(精品)紫外——可见分光光度法 教学课件PPT.ppt

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1、第十章第十章 紫外紫外可见分光光度法可见分光光度法 1 概述概述 2 光的吸收定律光的吸收定律 3 偏离朗伯比尔定律的原因偏离朗伯比尔定律的原因 4 紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计 5 显色反应及其影响因素显色反应及其影响因素 6 测量的误差和测量条件的选择测量的误差和测量条件的选择 7 分光光度测定的方法分光光度测定的方法11.1 概述概述利利用用被被测测物物质质的的分分子子对对紫紫外外-可可见见光光具具有有选选择择性性吸收的特性吸收的特性而建立的分析方法。而建立的分析方法。一、紫外可见吸光光度法的特点一、紫外可见吸光光度法的特点（1）具有较高的灵敏度。具有较高的灵敏度。（2）有一定的

2、准确度，该方法相对误差为有一定的准确度，该方法相对误差为2%-5%，可满足对微量组分测定的要求。可满足对微量组分测定的要求。（3）操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单。操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单。（4）应用广泛应用广泛单色光单色光单色光单色光：只具有一种波长的光。：只具有一种波长的光。混合光混合光混合光混合光：由两种以上波长组成的光，如白光。：由两种以上波长组成的光，如白光。二、二、物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收白光白光青蓝青蓝青青绿绿黄黄橙橙红红紫紫蓝蓝1 1、光的互补性与物质的颜色、光的互补性与物质的颜色、光的互补性与物质的颜色、光的互补性与物质的颜色 物质的颜色物

3、质的颜色物质的颜色物质的颜色是由于物质对不同波长是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产的光具有选择性的吸收作用而产生的，生的，物质的颜色由透过光的波物质的颜色由透过光的波物质的颜色由透过光的波物质的颜色由透过光的波长决定长决定长决定长决定。例：例：硫酸铜硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色；溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色；高锰酸钾高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以得白光，这两种光就叫得白光，这两种光就叫互为补色光互为补色光互为补色光互为补色光。物质呈现的颜色和

4、物质呈现的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。吸收的光颜色之间是互补关系。/nm颜色颜色互补光互补光400-450紫黄绿450-480蓝蓝黄黄480-490绿蓝绿蓝橙橙490-500蓝绿蓝绿红红500-560绿绿红紫红紫560-580黄绿黄绿紫紫580-610黄黄蓝蓝610-650橙橙绿蓝绿蓝650-760红红蓝绿蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光不同颜色的可见光波长及其互补光白光白光青蓝青蓝青青绿绿黄黄橙橙红红紫紫蓝蓝2、吸收光谱或吸收曲线、吸收光谱或吸收曲线 吸收曲线：测定某种物质对不同波长单色光的吸吸收曲线：测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以收程度，以波长波长为横坐标，为横坐标，吸

5、光度吸光度为纵坐标作图。为纵坐标作图。KMnO4 的吸收曲线的吸收曲线最大吸收波长，最大吸收波长，max定量分析的基础：某一波定量分析的基础：某一波长下测得的吸光度与物质长下测得的吸光度与物质浓度关系的有关浓度关系的有关300400500600350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光谱的吸收光谱350光谱定性分光谱定性分析基础：吸析基础：吸收曲线的形收曲线的形状和最大吸状和最大吸收波长收波长11.2 光的吸收定律光的吸收定律朗伯比尔定律朗伯比尔定律I0：入射光强度入射光强度I：透过光强度透过光强度c：溶液的

6、浓度溶液的浓度b：液层宽度液层宽度T T透光率（透射比）透光率（透射比）透光率（透射比）透光率（透射比）A A吸光度吸光度吸光度吸光度 与与入入射射光光波波长长、溶溶液液的的性性质质及及温温度度有有关关。当当这这些些条条件件一一定定时时，代代表表单单位位浓浓度度的的有有色色溶溶液液放放在在单单位位宽宽度度的比色皿中的吸光度。的比色皿中的吸光度。c的单位为的单位为gL-1，b的单位为的单位为cm时，时，以以a表示，称表示，称为吸光系数，其单位为为吸光系数，其单位为Lg-1cm-1，A=abc。c的的单单位位为为molL-1，b的的单单位位为为cm，用用表表示示。称称为为摩尔吸光系数，其单位为摩尔

7、吸光系数，其单位为Lmol-1cm-1，A=bc。摩尔吸光系数摩尔吸光系数摩尔吸光系数摩尔吸光系数 的讨论的讨论的讨论的讨论（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数（2）不随浓度）不随浓度c和液层厚度和液层厚度b的改变而改变。的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；的性质有关，与待测物浓度无关；（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

8、表示表示 max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力。表明了该吸收物质最大限度的吸光能力。例例1 浓浓度度为为25.0g/50mL的的Cu2+溶溶液液，用用双双环环已已酮酮草草酰酰二二腙腙分分光光光光度度法法测测定定，于于波波长长600nm处处，用用2.0cm比比色色皿皿测测得得T=50.1%，求吸光系数求吸光系数a和摩尔吸光系数和摩尔吸光系数。已知已知M(Cu)=64.0。解解 已知已知T=0.501，则，则A=lgT=0.300，b=2.0cm,则根据朗伯则根据朗伯比尔定律比尔定律 A=abc，而而=Ma=64.0gmol-13.00102 Lg-1cm-1=1.92104(Lmol-1cm

9、-1)解解:由由A=-lgT=abc可得可得 T=10-abc 当当b1=1cm时，时，T1=10-ac=T 当当b2=2cm时，时，T2=10-2ac=T2例例2 某有色溶液，当用某有色溶液，当用1cm比色皿时，其透光度为比色皿时，其透光度为T，若改用若改用2cm比色皿，则透光度应为多少？比色皿，则透光度应为多少？定定量量分分析析时时，通通常常液液层层厚厚度度是是相相同同的的，按按照照比比尔尔定定律律，浓浓度度与与吸吸光光度度之之间间的的关关系系应应该该是是一一条条通通过过直直角角坐坐标标原原点点的的直直线线。但但在在实实际际工工作作中中，往往往往会会偏偏离离线性而发生弯曲。线性而发生弯曲。

10、11.3 偏离朗伯一比尔定律的原因偏离朗伯一比尔定律的原因 0 1 2 3 4 mg/mLA。*0.80.60.40.20工作曲线工作曲线一、一、物理因素物理因素(1)(1)比尔定律的局限性比尔定律的局限性 比耳定律假设了吸收粒子之间是无相互作用的，比耳定律假设了吸收粒子之间是无相互作用的，因此仅在稀溶液因此仅在稀溶液（c 10-2 mol/L)的情况下才适用。的情况下才适用。(2)(2)非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离 朗朗伯伯一一比比尔尔定定律律只只对对一一定定波波长长的的单单色色光光才才能能成成立立，但但在实际工作中，入射光是具有一定波长范围的。在实际工作中，入射光是具有一定波长范围

11、的。二、化学因素二、化学因素 溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。例：例：测测定定时时，在在大大部部分分波波长长处处，Cr2O72-的的k值值与与CrO42-的的k值是很不相同的。值是很不相同的。A与与c不成线性关系。不成线性关系。例：显色剂例：显色剂KSCN与与Fe3+形成红色配合物形成红色配合物Fe(SCN)3，存在下列平存在下列平衡：衡：Fe(SCN)3 Fe3+3SCN溶溶液液稀稀释释时时一一倍倍时时，上上述述平平衡衡向向右右，离离解解度度增增大大。所所以以Fe(SCN)3的的浓浓度度不不止止降降低低一一半半，故故吸吸光光

12、度度降降低低一一半半以以上上，导导致致偏偏离朗伯离朗伯比尔定律。比尔定律。11.4 紫外紫外可见分光光度计可见分光光度计光源光源 单色器单色器 吸收池吸收池 检测器和信号显示系统检测器和信号显示系统u作用：作用：提供能量，激发被测物质分子，使之产生电子提供能量，激发被测物质分子，使之产生电子谱带谱带u要求要求：发射足够强的连续光谱，有良好发射足够强的连续光谱，有良好的稳定性及足的稳定性及足够的适用寿命够的适用寿命u类型：类型：可见与近红外区：钨灯可见与近红外区：钨灯 4001100nm 紫外区：氢灯或氘灯紫外区：氢灯或氘灯180400nm一、一、光源光源u作用：作用：从连续光源中分离出所需要的

13、足够窄波段的光从连续光源中分离出所需要的足够窄波段的光束束u常用的元件：常用的元件：棱镜、光栅棱镜、光栅二、二、单色器单色器u功能：功能：用于盛放试样，完成样品中待测试样对用于盛放试样，完成样品中待测试样对光的吸收光的吸收u常用的吸收池：常用的吸收池：石英（紫外区）石英（紫外区）玻璃（可见区）玻璃（可见区）吸收池光程：吸收池光程：1cm、2cm、3cm等等u注意：注意：为减少光的损失，吸收池的光学面必须为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。吸收池要挑选配对，完全垂直于光束方向。吸收池要挑选配对，因因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光

14、程长度的精度等对分析结果都有影响。程长度的精度等对分析结果都有影响。三、三、吸收池吸收池u作用：作用：接受、记录信号接受、记录信号u组成：组成：检测器、放大器和读数和记录系统检测器、放大器和读数和记录系统u常用检测器：常用检测器：光电管和光电倍增管光电管和光电倍增管 蓝敏（锑铯）光电管蓝敏（锑铯）光电管 210625nm 红敏红敏（氧化铯）光电管（氧化铯）光电管 6251000nm 四、四、检测系统检测系统u单光束分光光度计单光束分光光度计u双光束分光光度计双光束分光光度计u双波长分光光度计（相互重叠多组分分析）双波长分光光度计（相互重叠多组分分析）五、五、仪器类型仪器类型单光束分光光度计单光

15、束分光光度计优点：优点：结构简单，价格便宜结构简单，价格便宜缺点：缺点：受光源影响波动大受光源影响波动大u可见可见:721 360800nm，电表读数电表读数 722 330800nm，数字显示数字显示7230 330900nm，带微处理器，配打印机带微处理器，配打印机u紫外、可见：紫外、可见：752 200800nm754 200800nm，带微处理器，配打印机带微处理器，配打印机UV758 190900nm，扫描功能扫描功能u紫外、可见及近红外紫外、可见及近红外751G 2001000nm UV755B 200100nm，带微处理器，配打印机带微处理器，配打印机 显色剂显色剂11.5 显色

16、反应及其影响因素显色反应及其影响因素显色反应：显色反应：将被测组分转变成有色化合物的将被测组分转变成有色化合物的化学反应。化学反应。显色剂：显色剂：能与被测组分反应使之生成有色化合能与被测组分反应使之生成有色化合物的试剂。物的试剂。vv 选选选选择择择择性性性性好好好好 所所用用的的显显色色剂剂仅仅与与被被测测组组分分显显色色而而与与其其它它共共存组分不显色，或其它组分干扰少。存组分不显色，或其它组分干扰少。vv 灵灵灵灵敏敏敏敏度度度度足足足足够够够够高高高高 有有色色化化合合物物有有大大的的摩摩尔尔吸吸光光系系数数，一一般般应有应有104105数量级。数量级。vv 有有有有色色色色配配配配

17、合合合合物物物物的的的的组组组组成成成成要要要要恒恒恒恒定定定定 显显色色剂剂与与被被测测物物质质的的反反应应要要定量进行。定量进行。vv 生成的有色配合物稳定性好生成的有色配合物稳定性好生成的有色配合物稳定性好生成的有色配合物稳定性好 vv 色色色色差差差差大大大大 有有色色配配合合物物与与显显色色剂剂之之间间的的颜颜色色差差别别要要大大，这这样试剂空白小，显色时颜色变化才明显。样试剂空白小，显色时颜色变化才明显。一、对显色反应的要求一、对显色反应的要求二、影响显色反应的因素二、影响显色反应的因素1 1、显色剂的用量、显色剂的用量、显色剂的用量、显色剂的用量M+R MR 2 2、溶液的酸度、

18、溶液的酸度、溶液的酸度、溶液的酸度 （2）对显色剂的平衡浓度和颜色的影响对显色剂的平衡浓度和颜色的影响（3）对有色化合物组成的影响对有色化合物组成的影响不同的显色反应的适宜不同的显色反应的适宜 pH 是通过实验确定的。是通过实验确定的。（1）对被测组分存在状态的影响对被测组分存在状态的影响pH 与吸光度的关系曲线与吸光度的关系曲线3 3、显显显显色色色色温温温温度度度度：要要求求标标准准溶溶液液和和被被测测溶溶液液在在测测定定过过程程中中温温度度一致。一致。4 4、显显显显色色色色时时时时间间间间：通通过过实实验验确确定定合合适适的的显显色色时时间间，并并在在一一定定的的时间范围内进行比色测定

19、。时间范围内进行比色测定。5 5、溶、溶、溶、溶 剂：剂：剂：剂：有机溶剂降低有色化合物的解离度，提高显色反有机溶剂降低有色化合物的解离度，提高显色反应的灵敏度。应的灵敏度。6 6、共存离子的影响、共存离子的影响、共存离子的影响、共存离子的影响 11.6 测量的误差和测量条件的选择测量的误差和测量条件的选择误差来源：误差来源：误差来源：误差来源：入射光源不稳定入射光源不稳定入射光源不稳定入射光源不稳定 吸收池玻璃的厚度不均匀吸收池玻璃的厚度不均匀吸收池玻璃的厚度不均匀吸收池玻璃的厚度不均匀 池壁不平行，表面有水迹，油污或划痕池壁不平行，表面有水迹，油污或划痕池壁不平行，表面有水迹，油污或划痕池

20、壁不平行，表面有水迹，油污或划痕 光电池不灵敏，光电流测量不准确光电池不灵敏，光电流测量不准确光电池不灵敏，光电流测量不准确光电池不灵敏，光电流测量不准确误差影响：误差影响：误差影响：误差影响：透光度读数误差透光度读数误差透光度读数误差透光度读数误差一、仪器测量误差一、仪器测量误差二、测量条件的选择二、测量条件的选择1 1、入射光波长的选择、入射光波长的选择、入射光波长的选择、入射光波长的选择 测量的入射光波长：最大吸收波长测量的入射光波长：最大吸收波长max。若若干干扰扰物物在在max处处也也有有吸吸收收，在在干干扰扰最最小小的的条条件件下下选择吸光度最大的波长。选择吸光度最大的波长。2 2

21、、吸光度范围的选择、吸光度范围的选择、吸光度范围的选择、吸光度范围的选择两式相除：两式相除：不同透光率时测定浓度的相对误差不同透光率时测定浓度的相对误差cB/cB(T=0.01)T/%95 90 80 70 60 50 36.83020 10 5 2 20.6 10.7 5.6 4.0 3.3 2.9 2.7 2.8 3.2 4.3 6.5 13.0 测定相对误差与透光率的关系测定相对误差与透光率的关系在在 T=36.8%(A=0.434)时，浓时，浓度测定的相对误差最小。度测定的相对误差最小。在在实际测定时，常将吸光度控实际测定时，常将吸光度控制在制在0.2 0.7(T=20%65%)之间之

22、间。3 3、参比溶液的选择、参比溶液的选择、参比溶液的选择、参比溶液的选择I0参参比比样样品品未考虑吸收池和溶剂对光未考虑吸收池和溶剂对光子的作用子的作用原则原则:使试液的吸光度能真正反映待测物的浓度。使试液的吸光度能真正反映待测物的浓度。利用空白试验来消除因溶剂或器皿对入射光反射和吸收带利用空白试验来消除因溶剂或器皿对入射光反射和吸收带来的误差。来的误差。（1）如果仅待测物与显色剂的反应产物有吸收，可用）如果仅待测物与显色剂的反应产物有吸收，可用纯溶剂纯溶剂（或蒸馏水）（或蒸馏水）作参比溶液作参比溶液（2）如果显色剂或其他试剂略有吸收，应用）如果显色剂或其他试剂略有吸收，应用空白溶液空白溶液

23、（包括（包括显色剂或其它试剂不加待测试样溶液）作为参比溶液。显色剂或其它试剂不加待测试样溶液）作为参比溶液。（3）如试样中其它组分有吸收，但不与显色剂反应，则当显）如试样中其它组分有吸收，但不与显色剂反应，则当显色剂无吸收时，可用色剂无吸收时，可用试样溶液试样溶液作为参比溶液；当显色剂略有作为参比溶液；当显色剂略有吸收时，可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加吸收时，可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，以此溶液作参比溶液。显色剂，以此溶液作参比溶液。11.7 分光光度测定的方法分光光度测定的方法一、单组分的测定一、单组分的测定参比参比 标准样品标准样品 待测样品待测样品二

24、、多组分的测定二、多组分的测定二、多组分的测定二、多组分的测定a a 不重叠不重叠b b 重叠重叠 例：例：用光程为用光程为1cm的吸收池，在两个测定波长处测定含有的吸收池，在两个测定波长处测定含有K2Cr2O7和和KMnO4两种物质溶液的吸光度。混合物在两种物质溶液的吸光度。混合物在450nm处的吸光度为处的吸光度为0.38，在，在530nm处的吸光度为处的吸光度为0.71，求，求混合物的组成。已知混合物的组成。已知1.0 10-3 mol/L的的K2Cr2O7 在在450nm处处吸光度为吸光度为0.20，而在，而在530nm处为处为0.05；1.0 10-4mol/L的的KMnO4在在450nm处无吸收，在处无吸收，在530nm处吸光度为处吸光度为0.42。KMnO4K2Cr2O7450nm530nm530nm