第2章 可见和紫外吸光光度法1-仪分教程.ppt
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1、 第第2 2章章 可见紫外吸光光度法可见紫外吸光光度法Visible and Ultraviolet Absorption SpectroscopyVisible and Ultraviolet Absorption Spectroscopy2.1 可见吸光光度法概述 最早出现了最早出现了最早出现了最早出现了目视比色法,目视比色法,目视比色法,目视比色法,然后出现了然后出现了然后出现了然后出现了光电比色法光电比色法光电比色法光电比色法和和和和可见分光光度法。可见分光光度法。可见分光光度法。可见分光光度法。这些方法都是依据这些方法都是依据这些方法都是依据这些方法都是依据物质对光的选择性吸收而建立
2、物质对光的选择性吸收而建立物质对光的选择性吸收而建立物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法,起来的分析方法,起来的分析方法,起来的分析方法,所以又称为所以又称为所以又称为所以又称为吸光光度法吸光光度法吸光光度法吸光光度法。基基基基于于于于光光光光与与与与物物物物质质质质相相相相互互互互作作作作用用用用的的的的性性性性质质质质而而而而建建建建立立立立起起起起来来来来的的的的分分分分析析析析方法称之为方法称之为方法称之为方法称之为光学分析法光学分析法光学分析法光学分析法。2.1.1 2.1.1 可见吸光光度法的特点可见吸光光度法的特点 (1 1 1 1)灵敏度高:)灵敏度高:)灵敏度高:)灵敏度
3、高:测定浓度下限测定浓度下限测定浓度下限测定浓度下限 1010-5-51010-6-6 mol L mol L-1-1或更低。或更低。或更低。或更低。(2 2 2 2)准确度高:)准确度高:)准确度高:)准确度高:相对误差约为相对误差约为相对误差约为相对误差约为1 15 5。(3 3 3 3)操作简便快速。)操作简便快速。)操作简便快速。)操作简便快速。(4 4 4 4)仪器性价比高。)仪器性价比高。)仪器性价比高。)仪器性价比高。(5 5 5 5)应用范围广。)应用范围广。)应用范围广。)应用范围广。2.1.2 2.1.2 光的基本性质光的基本性质 光是一种电磁波,它具有波粒二象性。光是一种
4、电磁波,它具有波粒二象性。光是一种电磁波,它具有波粒二象性。光是一种电磁波,它具有波粒二象性。光的波动性可用波长光的波动性可用波长光的波动性可用波长光的波动性可用波长 、频率、频率、频率、频率 、光速、光速、光速、光速 c c c c 等参等参等参等参数来描述:数来描述:数来描述:数来描述:c c =光是由光子流组成,光子的能量:光是由光子流组成,光子的能量:光是由光子流组成,光子的能量:光是由光子流组成,光子的能量:E=h E=h =h c/h c/(PlanckPlanck常数常数常数常数:h h=6.626=6.626 10 10-34 -34 J J S S )光的波长越短,或频率越高
5、,其光子所具有的能光的波长越短,或频率越高,其光子所具有的能光的波长越短,或频率越高,其光子所具有的能光的波长越短,或频率越高,其光子所具有的能量就越大。量就越大。量就越大。量就越大。各种电磁波依其波长的不同,分别属于下列光谱区间:各种电磁波依其波长的不同,分别属于下列光谱区间:各种电磁波依其波长的不同,分别属于下列光谱区间:各种电磁波依其波长的不同,分别属于下列光谱区间:射线:射线:射线:射线:0.0010.0010.01nm0.01nm ;X X 射线:射线:射线:射线:0.010.0110nm 10nm;紫外光:紫外光:紫外光:紫外光:1010380380(400400)nmnm ;可见
6、光:可见光:可见光:可见光:380380780nm780nm;或(或(或(或(400400800nm800nm););););红外线:红外线:红外线:红外线:0.780.78(800800)10001000 mm ;微波:微波:微波:微波:0.10.110cm10cm ;射频:射频:射频:射频:10cm 10cm 以上以上以上以上。单色光:最初指具有单一颜色的光。单色光:最初指具有单一颜色的光。单色光:最初指具有单一颜色的光。单色光:最初指具有单一颜色的光。现指波长范围很窄的光。光的波长范围越窄,现指波长范围很窄的光。光的波长范围越窄,现指波长范围很窄的光。光的波长范围越窄,现指波长范围很窄的
7、光。光的波长范围越窄,其单色性就越好。其单色性就越好。其单色性就越好。其单色性就越好。复合光:由不同波长的光组合而成的波长范围复合光:由不同波长的光组合而成的波长范围复合光:由不同波长的光组合而成的波长范围复合光:由不同波长的光组合而成的波长范围较宽光。较宽光。较宽光。较宽光。2.2.1.3 1.3 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收 (1 1 1 1)光色的互补关系)光色的互补关系)光色的互补关系)光色的互补关系 可见光的波长范围:可见光的波长范围:可见光的波长范围:可见光的波长范围:380380780 nm780 nm。太阳光、白炽灯光的波长是多少呢?太阳光、白炽灯光的波长是多少呢?
8、太阳光、白炽灯光的波长是多少呢?太阳光、白炽灯光的波长是多少呢?实验表明,太阳光等实验表明,太阳光等实验表明,太阳光等实验表明,太阳光等“白光白光白光白光”可以分解成可以分解成可以分解成可以分解成红、红、红、红、橙、黄、绿、青、蓝、紫橙、黄、绿、青、蓝、紫橙、黄、绿、青、蓝、紫橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的光。等各种颜色的光。等各种颜色的光。等各种颜色的光。白光白光白光白光380nm380nm780nm780nm 将将将将红、橙、黄、绿、青、蓝、紫红、橙、黄、绿、青、蓝、紫红、橙、黄、绿、青、蓝、紫红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的等各种颜色的等各种颜色的等各种颜色的光按一定比例混合,
9、就能得到白光。光按一定比例混合,就能得到白光。光按一定比例混合,就能得到白光。光按一定比例混合,就能得到白光。进一步研究表明,两种适当颜色的光以一定比例进一步研究表明,两种适当颜色的光以一定比例进一步研究表明,两种适当颜色的光以一定比例进一步研究表明,两种适当颜色的光以一定比例相混合,也能够得到相混合,也能够得到相混合,也能够得到相混合,也能够得到白光白光白光白光。这两种色光就叫做。这两种色光就叫做。这两种色光就叫做。这两种色光就叫做互补色互补色互补色互补色光。光。光。光。白白白白红红红红橙橙橙橙黄黄黄黄绿绿绿绿青青青青青蓝青蓝青蓝青蓝蓝蓝蓝蓝紫紫紫紫 不同颜色的可见光具有不同的波长,见不同颜
10、色的可见光具有不同的波长,见p.4p.4,表,表2.22.2。(2 2)物质的颜色)物质的颜色 世界上的物质为什么会有各种各样的颜色呢?世界上的物质为什么会有各种各样的颜色呢?世界上的物质为什么会有各种各样的颜色呢?世界上的物质为什么会有各种各样的颜色呢?CuSO CuSO2 2 溶液:溶液:溶液:溶液:KMnO KMnO4 4 溶液:溶液:溶液:溶液:K K2 2CrOCrO4 4 溶液:溶液:溶液:溶液:物质呈现不同的颜色,是由于它对光的选物质呈现不同的颜色,是由于它对光的选择性吸收的结果,择性吸收的结果,显示出的颜色是它吸收的颜显示出的颜色是它吸收的颜色的互补色。色的互补色。(3 3 3
11、 3)物质对光的选择性吸收的实质)物质对光的选择性吸收的实质)物质对光的选择性吸收的实质)物质对光的选择性吸收的实质MM +热热热热M M +荧光或磷光荧光或磷光荧光或磷光荧光或磷光 物质的分子、原子或离子具有确定物质的分子、原子或离子具有确定物质的分子、原子或离子具有确定物质的分子、原子或离子具有确定的组成和结构,因而具有一系列不连续的组成和结构,因而具有一系列不连续的组成和结构,因而具有一系列不连续的组成和结构,因而具有一系列不连续的的的的量子化的特征能级。量子化的特征能级。量子化的特征能级。量子化的特征能级。M +M +h h M*M*基态基态基态基态 激发态激发态激发态激发态 E E1
12、 1 E E2 2E1E2E3h 如果照射光子的能量(如果照射光子的能量(h h )等于其某两个特征能级差等于其某两个特征能级差(E)时时 :E =E2 -E1 =h 光子的能量将向物质转移,产生对该光子的能量将向物质转移,产生对该特定波长的光吸收,并从基态跃迁至特定波长的光吸收,并从基态跃迁至激发态。各种物质具有不同的特征能激发态。各种物质具有不同的特征能级,因此会对不同波长的光产生级,因此会对不同波长的光产生选择选择性吸收。性吸收。E1E2E3h 1.2.4 1.2.4 吸收曲线吸收曲线(Absorption Curves)用不同波长的单色光照射试样,测量其对应的用不同波长的单色光照射试样
13、,测量其对应的用不同波长的单色光照射试样,测量其对应的用不同波长的单色光照射试样,测量其对应的吸光度值,可得到吸光度值,可得到吸光度值,可得到吸光度值,可得到反映试样物质对不同波长的光的反映试样物质对不同波长的光的反映试样物质对不同波长的光的反映试样物质对不同波长的光的吸收特性的曲线吸收特性的曲线吸收特性的曲线吸收特性的曲线吸收曲线(吸收光谱)。吸收曲线(吸收光谱)。吸收曲线(吸收光谱)。吸收曲线(吸收光谱)。(1 1 1 1)同一种物质在不同波长处测得的吸光度不)同一种物质在不同波长处测得的吸光度不)同一种物质在不同波长处测得的吸光度不)同一种物质在不同波长处测得的吸光度不同。同。同。同。吸
14、光度最大处所对应的波长叫吸光度最大处所对应的波长叫吸光度最大处所对应的波长叫吸光度最大处所对应的波长叫 最大吸收波长最大吸收波长最大吸收波长最大吸收波长 maxmax。(2 2 2 2)不同浓度的同一种物质,其吸收曲线)不同浓度的同一种物质,其吸收曲线)不同浓度的同一种物质,其吸收曲线)不同浓度的同一种物质,其吸收曲线形状形状形状形状相似相似相似相似,maxmax不变不变不变不变。浓度越高,吸光度越大。浓度越高,吸光度越大。浓度越高,吸光度越大。浓度越高,吸光度越大。(3 3 3 3)在在在在 maxmax处测定,吸光度最大,灵敏度最高。处测定,吸光度最大,灵敏度最高。处测定,吸光度最大,灵敏
15、度最高。处测定,吸光度最大,灵敏度最高。通常选择通常选择通常选择通常选择 maxmax作为定量分析中的入射光波长。作为定量分析中的入射光波长。作为定量分析中的入射光波长。作为定量分析中的入射光波长。(4 4 4 4)不同物质的吸收曲线的形状不同。不同物质的吸收曲线的形状不同。不同物质的吸收曲线的形状不同。不同物质的吸收曲线的形状不同。(5 5 5 5)吸收曲线能提供物质的结构信息,可以作为)吸收曲线能提供物质的结构信息,可以作为)吸收曲线能提供物质的结构信息,可以作为)吸收曲线能提供物质的结构信息,可以作为物质定性分析的依据,是物质的重要基本特性之一。物质定性分析的依据,是物质的重要基本特性之
16、一。物质定性分析的依据,是物质的重要基本特性之一。物质定性分析的依据,是物质的重要基本特性之一。2.2 2.2 光的吸收基本定律光的吸收基本定律朗伯朗伯比耳定律比耳定律 2.2.12.2.12.2.12.2.1 朗伯定律朗伯定律朗伯定律朗伯定律 布格布格布格布格(BouguerBouguerBouguerBouguer)和朗伯和朗伯和朗伯和朗伯(Lambert)Lambert)Lambert)Lambert)先后于先后于先后于先后于1729172917291729年和年和年和年和1760176017601760年阐明了光的吸收程度和吸收年阐明了光的吸收程度和吸收年阐明了光的吸收程度和吸收年阐明
17、了光的吸收程度和吸收层厚度的关系层厚度的关系层厚度的关系层厚度的关系:2.2.2 2.2.2 比耳定律比耳定律 1852185218521852年比耳年比耳年比耳年比耳(Beer)Beer)Beer)Beer)又提又提又提又提出了光的吸收程度和吸收物浓出了光的吸收程度和吸收物浓出了光的吸收程度和吸收物浓出了光的吸收程度和吸收物浓度之间的关系:度之间的关系:度之间的关系:度之间的关系:将二者相结合,则可得将二者相结合,则可得将二者相结合,则可得将二者相结合,则可得 朗伯朗伯朗伯朗伯 比耳定律。比耳定律。比耳定律。比耳定律。c2.2.3 2.2.3 朗伯朗伯比耳定律比耳定律 (1 1)朗伯)朗伯比
18、耳定律的表述比耳定律的表述 把朗伯定律和比耳定律合并起来,便得到朗伯把朗伯定律和比耳定律合并起来,便得到朗伯把朗伯定律和比耳定律合并起来,便得到朗伯把朗伯定律和比耳定律合并起来,便得到朗伯-比比比比耳定律。耳定律。耳定律。耳定律。它可表述为:它可表述为:它可表述为:它可表述为:当一束平行单色光通过单一当一束平行单色光通过单一当一束平行单色光通过单一当一束平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时,溶液的吸光度均匀的、非散射的吸光物质溶液时,溶液的吸光度均匀的、非散射的吸光物质溶液时,溶液的吸光度均匀的、非散射的吸光物质溶液时,溶液的吸光度与溶液浓度和厚度的乘积成正比与溶液浓度和厚度的乘积
19、成正比与溶液浓度和厚度的乘积成正比与溶液浓度和厚度的乘积成正比。(2 2)表达形式表达形式 ()式式中中,A:吸吸吸吸光光光光度度度度,反反反反映映映映了了了了溶溶溶溶液液液液对对对对光光光光的的的的吸吸吸吸收收收收程程程程度度度度,为为为为无无无无因次量因次量因次量因次量 ;b:液层厚度液层厚度液层厚度液层厚度(吸收光程长度吸收光程长度吸收光程长度吸收光程长度),单位为,单位为,单位为,单位为 cm cm;c:溶液的浓度,单位溶液的浓度,单位溶液的浓度,单位溶液的浓度,单位 g Lg L-;a:吸光系数,单位吸光系数,单位 L gL g-cm cm-。(3 3)表达形式()表达形式()如果浓
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