紫外可见分光光法UltravioletVisibleSpectropho.pptx

2.6 紫外-可见分光光度法分析的特点和常用术语1.特点（1）灵敏度较高 分光光度法具有较高的灵敏度，其检测下限一般为10-5 molL-1，有些体系也可能达到10-6 molL-1。第1页/共73页（2）精密度高 分光光度法的精密度是指多次重复分析结果的弥散程度。精密度一般用相对标准偏差来表示。光度分析中，一般分析的相对标准偏差在2%-5%范围内。由于近代分光光度仪器的改进，其相对标准偏差可控制在n 0/00甚至更小。第2页/共73页（3）分析范围广 随着有机试剂的迅速发展，多数元素的离子可通过选择适当的显色剂显色而进行比色测定。同时，对许多有机化合物来说，光度法亦不失为一个好的测定方法。第3页/共73页（4）分析速度较快 光度法测定的主要过程为：溶样、显色和测定。一般分析中，干扰离子可通过掩蔽和控制实验条件加以消除，不必分离，因而具有较快的分析速度。第4页/共73页2.术语(1)生色团 在有机化合物中，能在紫外或可见光区产生光吸收的含有键的不饱和基团称为生色团。第5页/共73页(2)助色团 指本身不会使化合物产生颜色或产生紫外光吸收的基团，但这些基团与生色基团连接时，却能使生成基团的吸收波长移向长波并使吸收强度增加，这样的基团称为助色团。第6页/共73页 通常助色基团是由含孤对电子的元素（如：氧、氮和卤素等）所构成的官能团，如：-NH2、-OH、-OR、-SH、-SR、-Cl、-Br、-I等。第7页/共73页(3)蓝移 由于取代基或溶剂极性的影响，使吸收谱带的最大吸收波长向短波方向移动的现象称为短移、紫移或蓝移。第8页/共73页(4)红移 由于共轭作用、引入助色团或溶剂极性影响等原因，使吸收谱带的最大吸收波长向长波方向移动的现象，称为长移或红移。第9页/共73页(5)溶剂效应 有些溶剂，特别是极性溶剂对溶质吸收峰的波长、强度及形状可能产生影响，这种现象称为溶剂效应。紫外-可见吸收光谱中常用的溶剂包括：己烷、庚烷、环己烷、二氧杂己烷、水和乙醇等。第10页/共73页 溶剂除了对吸收波长有影响外，还影响吸收强度和精细结构。因此，在溶解度允许范围内，应选择极性较小的溶剂。第11页/共73页 2.7 紫外-可见分光光度分析中的一些影响 因素1.溶剂：同一样品的吸收峰峰位、吸收曲线形状在不同溶剂中可能不同，这可能是溶质与溶剂之间相互作用引起的。第12页/共73页 选择溶剂的原则：a.溶剂在整个选用的波长范围内吸收尽可能地小；b.样品可以在溶剂中得到充分的溶解；c.一般采用非极性溶剂（如：环己烷、CCl4和氯仿等），尤其是当吸收物质为极性分子时，更应该如此。第13页/共73页2.浓度：依据朗伯-比耳定律，它的适用范围是极稀的溶液（一般c0.01 molL-1）。3.pH值：它直接影响生成物的形成速率、结构和稳定性，故pH的变化不仅可以引起吸收峰的位移，还可以改变吸收曲线的形状。第14页/共73页4.温度：显色反应与温度有很大关系。显色温度的确定，需要根据反应性质来加以选择。此外，温度对光的吸收和颜色的深浅均有影响，所以在绘制工作曲线和进行样品测试时，操作温度应尽量保持一致。第15页/共73页5.共存离子的干扰：（1）种 类：a.共存离子本身有颜色；b.共存离子与显色剂反应生成有色化合物或沉淀；c.共存离子与待测离子或显色剂作用，生成更稳定的无色络合物或发生氧化-还原反应，阻碍了待测离子与显色剂间的反应。第16页/共73页（2）消除干扰的方法：a.加入掩蔽剂；b.改变干扰离子的价态；c.选择最佳的显色条件以避免干扰；d.选择适当的测定波长以消除干扰；第17页/共73页e.利用空白液抵消某些有色离子的干扰；f.利用校正系数消除干扰；g.预先使被测离子与干扰离子分离；h.利用被测物质（如：金属离子）能形成三元络合物的特点，提高显色反应的选择性。第18页/共73页6.杂散光的影响 从单色器出口狭缝出来的单色光，除了所需要的单色光外，其它波长的光都叫杂散光。杂散光对测定结果的影响程度取决于光源的能量分布、试样的吸收特性以及检测器的波长灵敏特性。I杂散光1/4第19页/共73页 2.8 实验技术1.样品的制备 紫外-可见吸收光谱测定通常是在溶液中进行。固体样品需转变成溶液，无机样品用合适的酸溶解或用碱熔融，有机样品用有机溶剂溶解或抽提。第20页/共73页 对光谱分析溶剂的要求是：l良好的溶解能力；l在测定波段没有明显的吸收；l被测组分在溶剂中具有良好的吸收峰形；l挥发性小、不易燃、无毒性、价格便宜等。第21页/共73页2.测定条件的选择 为了使测定获得比较满意的结果，必须注意选择合适的测定条件。第22页/共73页(1)波长的选择 一般根据待测组分的吸收光谱，选择最大吸收波长max作为测定波长，这样灵敏度最高，同时吸光度随波长的变化最小，可以得到较好的测定精度。但在实际工作中，并不一定选择max，例如：待测组分的max受到共存杂质干扰，或待测组分的浓度太高等，在这样情况下，可以选用其它吸收峰进行测定。第23页/共73页(2)狭缝宽度的选择 狭缝宽度直接影响测定的灵敏度和工作曲线的线性范围。一般在不减少吸光度时最大狭缝宽度，就是应该选取的合适的狭缝宽度。第24页/共73页(3)吸光度范围 吸光度在0.2 0.8时，吸光度测定误差最小。因此，应把待测组分浓度的吸光度控制在0.2 0.8之间。第25页/共73页3.反应条件的选择 显色反应一般应满足的条件：u生成的有色化合物应有较大的摩尔吸收系数；u有较高的选择性；u有色化合物组成应恒定，稳定性好；u生成物与显色剂的max之差一般应大于60 nm。第26页/共73页（1）溶液酸度 溶液酸度对待测组分的测定有显著影响。l直接影响待测组分的吸收光谱；l显色剂的形态；l待测组分的化合状态；l显色化合物组成。在实际工作中常用单因素实验来确定适宜的溶液酸度。第27页/共73页 常用于吸收光谱测定中的缓冲溶液有：NaH2PO4+HCl (pH=3)NaAc+HCl (pH=5)KH2PO4+NaOH (pH=7)H3BO3+KCl (pH=9)H3BO3+NaOH (pH=11)第28页/共73页（2）显色剂浓度 显色剂用量将影响显色反应。过量的显色剂可以使显色反应趋于完全，但是过量太多，有可能改变有色化合物的组成，影响化合物的颜色。可用单因素实验测定溶液吸光度随显色剂用量的变化。根据变化曲线，选择获得具有高灵敏度且吸光度恒定的显色剂用量。第29页/共73页（3）温度的影响 在分光光度法测定中，通常都选用室温显色反应。当温度对显色反应速度可能有较大的影响时，需要考虑温度的影响。合适的温度可用单因素实验来确定。第30页/共73页（4）显色时间 这里包括两种时间：一种是由于显色反应速度不同，达到反应完全所需的时间；另一种是有色化合物维持稳定的时间。这两种时间均可用单因素实验来考察。第31页/共73页4.参比溶液的选择 （1）溶剂参比溶液：当待测组分溶液的组成较为简单，共存的组分在测定波长的光吸收很小时，可用溶剂作为参比溶液。第32页/共73页（2）试剂参比溶液：如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件，以不加入试样的溶液作为参比溶液。第33页/共73页5.共存离子干扰的消除方法（1）加入适当的掩蔽剂；（2）改变干扰离子的价态；（3）选择适当的测定波长；第34页/共73页 如果上述方法都不能使用，也可采用预分离的方法，如：萃取分离、色谱分离、沉淀分离、离子交换和蒸馏等方法，将干扰组分与待测组分分开，然后进行吸收光谱的测定。第35页/共73页6.表观摩尔吸收系数的精确求法 根据朗伯-比耳定律，可以计算物质的表观摩尔吸收系数：=A/bc 值：反映物质对光吸收的灵敏度。第36页/共73页 精确求取摩尔吸收系数的方法是：在不同带通宽度时测定表观摩尔吸收系数，绘制表观摩尔吸收系数对带通宽度的曲线关系图，将曲线外推到带通宽度为零处，这时相应的摩尔吸收系数即为精确的表观摩尔吸收系数。第37页/共73页 2 9 紫外-可见分光光度计的构造、类型及发展趋势1.构造 通常由以下5个部分组成（1）一个或多个辐射源；（2）波长选择器；（3）试样容器(吸收池)；（4）辐射换能器；（5）信号处理器和读出装置。第38页/共73页（1）辐射源：对光源的主要要求是：n 在仪器操作所需的光谱区域内，能发射连 续的具有足够强度和稳定的辐射；n 并且辐射能随波长的变化尽可能小；n 使用寿命长。第39页/共73页l 在可见和近红外光区的常用光源为白炽光源，如：钨灯和碘钨灯等。l 紫外光区主要采用氢灯、氘灯和氙灯等放电灯。在紫外-可见分光光度计上最常用的有两种光源：即钨灯和氘灯。第40页/共73页（2）波长选择器 波长选择器通常有两种类型：滤光片和借助棱镜或衍射光栅的几何色散。现在的商品仪器几乎都用光栅做色散元件。光栅在整个波长区可以提供良好的、均匀一致的分辨能力，而且成本低、便于保存。第41页/共73页（3）吸收池/试样容器 在紫外-可见分光光度法中，一般使用液体试液，试液放在分光光度计光束通过的液体池中。吸收池又称比色皿或比色杯。第42页/共73页u 对吸收池的要求：主要是能透过所研究的光谱区辐射线。u 吸收池的两个光学面必须平整光洁，使用时不能用手触摸。u 按材料可分为：玻璃吸收池和石英吸收池两种。第43页/共73页u 吸收池有多种尺寸和不同结构，吸收池的光径可在0.1 cm10 cm之间变化，其中以1 cm光径吸收池最为常用，根据使用要求选用。在用于高浓度或低浓度测定时，可相应地采用光径较小或较大的吸收池。第44页/共73页（4）辐能转换器/检测器/接受器 作为一个理想的检测器，它应具有高灵敏度、高信噪比、响应时间快并且在整个研究的波长范围内有恒定的响应的特点。第45页/共73页 在紫外-可见分光光度计上，现在广泛使用的检测器是光电倍增管。它不仅响应速度快，能检测10-810-9 s的脉冲光，它可将光电流放大至106107 倍；而且灵敏度高，比一般光电管高200 倍。第46页/共73页 多通道光度计使用的是硅光二极管阵列检测器(Diode Array Detector，简称DAD)。第47页/共73页（5）信号处理器和读出装置l 它可放大检测器的输出信号。l 它也可以把信号从直流变成交流（或相反），改变信号的相位，滤掉不需要的成分。l 同时信号处理器也可用来执行某些信号的数学运算，如微分、积分或转换成对数。第48页/共73页 在现代仪器中，常用的读出器件有：数字表、记录仪、电位计标尺和阴极射线管等。现在很多紫外-可见分光光度计都装有微处理机。一方面将信号记录和处理，另一方面可对分光光度计进行操作控制。第49页/共73页 2.分光光度计的类型 目前市售的分光光度计类型很多。但可以归纳为以下四种类型：单光束、双光束、双波长和多道分光光度计。其中多道仪器具有快速扫描的特点，整个光谱扫描时间不到1 s。第50页/共73页3.紫外-可见分光光度计的发展趋势（1）分光光度计的组件发展 a.全息光栅正在迅速取代机刻光栅 全息光栅的杂散光很少，与一般光栅相比，全息光栅的刻蚀误差显著地下降了。第51页/共73页b.电视式显示和电子计算机绘图迅速普及 表头 数子电压表 电视式显示 c.光电倍增管作为检测器已成为主导 光电管或光电池 光电倍增管（灵敏度高、响应快）第52页/共73页（2）分光光度计的构型发展 a.电子计算机控制的分光光度计日见增多 微处理机控制的分光光度计不仅促使分光光度计进一步自动化，而且大大地改善了仪器的性能。例如：使分光光度计具有多级导数的能力，具有光谱累积和平均的特点（性），从而大大提高了仪器的信噪比。第53页/共73页b.双波长分光光度计迅速发展 1968年日立公司制造出第一台商品化的365型双波长分光光度计。c.快速扫描分光光度计陆续问世 利用光分析可以跟踪化学反应历程，一般分光光度计只适于历程为2030 min以上的反应，要研究速度较快的反应，就需要设计出快速扫描分光光度计，如：多道分光光度计（采用：多道光子检测器，整个光谱扫描时间不到1 s）。第54页/共73页4.仪器的最新进展(1)仪器的自动化程度大大提高；(2)重视适用附件的开发；(3)仪器向小型化(或微型化)、数字化和便携式的方向发展；(4)新型的紫外-可见分光光度计不断涌现。第55页/共73页 2.10 紫外-可见分光光度计的实际应用1.纯度检验 如果某一化合物的紫外-可见光区没有吸收峰，而杂质在紫外-可见光区有较强的吸收时，则可方便地检出该化合物中痕量的杂质。第56页/共73页2.未知样品的检定 通常将未知样品的紫外-可见吸收光谱与标准谱相对照。3.分子结构的推测 根据未知化合物的紫外-可见区吸收光谱可以推测所含的官能团。一般单凭紫外-可见吸收光谱并不能决定分子的结构，还需与红外光谱、有机质谱和核磁共振谱等综合考查，方可定论。第57页/共73页（1）若一个化合物在220800 nm无吸收峰，则此分子结构中不含共轭体系，没有醛基、羰基、溴或碘。它可能是脂肪族碳氢化合物、腈、醇、醚、羰基、氯化烃和氟化烃。（2）若一个化合物在210280 nm有吸收，可能含有两个共轭单位。第58页/共73页（3）若一个化合物在260300 nm有强吸收带，表示有35 个共轭单位。（4）若一个化合物在280300 nm有弱吸收带，表示有羰基存在。在280300 nm有中等强度的吸收带，且有一定的精细结构，表示有苯环结构。第59页/共73页4.有机化合物异构体的判别（顺反异构、互变异构和旋光异构等）对于顺反异构来说，一般顺式异构体的最大吸收峰波长比反式异构体要小，因此可用紫外-可见吸收光谱法进行区别。第60页/共73页5研究化学反应的速度 例如：催化分光光度法 6测定络合物的组成 常用的方法有：斜率比法、摩尔比法、等摩尔连续变化法（连续浓度变更法）和平衡移动法等。第61页/共73页7.有机化合物分子量的测定 某种物质的紫外-可见吸收光谱，是该物质内部特征结构的反映。所谓物质的内部特征结构，主要指的是该物质分子中所含有的发色团。第62页/共73页 对于具有相同发色团的不同物质，如果都取相同的重量（或配成相同浓度的溶液），则分子量越大者，发色团所占的比例越小，吸收强度越小；反之，分子量越小者，发色团所占的比例越大，吸收强度就越大。因此我们可以根据这个原理来测定有机化合物的分子量。第63页/共73页8.紫外-可见分光光度计应用的最新进展（1）多组分不经分离、直接测量；（2）联用技术；（3）积分光度法进入复兴时期。第64页/共73页第二章 复习思考题1.电子光谱（亦称紫外-可见光谱）产生的本质是什么？2.紫外-可见吸收光谱中通常有哪几种价电子跃迁类型？除此还有哪两种跃迁可产生UV-Vis吸收谱？3.在有机物紫外-可见吸收谱解析中吸收带如何分类？第65页/共73页4.紫外-可见分光光度法中的对比度是指什么？在实际分析测定中有什么意义？影响对比度的因素有哪些？5.紫外-可见分光光度法定量分析的基本方法有哪几种？有哪些扩展方法？6.紫外-可见分光光度分析的特点有哪些？7.紫外-可见分光光度计的发展趋势是什么？第66页/共73页参考书目：1仪器分析，高等教育出版社，武汉大学化学系编，2001年6月第一版2仪器分析，林新花 主编，华南理工大学出版社，2002年第一版第67页/共73页3现代仪器分析上册，清华大学出版社，清华大学分析教研室编，1983年4分光光度分析（分析化学丛书第四卷，第一册），科学出版社，罗庆尧、邓延倬、蔡汝秀、曾云鹗编著，1998年第二次印刷，1992年第一版第68页/共73页5分光光度学，机械工业出版社，杨茹，邱法林，刘翊编，1998年6月第一版第一次印刷6紫外、可见分光光度法上册，原子能出版社，陈国珍等编，1983年第69页/共73页7分析化学，人民教育出版社，成都工学院，上海化工学院编，1979年8现代仪器分析实验与技术，清华大学出版社，陈培榕、邓勃主编，1999年12月第一版，2004年5月第4次印刷。第70页/共73页9.紫外可见分光光度计，化学工业出版社，李昌厚 著，2005年6月第一版，2005年7月北京第二次印刷。10.仪器分析，哈尔滨大学出版社，向文胜、王相晶 主编，2006年9月第1版，2006年9月第一次印刷。第71页/共73页11.实用仪器分析，北京大学出版社，杨根元，金瑞祥，应武林 主编，1997年9月第2版，1997年9月第一次印刷。第72页/共73页感谢您的观看！第73页/共73页