儀器分析紫外-可見分光光度法

第一章紫外-可見分光光度法

掌握紫外-可見分光光度法的基本原理及其方法應(yīng)用；

熟悉紫外-可見分光光度計的結(jié)構(gòu)；教學(xué)目標(biāo)（一）、知識目標(biāo)

熟練操作各種型號的紫外-可見分光光度計；

能應(yīng)用紫外-可見分光光度法進行樣品的定性、定量分析。（二）、能力目標(biāo)1、光的波粒二象性波動性粒子性一、光的基本性質(zhì)

波長：兩個相鄰波峰或波谷間的距離（nm）頻率：單位時間里通過一固定點處波的數(shù)目（S-1）

光的波動性光以波的形式傳播，可用波長、頻率來表示。=c/c=3×1010cm/s返回△E=h=hc/

h為普朗克常數(shù)6.63×10-34J.s光的粒子性光由光子組成，具有能量。能量

小大紫、藍、青、綠、黃、橙、紅可見光波長范圍400-760nm波譜分區(qū)書上P5光譜分區(qū)能量

小200nm400nm760nm

大波長光譜區(qū)域紫外光區(qū)可見光區(qū)中紅外分析方法紫外可見分光光度法25um紅外光譜法紫、藍、青、綠、黃、橙、紅2.5um各種可見光的波長顏色波段（nm）紫藍青藍青綠黃綠黃橙紅400~450450~480480~490490~500500~560560~580580~600600~650650~760若兩種光可組成白光，則它們?yōu)榛パa光。

光的互補：互補光示意圖

物質(zhì)對光的吸收過程（P7）二、溶液對光的選擇性吸收

物質(zhì)對光的吸收具有選擇性1）若溶液透明、均勻，人眼看到的溶液顏色是由透射光的波長決定的。2）當(dāng)入色光為白光（復(fù)合光），溶液吸收的光與透射的光互補。光的互補：藍黃結(jié)論：溶液的顏色（透射光）吸收光顏色波段（nm）黃綠黃橙紅紫紅紫藍青藍青紫藍青藍青綠黃綠黃橙紅400~450450~480480~490490~500500~560560~580580~600600~650650~760溶液顏色與吸收光顏色和波段的關(guān)系三、紫外-可見分光光度法的基本原理

朗伯—比耳定律（光吸收定律）

T--透過率A--吸光度

b--液層厚度（光程長度）c--被測物濃度k--吸光系數(shù)吸光度A：表征物質(zhì)對光吸收程度的量。

A=lgI0/It=-lgT=kbc1、朗伯—比耳定律注意k的符號與c的對應(yīng)關(guān)系

關(guān)于K：K的物理意義：單位厚度、單位濃度溶液對一定波長光的吸光度。與溶液性質(zhì)、溫度和入射光波長有關(guān)。K越大，吸收能力越強，靈敏度越高。K與濃度單位之間的變化關(guān)系（P9）c的單位K的單位名稱符號mol/LL/（mol·cm）摩爾吸光系數(shù)εg/LL/（g·cm）質(zhì)量吸光系數(shù)α摩爾吸光系數(shù)ε吸光物質(zhì)的特征常數(shù)；在最大吸收波長λmax處，常以εmax表示。在溫度和介質(zhì)條件一定時，ε僅與吸光物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)有關(guān)，可作為定性鑒定的參數(shù)；不隨濃度c和光程長度b的改變而改變：ε＝A/bc

。ε在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。吸光能力與測定靈敏度的度量；

εmax越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強，測定的靈敏度越高。

ε>105：超高靈敏

ε=(6～10)×104：靈敏

ε<104：不靈敏

2、應(yīng)用朗伯—比耳定律時應(yīng)注意的問題入射光為平行單色光，且垂直照射；吸光質(zhì)點之間無相互作用；吸光度具有加和性（A總=A1+A2+…）。

吸收曲線（吸收光譜）

標(biāo)準（工作）曲線3、朗伯—比耳定律的應(yīng)用吸收曲線的繪制練習(xí)試驗溶液：λ（nm）480490500505510A0.1930.2250.3380.3850.405λ（nm）515520525530540A0.3900.3070.3270.2820.143XXX的吸收曲線實驗數(shù)據(jù)表吸收曲線的特點同一物質(zhì)

不同的物質(zhì)因其結(jié)構(gòu)不同而具有不同的吸收曲線；濃度不同，其吸收曲線的形狀和λmax的位置不變，但在同一波長下吸光度隨濃度的增大而增大。連續(xù)光譜（寬譜帶）吸收曲線的意義為定量分析選擇測量波長；

定性分析。返回在、b固定的情況下,測定一系列不同濃度的標(biāo)準溶液的吸光度，作A-c圖。標(biāo)準（工作）曲線繪制方法：吸光度隨濃度變化的曲線注意濃度的不同表示方法鐵的標(biāo)準曲線標(biāo)準（工作）曲線的繪制練習(xí)標(biāo)準系列：濃度（mg/L）0.100.200.300.400.500.60吸光度A0.0970.2000.3040.4080.5100.613XXX的標(biāo)準曲線實驗數(shù)據(jù)表濃度（mg/L）吸光度A為何有些點偏低？有些點偏高？朗伯—比耳定律的偏離吸光度A濃度c正偏離負偏離偏離原因非單色光引起的偏離：L—B定律要求入射光為單色光，但目前儀器提供的入射光是由波長范圍較窄的光帶組成的復(fù)合光。非平行入射光引起的偏離介質(zhì)不均勻引起的偏離化學(xué)因素引起的偏離：高濃度時引起溶液中吸光粒子之間相互作用上升，使吸光能力發(fā)生變化；化學(xué)反應(yīng)引起的偏離。如何評價？標(biāo)準曲線的線性如何保證？----線性相關(guān)系數(shù)----儀器、濃度范圍、基本操作通過人眼比較溶液顏色深淺來測定其中待測物質(zhì)含量比色管架1、目視比色法四、紫外-可見分光光度法分類（1）優(yōu)點：設(shè)備簡單、操作快速、靈敏度較高。（2）缺點：準確性差，主觀誤差約達5-20%。（3）適用于準確度要求不高的常規(guī)樣品分析，如鋼鐵爐前分析、水質(zhì)分析中的色度分析。目視比色法的優(yōu)缺點2、分光光度法

通過儀器測定被測溶液對某一波長光的吸收而確定其中物質(zhì)的含量。1、靈敏度高：試樣中1%-0.001%微量成分2、準確度高：相對誤差2%-5%（1%-2%）3、儀器結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、性價比高4、應(yīng)用廣泛：幾乎所有的無機離子及許多有機物紫外-可見分光光度法的特點五、紫外-可見分光光度計

光源吸收池檢測器單色器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)1、儀器結(jié)構(gòu)框圖工作原理及儀器結(jié)構(gòu)示意圖光源碘鎢燈氘燈單色器測量池參比池樣品池光電倍增管數(shù)據(jù)處理和儀器控制2、紫外-可見分光光度計的類型單波長單光束（P15）單波長雙光束雙波長3、紫外-可見分光光度計

主要部件光源

在儀器工作的波長范圍內(nèi)，提供連續(xù)、有足夠發(fā)射強度和良好穩(wěn)定性的復(fù)合光，而且發(fā)射光的強度隨波長的變化應(yīng)盡可能小?？梢妳^(qū)：鎢絲燈或碘鎢燈，波長范圍320-3200nm。紫外區(qū)：氫燈或氘燈，波長范圍200-375nm。基本要求常用光源紫外光源---氘燈(185-375nm)可見光源--鎢燈(320-1000nm)單色器單色器作用：從光源發(fā)出的復(fù)合光中分出所需要的單色光。單色器組成：由入射狹縫、準光器（透鏡或凹面反射鏡使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等組成。單色器的核心部分是色散元件（如玻璃棱鏡和光柵），起分光的作用。

吸收池用于盛放分析試樣；

可見光區(qū)可用玻璃吸收池，紫外區(qū)用石英吸收池；

吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向；

吸收池要配對。因為吸收池材料本身吸光特征以及吸收池的光程長度的精度等對分析結(jié)果都有影響。吸收池

檢測器的功能：檢測透射光強度、將光學(xué)信號轉(zhuǎn)變成電信號。

常用的檢測器有光電池、光電管和光電倍增管等。

檢測器功能：放大信號、顯示或記錄信號。常用的檢測器有數(shù)字顯示、自動記錄儀等。

信號處理及顯示系統(tǒng)各部件作用及材料光源單色器吸收池檢測器材料氫燈/氘燈鎢絲燈棱鏡（玻璃、石英）光柵比色皿（玻璃、石英）光電管光電池光電倍增管作用發(fā)出連續(xù)光源將復(fù)合光分為單色光盛放溶液將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栃吞柌ㄩL/nm分光器件數(shù)據(jù)處理指示產(chǎn)地721340-1000光柵微機數(shù)顯上海天普722325-1000光柵微機數(shù)顯上海天普S22PC

340～1000光柵微機數(shù)顯

上海棱光

755B190-1100光柵微機/打印數(shù)顯上海天普T6系列190-1100光柵微機/打印數(shù)顯北京普析UV2300200~800光柵微機液晶顯示器上海天美U1800190-1100光柵微機液晶顯示器日本日立UV2450190～900衍射光柵微機/打印液晶顯示器日本島津常用紫外可見分光光度計721型分光光度計722型分光光度計4、分光光度計的使用

預(yù)熱20min。調(diào)節(jié)T=0。調(diào)節(jié)T=100%（A=0）。測定溶液的吸光度A。六、紫外-可見分光光度法的應(yīng)用

無機物、有機物吸收光譜的特點一、定性分析

定性分析的方法定性分析的方法

純物質(zhì)對照

與標(biāo)準譜圖對照返回back標(biāo)準吸收光譜譜圖Sadtler.

SdandardSpectra(Ultraviolet).Heyden,London,1978.共收集了46000種化合物的紫外吸收光譜R.A.FriedelandM.Orchin,UltravioletSpectraofAromaticCompounds,Wiley,NewYork,1951.共收集了579種芳香化合物的紫外吸收光譜Kenzo.Hirayama,HandbookofUltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofOrganicCompounds,NewYork,Plenum,1967M.J.Kamlet,OrganicElectronicSpectraData,Vol.1,1946~1952,Interscience，1960返回有機化合物的紫外吸收特性常用術(shù)語1）、生色團：能吸收近紫外光、可見光引起電子躍遷的基團。如：含鍵的基團（三鍵、雙鍵）2）、助色團：能使有機物吸收峰向長波方向移動并使吸收強度增強的基團。如：含有孤電子對的氧、氮、鹵素等基團注意：對“色”的理解3）、紫（藍）移和紅移：因取代基的變更或溶劑的改變使吸收峰波長發(fā)生移動。

紅移：波長變長

藍（紫）移：波長變短幾類有機化合物的紫外吸收特性1、飽和烴類及其衍生物

烷烴（

-*，在遠紫外區(qū)產(chǎn)生吸收，一般作溶劑）鹵代烷烴（n-*，因助色團的作用，吸收光譜紅移，在遠紫外和近紫外區(qū)產(chǎn)生吸收）2、不飽和烯烴及共軛烯烴簡單烯烴（遠紫外區(qū)）共軛烯烴（含多生色團，近紫外區(qū)及可見區(qū)產(chǎn)生吸收，且強度強，有實際意義）化合物溶劑max/nmmax[L/mol?cm]N=1己烯氣體16210000N=21,3-丁二烯己烷21720900N=31,3,5-己三烯異辛烷26842700N=41,3,5,7-辛四烯環(huán)己烷304共軛多烯烴的吸收醛、酮3、羰基化合物（-*，n-*）羧酸類及其衍生物（210nm）4、芳香族化合物（-*）

苯（三個特征吸收峰）

取代苯（吸收峰紅移或紫移）雜環(huán)化合物（1）五元雜環(huán)（兩個吸收峰）（2）六元雜環(huán)（三個吸收峰）化合物1max/nm1max[L/mol.cm]2max/nm2max[L/mol.cm]3max/nm3max[L/mol.cm]苯184600002047900256200萘2201100002755600312289蒽2522000003757900菲2525000029513000330250芘2408900033450000352630丁苜27813000047311000苯和一些多芳香烴化合物的吸收光譜數(shù)據(jù)溫度溶劑pH值影響紫外吸收光譜的因素A230250270290310pH=7pH=2胞苷三磷酸在pH=2和pH=7的吸收光譜（nm）紫外-可見分光光度法的應(yīng)用二、檢查物質(zhì)的純度

無紫外-可見吸收的物質(zhì)（溶劑）中雜質(zhì)組分的檢查紫外-可見分光光度法的應(yīng)用三、定量分析

單組分定量分析的方法

多組分定量分析的方法標(biāo)準（工作）曲線的應(yīng)用配制標(biāo)準系列溶液配制未知樣品溶液測定某水樣中微量鐵含量0.100.500.300.400.200.60(mg/L)

在、b固定的情況下，選擇使用分光光度計測標(biāo)準系列、未知樣品的吸光度A。濃度（mg/L）0.100.200.300.400.500.60標(biāo)準系列吸光度A0.0970.2000.3040.4080.5100.613未知樣吸光度A0.348記錄實驗數(shù)據(jù)繪制標(biāo)準曲線查出測定液的濃度并計算濃度（c）吸光度A0.3480.35mg/LGoback數(shù)據(jù)處理設(shè)工作曲線方程為y=a+bxx為標(biāo)準溶液的濃度；y為相應(yīng)的吸光度；a、b稱回歸系數(shù)?？梢酝ㄟ^計算公式直接得到a、b與γ的數(shù)值。相關(guān)系數(shù)接近1，說明工作曲線線性好。測定時，為避免使用時出差錯，所作工作曲線上必須標(biāo)明標(biāo)準曲線的名稱、所用標(biāo)準溶液（或標(biāo)樣）名稱和濃度、坐標(biāo)分度和單位、測量條件（儀器型號、入射光波長、吸收池厚度、參比液名稱）以及制作日期和制作者姓名。數(shù)據(jù)處理使用工作曲線法的要點為保證測定準確度，標(biāo)樣與試樣溶液的組成應(yīng)保持一致，待測試液的濃度應(yīng)在工作曲線線性范圍內(nèi)，最好在工作曲線中部。工作曲線應(yīng)定期校準，如果實驗條件變動（如更換標(biāo)準溶液、所用試劑重新配制、儀器經(jīng)過修理、更換光源等情況），工作曲線應(yīng)重新繪制。如果實驗條件不變，那么每次測量只需帶一個標(biāo)樣，校驗一下實驗條件是否符合，就可直接用此工作曲線測量試樣的含量。曲線繪制不當(dāng)?shù)谋壤鼳xy12以兩組分為例1、當(dāng)吸收光譜不重疊即a）1處x組分有吸收y無吸收b）2處y組分有吸收x無吸收則分別在兩波長下測定x、y互不干擾。2、若吸收光譜重疊，即1、2下x、y均有吸收。通過解方程求Cx、Cy

A1=x1bcx+y1bcy

A2=x2bcx+y2bcyx1、y1——x、y的