第11章-紫外-可見分光光度法

第十一章紫外-可見分光光度法第一節(jié)概述第二節(jié)紫外-可見分光光度法的基本原理第三節(jié)紫外-可見分光光度計(jì)第四節(jié)分析條件的選擇第五節(jié)定性和定量分析法第六節(jié)紫外-可見分光光度法的應(yīng)用2024/9/241分光光度法:是利用物質(zhì)在特定波長或一定波長范圍內(nèi)，對光的選擇性吸收建立起來的分析方法。

研究物質(zhì)在紫外-可見光區(qū)分子吸收光譜的分析方法稱為紫外-可見分光光度法（ultravioletandvisiblespectrophotometry，UV-vis）紫外-可見吸收光譜屬于分子光譜紫外-可見光的波長范圍200nm～1000nm第十一章紫外-可見分光光度法2024/9/242第一節(jié)概述一、電磁輻射與電磁波譜二、光譜分析法分類三、物質(zhì)對光的選擇性吸收四、紫外-可見分光光度法的特點(diǎn)2024/9/243一、電磁輻射與電磁波譜電磁輻射又稱電磁波，是一種在空間不需要任何物質(zhì)作為傳播媒介的高速傳播的離子流。(一)光的波動(dòng)性光的反射、折射、偏振、干涉、衍射參數(shù)：波長(λ)、頻率(γ)或波數(shù)(σ)相互關(guān)系：lsln1==，c2024/9/244一、電磁輻射與電磁波譜(二)光的粒子性光波是由一顆顆不連續(xù)的光子構(gòu)成的光子流光的吸收、光的發(fā)射、光電效應(yīng)參數(shù)：能量(E)光子的能量與光波的頻率或波數(shù)的關(guān)系：s=l=n=chchhE-ˉE，注：l2024/9/245二、光譜分析法分類光學(xué)分析法分為光譜分析法和非光譜分析法當(dāng)電磁輻射作用于待測物質(zhì)，使待測物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生能級躍遷，而引起的能量隨電磁輻射波長變化的分析方法稱光譜分析法當(dāng)電磁輻射作用于被測物質(zhì)時(shí)，利用其傳播方向、速度等物理性質(zhì)發(fā)生改變所建立起來的分析方法稱為非光譜分析法2024/9/246二、光譜分析法分類當(dāng)電磁輻射作用于待測物質(zhì)，使待測物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生能級躍遷，而引起的能量隨電磁輻射波長變化的分析方法稱光譜分析法按能量交換方向分吸收光譜法發(fā)射光譜法按作用物質(zhì)不同分原子光譜→線狀光譜分子光譜→帶狀光譜按輻射源波長分紅外光譜法、紫外光譜法可見光譜法、X-射線光譜法2024/9/247光譜法與非光譜法的區(qū)別：光譜法：內(nèi)部能級發(fā)生變化原子吸收/發(fā)射光譜法：原子外層電子能級躍遷分子吸收/發(fā)射光譜法：分子外層電子能級躍遷非光譜法：內(nèi)部能級不發(fā)生變化僅測定電磁輻射性質(zhì)改變2024/9/248三、物質(zhì)對光的選擇性吸收（一）光的顏色可見光：人眼能感覺到的光。波長范圍:400～760nm紫外光：波長小于400nm的光紅外光：波長大于760nm的光如果讓一束白光通過三棱鏡，就分解為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色的光，這種現(xiàn)象稱為光的色散。2024/9/249（二）物質(zhì)對光的選擇性吸收每種顏色的光具有一定的波長范圍。由不同波長的光混合而成的光稱為復(fù)合光。白光是復(fù)合光。把只具有一種顏色的光，叫做單色光。單色光是理想的2024/9/2410（二）物質(zhì)對光的選擇性吸收白光青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)適當(dāng)選配兩種顏色的光按一定的強(qiáng)度比例混合，可以獲得白光，則這兩種色光稱為互補(bǔ)色光。2024/9/2411（三）物質(zhì)的顏色與吸收光的關(guān)系固體物質(zhì)白光照射到物質(zhì)上時(shí)，物質(zhì)對于不同波長的光線吸收、透過、反射、折射的程度不同而使物質(zhì)呈現(xiàn)出不同的顏色。如果物質(zhì)對各種波長的光完全吸收,則呈現(xiàn)黑色；如果完全反射，則呈現(xiàn)白色如果對各種波長光吸收程度差不多,則呈現(xiàn)灰色；如果物質(zhì)選擇性地吸收某種波長的光，那么這種物質(zhì)的顏色由它透過光的顏色來決定。2024/9/2412（三）物質(zhì)的顏色與吸收光的關(guān)系對溶液溶液呈現(xiàn)不同的顏色，是由于溶液中的質(zhì)點(diǎn)(分子或離子)選擇性的吸收某種顏色的光所引起的。如果各種顏色的光透過程度相同，這種物質(zhì)就是無色透明。如果只讓一部分波長的光透過，其他波長的光被吸收，則溶液就呈現(xiàn)出透過光的顏色，也就是溶液呈現(xiàn)的是與它吸收的光成互補(bǔ)色的顏色。2024/9/2413四、紫外-可見分光光度法的特點(diǎn)紫外－可見分光光度法：研究物質(zhì)在紫外－可見光區(qū)分子吸收光譜的分析方法特點(diǎn)：1.靈敏度高：一般可以測到每毫升溶液中含有10-7g的物質(zhì)2.準(zhǔn)確度好：相對誤差1％～5％3.選擇性較好4.儀器不太貴重5.應(yīng)用廣泛2024/9/2414第二節(jié)紫外-可見分光光度法的基本原理一、光的吸收定律二、吸收光譜三、偏離光的吸收定律的原因2024/9/2415一、光的吸收定律(一)透光率T和吸光度A透射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度之比稱為透光率，用符號(hào)T表示透光度T的倒數(shù)反映了物質(zhì)對光的吸收程度，應(yīng)用時(shí)取它的對數(shù)為吸光度，用A表示I0I0ItItIrIrIaIaL2024/9/2416透光率T和吸光度A的關(guān)系吸光度A愈大，表示透光率T愈小，溶液對光的吸收程度愈強(qiáng)A與T的互換:A=-lgTT=10-A練習(xí)1:將透光率值換算成吸光度75%A=-lgT=-lg75%=0.125練習(xí)2:將吸光度值換算成透光率0.10T=10-A=10-0.10=0.7942024/9/2417(二)光的吸收定律在一定溫度下，一束平行單色光通過均勻無散射的某溶液時(shí)，溶液的吸光度與溶液的濃度和液層厚度的乘積成正比。這就是光的吸收定律，又稱朗伯-比爾定律（Lambert-Beer'sLaw）。用數(shù)學(xué)式表示為：A=KcL必須注意：入射光必須是單色光溶液必須是稀溶液.它是各類吸光光度法的定量依據(jù)。I0I0ItIt2024/9/2418(三)吸光系數(shù)溶液的濃度c的單位不同，吸光系數(shù)K的意義和表示方法也不同1.摩爾吸光系數(shù)，溶液的濃度為1mol/L用ε表示2.比吸光系數(shù)又稱百分吸光系數(shù)，，溶液濃度為1%（g/100ml），用E1cm1%表示ε和E1cm1%的互換2024/9/2419影響吸光系數(shù)的因素及意義影響吸光系數(shù)的因素物質(zhì)的性質(zhì)不同溶劑入射光波長意義吸光系數(shù)越大，溶液對光的吸收越多，測定方法的靈敏度越高例1用雙硫腙法測定Cd2+溶液的吸光度。當(dāng)溶液的濃度為14μg/100ml，在最大吸收波長=520nm處測得吸光度為0.44，吸收池厚度為2cm，求其比吸光系數(shù)和摩爾吸光系數(shù)。2024/9/2420二、吸收光譜在濃度一定的條件下，以波長或波數(shù)為橫坐標(biāo)，以吸光度或吸光系數(shù)為縱坐標(biāo)所描繪的λ~A曲線(一)吸收光譜的術(shù)語1.吸收峰2.谷3.肩峰4.末端吸收5.強(qiáng)帶和弱帶2024/9/2421(二)高錳酸鉀溶液的吸收光譜曲線1.高錳酸鉀溶液對不同波長的光吸收程度不同，最大吸收波長=525nm，對綠色光有最大吸收。2.相同條件下，不同濃度的高錳酸鉀溶液產(chǎn)生的吸收曲線相似，即最大吸收波長不變。不同的物質(zhì)有不同的吸收曲線，吸收光譜曲線是用分光光度法對物質(zhì)進(jìn)行定性分析的依據(jù)。3.吸收光譜曲線中吸光度與濃度成正比，常在最大吸收波長處進(jìn)行定量分析。2024/9/2422三、偏離光的吸收定律的原因(一)化學(xué)因素1.吸光物質(zhì)的濃度Beer定律適用的前提：稀溶液(<0.01mol/L)2.吸光物質(zhì)不穩(wěn)定(二)光學(xué)因素1．非單色光的影響2．雜散光的影響3．反射光和散色光的影響4．非平行光的影響2024/9/2423第三節(jié)紫外-可見分光光度計(jì)一、主要部件二、儀器類型2024/9/2424一、主要部件（五個(gè)部件）光源單色器吸收池顯示器檢測器（一）光源1．光源：提供入射光的裝置鎢燈或鹵鎢燈——可見光源

350~1000nm氫燈或氘燈——紫外光源

200~360nm2024/9/24252．單色器：將來自光源的復(fù)合光，按波長順序色散分離出所需波長的單色光包括狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件色散元件棱鏡——對不同波長的光折射率不同分出光波長不等距光柵——衍射和干涉分出光波長等距

2024/9/2426單色器光路示意圖2024/9/24273.吸收池:盛放樣品溶液普通玻璃——能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)石英玻璃——不吸收紫外光，用于紫外和可見光區(qū)要求(1)盛參比溶液與盛樣品溶液的吸收池應(yīng)互相匹配(2)測定吸光系數(shù)或測定樣品時(shí)，要求吸收池有準(zhǔn)確的厚度(3)吸收池兩光面易損蝕，注意保護(hù)2024/9/24284．檢測器：將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置光電池光電管光電倍增管二極管陣列檢測器5．記錄裝置：訊號(hào)處理和顯示系統(tǒng)2024/9/2429二、儀器類型1.單波長單光束分光光度計(jì)特點(diǎn)：使用時(shí)來回拉動(dòng)吸收池移動(dòng)誤差對光源要求高比色池配對比值光源單色器吸收池檢測器顯示2024/9/24302.單波長雙光束分光光度計(jì)特點(diǎn)：不用拉動(dòng)吸收池，可以減小移動(dòng)誤差對光源要求不高可以自動(dòng)掃描吸收光譜比值光源單色器吸收池檢測器光束分裂器顯示2024/9/24313．雙波長分光光度計(jì)

特點(diǎn)：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光源單色器單色器檢測器切光器狹縫吸收池2024/9/24324．多道分光光度計(jì)特點(diǎn)采用了多道光子檢測器，能快速掃描分辨率高，可達(dá)1nm～2nm價(jià)格昂貴2024/9/2433第四節(jié)分析條件的選擇一、顯色反應(yīng)條件的選擇二、測定條件的選擇2024/9/2434一、顯色反應(yīng)條件的選擇顯色反應(yīng)：將待測組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩镔|(zhì)的反應(yīng)顯色劑：將待測組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩镔|(zhì)的試劑（一）對顯色反應(yīng)的要求1有確定的定量關(guān)系；2選擇性好，干擾少；3靈敏度高，摩爾吸光系數(shù)較大；4反應(yīng)生成物組成恒定并具有足夠的穩(wěn)定性；5顯色劑在測定波長處無吸收。2024/9/2435(二)、顯色反應(yīng)條件的選擇1.顯色劑用量:(a)在ab之間選擇合適的顯色劑用量(b)控制好顯色劑的用量(c)只用于定性不用于定量2024/9/2436(二)、顯色反應(yīng)條件的選擇2.酸度:最適宜pH范圍(酸度)，作A-pH關(guān)系曲線圖來確定3.顯色溫度繪制A-t(℃)曲線，選擇A較大的溫度顯色4.顯色時(shí)間繪制A-t曲線5.干擾的消除2024/9/2437二、測定條件的選擇（一）.入射光波長的選擇選擇最大吸收波長λmax作為測量波長（二）.吸收度范圍的選擇透光率T在20%～65%吸收度A在0.8～0.2（三）.參比溶液的選擇測量待測溶液的吸光度時(shí)，先用參比液調(diào)節(jié)透光度為100%參比液的類型：溶劑參比液；試劑參比液2024/9/2438第五節(jié)定性和定量分析法一、定性分析二、純度檢測三、定量分析2024/9/2439一、定性分析

定性分析的依據(jù)：吸收光譜圖（一）比較吸收光譜的一致性比較兩者吸收光譜圖的一些特征，（如吸收峰數(shù)目和形狀、最大吸收波長、摩爾吸光系數(shù)等），若兩者完全一致，可初步判斷是同一物質(zhì)；若兩者吸收光譜不同可以肯定不是同一物質(zhì)。（二）對比吸光度(或吸光系數(shù))的比值如果化合物有幾個(gè)吸收峰，可用在不同吸收峰處(或峰與谷)測得吸光度比值作為鑒定依據(jù)如維生素的吸收光譜有三個(gè)吸收峰，分別為278、361、550nm，它們的吸光度比值在1.70～1.88之間，在3.15～3.45之間。2024/9/2440二、純度檢測根據(jù)吸收曲線的特征可檢查樣品中有無雜質(zhì)。如果待測物質(zhì)在紫外可見光區(qū)沒有明顯的吸收，而雜質(zhì)有吸收，那么根據(jù)吸收曲線可以檢查出雜質(zhì)。例如：在乙醇或環(huán)己烷中含有雜質(zhì)苯，苯在256nm處有吸收峰，而乙醇或環(huán)己烷無吸收，因此，若樣品在256nm處有吸收峰時(shí)說明樣品中含有雜質(zhì)苯2024/9/2441三、定量分析

定量分析的依據(jù)是光的吸收定律

定量依據(jù)：A=KCL1、標(biāo)準(zhǔn)曲線法2、標(biāo)準(zhǔn)對照法3、吸光系數(shù)法（一）多組分的定量分析法2024/9/24421、標(biāo)準(zhǔn)曲線法配制一系列(5～7個(gè))不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在λmax處，以適當(dāng)?shù)目瞻滓鹤鲄⒈纫?，逐一測定各溶液的吸光度A，以溶液濃度c為橫坐標(biāo)，吸光度A為縱坐標(biāo)，繪制A-c曲線，將得到一條通過原點(diǎn)的直線，再在相同條件下，測定未知試樣的吸光度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上可以找到與之相對應(yīng)的未知試樣的濃度c樣C原樣=C樣×稀釋倍數(shù)ACC樣品比色液濃度2024/9/24432、標(biāo)準(zhǔn)對比法

----該法操作簡便，但誤差較大

在相同條件下，配制標(biāo)準(zhǔn)溶液和試樣溶液，在最大吸收波長處，分別測定兩者的吸光度。根據(jù)光的吸收定律：2024/9/2444標(biāo)準(zhǔn)對照法也可用于測定不純試樣的含量將試樣溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成相同濃度，則c樣=c標(biāo)，在最大吸收波長處分別測定吸光度A，計(jì)算出試樣的百分含量。

例1

不純的高錳酸鉀試樣與標(biāo)準(zhǔn)品高錳酸鉀各取0.1000g，分別用1000mL容量瓶定容。各取10.00mL稀釋至50.00mL，在最大吸收波長525nm處，測得A樣=0.220、A標(biāo)=0.260，求試樣中高錳酸鉀的百分含量。2024/9/24453、吸光系數(shù)法

---又稱絕對法

是直接利用光的吸收定律A=KcL，，在手冊或文獻(xiàn)中查得E1cm1%或ε，在最大吸收波長處測得某濃度下該物質(zhì)的吸光度A，求該溶液的濃度

例2

維生素B12的水溶液，在最大吸收波長361nm處，E1cm1%

=20.7，若測得溶液的吸光度0.621，吸收池厚度1cm，求該溶液的濃度。例3

已知苯胺最大吸收波長280nm，ε=1430，將含有苯胺的化合物配制成1.00×10-2mol/L的溶液，用1cm的比色皿測得A為0.500，求試樣中苯胺百分含量。2024/9/2446（二）多組分的定量分析法雙波長分光光度法理論依據(jù)是：開始時(shí)，使交替照射到吸收池的兩束波長分別為λ1和λ2的單色光的強(qiáng)度相等，待測組分對λ1和λ2的吸光度分別為A1和A2，背