《儀器分析》課件-紫外-可見分光光度法

紫外-可見分光光度法(一）

一二三四五六第一節(jié)概述第二節(jié)基本原理第三節(jié)紫外可見分光光度計(jì)第四節(jié)可見分光光度法第五節(jié)目視比色法第六節(jié)紫外分光光度法一、概述紫外-可見分光光度法分類分光光度法分類紫外-可見分光光度法紫外-可見分光光度法的特點(diǎn)一、概述一、概述分光光度法分類(按所用的光的波譜區(qū)域不同)可見分光光度法：400～780nm紫外分光光度法：200～400nm紅外分光光度法：3×103～3×104nm紫外-可見分光光度法根據(jù)光輻射的吸收而建立起來(lái)的分析方法一、概述檢測(cè)下限10－5～10－6M具有較高的靈敏度操作簡(jiǎn)便，分析速度快價(jià)格低廉，應(yīng)用廣泛二、基本原理光的基本特性物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收吸收定律二、基本原理含有多種波長(zhǎng)的光，如：白光復(fù)合光具有同一種波長(zhǎng)的光單色光如果把適當(dāng)顏色的兩種光按一定的強(qiáng)度比例混合，可成為白光，那么兩種顏色的光稱為互補(bǔ)光互補(bǔ)光光是一種電磁波，具有波粒二重性，光既是一種波，具有波長(zhǎng)；光也是一種粒子，又具有能量（E）電磁波譜

/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)綠二、基本原理物質(zhì)顏色的產(chǎn)生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)合光二、基本原理11重鉻酸鉀硫酸銅溶液可見光區(qū)選擇性吸收物質(zhì)重鉻酸鉀溶液顏色是黃色的，溶液吸收了可見光中的藍(lán)色硫酸銅溶液顏色是藍(lán)色的，溶液吸收了可見光中的黃色結(jié)論：若某溶液選擇性地吸收了可見光區(qū)某波長(zhǎng)的光，則該溶液呈現(xiàn)出被吸收光的互補(bǔ)色光的顏色物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收二、基本原理在進(jìn)行吸光度測(cè)定時(shí)，通常選取在最大吸收波長(zhǎng)處來(lái)測(cè)量不同濃度的高錳酸鉀溶液，其吸收曲線形狀相似，最大波長(zhǎng)不變，但吸收峰峰高隨濃度的增加而增高不同物質(zhì)的吸收曲線，其形狀和最大吸收波長(zhǎng)都各不相同（定性分析）二、基本原理分子中電子躍遷產(chǎn)生的電子光譜處于紫外和可見光區(qū)電子躍遷的同時(shí)，伴隨著振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷；帶狀光譜入射光被溶液吸收的程度與溶液的厚度關(guān)系為：朗伯定律：當(dāng)溶液濃度和入射光通量一定時(shí)，光吸收程度與溶液液層厚度成正比ФtФ0bc二、基本原理朗伯-比爾定律二、基本原理Lg(Ф0/Фt)：表示單色光通過溶液時(shí)被吸收的程度，稱為吸光度A01Lg(Ф0/Фt)：表示單色光通過溶液時(shí)被吸收的程度，稱為吸光度A02二、基本原理入射光被溶液吸收的程度與溶液的厚度關(guān)系為：比爾定律：當(dāng)溶液液層厚度和入射光通量一定時(shí)，光吸收程度與溶液濃度成正比ФtФ0bc二、基本原理朗伯-比爾定律：當(dāng)一束平行單色光垂直入射通過均勻、透明的吸光物質(zhì)的稀溶液時(shí)，溶液對(duì)光的吸收程度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比A=Kbc入射光被溶液吸收的程度與溶液的厚度關(guān)系為：二、基本原理必須使用單色光吸收發(fā)生在均勻的介質(zhì)；（溶液為稀溶液）吸收過程中，吸收物質(zhì)互相不發(fā)生作用吸收定律對(duì)紫外光、可見光、紅外光都適用（1）摩爾吸光系數(shù)當(dāng)溶液濃度c的單位為mol/L，用ε表示，其單位為L(zhǎng)/mol·cm（2）質(zhì)量吸光系數(shù)當(dāng)溶液濃度c的單位為g/L,用a表示，其單位為L(zhǎng)/g·cm其物理意義是：?jiǎn)挝粷舛鹊娜芤阂簩雍穸葹?cm時(shí)，在一定波長(zhǎng)下測(cè)得的吸光度K大小與入射波長(zhǎng)、溶液溫度和溶劑性質(zhì)有關(guān)二、基本原理吸光度的加和性在多組分的體系中，在某一波長(zhǎng)下，如果各種對(duì)光有吸收的物質(zhì)之間沒有相互作用，則體系在該波長(zhǎng)的總吸光度等于各組分吸光度的和二、基本原理A總=A1+A2+…An=ΣAn比爾定律只適用于濃度小于0.01mol?L－1的稀溶液二、基本原理AC入射光為非單色光引起偏離溶液的化學(xué)因素引起偏離比爾定律的局限性引起偏離部件特點(diǎn)操作規(guī)則紫外分光光度計(jì)儀器的基本組成部件紫外-可見分光光度計(jì)的類型及特點(diǎn)常用紫外-可見分光光度計(jì)的使用三、紫外可見分光光度計(jì)光源單色器吸收池檢測(cè)器信號(hào)顯示系統(tǒng)三、紫外可見分光光度計(jì)光源單色器吸收池光電管暗盒光電倍增管放大器微安表單色器三、紫外可見分光光度計(jì)光源可見光光源常見的可見光光源有：鎢絲燈和鹵鎢燈紫外光光源常見的紫外光光源有：氫燈和氘燈另外，為了使光源發(fā)出的光在測(cè)量時(shí)穩(wěn)定，光源的供電一般都要用穩(wěn)壓電源，即加有一個(gè)穩(wěn)壓器作用：供給符合要求的入射光三、紫外可見分光光度計(jì)作用：把光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解成單色光，并能準(zhǔn)確方便地“取出”所需要的某一波長(zhǎng)的光，它是分光光度計(jì)的心臟部分組成：?jiǎn)紊饕话阌瑟M縫、色散元件（棱鏡和光柵）、透鏡系統(tǒng)組成棱鏡單色器：玻璃棱鏡：可吸收紫外光，只能用于可見光區(qū)域石英棱鏡：用于紫外、可見和近紅外三個(gè)光區(qū)域光柵單色器：可用于紫外、可見及紅外光區(qū)域，目前生產(chǎn)的紫外-可見分光光度計(jì)大多采用光柵作為色散元件吸收池（比色皿）作用：用于盛放待測(cè)液和決定透光液層厚度的器件吸收池的規(guī)格是以光程為標(biāo)志玻璃吸收池：只能用于可見光光區(qū)測(cè)定石英吸收池：用于紫外光區(qū)測(cè)定，也可以用于可見光光區(qū)測(cè)定分類：三、紫外可見分光光度計(jì)三、紫外可見分光光度計(jì)01.拿取吸收池時(shí)，只能用手指接觸兩側(cè)的毛玻璃02.不能將光學(xué)面與硬物或贓物接觸，只能用擦鏡紙03.凡含有腐蝕玻璃的物質(zhì)的溶液04.吸收池使用后應(yīng)立即用水沖洗干凈05.不得在火焰或電爐上進(jìn)行加熱或烘烤吸收池儀器使用吸收池過程，應(yīng)特別注意保護(hù)兩個(gè)光面三、紫外可見分光光度計(jì)作用：對(duì)透過吸收池的光做出響應(yīng)，并把它轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出，其信號(hào)大小與透過光的強(qiáng)度成正比常用的檢測(cè)器：光電池、光電管光電倍增管檢測(cè)器（接受器）作用：由檢測(cè)器產(chǎn)生的電信號(hào)，經(jīng)放大等處理后，用一定方式顯示出來(lái)常用的信號(hào)顯示器：（1）指示儀表（檢流計(jì)或微安表），（2）數(shù)字顯示和自動(dòng)記錄型裝置信號(hào)顯示器三、紫外可見分光光度計(jì)按光路分是指從光源發(fā)出的光，經(jīng)過單色器等一系列光學(xué)元件及吸收池后，最后照在檢測(cè)器上始終為一束光單光束分光光度計(jì)是指從光源發(fā)出的光，經(jīng)過單色器后被切光器分為強(qiáng)度相等的兩束光雙光束分光光度計(jì)單光束分光光度計(jì)0.575光源單色器吸收池比色皿檢測(cè)器信號(hào)顯示系統(tǒng)三、紫外可見分光光度計(jì)單波長(zhǎng)雙光束分光光度計(jì)比值光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示光束分裂器三、紫外可見分光光度計(jì)三、紫外可見分光光度計(jì)三、常用紫外-可見分光光度計(jì)的使用三、紫外可見分光光度計(jì)使用波長(zhǎng)范圍是400～780nm，只能用于測(cè)量有色溶液的吸光度可見分光光度計(jì)使用波長(zhǎng)范圍是200～1000nm，可測(cè)量在紫外、可見、近紅外有吸收的物質(zhì)的吸光度紫外-可見分光光度計(jì)三、紫外可見分光光度計(jì)紫外-可見分光光度計(jì)—雙光束使用波長(zhǎng)范圍是400～780nm，只能用于測(cè)量有色溶液的吸光度可見分光光度計(jì)：使用波長(zhǎng)范圍是200～1000nm，可測(cè)量在紫外、可見、近紅外有吸收的物質(zhì)的吸光度紫外-可見分光光度計(jì)三、紫外可見分光光度計(jì)穩(wěn)固、溫度15～28℃、干燥、無(wú)腐蝕性氣體電源穩(wěn)定在220V，最好配備穩(wěn)壓器光源不用不要開單色器不能拆開，經(jīng)常更換干燥劑正確使用吸收池光電轉(zhuǎn)換元件不能長(zhǎng)時(shí)間曝光儀器對(duì)工作環(huán)境的要求四、可見光分光光度法顯色反應(yīng)和顯色劑顯色條件的選擇測(cè)量條件的選擇定量方法四、可見光分光光度法氧化還原反應(yīng)

Fe3＋＋e=Fe2＋配位反應(yīng)Fe3＋＋5SCN－=Fe(SCN)52－顯色反應(yīng)：將待測(cè)組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)顯色劑：與待測(cè)組分形成有色化合物的試劑四、可見光分光光度法01選擇性要好02靈敏度要高03有色化合物的組成要恒定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定04顯色劑的顏色與有色化合物的顏色差別要大顯色條件要易于控制05四、可見光分光光度法M為被測(cè)物質(zhì)，R為顯色劑，MR為反應(yīng)生成的有色配合物，其反應(yīng)式為：M＋R≒MR實(shí)驗(yàn)的方法為：固定被測(cè)組分的濃度和其它條件，然后加入不同量的顯色劑顯色劑用量顯色劑一般應(yīng)適當(dāng)過量四、可見光分光光度法溶液酸度

當(dāng)酸度不同時(shí)，會(huì)生成配位比不同的配合物，其顏色也有所不同如：Fe3+與水楊酸的配合物：PH＜4

Fe(C7H4O3)+

紫色4＜PH＜9

Fe(C7H4O3)2－

紅色PH＞9

Fe(C7H4O3)

33－

黃色四、可見光分光光度法四、可見光分光光度法酸度過高會(huì)降低配合物的穩(wěn)定性；酸度較低時(shí)，不利于顯色反應(yīng)的進(jìn)行酸度變化，顯色劑的顏色可能發(fā)生變化四、可見光分光光度法固定待測(cè)液組分與顯色劑濃度，改變?nèi)芤簆H，分別測(cè)定吸光度A值，繪制A-pH關(guān)系曲線。選擇曲線平坦部分對(duì)應(yīng)pH作為應(yīng)控制的pH范圍實(shí)驗(yàn)方法四、可見光分光光度法一般顯色反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，但是也有一些反應(yīng)要加熱到一定溫度下才能進(jìn)行顯色溫度適宜的顯色溫度要由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定顯色時(shí)間顯色時(shí)間：反應(yīng)完成所需要的時(shí)間；

穩(wěn)定時(shí)間：顯色后有色物質(zhì)色澤保持穩(wěn)定的時(shí)間

四、可見光分光光度法實(shí)驗(yàn)方法：配制一份顯色溶液，從加入顯色劑開始，每隔一定時(shí)間測(cè)定吸光度A值，繪制A-t關(guān)系曲線。選擇曲線平坦部分對(duì)應(yīng)時(shí)間作為應(yīng)控制的時(shí)間范圍適宜的顯色時(shí)間要由實(shí)驗(yàn)來(lái)確定四、可見光分光光度法““溶劑的選擇有色化合物在有機(jī)溶劑中穩(wěn)定性好，溶解度大四、可見光分光光度法入射光波長(zhǎng)的選擇依據(jù)被測(cè)物質(zhì)的吸收曲線，選用最大吸收波長(zhǎng)作為入射波長(zhǎng)入射光波長(zhǎng)的選擇根據(jù)“吸收最大干擾最小”的原則四、可見光分光光度法如果僅有顯色劑與被測(cè)組分反應(yīng)的產(chǎn)物有吸收，則可以用溶劑作參比溶液溶劑參比1如果顯色劑和其他試劑有顏色，則用試劑溶液作參比液試劑參比2如果試液中其他共存組分有吸收，則用試液作參比液試液參比3參比溶液的選擇四、可見光分光光度法調(diào)節(jié)溶液的濃度選用適當(dāng)厚度的比色皿吸光度測(cè)量范圍的選擇測(cè)量吸光度過高或過低，誤差都很大，一般適宜的吸光度范圍是0.2～0.8控制的方法為：1、工作曲線法（標(biāo)準(zhǔn)曲線法）（1）作圖法方法：配制一系列不同含量的待測(cè)組分的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以不含待測(cè)組分的空白溶液為參比，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度。四、可見光分光光度法四、可見光分光光度法“工作曲線法（標(biāo)準(zhǔn)曲線法）方法：配制一系列不同含量的待測(cè)組分的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以不含待測(cè)組分的空白溶液為參比，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度作圖法四、可見光分光光度法計(jì)算法工作曲線可用一元線性方程表示：y=a＋bxb為直線斜率a為直線的截距r為相關(guān)系數(shù)四、可見光分光光度法比較法

用一個(gè)已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液cs，在一定條件下，測(cè)得其吸光度As，然后在相同條件下測(cè)得試液cx的吸光度Ax：條件：cs與cx濃度應(yīng)接近，且符合吸收定律四、可見光分光光度法第五節(jié)目視比色法用眼睛觀察比較溶液顏色深淺，來(lái)確定物質(zhì)含量的分析方法目視比色法方法原理測(cè)定方法特點(diǎn)第五節(jié)目視比色法將有色的標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測(cè)溶液在相同條件下對(duì)顏色進(jìn)行比較，當(dāng)溶液液層厚度相同、顏色深度一樣時(shí)，兩者的濃度相等。據(jù)吸收定律：由于εs=εx，當(dāng)bs=bx，As=Ax時(shí)，則cs=cx方法原理第五節(jié)目視比色法測(cè)定方法（標(biāo)準(zhǔn)系列法）系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制待測(cè)試液的配制從管口垂直向下觀察第五節(jié)目視比色法優(yōu)點(diǎn)儀器簡(jiǎn)單、操作方便、適宜大批樣品的分析缺點(diǎn)主觀誤差大、準(zhǔn)確度差特點(diǎn)第六節(jié)紫外分光光度法01.02.（一）有機(jī)化合物紫外吸收光譜的產(chǎn)生（二）紫外吸收光譜常用術(shù)語(yǔ)方法原理（一）定性鑒定（二）定量分析

紫外分光光度法的應(yīng)用方法原理有機(jī)化合物紫外吸收光譜的產(chǎn)生有機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜是三種電子躍遷的結(jié)果σ電子、π電子、n電子分子軌道理論：成鍵軌道—反鍵軌道sp

*s*RKE,Bnp

ECOHnpsH第六節(jié)紫外分光光度法第六節(jié)紫外分光光度法電子躍遷類型（常見）σ→σ*躍遷指處于成鍵軌道上的σ電子吸收光子后被激發(fā)躍遷到σ*反鍵軌道n→σ*躍遷指分子中處于非鍵軌道上的n電子吸收能量后向σ*反鍵軌道的躍遷π→π*躍遷指不飽和鍵中的π電子吸收光波能量后躍遷到π*反鍵軌道n→π*躍遷指分子中處于非鍵軌道上的n電子吸收能量后向π*反鍵軌道的躍遷電子躍遷所處的波長(zhǎng)范圍第六節(jié)紫外分光光度法第六節(jié)紫外分光光度法紅移與藍(lán)移吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)的現(xiàn)象，稱為吸收峰紅移吸收峰向短波方向移動(dòng)的現(xiàn)象，稱為吸收峰藍(lán)移增色效應(yīng)和減色效應(yīng)摩爾吸光系數(shù)增加的現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)摩爾吸光系數(shù)減小的現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)由于溶劑的極性不同，引起某些化合物的吸收峰的波長(zhǎng)、強(qiáng)度及形狀產(chǎn)生變化溶劑效應(yīng)1:乙醚2:水12250300苯酰丙