紫外分光光度計(jì)

紫外—可見(jiàn)分光光度法

§1概述§2光的吸收定律§3偏離朗伯－比爾定律的原因§4紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)§5顯色反應(yīng)及其影響因素§6測(cè)量的誤差和測(cè)量條件的選擇§7分光光度測(cè)定的方法2024/11/22§11.1概述

利用被測(cè)物質(zhì)的分子對(duì)紫外-可見(jiàn)光具有選擇性吸收的特性而建立的分析方法。一、紫外－可見(jiàn)吸光光度法的特點(diǎn)（1）具有較高的靈敏度。（2）有一定的準(zhǔn)確度，該方法相對(duì)誤差為2%~5%，可滿足對(duì)微量組分測(cè)定的要求。使用精度高的儀器，誤差可達(dá)1%~2%。（3）設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、快速、費(fèi)用低、選擇性好、。（4）應(yīng)用廣泛，可以測(cè)定無(wú)機(jī)物、有機(jī)物；可以進(jìn)行定量分析、結(jié)構(gòu)分析、定性分析；可以測(cè)定配合物的組成、有機(jī)酸（堿）及配合物的平衡常數(shù)等等2024/11/22單色光：只具有一種波長(zhǎng)的光?；旌瞎猓河蓛煞N以上波長(zhǎng)組成的光，如白光。二、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收白光青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)1、光的互補(bǔ)性與物質(zhì)的顏色

如果兩種適當(dāng)顏色的光按一定的強(qiáng)度比例混合可以得白光，這兩種光就叫互為補(bǔ)色光。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色和吸收的光顏色之間是互補(bǔ)關(guān)系。2024/11/22

/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)綠不同顏色的可見(jiàn)光波長(zhǎng)及其互補(bǔ)光白光青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)2024/11/222、吸收光譜或吸收曲線

吸收曲線：測(cè)定某種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的吸收程度，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖。KMnO4的吸收曲線最大吸收波長(zhǎng)，

max定量分析的基礎(chǔ)：依據(jù)朗伯-比爾定律，即一定波長(zhǎng)處被測(cè)定物質(zhì)的吸光度與物質(zhì)濃度呈線性關(guān)系。因此，通過(guò)測(cè)定一定波長(zhǎng)處溶液的吸光度，即可求出該物質(zhì)在溶液中的濃度。單組份的測(cè)定示差分光光度法多組分的測(cè)定光度滴定雙波長(zhǎng)法導(dǎo)數(shù)分光光度法配合物組成的測(cè)定酸堿離解常數(shù)的測(cè)定2024/11/222024/11/22300400500600350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光譜350光譜定性分析基礎(chǔ)：吸收曲線的形狀和最大吸收波長(zhǎng)紫外-可見(jiàn)分光光度法的定性分析主要適用于不飽和有機(jī)化合物，尤其是共軛體系的鑒定，以此推斷未知物的骨架結(jié)構(gòu)。此外可配合紅外光譜、核磁共振波譜法和質(zhì)譜法進(jìn)行定型鑒定和結(jié)構(gòu)分析。在相同的測(cè)量條件（溶劑、pH等）下，測(cè)定未知物的吸光譜與所推斷化合物的標(biāo)準(zhǔn)物的吸光譜直接比較，或?qū)⑵渑c未知物的吸收光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)做定性分析。如果吸收光譜的形狀，包括吸收光譜的

max，

min吸收峰的數(shù)目、位置、拐點(diǎn)以及εmax等完全一致，則可以初步認(rèn)定為是同一化合物。2024/11/22§11.2光的吸收定律—朗伯－比爾定律I0：入射光強(qiáng)度I：透過(guò)光強(qiáng)度c：溶液的濃度b：液層寬度T－透光率（透射比）A－吸光度2024/11/22

κ與入射光波長(zhǎng)、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)。當(dāng)這些條件一定時(shí)，κ代表單位濃度的有色溶液放在單位寬度的比色皿中的吸光度。

c的單位為g·L-1，b的單位為cm時(shí)，κ以a表示，稱為吸光系數(shù)，其單位為L(zhǎng)·g-1·cm-1，A=abc。

c的單位為mol·L-1，b的單位為cm，κ用ε表示。稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為L(zhǎng)·mol-1·cm-1，A=εbc。ε=aMM為待測(cè)物質(zhì)的摩爾質(zhì)量（g·mol-1）2024/11/22關(guān)于摩爾吸光系數(shù)ε（1）吸收物質(zhì)在一定波長(zhǎng)和溶劑條件下的特征常數(shù)（2）不隨濃度c和液層厚度b的改變而改變。在溫度和波長(zhǎng)等條件一定時(shí)，ε僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測(cè)物濃度無(wú)關(guān)；（3）同一吸光物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下的ε值是不同的。在最大吸收波長(zhǎng)λmax處的摩爾吸光系數(shù)，常以εmax表示

εmax表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力。

2024/11/22例1濃度為25.0μg/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分光光度法測(cè)定，于波長(zhǎng)600nm處，用2.0cm比色皿測(cè)得T=50.1%，求吸光系數(shù)a和摩爾吸光系數(shù)ε。已知M(Cu)=64.0。解已知T=0.501，則A=－lgT=0.300，b=2.0cm,則根據(jù)朗伯—比爾定律A=abc，而ε=Ma=64.0g·mol-1×3.00×102L·g-1·cm-1=1.92×104(L·mol-1·cm-1)2024/11/22解:由A=-lgT=abc可得

T=10-abc

當(dāng)b1=1cm時(shí)，T1=10-ac=T

當(dāng)b2=2cm時(shí)，T2=10-2ac=T2例2某有色溶液，當(dāng)用1cm比色皿時(shí)，其透光度為T(mén)，若改用2cm比色皿，則透光度應(yīng)為多少？2024/11/22

定量分析時(shí)，通常液層厚度是相同的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關(guān)系應(yīng)該是一條通過(guò)直角坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。但在實(shí)際工作中，往往會(huì)偏離線性而發(fā)生彎曲?！?1.3偏離朗伯一比爾定律的原因

01234mg/mLA。。。。*0.80.60.40.20工作曲線2024/11/22一、物理因素(1)比爾定律的局限性

比耳定律假設(shè)了吸收粒子之間是無(wú)相互作用的，因此僅在稀溶液（c<10-2mol/L)的情況下才適用。(2)非單色光引起的偏離

朗伯一比爾定律只對(duì)一定波長(zhǎng)的單色光才能成立，但在實(shí)際工作中，入射光是具有一定波長(zhǎng)范圍的。2024/11/22二、化學(xué)因素

溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化也會(huì)引起偏離。例：

測(cè)定時(shí)，在大部分波長(zhǎng)處，Cr2O72-的k值與CrO42-的k值是很不相同的。A與c不成線性關(guān)系。例：顯色劑KSCN與Fe3+形成紅色配合物Fe(SCN)3，存在下列平衡：

Fe(SCN)3Fe3++3SCN－溶液稀釋時(shí)一倍時(shí)，上述平衡向右，離解度增大。所以Fe(SCN)3的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導(dǎo)致偏離朗伯—比爾定律。2024/11/22§11.4紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)光源單色器吸收池檢測(cè)器信號(hào)指示系統(tǒng)2024/11/22作用：提供能量，激發(fā)被測(cè)物質(zhì)分子，使之產(chǎn)生電子譜帶要求：發(fā)射足夠強(qiáng)的連續(xù)光譜，有良好的穩(wěn)定性及足夠的適用壽命類型：可見(jiàn)與近紅外區(qū)：鎢燈400~1100nm

紫外區(qū)：氫燈或氘燈180~400nm一、光源2024/11/22作用：從連續(xù)光源中分離出所需要的足夠窄波段的光束常用的元件：棱鏡、光柵二、單色器2024/11/22功能：用于盛放試樣，完成樣品中待測(cè)試樣對(duì)光的吸收常用的吸收池：石英（紫外區(qū)）玻璃（可見(jiàn)區(qū)）吸收池光程：1cm、2cm、3cm等注意：為減少光的損失，吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向。吸收池要挑選配對(duì)，因?yàn)槲粘夭牧系谋旧砦馓卣饕约拔粘氐墓獬涕L(zhǎng)度的精度等對(duì)分析結(jié)果都有影響。三、吸收池（比色皿）2024/11/22作用：接受、記錄信號(hào)組成：檢測(cè)器、放大器和讀數(shù)和記錄系統(tǒng)常用檢測(cè)器：光電管和光電倍增管藍(lán)敏（銻銫）光電管210~625nm

紅敏（氧化銫）光電管625~1000nm四、檢測(cè)系統(tǒng)2024/11/22單光束分光光度計(jì)雙光束分光光度計(jì)雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)（相互重疊多組分分析）五、儀器類型2024/11/22單光束分光光度計(jì)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜缺點(diǎn)：受光源影響波動(dòng)大可見(jiàn):721360~800nm，電表讀數(shù)722330~800nm，數(shù)字顯示7230330~900nm，帶微處理器，配打印機(jī)紫外、可見(jiàn)：752200~800nm754200~800nm，帶微處理器，配打印機(jī)UV758190~900nm，掃描功能紫外、可見(jiàn)及近紅外751G200~1000nmUV755B200~100nm，帶微處理器，配打印機(jī)單光束分光光度計(jì)：經(jīng)單色器分光后的一束平行光，輪流通過(guò)參比溶液和樣品溶液，以進(jìn)行吸光度的測(cè)定。2024/11/22

顯色劑§11.5顯色反應(yīng)及其影響因素顯色反應(yīng)：將被測(cè)組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的化學(xué)反應(yīng)。顯色劑：能與被測(cè)組分反應(yīng)使之生成有色化合物的試劑。2024/11/22

選擇性好

所用的顯色劑僅與被測(cè)組分顯色而與其它共存組分不顯色，或其它組分干擾少。靈敏度足夠高

有色化合物有大的摩爾吸光系數(shù)，一般應(yīng)有104~105數(shù)量級(jí)。

有色配合物的組成要恒定

顯色劑與被測(cè)物質(zhì)的反應(yīng)要定量進(jìn)行。

生成的有色配合物穩(wěn)定性好

色差大

有色配合物與顯色劑之間的顏色差別要大，這樣試劑空白小，顯色時(shí)顏色變化才明顯。一、對(duì)顯色反應(yīng)的要求2024/11/22二、影響顯色反應(yīng)的因素1、顯色劑的用量M+RMR2024/11/22

2、溶液的酸度（2）對(duì)顯色劑的平衡濃度和顏色的影響（3）對(duì)有色化合物組成的影響不同的顯色反應(yīng)的適宜pH是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的。（1）對(duì)被測(cè)組分存在狀態(tài)的影響2024/11/22pH與吸光度的關(guān)系曲線2024/11/223、顯色溫度：要求標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測(cè)溶液在測(cè)定過(guò)程中溫度一致。4、顯色時(shí)間：通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定合適的顯色時(shí)間，并在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行比色測(cè)定。5、溶劑：有機(jī)溶劑降低有色化合物的解離度，提高顯色反應(yīng)的靈敏度。6、共存離子的影響

2024/11/22§11.6測(cè)量的誤差和測(cè)量條件的選擇誤差來(lái)源：入射光源不穩(wěn)定吸收池玻璃的厚度不均勻池壁不平行，表面有水跡，油污或劃痕光電池不靈敏，光電流測(cè)量不準(zhǔn)確誤差影響：透光度讀數(shù)誤差一、儀器測(cè)量誤差2024/11/22二、測(cè)量條件的選擇1、入射光波長(zhǎng)的選擇

測(cè)量的入射光波長(zhǎng)：最大吸收波長(zhǎng)λmax。若干擾物在λmax處也有吸收，在干擾最小的條件下選擇吸光度最大的波長(zhǎng)。2、吸光度范圍的選擇兩式相除：2024/11/22不同透光率時(shí)測(cè)定濃度的相對(duì)誤差ΔcB/cB(ΔT=0.01)T/%95908070605036.83020105220.610.75.64.03.32.92.72.83.24.36.513.0測(cè)定相對(duì)誤差與透光率的關(guān)系在T=36.8%(A=0.434)時(shí)，濃度測(cè)定的相對(duì)誤差最小。在實(shí)際測(cè)定時(shí)，常將吸光度控制在0.2~0.7(T=20%~65%)之間。2024/11/223、參比溶液的選擇I0參比樣品未考慮吸收池和溶劑對(duì)光子的作用原則:使試液的吸光度能真正反映待測(cè)物的濃度。

測(cè)量試樣溶液的吸光度時(shí)，先要用參比溶液調(diào)節(jié)透射比為100%，以消除溶液中其他成分以及吸收池和溶劑對(duì)光的反射和吸收所帶來(lái)的誤差。根據(jù)試樣溶液的性質(zhì)，選擇合適組分的參比溶液是很重要的。

2024/11/22（1）溶劑參比：如果僅待測(cè)物與顯色劑的反應(yīng)產(chǎn)物有吸收，可用純?nèi)軇ɑ蛘麴s水）