諾貝爾學(xué)術(shù)資源網(wǎng)_紫外可見吸光光度法.ppt

1、1,第2章 可見和紫外 吸光光度法,2.1 可見吸光光度法概述 2.2 光吸收的基本定律 朗伯- 比耳定律 2.3可見分光光度計(jì)簡介 2.4分析方法的建立 2.5 可見吸光光度法的應(yīng)用,2,3,2.1可見吸光光度法概述,吸光光度法： 基于物質(zhì)對光的選性吸收的分析方法 比色法 可見分光光度法 紫外分光光度法 其他,4,2.1.1可見吸光光度法的特點(diǎn)：,(1) 靈敏度高，適用于微量組分的測定。 通常所測試液的濃度下限達(dá)10-510-6 molL-1。 (2) 準(zhǔn)確度高 微量組分的測定相對誤差約為1%5%。 (3) 操作簡單快速，價(jià)格便宜。 (4)應(yīng)用廣泛，幾乎所有的無機(jī)物質(zhì)和許多有機(jī)物質(zhì)的微量成分

2、都能用此法進(jìn)行測定。,5,2.1.2光的基本性質(zhì),(1)光是一種電磁輻射。,M + 熱,M + 熒光或磷光,M + h M *,基態(tài) 激發(fā)態(tài) E1 （E） E2,6,(2)光具有能量，能量是量子化的。 E = E2 - E1 = h 選擇性吸收：分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使其對不同波長光的吸收程度不同（ E不同） 。 （3）計(jì)算吸收1ev能量的波長。 （4）電磁波的分區(qū)?？梢姽鈪^(qū)-人的眼睛能感覺到的光（380-780nm).,7,量子化特征能級的躍遷使物質(zhì)對光產(chǎn)生選擇性吸收,8,說明： 1、可見光區(qū)是分子吸收多種能級躍遷的疊加： （1）電子能級 （2）振動(dòng)能級 （3）轉(zhuǎn)動(dòng)能級 2、電子能級的躍遷是帶狀光

3、譜。 3、分子的多種能級躍遷是范圍較寬的帶狀光譜。與分子的電子結(jié)構(gòu)有關(guān)。,9,2.1.3 物質(zhì)對光的選擇性吸收,表2-2物質(zhì)顏色與吸收光顏色的互補(bǔ)關(guān)系,10,2.1.4 吸收曲線：物質(zhì)對不同波長光的吸收特性的曲線。,（1）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長max。,圖2-2不同物質(zhì)的吸收曲線,11,（2）對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和max則不同。 （3）不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似max不變。,（動(dòng)畫）,圖2-3不同濃度的吸收曲線,討論：濃度與吸收的關(guān)系。,12,（3）吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，是物質(zhì)的重要的基本特性之一，并作為物

4、質(zhì)定性分析的重要依據(jù)之一。,13,2.2 光的吸收基本定律 朗伯-比耳（Larnbert-Beer）定律,2.2.1.朗伯定律 吸光度與液層厚度 2.2.2比耳定律 吸光度與物質(zhì)濃度,符號說明：,14,式中 A：吸光度；描述溶液對光的吸收程度； b：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位； c：溶液的摩爾濃度，單位 molL-； ：摩爾吸收系數(shù)，單位 Lmol-cm-； ：入射光強(qiáng)度；,2.2.3朗伯比耳定律,：透過光強(qiáng)度；,15,或: A = = a b c c：溶液的濃度，單位gL- a：吸收系數(shù)，單位 Lg-cm- a與 的關(guān)系為： = M a （M為摩爾質(zhì)量）,16,（1）物質(zhì)的吸光能

5、力的度量 max越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強(qiáng)，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。 105： 超高靈敏； = (610）104 ：高靈敏； = 104 103 ： 中等靈敏； 103 ： 不靈敏。 （2）摩爾吸收系數(shù) 在數(shù)值上等于濃度為 1 mol L-1、液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長下的吸光度。（例題1：p6）,摩爾吸收系數(shù)的討論,17,透光度T : 描述入射光透過溶液的程度. T = I / I0 吸光度A與透射比 T 的關(guān)系:,透射比T（透光度、百分透光度）：,吸光度A與濃度C是線 性關(guān)系。,18,(1)吸光度A與透射比T 的關(guān)系是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的依據(jù)。 (2) 吸光度

6、具有加和性。,19,朗伯比耳定律的相關(guān)符號：,20,2.3可見分光光度計(jì)簡介,基本組成,光源,單色器,樣品室,檢測器,顯示,（動(dòng)畫）,21,2.3可見分光光度計(jì)簡介,1.分光光度計(jì),22,分光光度計(jì),23,24,2.3.1可見分光光度計(jì)的主要部件和結(jié)構(gòu),1. 光源 在整個(gè)紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。,可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在3202500 nm。 碘鎢燈、激光光源,25,2. 單色器,將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任意波長單色光的光學(xué)系統(tǒng)。,26,27,準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束； 色散元

7、件：棱鏡或光柵, 將復(fù)合光分解為依波長順序排列的光譜，形成單色光;,入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器；,28,實(shí)際上理想的 100% 的單色光是不可能達(dá)到的，只能獲得的是具有一定“純度”的單色光，即該“單色光具有一定的有效帶寬。有效帶寬越小，分析的靈敏度越高、選擇性越好、分析物濃度與光學(xué)響應(yīng)信號的線性相關(guān)性也越好。,29,3. 樣品室-,樣品室放置各種類 型的吸收池（比色皿） 和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。,吸收池,30,4. 檢測系統(tǒng),光電檢測器: 將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電流來進(jìn)行測量。 要求：對測定波長范圍內(nèi)的光有 快速、靈敏的響應(yīng)，產(chǎn)

8、生的光電流 應(yīng)與照射于檢測器上的光強(qiáng)度成正比。 光電檢測器 有光電池、光電管、光電倍增管等。,31,(1)光電管,32,(2)光電二極管陣列,電容器再次充電的電量與每個(gè)二極管檢測到的光子數(shù)目成正比，而光子數(shù)又與光強(qiáng)成正比。通過測量整個(gè)波長范圍內(nèi)光強(qiáng)的變化就可得到吸收光譜。,電容器 充電,電容器 放電,光照射,再次充電,測量周期,33,優(yōu)點(diǎn)：光電流直接正比于輻射能； 使用方便、便于攜帶（耐用、成本低）； 缺點(diǎn)：電阻小，電流不易放大；響應(yīng)較慢。 只在高強(qiáng)度輻射區(qū)較靈敏； 長時(shí)間使用后，有“疲勞” (fatigue) 現(xiàn)象。,(1)光電池,34,有關(guān)朗伯比耳定律的計(jì)算： 討論例題2-6。,35,2.

9、4 分析方法的建立,2.4.1 顯色反應(yīng)的選擇 1.選擇顯色反應(yīng)時(shí)，應(yīng)考慮的因素 顯色反應(yīng)的靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測定波長處無明顯吸收，兩種有色物最大吸收波長之差：“對比度”，要求 60 nm。,36,2.4.3 顯色劑,無機(jī)顯色劑：硫氰酸鹽、鉬酸銨等。 有機(jī)顯色劑：種類繁多、應(yīng)用廣泛。 偶氮類顯色劑：性質(zhì)穩(wěn)定、顯色反應(yīng)靈敏度高、選擇性好、對比度大，應(yīng)用最廣泛。例偶氮胂III、PAR等。 三苯甲烷類：鉻天青S、二甲酚橙等,37,38,2.配位顯色反應(yīng) 當(dāng)金屬離子與有機(jī)顯色劑形成配合物時(shí)，通常會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移躍遷，產(chǎn)生很強(qiáng)的紫外可見吸收光譜,3.氧化還原顯色反應(yīng),某些元素的氧化態(tài)

10、，如Mn（）、Cr（）在紫外或可見光區(qū)能強(qiáng)烈吸收，可利用氧化還原反應(yīng)對待測離子進(jìn)行顯色后測定。,39,2.4.2顯色反應(yīng)條件的選擇,1.顯色劑用量 吸光度A與顯色劑用量cR的關(guān)系會(huì)出現(xiàn)如圖所示的幾種情況。選擇曲線變化平坦處。,40,2.反應(yīng)體系的酸度 在相同實(shí)驗(yàn)條件下，分別測定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對應(yīng)的pH范圍。反應(yīng)體系的酸度是顯色反應(yīng)最重要的條件。,41,3.顯色時(shí)間與溫度,4.溶劑： 適當(dāng)?shù)娜軇┛墒刮舛蕊@著增大。 （例題7-8）,42,2.4.4 干擾的消除,光度分析中，共存離子如本身有顏色，或與顯色劑作用生成有色化合物，都將干擾測定。

11、（1）加入配位掩蔽劑或氧化還原掩蔽劑使干擾離子生成無色配合物或無色離子。（如何消除Fe （）離子的干擾？）,43,(2）選擇適當(dāng)?shù)娘@色條件以避免干擾。例用磺基水楊酸測定Fe（）離子時(shí),Cu（）與試劑形成黃色絡(luò)合物, 干擾測定，但如控制pH在2.5左右 Cu（） 則不與試劑反應(yīng)。 （3）分離干擾離子.,44,2.4.5 吸光度測量條件的選擇,1.選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL 一般應(yīng)該選擇max為入射光波長。如果max處有共存組分干擾時(shí)，則應(yīng)考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長。,45,如圖選500nm波長測定，A的靈敏度雖有所下降，但消除了B的干擾，提高了測定的準(zhǔn)確度和選擇性,46,2 .參比溶液的

12、選擇,為什么需要使用參比溶液？ 測得的的吸光度真正反映 待測溶液吸光強(qiáng)度。,47,選擇參比溶液所遵循的一般原則： 若僅待測組分與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)物在測定波長處有吸收，其他所加試劑均無吸收，用純?nèi)軇ㄋ?作參比溶液；, 若顯色劑或其他所加試劑在測定波長處略有吸收,而試液本身無吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；,48, 若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液； 若顯色劑、試液中其他組分在測量波長處有吸收,則可在試液中加入適當(dāng)掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。（例題9）,49,3. 吸光度讀數(shù)范圍的選擇,不同的透射比讀數(shù)，產(chǎn)

13、生的誤差大小不同：將lgT= bc 微分：,兩式相除得：,50,c/c不僅與儀器的透射比誤差T 有關(guān)，而且與其透射比讀數(shù)T 的值也有關(guān)。 是否存在最佳讀數(shù)范 圍？何值時(shí)誤差最 ?。?51,最佳讀數(shù)范圍與最佳值:,設(shè)：T =1%， c/c T 關(guān)系曲線 T 在 20%65% 之間時(shí), 濃度相對誤差較小,為最佳讀數(shù)范圍。,濃度相對誤差最小時(shí)的透射比Tmin為： Tmin 36.8%, Amin 0.434 通過改變吸收池厚度或待測液濃度，使吸光度讀數(shù)處在適宜范圍。普通分光光度法不適于高含量或極低含量物質(zhì)的測定。 例題10：教材p39 14題,52,2.5 可見吸光光度法的應(yīng)用,2.5.2 普通分光

14、光度法 1.單組分的測定 A- c 標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量測定。,53,標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 具體方法為:在選擇的實(shí)驗(yàn)條件下分別測量一系列不同含量的標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，以標(biāo)準(zhǔn)溶液中待測組分的含量為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，得到一條通過原點(diǎn)的直線，稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線，此時(shí)測量待測溶液的吸光度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上就可以查到與之相對應(yīng)的被測物質(zhì)的含量。,54,2.2.5 偏離比耳定律的原因,1. 現(xiàn)象 標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定未知溶液的濃度時(shí)，發(fā)現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)曲線常發(fā)生彎曲（尤其當(dāng)溶液濃度較高時(shí)），這種現(xiàn)象稱為對朗伯比耳定律的偏離。,2. 引起偏離的因素（兩大類） （1）物理性因素， 即儀器的非理想引起的； （2）化學(xué)性因素。,55,物理性

15、因素：,難以獲得真正的純單色光。 分光光度計(jì)只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復(fù)合光可導(dǎo)致對朗伯比耳定律的正或負(fù)偏離。,非單色光、雜散光、非平行入射光都會(huì)引起對朗伯比耳定律的偏離，最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。,56,化學(xué)性因素：,(1)朗伯比耳定律的假定：所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互作用；僅在稀溶液(c10 -2 mol L-1時(shí)，吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收，引起負(fù)偏離。 故：朗伯比耳定律只適用于稀溶液。,57,(2) 溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學(xué)平衡時(shí)。使吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度發(fā)生變化。 例： CrO42- + 2H+ = Cr2O72- +

16、 H2O （例題11）,58,2.多組分的同時(shí)測定 各組分的吸收曲線不重疊 各組分的吸收曲線互有重疊,59,根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。 A1 = a1 bca b1bcb A2 = a2 bca b2bcb （例題 教材p39：15）,60,2.5.1高含量組分的測定示差法,設(shè)：待測溶液濃度為cx，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為cs (cs cx)。 則： Ax= b cx As = b cs Ar = =x s = b(cx cs ） = bc 繪制Ar c工作曲線，再根據(jù)cx=cs+c計(jì)算試樣濃度。,61,示差法的濃度相對誤差：,隨著參比溶液濃度增加，即Ts減小，濃度相對誤差減小。 示差法要求儀器光源有足夠的發(fā)射強(qiáng)度或能增大光電流放大倍數(shù)，以便能調(diào)節(jié)參比溶液透射比為100%。,62,示差法為什么能較準(zhǔn)確地測定高濃度組分呢？,普通光度法: cs: Ts = 10%， cx : Tx=5%， 示差法: cs : Ts =100%， cx : Tr=50%， 透射比讀數(shù)標(biāo)尺擴(kuò)大了十倍。讀數(shù)落入適宜讀數(shù)范圍內(nèi)，提高了測量的準(zhǔn)確度。,（例題13-14：教材p3912、13）,63,思考題,1. 為什么物質(zhì)對光會(huì)