和讀數(shù)裝置作用：透過光→電流信號(5)讀數(shù)裝置檢測電流→A、T刻度VarianCary1E

紫外可見分光光度計儀器裝置：721型分光光度計比色皿不同厚度的比色皿磨沙面光學(xué)玻璃面儀器預(yù)熱選取所需波長調(diào)儀器零點(diǎn)將溶液裝入比色皿擦干比色皿將比色皿放入比色皿架調(diào)參比溶液的透光率為100%將待測液推入光路，測定A值。反應(yīng)條件無色試液+顯色劑+其它試劑有色溶液顯色反應(yīng)：§11-4顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇顯色反應(yīng)類型：配位反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、三元配合物。顯色反應(yīng)的作用：提高靈敏度和選擇性。顯色反應(yīng)的選擇原則：組成恒定、配合物穩(wěn)定、顯色劑吸收波長與配合物吸收波長相差大（max>60nm）等。顯色反應(yīng)的顯色劑：與待測組分形成有色化合物的試劑，有機(jī)顯色劑一般含生色團(tuán)和助色團(tuán)。無機(jī)：(SCN-；MoO42-；H2O2)有機(jī)：OO型：磺基水楊酸NN型：ON型：PAR

S型:雙硫腙OHCOOHSO3HNNNNNOH

OHNHNHNSN助色團(tuán)：含有未共用電子對的基團(tuán)，如

–OH、–NH2,與生色團(tuán)的不飽和鍵作用，可降低分子的激發(fā)能，使λmax向長波移動，顏色加深，發(fā)生紅移。生色團(tuán)：含有共軛雙鍵的基團(tuán)，如（偶氮基）

（亞硝基）

干擾消除②選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件①加掩蔽劑③事先分離干擾離子顯色條件顯色劑用量溶液的酸度顯色時間顯色溫度顯色條件的選擇：

配位數(shù)與顯色劑用量有關(guān)；如果會形成逐級配合物，其用量更要嚴(yán)格控制。通常是固定其它反應(yīng)條件：cM和pH等，改變cR來獲得最佳濃度范圍顯色劑用量配位數(shù)和水解等都與pH有關(guān)，具體的pH通過實(shí)驗(yàn)確定。pH1<pH<pH2顯色反應(yīng)的pH值T1(C)T2(C)t1(min)t2(min)T(C)t(min)顯色溫度和顯色時間干擾及消除方法掩蔽法(測Co2+)調(diào)節(jié)pH(測定Fe3+)Co2+Fe3+Co2+FeF63-Co(SCN)2(藍(lán))（1）NaFSCN-Co2+Fe2+Sn4+（2）Sn2+SCN-Co(SCN)2(藍(lán))Fe3+Cu2+FeSSal(紫紅)Cu2+pH2.5Ssal利用生成絡(luò)合物穩(wěn)定性的不同(Co2+的測定)Co2+Zn2+Ni2+Fe2+

CoRZnRNiRFeR鈷試劑RCoRZn2+Ni2+Fe2+

H+分離(CO2+、Ni2+離子交換樹脂)雙波長或?qū)?shù)光譜法提高靈敏度及選擇性的方法合成新的高靈敏度的有機(jī)顯色劑采用分離富集和測定相結(jié)合采用三元(多元)配合物顯色體系

分子截面積增大

電子躍遷幾率增大

主要類型：

三元離子締合物、三元混配配合物、三元膠束(增溶)配合物無干擾：λmax有干擾：可選擇非峰值(避免干擾)濾光片顏色：與有色溶液顏色互補(bǔ)§11-5吸光度測量條件的選擇入射光的波長的選擇：x104/nm

為了使光的減弱僅與待測物質(zhì)有關(guān)，必須用參比溶液進(jìn)行校正參比溶液的選擇：實(shí)際是將透過參比溶液的光強(qiáng)度作為入射光的強(qiáng)度

參比溶液：用來調(diào)節(jié)儀器滿標(biāo)(A=0,T=100%)的溶液。

即：參比溶液的選擇溶劑參比：試樣組成簡單、共存組份少(基體干擾少)、顯色劑不吸收時，直接采用溶劑(多為蒸餾水)為參比。試劑參比：當(dāng)顯色劑或其它試劑在測定波長處有吸收時，采用試劑作參比(不加待測物)。試樣參比：如試樣基體在測定波長處有吸收，但不與顯色劑反應(yīng)時，可以試樣作參比(不能加顯色劑)。平行操作溶液參比：用不含被測組分的試樣，在相同條件下與被測組分進(jìn)行同樣的處理，然后做為參比。吸光度讀數(shù)范圍的選擇：儀器透光率誤差△T一般在1%-2%范圍內(nèi)，在不同的吸光度范圍內(nèi)讀數(shù)，測定誤差是不同的。同一儀器，△T基本上是一個常數(shù)。

T=0.2～0.65誤差較小(A=0.434)T=0.368時

最小，誤差2.73%△CC(A=0.70～0.20)

設(shè)△T=0.01，以△C/C對T作圖，可得相對誤差與透光率的相關(guān)曲線。

因?yàn)槲舛戎荒苓x擇在一定范圍內(nèi)，故一般相對誤差在5%左右。參比液普通法：空白溶液差示法：比試樣濃度略低的標(biāo)準(zhǔn)溶液在相同條件下顯色作參比溶液Ar=Ax–As=кb(Cx-Cs)=кb△C

Ar:溶液吸光度Ax:普通法測得的試液吸光度As:普通法測得的標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度§11-6吸光光度法的應(yīng)用高含量組分的測量—差示分光光度法Ar

△C，測定試液Ar