紫外-可见分光光度法(2).ppt

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1、1第十三章 紫外可见分光光度法2红红外外吸吸收收光光谱谱法法：吸吸收收光光波波长长范范围围780 300000nm,主要用于有机化合物结构鉴定。主要用于有机化合物结构鉴定。紫紫外外吸吸光光光光度度法法：吸吸收收光光波波长长范范围围10 380nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。可可见见吸吸光光光光度度法法：吸吸收收光光波波长长范范围围380 780nm，主要用于有色物质的定量分析。主要用于有色物质的定量分析。本章主要讨论可见吸光光度法。本章主要讨论可见吸光光度法。在在光光谱谱分分析析中中，基基于于物物质质对对光光的的选选择择性性吸吸收收而而建建立

2、立起起来来的的分分析析方方法法称称为为吸吸光光光光度度法法，依依据据物物质质对对不不同同波波长范围光的吸收，主要有长范围光的吸收，主要有:3吸光光度法的特点：吸光光度法的特点：1、灵敏度高，下限为、灵敏度高，下限为10-5 10-6mol/L。适用于微量分析。适用于微量分析。2、准确度较高，相对误差为、准确度较高，相对误差为2%5%。3、快速简便。、快速简便。4、应用广泛。、应用广泛。4上上式式表表明明光光的的波波长长越越短短，或或者者说说频频率率越越大，光的能量越高。大，光的能量越高。光是一种电磁波，具有波粒二象性，即光是一种电磁波，具有波粒二象性，即波波动性动性、粒子性粒子性。（Planc

3、k常数常数：h=6.62610-34JS)第一节第一节物质的吸收光谱物质的吸收光谱一一.物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收5两种颜色的光若按适当比例混合，可以形两种颜色的光若按适当比例混合，可以形成白光，这两种光称为成白光，这两种光称为互补色光互补色光。光的互补光的互补日日常常生生活活中中肉肉眼眼所所见见到到的的白白光光，如如日日光光等等是是由由红红、橙橙、黄黄、绿绿、青青、蓝蓝、紫紫等等光光按按适适当当的的强强度度比比例例混混合合而而成成的的，是是在在380780nm范范围围的的一种复合光。一种复合光。具有同一波长的光称为具有同一波长的光称为单色光单色光。不同波长组成的光称为不同波长组

4、成的光称为复合光复合光。(由具有相同能量的光子组成由具有相同能量的光子组成)6实实验验证证明明：溶溶液液的的颜颜色色是是由由于于溶溶液液中中的的有色物质吸收了某一波长的光所造成的。有色物质吸收了某一波长的光所造成的。如如KMnO4吸吸收收绿绿色色光光，因因此此KMnO4溶溶液液呈现紫色。呈现紫色。白光白光青蓝青蓝青青绿绿黄黄橙橙红红紫紫蓝蓝互补色光互补色光7 将将不不同同波波长长的的光光依依次次透透过过某某浓浓度度一一定定的的溶溶液液，测测量量不不同同波波长长下下溶溶液液对对光光的的吸吸光光度度，用用A A作图作图KMnO4溶液的吸收曲线溶液的吸收曲线二、物质的吸收光谱二、物质的吸收光谱8（1

5、）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长最大吸收波长max；（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似状相似max不变。而对于不同物质，它们的不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和吸收曲线形状和max则不同。则不同。可作为物质定可作为物质定性分析的依据之一；性分析的依据之一；吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：9（3）不不同同浓浓度度的的同同一一种种物物质质，在在某某一一定定波波长长下下吸吸光光度度A 有有差差异异，在在max处处吸吸光光度度A 的的差差异

6、最大。此特性可作为物质定量分析的依据；异最大。此特性可作为物质定量分析的依据；（4）在在max处处吸吸光光度度随随浓浓度度变变化化的的幅幅度度最最大大，所所以以测测定定最最灵灵敏敏。吸吸收收曲曲线线是是定定量量分分析析中中选选择入射光波长的重要依据。择入射光波长的重要依据。10第二节第二节分光光度法基本原理分光光度法基本原理一、透光率一、透光率T和吸光度和吸光度A一束平行单色光照射溶液时，光的一部分被一束平行单色光照射溶液时，光的一部分被吸吸收收，一部分，一部分透过透过溶液，一部分被器皿的表面溶液，一部分被器皿的表面反射反射。Io=I+Ia+Ir若入射光强度为若入射光强度为Io，吸收光的强度为

7、，吸收光的强度为Ia，透，透过光强度为过光强度为I，反射光的强度为，反射光的强度为Ir，它们的关系，它们的关系是是:Io=I+Ia在吸光光度法中，测定时都是采用同样材在吸光光度法中，测定时都是采用同样材质的比色皿，反射光的强度基本上是不变的，质的比色皿，反射光的强度基本上是不变的，约占约占4，其影响可以相互抵消，上式可简化，其影响可以相互抵消，上式可简化为：为：11透过光强度透过光强度I与入射光强度与入射光强度Io之比称为之比称为透光透光度度或或透光率透光率。用用T表示：表示：从上式可以看出：从上式可以看出：溶液的透光度越大，说明对光的吸收越溶液的透光度越大，说明对光的吸收越小，浓度低；相反，

8、透光度越小，溶液对光小，浓度低；相反，透光度越小，溶液对光的吸收越大，浓度高。的吸收越大，浓度高。12吸光度吸光度A：若光全部透过溶液，若光全部透过溶液，Io=I，A=0。若全部被吸收，若全部被吸收，I=0，A=。吸光度吸光度A是用来衡量溶液中吸光物质对是用来衡量溶液中吸光物质对单色光单色光的吸收程度，的吸收程度，A值越大，其吸收程值越大，其吸收程度越大；反之亦然。度越大；反之亦然。13 二二.朗伯朗伯比耳定律比耳定律朗伯朗伯(Lambert)1760年阐明了光的吸收年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。程度和吸收层厚度的关系。Ab 1852年比耳年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度又提出

9、了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。和吸收物浓度之间也具有类似的关系。Ac14数学表达式数学表达式：A=Kb c1.1.朗伯朗伯比尔定律比尔定律：一束平行单色光通过溶液时，溶液的一束平行单色光通过溶液时，溶液的吸吸光度光度A与与溶液的浓度溶液的浓度c和和液层厚度液层厚度b成正比。成正比。二者的结合称为朗伯二者的结合称为朗伯比耳定律比耳定律K为常数，表示物质对光的吸收能力，与吸为常数，表示物质对光的吸收能力，与吸光物质的光物质的本性，本性，入射光的入射光的波长波长及及温度温度等因素有等因素有关，与浓度关，与浓度c无关，数值随无关，数值随c选择的单位变化。选择的单位变化。152、质量吸

10、光系数和摩尔吸光系数、质量吸光系数和摩尔吸光系数（1）质量吸光系数）质量吸光系数a（2）摩尔吸光系数）摩尔吸光系数A=a b c当当c用用g/L表示，表示，b用用cm表示时，表示时，K用用a表示，称表示，称为吸光系数，单位为为吸光系数，单位为Lg-1cm-1，则：，则：当当c用用molL-1表示，表示，b用用cm表示时，表示时，K用用表示，表示，称为摩尔吸光系数，单位为称为摩尔吸光系数，单位为Lmol-1cm-1。A=b c163.3.摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论:（1 1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数特征常数；（2 2）不随浓度不随浓度c

11、c和液层厚度和液层厚度b b的改变而改变的改变而改变。在温度和波在温度和波长等条件一定时，长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；待测物浓度无关；（3）同一吸光物质在不同波长下的同一吸光物质在不同波长下的值是不同的。在最值是不同的。在最大吸收波长大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以处的摩尔吸光系数，常以max表示。表示。max表明了该表明了该吸收物质最大限度的吸光能力吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。法测定该物质可能达到的最大灵敏度。17(5)在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1mol/

12、L、液层厚度、液层厚度为为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。时该溶液在某一波长下的吸光度。(6)与与a的关系：的关系：=aM(4)(4)max越大表明该物质的吸光能力越强，用越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。光度法测定该物质的灵敏度越高。18【例例】：有有一一浓浓度度为为1.0 g/mlFe2+的的溶溶液液，以以邻邻二二氮氮菲菲显显色色后后，在在比比色色皿皿厚厚度度为为2cm、波波长长510nm处处测测得得吸吸光光度度为为0.380，计计算算(1)透透光光率率T；(2)质量吸光系数质量吸光系数a；(3)摩尔吸光系数摩尔吸光系数。解解（1）T10-A10-0.380

13、0.417（2）（3）19因为因为在吸光光度法中，在吸光光度法中，b是一定的，是一定的，A与与c成成正比，但正比，但T不与不与c成正比。成正比。注意：注意：204、吸光度的加合性、吸光度的加合性A总总=Ai1bc1+2bc2+nbcn在在多多组组分分体体系系中中如如果果各各吸吸光光物物质质之之间间无无相相互互作作用用，这这时时体体系系总总的的吸吸光光度度等等于于各各个个吸吸光光物质的吸光度之和。物质的吸光度之和。21第三节第三节 可见分光光度法可见分光光度法一一.分光光度计分光光度计22紫外紫外-可见分光光度计组件可见分光光度计组件光源光源单色器单色器样品池样品池检测器检测器信号输出信号输出氢

14、灯，氘灯，氢灯，氘灯，185350nm；卤钨灯，；卤钨灯，2502000nm.基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定作用：将复合光色散成单色光作用：将复合光色散成单色光棱镜棱镜光栅光栅玻璃，玻璃，3502500nm,石英，石英，1854500nm平面透射光栅，平面透射光栅，反射光栅反射光栅玻璃，光学玻璃，石英玻璃，光学玻璃，石英作用：将光信号转换为电信号，并放大作用：将光信号转换为电信号，并放大光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管（多道分析器）（多道分析器）表头、记录仪、屏幕、数字显示表头、记录仪、屏幕、数字显示

15、23单波长单光束分光光度计单波长单光束分光光度计0.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示显示24单波长双光束分光光度计单波长双光束分光光度计比值比值光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示显示光束分裂器光束分裂器2526271.1.单一组分的测定单一组分的测定测量方法：测量方法：(1)(1)、标准工作曲线法、标准工作曲线法 先配制一系列标准溶液，先配制一系列标准溶液，在最大吸收波长处，测出它在最大吸收波长处，测出它们的吸光度，作图，同条件们的吸光度，作图，同条件测未知液的吸光度，从图中测未知液的吸光度，从图中查出未知液的浓度。查出未知液的浓度。cA标准工作曲线图标准工

16、作曲线图Axcxc1c2c3c4c5A1A2A3A4A5二二.分光光度测量方法分光光度测量方法28(2)标准比较法标准比较法同条件下分别测定未知液与标准溶液的同条件下分别测定未知液与标准溶液的吸光度吸光度Ax和和A标标，根据朗伯，根据朗伯-比尔定律，应有下比尔定律，应有下式：式：因为：因为：所以：所以：29介质不均匀介质不均匀，如呈胶体、乳浊、悬浮状态，如呈胶体、乳浊、悬浮状态，入射光会发生反射、散射而造成损失，测得的入射光会发生反射、散射而造成损失，测得的吸光度吸光度偏偏大导致正偏差。大导致正偏差。偏离朗伯偏离朗伯比尔定律的原因比尔定律的原因溶液溶液浓度高浓度高于于0.01molL-1时，吸

17、光微粒在时，吸光微粒在光的通道上彼此遮挡，降低了吸光概率，而引光的通道上彼此遮挡，降低了吸光概率，而引起负偏差。起负偏差。吸光微粒在溶液中吸光微粒在溶液中发生解离、缔合、互变发生解离、缔合、互变异构等化学反应异构等化学反应，降低了实际吸光物质的微粒，降低了实际吸光物质的微粒数，发生朗伯数，发生朗伯比耳定律的负偏差。比耳定律的负偏差。30测定结果的精度常用浓度的相对误差测定结果的精度常用浓度的相对误差c/c表示表示.由由Beer定律推导可得定律推导可得若读数的绝对误差为若读数的绝对误差为T=1%，用不同的，用不同的T代入上式，可得相应浓度测量的相对误差代入上式，可得相应浓度测量的相对误差c/c，

18、作图，作图.311、T在在20%-65%(A=0.2-0.87)范围，相对误范围，相对误差较小。差较小。2、T=36.8%(A=0.434)相对误差最小。相对误差最小。由图可见：由图可见：0.2 0.4 0.6 0.8 1.00246810T0.36832在分光光度分析中，利用显色反应把待测组在分光光度分析中，利用显色反应把待测组分分X转变为有色化合物，然后再进行测定。转变为有色化合物，然后再进行测定。使试样中的被测组分与化学试剂作用生成有使试样中的被测组分与化学试剂作用生成有色化合物的反应叫色化合物的反应叫显色反应显色反应。mX（待测物）（待测物）nR（显色剂）（显色剂）XmRn（有（有色化

19、合物）色化合物）显色反应主要有显色反应主要有配位反应配位反应和和氧化还原反应氧化还原反应，其中绝大多数是配位反应。其中绝大多数是配位反应。33对显色反应的要求对显色反应的要求(1)灵敏度高灵敏度高，选择，选择 较大较大(104105)的显色反应。的显色反应。避免共存组分干扰。避免共存组分干扰。(2)选择性好选择性好，显色剂只与被测组分反应。，显色剂只与被测组分反应。(3)有色物组成固定有色物组成固定，如：，如：Fe3+磺基水杨酸磺基水杨酸三磺基水杨酸铁三磺基水杨酸铁(黄色黄色)（组成固定）（组成固定）Fe3+SCN-FeSCN2+、Fe(SCN)2+（组成不固定）（组成不固定）34(4)有色物

20、稳定性高有色物稳定性高，其它离子干扰才小。，其它离子干扰才小。如三磺基水杨酸铁的如三磺基水杨酸铁的Kf=1042,F-、H3PO4对它无干扰。对它无干扰。(5)显色剂在测定波长处无明显吸收。显色剂在测定波长处无明显吸收。（一）波长的选择（一）波长的选择选择合适的测定条件选择合适的测定条件(1)无无干干扰扰，选选择择被被测测物物质质的的最最大大吸吸收收波波长长（最大吸收原则）（最大吸收原则）(2)存在其他吸光物质存在其他吸光物质干扰时，则按干扰时，则按“最大吸最大吸收、最小干扰收、最小干扰”的原则的原则选择入射光波长。选择入射光波长。c(R)Ac(R)Ac(R)A(二二).显色剂的用量显色剂的用

21、量显色剂用量显色剂用量，适当过量。，适当过量。(三三)溶液的酸度溶液的酸度既要防止被测离子生成沉淀，又需防既要防止被测离子生成沉淀，又需防止有色配合物离解。止有色配合物离解。有效的方法是加入缓有效的方法是加入缓冲溶液（考虑干扰）冲溶液（考虑干扰）在在pH1.82.5Fe(sal)+在在pH48Fe(sal)22-在在pH811Fe(sal)3在在pH12Fe(OH)3橙色橙色沉淀沉淀黄色黄色紫红色紫红色(四四)显色时间和温度显色时间和温度通过实验作吸光度通过实验作吸光度-温度曲线，吸光度温度曲线，吸光度-时间时间曲线，找出适宜的温度范围和显色时间。应在曲线，找出适宜的温度范围和显色时间。应在颜

22、色稳定的时间范围内进行比色测定。颜色稳定的时间范围内进行比色测定。（五）吸光度范围（五）吸光度范围控制被测溶液的吸光度值在控制被测溶液的吸光度值在0.20.8的范的范围内，就可以使测定结果符合一般准确度的要围内，就可以使测定结果符合一般准确度的要求。当溶液的吸光度不在此范围内时，可以通求。当溶液的吸光度不在此范围内时，可以通过过改变样品量改变样品量、稀释溶液稀释溶液以及以及使用不同厚度的使用不同厚度的吸收池吸收池等方法调整吸光度。等方法调整吸光度。共存共存离子离子的的干扰干扰及消除及消除(1)控制酸度，使干扰离子不显色。控制酸度，使干扰离子不显色。(2)加入掩蔽剂加入掩蔽剂，如用，如用SCN-

23、测定测定Co2+时，时，Fe3+有有干扰，加干扰，加入入F-，Fe3+6F-=FeF63-，Fe3+被掩蔽。被掩蔽。(3)利用氧化还原反应，改变干扰离子价态。利用氧化还原反应，改变干扰离子价态。(4)选择适当的波长。选择适当的波长。40(5)利利用用参参比比溶溶液液消消除除显显色色剂剂和和某某些些共共存存有有色色离离子的干扰子的干扰;(6)若若溶溶液液中中有有消消耗耗显显色色剂剂的的干干扰扰离离子子时时，增增加加显色剂用量来消除干扰显色剂用量来消除干扰;(7)分离：上述方法不奏效时，只能采用适当的分离：上述方法不奏效时，只能采用适当的预先分离的方法。预先分离的方法。41参比溶液的作用参比溶液的

24、作用测测定定被被测测溶溶液液的的吸吸光光度度时时，先先用用参参比比溶溶液液调调节节仪仪器器的的透透光光率率为为100%（吸吸光光度度A=0），以以消消除除吸吸收收池池、溶溶液液中中的的其其它它成成分分、溶溶剂剂和和显显色色剂等对入射光的吸收和反射所带来的误差。剂等对入射光的吸收和反射所带来的误差。被被测测溶溶液液的的吸吸光光度度与与参参比比溶溶液液的的吸吸光光度度之之差差能能代代表表待待测测组组分分或或显显色色后后的的有有色色物物质质的的真真实实吸光度吸光度。42参比溶液的选择原则参比溶液的选择原则当当被被测测溶溶液液组组成成较较为为简简单单，干干扰扰组组分分很很少少或或在在测测定定波波长长下

25、下几几乎乎没没有有吸吸收收时时，可可用用溶溶剂剂（如蒸馏水）作参比溶液；（如蒸馏水）作参比溶液；如如显显色色剂剂在在测测定定波波长长处处有有一一定定的的吸吸收收，可可采采用用空空白白试试剂剂即即溶溶液液中中不不加加入入待待测测组组分分的的溶溶液液作参比；作参比；如如果果显显色色剂剂在在测测定定波波长长处处无无吸吸收收，而而干干扰扰组组分分有有吸吸收收时时，可可以以用用不不加加显显色色剂剂的的试试样样溶溶液液作为参比溶液进行测定，以除去杂质的干扰。作为参比溶液进行测定，以除去杂质的干扰。实验原理实验原理在在pH29的溶液中，邻二氮菲的溶液中，邻二氮菲(phen)与与Fe2+生成稳定的红色配合物，

26、其最大吸收峰在生成稳定的红色配合物，其最大吸收峰在508nm波处。波处。lgK21.3，摩尔吸光系，摩尔吸光系508=1.1104，其反应，其反应式如下：式如下：Fe2+3(phen)=Fe(phen)3标准曲线的制作标准曲线的制作以下表数据在以下表数据在50mL容量甁中配制溶液容量甁中配制溶液序序号号铁标准溶液铁标准溶液(mL)盐酸羟氨盐酸羟氨(mL)2min后，邻二氮后，邻二氮菲菲1(mL)NaAc（mL）吸光度吸光度10.001.02.05.020.201.02.05.030.401.02.05.040.601.02.05.050.801.02.05.061.001.02.05.07试样试样1.001.02.05.045小结小结:1.吸收曲线吸收曲线2.朗伯朗伯比耳定律比耳定律3.标准曲线标准曲线4.测定条件测定条件