紫外可見分光光度法基礎(chǔ)

關(guān)于紫外可見分光光度法基礎(chǔ)教學(xué)目標(biāo)1、了解紫外-可見分光光度法的特點(diǎn)；2、掌握光的吸收定律的意義；3、學(xué)習(xí)分光光度計(jì)的基本構(gòu)造；4、學(xué)會(huì)用標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)比較法測(cè)定物質(zhì)的含量；

5、掌握吸收曲線和標(biāo)準(zhǔn)曲線的不同之處

6、理解紫外-可見分光光度法的誤差和測(cè)量條件的選擇。第2頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

第一節(jié)概述

第3頁,共29頁，2024年2月25日，星期天一、光學(xué)分析法：

根據(jù)待測(cè)物質(zhì)（原子或分子）發(fā)射或吸收的電磁輻射，以及待測(cè)物質(zhì)與電磁輻射的相互作用而建立起來的定性、定量和結(jié)構(gòu)分析方法，統(tǒng)稱為光學(xué)分析法。

它是利用物質(zhì)的分子或離子對(duì)某一波長范圍的光的吸收作用，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析及結(jié)構(gòu)分析,所依據(jù)的光譜是分子或離子吸收入射光中特定波長的光而產(chǎn)生的吸收光譜。二、紫外-分光光度法

按所吸收光的波長區(qū)域不同，分為紫外（200～400nm）分光光度法和可見（400～760nm）分光光度法，合稱為紫外-可見分光光度法。第4頁,共29頁，2024年2月25日，星期天三、特點(diǎn)：

1、靈敏度高。待測(cè)物質(zhì)的濃度下限可達(dá)10-7～10-4g/ml，非常適用于微量或痕量組分的分析。

2、準(zhǔn)確度高。定量分析的相對(duì)誤差一般為1%～5%。

3、選擇性好。待測(cè)物質(zhì)對(duì)不同波長的電磁輻射的吸收也不相同，測(cè)定時(shí)，可以選擇適當(dāng)?shù)妮椛洳ㄩL排除或減少某些干擾。

4、儀器設(shè)備。設(shè)備簡單，操作簡便，測(cè)定快速。

2、應(yīng)用范圍廣。很多無機(jī)離子和有機(jī)化合物都可以測(cè)定。第5頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)基礎(chǔ)知識(shí)第6頁,共29頁，2024年2月25日，星期天一、光的本質(zhì)1、光的波粒二象性光是一種電磁波，是一種能在空間高速傳播的粒子流，具有波動(dòng)性和粒子性，即波粒二象性。粒子性：把光作為具有一定能量的光子（或光量子）加以描述。是一束一束的。

牛頓的微粒說能很好地解釋光的直進(jìn)、影的形成、反射、折射等現(xiàn)象缺點(diǎn):微粒說不能解釋當(dāng)一束光射到兩種介質(zhì)界面時(shí)，既有反射，又有折射，何種情況下反射，何種情況下折射？在解釋兩束光相遇后，為何仍能沿原方向傳播這一常見的現(xiàn)象．第7頁,共29頁，2024年2月25日，星期天波動(dòng)性：惠更斯的波動(dòng)說：光可以看作是某種振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播．

水波、聲波的反射和折射現(xiàn)象比較容易見到，所以波動(dòng)說解釋反射、折射是可以令人信服的．至于兩列水波互相穿過，幾個(gè)人的說話聲音可以同時(shí)聽到，都是人們熟知 的現(xiàn)象．第8頁,共29頁，2024年2月25日，星期天ν=

C/

式中：ν為頻率

C

為光速

為波長

可用波長(

)、頻率(ν)和速度（C）等來描述?？梢?，光的微粒說和波動(dòng)說在解釋光現(xiàn)象時(shí)，都各有成功的一面，但都不能完滿地解釋當(dāng)時(shí)的一切光現(xiàn)象。 在其后的100多年中，主要由于牛頓的崇高地位及聲望，因而微粒說一直占主導(dǎo)地位，波動(dòng)說發(fā)展很緩慢．人類對(duì)光本性的認(rèn)識(shí)，還期待新的現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)．直到19世紀(jì)初，人們發(fā)現(xiàn)了光的干涉現(xiàn)象，進(jìn)一步研究了光的衍射現(xiàn)象．干涉和衍射是波動(dòng)的重要特征，從而光的波動(dòng)說得到迅速發(fā)展．人類對(duì)光的本性的認(rèn)識(shí)達(dá)到一個(gè)新的階段．第9頁,共29頁，2024年2月25日，星期天麥克斯韋的電磁說，認(rèn)為：（1）光也是一種電磁波。（2）光有波的一般性質(zhì)。（3）光的真空中傳播速度是c=3×108m/s。（4）色光是由頻率決定的。即：不同的頻率對(duì)應(yīng)不同的顏色的光。愛因斯坦的光子說光是由大量的一份一份的光子組成的一束光子流。每一份光子是一個(gè)能量單元。光既是電磁波，也是光子。光既有波動(dòng)性，也有粒子性。波動(dòng)性和粒子性是矛盾的辯證統(tǒng)一。第10頁,共29頁，2024年2月25日，星期天2、光的波譜性質(zhì)所有的電磁波本質(zhì)相同，不同電磁波，波長或頻率不同①電磁波譜：把電磁波按波長大小順序排列起來。②可見光：人眼能感覺到的光。光譜區(qū)域：X射線遠(yuǎn)紫外近紫外可見光近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外微波射頻10nm200nm380nm780nm2.5um25um1mm按照波長不同：可見光：400-760nm；紫外光（線）：200-400nm；紅外線（光）：760nm-1000um。第11頁,共29頁，2024年2月25日，星期天可見光的顏色和互補(bǔ)色：在可見光范圍內(nèi)，不同波長的光的顏色是不同的。平常所見的白光（日光、白熾燈光等）是一種復(fù)合光，它是由各種顏色的光按一定比例混合而得的。利用棱鏡等分光器可將它分解成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等不同顏色的單色光。

白光除了可由所有波長的可見光復(fù)合得到外，還可由適當(dāng)?shù)膬煞N顏色的光按一定比例復(fù)合得到。能復(fù)合成白光的兩種顏色的光叫互補(bǔ)色光。物質(zhì)的顏色與吸收光的關(guān)系：當(dāng)白光照射到物質(zhì)上時(shí)，如果物質(zhì)對(duì)白光中某種顏色的光產(chǎn)生了選擇性的吸收，則物質(zhì)就會(huì)顯示出一定的顏色。物質(zhì)所顯示的顏色是吸收光的互補(bǔ)色。第12頁,共29頁，2024年2月25日，星期天③單色光：具有單一波長的光；④復(fù)合光：由不同波長的光混合而成的光；如太陽光等⑤光的色散：通過棱鏡，太陽光能散射出紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各種單色光的現(xiàn)象。⑥補(bǔ)色光：兩種適當(dāng)顏色的單色光按一定強(qiáng)度比例混合后得到白光，則這兩種單色光互稱補(bǔ)色光。第13頁,共29頁，2024年2月25日，星期天二、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收與其呈現(xiàn)的顏色1、光的顏色:可見光區(qū)，不同顏色的光，具有不同的波長

/nm

顏色互補(bǔ)光400-450紫黃綠450-480藍(lán)黃480-490綠藍(lán)橙490-500藍(lán)綠紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍(lán)610-650橙綠藍(lán)650-760紅藍(lán)綠第14頁,共29頁，2024年2月25日，星期天2、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收①當(dāng)電磁輻射的能量與所需的能量相等時(shí)，電磁輻射與物質(zhì)之間才能發(fā)生相互作用而被吸收。因?yàn)殡姶泡椛涞牟ㄩL越長，則頻率越低，其能量越小。②為什么不同的物質(zhì)呈現(xiàn)不同的顏色？由于溶液對(duì)光的選擇性吸收引起的，溶液呈現(xiàn)的是被吸收物質(zhì)的互補(bǔ)色。如：硫酸銅溶液吸收黃光，呈現(xiàn)蘭色。高錳酸鉀溶液吸收綠色光，呈現(xiàn)紫紅色。請(qǐng)問一束白光透過紅色玻璃后，何種顏色的光被吸收了？何種顏色的光幾乎不被吸收？第15頁,共29頁，2024年2月25日，星期天物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系完全吸收完全透過吸收黃色光光譜示意表觀現(xiàn)象示意復(fù)合光黑色白色藍(lán)色無色：對(duì)光譜中各種色光透過程度相同。有色：物質(zhì)的顏色由它透過或反射的光決定。黑色:幾乎吸收所有的入射光。白色:幾乎全部反射入射光。第16頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

一束平行單色光照射溶液時(shí)，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被器皿的表面反射Io=Ia

+It+Ir三、透光率與吸光度Io：入射光的強(qiáng)度；Ia：吸收光的強(qiáng)度；It：透射光的強(qiáng)度；Ir：反射光的強(qiáng)度。入射光

I0透射光

It1、透光率第17頁,共29頁，2024年2月25日，星期天在分光光度法中，測(cè)定時(shí)都是采用同樣材質(zhì)的比色皿，反射光的強(qiáng)度基本上是不變的，約占4％，其影響可以相互抵消，上式可簡化為Io=Ia+It

透過光強(qiáng)度It與入射光強(qiáng)度Io之比稱為透光度或透光率。常用T

表示：從上式可以看出：溶液的透光度越大，說明對(duì)光的吸收越小，濃度低；相反，透光度越小，溶液對(duì)光的吸收越大，濃度高。

2、吸光度：透光率的倒數(shù)取對(duì)數(shù)。透光率的倒數(shù)能夠反映溶液對(duì)光的吸收程度。①T取值為0.0%~100.0%；②全部吸收：T=0.0%③全部投射：T=100.0%第18頁,共29頁，2024年2月25日，星期天四、吸收光譜

在溶液濃度和液層厚度一定的條件下，用不同波長的單色光分別測(cè)定溶液的吸光度，以波長（

）為橫坐標(biāo)，以吸光度（Ａ）為縱坐標(biāo)所描繪的曲線，稱為吸收光譜曲線，簡稱吸收曲線，也可稱為Ａ-

曲線或吸收光譜。圖9-3高錳酸鉀溶液的吸收曲線例如：用400-760nm波長范圍內(nèi)的單色光分別測(cè)定三種不同濃度的KMnO4溶液，可以繪制出三條形狀相似的吸收曲線。

KMnO4溶液的吸收曲線能夠清楚地描述KMnO4對(duì)不同波長的光的吸收情況。吸收峰：曲線上凸起部分。最大吸收波長：吸收峰最高處所對(duì)應(yīng)的波長。常用

max表示。KMnO4溶液對(duì)525nm附近的綠光有最大吸收。

max=525nm第19頁,共29頁，2024年2月25日，星期天吸收光譜曲線的意義：

1、根據(jù)溶液吸光度（Ａ）大小，測(cè)定溶液濃度（c）這是紫外-可見分光光度法定量分析的依據(jù)。不同濃度的溶液，在相同波長范圍內(nèi)所形成的吸收峰的高度不同。濃度越大，吸收峰越高，吸光度越大。

2、根據(jù)吸收光譜曲線的形狀和最大吸收波長，可定性測(cè)定物質(zhì)。這是紫外-可見分光光度法定性分析的依據(jù)。物質(zhì)的性質(zhì)相同，吸收光譜曲線的形狀相似，最大吸收波長相同

3、當(dāng)溶液濃度、溫度和液層厚度一定時(shí)，溶液對(duì)

max的光吸收程度最大。因此，為了獲得較高的測(cè)定靈敏度常用最大吸收波長（

max

）的光作為測(cè)定溶液吸光度的入射光。

如擬測(cè)定KMnO4溶液的吸光度，則應(yīng)選擇何種波長的光作為入射光？思考第20頁,共29頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)基本理論第21頁,共29頁，2024年2月25日，星期天一、光的吸收定律

當(dāng)一束平行的單色光通過均勻、無散射的含有吸光性物質(zhì)的溶液時(shí)，在入射光的波長、強(qiáng)度及溶液的溫度等條件不變的情況下，該溶液的吸光度（Ａ）與溶液的濃度（c）及液層厚度（Ｌ）的乘積成正比。A=KcL

K稱為吸光系數(shù)，在一定條件下是常數(shù)。適用條件：1、適用于均勻、無散射的溶液、固體和氣體；2、適用于一定濃度范圍的稀溶液。第22頁,共29頁，2024年2月25日，星期天二、吸光系數(shù)溶液濃度不同，其物理意義和表達(dá)式不同。通常用兩種表達(dá)方法來描述。（一）摩爾吸光系數(shù)：

在波長一定時(shí)，溶液濃度為1mol/L，液層厚度為1cm時(shí)的吸光度，常用表示，其單位為L/mol·cm?！?04時(shí)稱為強(qiáng)吸收；≤102時(shí)稱為若吸收；介于兩者之間時(shí)稱為中強(qiáng)吸收。（二）吸光系數(shù)：

在波長一定時(shí)，溶液濃度為1g/L，液層厚度為1cm時(shí)的吸光度，常用表示，其單位為L/g·cm。第23頁,共29頁，2024年2月25日，星期天二、吸光系數(shù)

和

不能直接測(cè)定。通過測(cè)定已知準(zhǔn)確濃度的稀溶液的吸光度，根據(jù)光的吸收定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算。二者之間的換算關(guān)系：

=·M（三）比吸光系數(shù)（百分吸光系數(shù)）：《中國藥典》中使用

在波長一定時(shí)，溶液濃度為1%，液層厚度為1cm時(shí)的吸光度，常用E1%1cm表示，其單位為100ml/g·cm。第24頁,共29頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)入射光的波長、溶劑的種類、溶液的溫度和儀器的質(zhì)量等因素確定時(shí)，

、

和比吸光系數(shù)只與待測(cè)物質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，是物質(zhì)的特征常數(shù)之一，可以表示物質(zhì)在單位厚度時(shí)對(duì)某一特定波長光的吸收能力。

不同物質(zhì)對(duì)同一波長單色光可以有不同的吸光系數(shù)同一物質(zhì)對(duì)不同波長的單色光也會(huì)有不同的吸光系數(shù)。一般用物質(zhì)的最大吸收波長

max的吸光系數(shù)作為一定條件下衡量靈敏度的特征常數(shù)。吸光系數(shù)是紫外-可見分光光度法進(jìn)行定性和定量分析的重要參數(shù)之一?；蛟酱?，表明相同濃度的溶液對(duì)某一波長的入射光越容易吸收，測(cè)定的靈敏度越高。一般值在103以上時(shí)，就可以用分光光度法定量測(cè)定。第25頁,共29頁，2024年2月25日，星期天例1：用雙硫腙測(cè)定Cd2+溶液的吸光度。若配制濃度為140

g/L的Cd2+溶液，并置于厚度為1cm的吸收池中，在

max=525nm波長處，測(cè)得吸光度為0.220，試計(jì)算摩爾吸光系數(shù)。解法見本書P83頁例2：用鄰菲羅啉測(cè)定鐵的吸光度。標(biāo)準(zhǔn)溶液中Fe2+的濃度為500

g/L，置于厚度為1cm的吸收池中，在

max=508nm波長處，測(cè)得吸光度為0.099，試計(jì)算該溶液的摩爾吸光系數(shù)和吸光系數(shù)。解法見本書P84頁第26頁,共29頁，2024年2月25日，星期天小結(jié)

紫外-可見分光光度法是通過測(cè)定待測(cè)物質(zhì)在紫外-可見光區(qū)