《分析化學(xué)》-圖文課件-第八章

分析化學(xué)

第八章紫外-可見吸光光度法第二節(jié)吸光光度分析法的基本概念和基本原理第一節(jié)吸光光度法概述第四節(jié)測量誤差和顯色條件的選擇第三節(jié)紫外-可見分光光度計第五節(jié)定性和定量分析方法

第一節(jié)吸光光度法概述以肉眼可見的有色物質(zhì)為例，其溶液之所以有顏色，是因為吸收了白色光中某段波長的光線，而其他沒有被吸收的波長的光線則透過溶液，即肉眼所看見的顏色。物質(zhì)顏色與吸收光顏色的關(guān)系如表8-1所示。

第一節(jié)吸光光度法概述表8-1物質(zhì)顏色與吸收光顏色的關(guān)系

第一節(jié)吸光光度法概述不同的物質(zhì)具有不同的分子結(jié)構(gòu)，對不同波長的光會產(chǎn)生選擇性吸收，因而具有不同的顏色。還有的物質(zhì)對不可見光產(chǎn)生選擇性吸收，憑人的肉眼就無法判斷了，可以借助儀器的檢測系統(tǒng)進行辨別。常見的吸光光度法的類型如表8-2所示。

第一節(jié)吸光光度法概述表8-2波譜區(qū)名稱

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理電磁輻射和電磁波譜類一、電磁輻射1.電磁輻射也稱電磁波，是一種不需任何介質(zhì)即可高速傳播的粒子流，光屬于電磁輻射的一部分，光具有波粒二象性，一般用波長（λ）、頻率（ν）或波數(shù)（σ）來表示，波長越短，光的能量就越高。λ=1/σ=c/ν（8-1）式中，c為光速，c=3.0×108m·s-1。E=hν=hcσ=hc/λ（8-2）式中，h是普朗克常數(shù)，為6.63×10-34J·s。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理電磁波譜2.

電磁輻射按波長的長短順序排列和分段后稱為電磁波譜，其部分分類可參見表8-2。不同的波長屬不同的波譜區(qū)，對應(yīng)有不同的光子能量和不同的能級躍遷。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理吸收光譜和發(fā)射光譜

二、吸收光譜1.由于物質(zhì)對不同波長光的吸收程度不同，若以波長為橫坐標(biāo)，以每一波長下某物質(zhì)對光的吸收程度即吸光度（A）為縱坐標(biāo)，則可得到一條曲線，該曲線稱為吸收曲線或吸收光譜，它能更清楚地描述物質(zhì)對光的吸收情況，同時也是吸光光度法中選擇測量波長的重要依據(jù)。如圖8-1所示即為KMnO4溶液的吸收曲線。從圖中可看出，KMnO4的最大吸收波長λmax=525nm，而λmax是定量分析時的重要儀器條件。對于不同濃度的同一物質(zhì)，其最大吸收波長和吸收曲線形狀不變，只是吸光度隨濃度增加而增大。不同的物質(zhì)由于結(jié)構(gòu)不同對不同波長光的吸收程度不同，因此各物質(zhì)具有各自特征的吸收光譜，據(jù)此可對物質(zhì)進行初步定性分析。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理（1）分子吸收光譜。分子吸收光譜是指分子對輻射的選擇性吸收由基態(tài)或較低能級躍遷到較高能級產(chǎn)生的分子光譜，如紫外-可見吸收光譜、紅外吸收光譜等。（2）原子吸收光譜。原子吸收光譜是指物質(zhì)產(chǎn)生的原子蒸氣對輻射的選擇性吸收由基態(tài)或較低能級躍遷到[JP]較高能級產(chǎn)生的原子光譜，如各種元素的原子吸收光譜為帶狀光譜。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理圖8-1KMnO4溶液的吸收曲線

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理發(fā)射光譜2.

分子或原子對輻射的選擇性吸收后由較高能級回到較低能級或基態(tài)而產(chǎn)生的光譜稱為發(fā)射光譜。例如，焰色反應(yīng)就是簡單的發(fā)射光，將所發(fā)射出來的復(fù)合光進行分光處理色散可得到發(fā)射光譜，為帶狀光譜，和原子吸收光譜對應(yīng)的波長一樣。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理透光率和吸光度

三、當(dāng)一束平行單色光通過一均勻的吸光物質(zhì)的溶液時，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，還有一部分被容器表面反射。用I0表示入射光的強度，Ia代表吸收光的強度，It代表透過光的強度，Ir代表反射光的強度，得下式：I0=Ia+It+Ir（8-3）

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理透過光強度和入射光強度之比稱為透光率或透光度，用T表示，常表示為百分?jǐn)?shù)形式，即T=It/I0×100%（8-4）透光率為100%即表示溶液對光沒有吸收，透光率越小表示溶液對光吸收得越多。由于透光率與溶液濃度之間的非線性關(guān)系，又可以用吸光度A來表示溶液對光的吸收程度，定義為A=lg1/T=-lgT（8-5）

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理光吸收定律——朗伯-比耳（Lambert-Beer）定律

四、當(dāng)一束平行單色光通過一均勻的吸光物質(zhì)的溶液時，溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比，此即為朗伯比耳定律，表達(dá)式為（8-6）式中，A為吸光度，量綱為1的量；T為透光率；b為液層厚度(cm)，即光程長度，也即為容器的內(nèi)寬；c為溶液濃度（g·L-1）；a為吸光系數(shù)（g-1·cm-1·L）。當(dāng)c的單位為mol·L-1時，吸光系數(shù)稱為摩爾吸光系數(shù)，用ε表示，單位為mol-1·cm-1·L，則式（8-6）可變?yōu)椋?-7）

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理ε與吸光物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，是吸光物質(zhì)在特定波長、溫度和溶劑條件下的特征常數(shù)，數(shù)值上等于光程為1cm，濃度為1mol·L-1的吸光物質(zhì)對特定波長光的吸光度，反映了該物質(zhì)吸收光的能力。摩爾吸光系數(shù)不可能直接用1mol·L-1濃度的吸光物質(zhì)測量，一般是由較稀溶液的摩爾吸光系數(shù)換算得到。它可作為定性鑒定的參數(shù)，還可用來估量定量分析的靈敏度，ε值越大，分析方法越靈敏，通常用于吸光光度分析的ε＞1×104。ε與a的關(guān)系為ε=Ma（8-8）式中，M為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理【例8-1】配制2.00×10-5mol·L-1某標(biāo)準(zhǔn)溶液，用1cm比色皿于240nm處測得T=30%，求其摩爾吸光系數(shù)。解：根據(jù)式（8-7）得

第三節(jié)紫外可見分光光度計可見分光光度計和紫外-可見分光光度計是目前普及率比較高的吸光光度分析儀器。紫外-可見分光光度計種類繁多，普及型號為722型-可見分光光度計（可選波長為400～760nm）。紫外-可見分光光度計（可選波長為200～1000nm）基本上均由五大部分組成。各部分簡介如下：（1）光源。[JP3]可見光區(qū)通常使用6～12V低壓鎢絲燈作為光源，其發(fā)射波長為360～1100nm。近紫外光區(qū)常采用氫燈或氚燈產(chǎn)生[JP]的200～375nm的連續(xù)光譜作為光源。（2）單色器。單色器即將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置。單色器主要是由棱鏡或光柵等色散元件及狹縫和透鏡等組成。

第三節(jié)紫外可見分光光度計（3）吸收池。吸收池也稱比色皿。由無色透明的光學(xué)玻璃或石英玻璃制成，用來盛放被測溶液。可見光區(qū)吸光光度法使用玻璃制的吸收池，因為玻璃對紫外光有吸收，紫外光區(qū)吸光光度法則需使用石英制的吸收池。老式儀器吸收池的規(guī)格有0.5cm、1.0cm、2.0cm、5.0cm等，現(xiàn)代出廠的儀器只配備1.0cm吸收池。（4）檢測系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換元件和指示器。常用的光電轉(zhuǎn)換元件有硒光電池、光電管和光電倍增管等。（5）顯示系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)的儀器面板上指示的是透光率T和吸光度A而非電流值，且自動進行透光率T和吸光度A的換算，根據(jù)需要選擇要顯示的項目。

第四節(jié)測量誤差和顯色條件的選擇吸光光度分析中的誤差

一、吸收池1.

吸收池要求配套使用，每套四個（石英的為兩個），整套吸收池的ΔT≤0.05%，不是一套的吸收池不得混用，使用時應(yīng)保持吸收池的光潔，特別要注意應(yīng)保持透光面不受磨損或污染。

吸光度讀數(shù)范圍2.光度分析法的測量誤差與儀器的透光率絕對誤差的關(guān)系為(8-10)式中，Δc/c為濃度測量的相對誤差；ΔT為透光率測量的絕對誤差。分光光度計透光率讀數(shù)的波動ΔT一般在±0.2%～±2.0%。設(shè)ΔT=±0.5%，當(dāng)A為0.15～0.70或T為70%～20%時，濃度測量誤差約為1.4%～1.6%，一般認(rèn)為這是測量誤差較小的讀數(shù)范圍。當(dāng)A=0.434或T=36.8%時，濃度測量誤差最小。如果測量的吸光度過低或過高，測量誤差將較大。吸光度過低，可通過多取樣或萃取富集；吸光度過高，可少取樣或稀釋，使吸光度讀數(shù)在適當(dāng)范圍內(nèi)。第四節(jié)測量誤差和顯色條件的選擇

入射光波長的影響3.根據(jù)朗伯-比耳定律，要求入射光是一束平行單色光，由于儀器本身的原因，難以得到很純的單色光，通常入射光是以調(diào)節(jié)顯示的波長的光線及±5nm波長范圍的混合光為主。而波長不同，溶液的摩爾吸光系數(shù)也將改變。因此，選擇吸收曲線比較平坦的波長段的光作為入射光，再考慮到測量的靈敏度要大（摩爾吸光系數(shù)大），而盡可能選擇ε值較大且隨波長變化不太大的區(qū)域內(nèi)的波長。通常選擇最大吸收波長（λmax）。第四節(jié)測量誤差和顯色條件的選擇

參比溶液的類型及選擇4.為了消除吸收池和溶液中其他組分及溶劑對光的反射和吸收對測定產(chǎn)生的誤差，用兩個同樣光學(xué)性質(zhì)的吸收池，一個裝被測溶液，另一個裝參比溶液（即空白），調(diào)節(jié)參比溶液的透光率100%（即沒有吸收）。選擇合適的參比溶液可以更好地減小測定誤差。常用的參比溶液有以下幾類：（1）溶劑參比。如果僅待測物與顯色劑的反應(yīng)產(chǎn)物在測定波長下有吸收，可用純?nèi)軇┳鲄⒈热芤?，如水溶液可用純化水作為參比溶液。第四?jié)測量誤差和顯色條件的選擇

（2）試劑參比。如果顯色劑或其他試劑略有吸收，應(yīng)用不加試樣的溶液（其他的按照顯色反應(yīng)的用量加入）作參比溶液。（3）試樣參比。如果試樣中其他組分有吸收，但不與顯色劑反應(yīng)，則當(dāng)顯色劑無吸收時，可用試樣溶液作為參比溶液；當(dāng)顯色劑略有吸收時，可在試樣溶液中加入適當(dāng)掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，以此溶液作為參比溶液。第四節(jié)測量誤差和顯色條件的選擇

其他因素所引起的誤差5.根據(jù)朗伯比耳定律，測量條件不變時，以吸光度對濃度作圖，可得到一條通過原點的直線，由于溶液濃度過大、儀器產(chǎn)生的光線的單色性不純等因素的影響，會使得吸光度與濃度間的線性關(guān)系發(fā)生偏離而引起誤差，測定時，被測物濃度要在吸光度對濃度作圖所得的直線范圍內(nèi)進行，該范圍稱作線性范圍。第四節(jié)測量誤差和顯色條件的選擇

顯色條件的選擇

二、應(yīng)用最多的顯色反應(yīng)是配位反應(yīng)，作為顯色反應(yīng)應(yīng)滿足以下條件：（1）反應(yīng)定量，無副反應(yīng)；（2）有較大的摩爾吸光系數(shù)，提高測定的靈敏度；（3）選擇性要高，以減少干擾；（4）生成的有色物質(zhì)要組成恒定和有一定的穩(wěn)定性；（5）顯色劑在測定波長下無吸收或少吸收。第四節(jié)測量誤差和顯色條件的選擇

要想滿足以上要求，除了選擇好的顯色劑外，還要控制好顯色反應(yīng)的條件。一般從以下四個方面來控制顯色反應(yīng)的條件：（1）溶液的pH值。顯色反應(yīng)生成的有色物質(zhì)往往只在一定pH值范圍穩(wěn)定存在。（2）顯色劑用量。顯色劑的用量少則反應(yīng)不完全，用量多又可能有副反應(yīng)。（3）顯色時間。顯色反應(yīng)的時間短則可能反應(yīng)不完全，時間長又可能有副反應(yīng)。顯色反應(yīng)的時間也是通過實驗來確定的。（4）顯色反應(yīng)的溫度。通常是在室溫下進行。第四節(jié)測量誤差和顯色條件的選擇

第五節(jié)定性和定量分析方法定性分析

一、定性分析有簡單的和復(fù)雜之分，簡單的定性分析是確定樣品是不是某物質(zhì)或是不是含有某物質(zhì)；復(fù)雜的定性分析是確定樣品是什么物質(zhì)。紫外可見吸光光度法在定性分析方面的效果不是特別好，一般做的是確定樣品是不是某物質(zhì)或是不是含有某物質(zhì)。選擇合適的溶劑（非極性），使用有足夠純度單色光的分光光度計，在相同的條件下測定相近濃度的待測試樣和標(biāo)準(zhǔn)品的溶液的吸收光譜，然后比較兩者吸收光譜特征、吸收峰數(shù)目及位置、吸收谷及肩峰所在的位置（λ）等；分子結(jié)構(gòu)相同的化合物應(yīng)有完全相同的吸收光譜。

第五節(jié)定性和定量分析方法定量分析

二、單組分定量分析方法1.（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法。在線性范圍內(nèi)配制一系列（5～10個）不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在適當(dāng)?shù)牟ㄩL（通常為λmax）下，以適當(dāng)?shù)目瞻兹芤鹤鳛閰⒈热芤?，分別測定A，然后作A-c曲線，該曲線稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線或工作曲線。同條件下測定試樣溶液吸光度Ax，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出對應(yīng)的cx，如圖8-2所示。圖8-2標(biāo)準(zhǔn)曲線法

第五節(jié)定性和定量分析方法（2）標(biāo)準(zhǔn)對照法。已知試樣溶液基本組成，配制相同介質(zhì)、相近濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測液，在同樣條件下，分別測定吸光度A標(biāo)、A樣，根據(jù)朗伯-比耳定律：兩式相除，得(8-11)此方法操作簡單，但誤差較大。

第五節(jié)定性和定量分析方法（3）標(biāo)準(zhǔn)加入法。已知試樣溶液基本組成，難以配制相同介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，可先測量試樣溶液的吸光度（A樣），然后向試樣中加入一小體積（Vs）、高濃度（cs）的待測物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液，再測其吸光度（A′樣），由兩次測得的吸光度以及加入標(biāo)準(zhǔn)溶液的量計算待測組分的濃度。計算公式為（8-12）式中，V總為所配溶液的體積。此法可減小由于介質(zhì)的不同所引起的誤差。

第五節(jié)定性和定量分析方法【例8-2】用吸光光度法測定血清中某離子M，取血清樣5.00mL，加入各試劑后稀釋至10.00mL，測得A=0.435，同樣取血清樣5.00mL，加入0.50mL100μg·mL-1的M標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入各試劑后稀釋至10.00mL，測得A=0.835，求血清中M的含量(μg·mL-1)。解：由式(8-12)得血清中M的含量為5.44×2=10.9μg·mL-1

第五節(jié)定性和定量分析方法多組分定量分析2.由于吸光度具有加和性，可不經(jīng)分離同時測定某一試樣溶液中兩個以上的組分。混合組分的吸收光譜相互重疊的情況不同，測定方法也不相同，常見混合組分吸收光譜相干擾情況有三種，如圖8-3所示。圖8-3常見混合組分吸收光譜相干擾情況

第五節(jié)定性和定量分析方法（1）兩種吸光物質(zhì)的吸收曲線相互不重疊或重疊很少，則可分別在λ1及λ2

處測定組分x及組分y的濃度。（2）兩種吸光物質(zhì)的吸收曲線部分重疊。先用x、y的標(biāo)準(zhǔn)溶液求得εx(λ1)、εx(λ2)、εy(λ2)，而后在λ1