紫外-可见分光光度法教学课件.pptx

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 概述概述利用被测物质的分子对利用被测物质的分子对紫外紫外- -可见光具有选择性可见光具有选择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

2、定的准确度，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：只具有一种波长的光。：只具有一种波长的光。：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是由于物质对不同波是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而长的光具有选择性的吸收作用而产生的，产生的，。例：例：硫酸铜硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色

3、；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。物质呈现的颜色和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

4、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-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorba

5、nceCr2O72-、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 ：溶液的浓度：溶液的浓度b：液层宽度：液层宽度0lgIAbcI IT =I0tT =10-A 与入射光波长、溶液的性质及温度有关。当这些与入射光波长、溶液的性质及温度有关。当这些条件一定时，条件一定时，代表单位浓度的有色溶液放在单位宽度代表单位浓度的有色溶液放在单位宽度的比色皿中的吸光度。的比色皿中的吸光度。0lgIAbcI c的单

6、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的单位为的单位为molL-1，b的单位为的单位为cm，用用表示。称为表示。称为摩尔吸光系数，其单位为摩尔吸光系数，其单位为Lmol-1cm-1， A=bc。（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，仅与吸收物质本仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；身的性质有关，与

7、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。在值是不同的。在最大吸收波长最大吸收波长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 浓度为浓度为25.0g/50mL的的Cu2+溶液，用双环已酮草酰二腙分光溶液，用双环已酮草酰二腙分光光度法测定，于波长光度法测定，于波长600nm处，用处，用2.0cm比色皿测得比色皿测得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。)1000.5100 .501

8、00 .251436LgLgc（11 -2-14.L.g103.001000. 50 . 2300. 0cmLgcmbcAa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-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

9、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？ 定量分析时，通常液层定量分析时，通常液层厚度是相同的，按照比尔厚度是相同的，按照比尔定律，浓度与吸光度之间定律，浓度与吸光度之间的关系应该是一条通过直的关系应该是一条通过直角坐标原点的直线。但在角坐标原点的直线。但在实际工作中，往往会偏离实际工作中，往往会偏离线性而发生弯曲。线性而发生弯曲。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

10、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 朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，但朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，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： 测定时，在大部分波长处，测定时，在大部分波长处，Cr2O72-的的k值与

11、值与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溶液稀释时一倍时，上述平衡向右，离解度增大。所以溶液稀释时一倍时，上述平衡向右，离解度增大。所以Fe(SCN)3的浓度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，导致的浓度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，导致偏离朗伯偏离朗伯比尔定律。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

12、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

13、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

14、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（氧化铯）光电管红敏（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

15、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

16、测组分反应使之生成有色化合物的试剂。物的试剂。 所用的显色剂仅与被测组分显色而与其它共所用的显色剂仅与被测组分显色而与其它共存组分不显色，或其它组分干扰少。存组分不显色，或其它组分干扰少。 有色化合物有大的摩尔吸光系数，一般有色化合物有大的摩尔吸光系数，一般应有应有104105数量级。数量级。 显色剂与被测物质的反应要显色剂与被测物质的反应要定量进行。定量进行。 有色配合物与显色剂之间的颜色差别要大，这有色配合物与显色剂之间的颜色差别要大，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

17、素M+R MR （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：要求标准溶液和被测溶液在测定过程中温度：要求标准溶液和被测溶液在测定过程中温度一致。一致。：通过实验确定合适的显色时间，并在一定的通过实验确定合适的显色时间，并在一定的时间范围内进行比色测定。时间范围内进行比色测定。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

18、的解离度，提高显色反应的灵敏度。应的灵敏度。 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 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。 若干扰物在若干扰物在max处也有吸收，在干扰最小的条件下处也有吸收，在干扰最小的条件下选择吸光度最大的波长。选择吸光度最大的波长。两式相除：两式相除：BBd0.434dlgcTcTT B0.434ddlgdTTd cT Blg=TAdc 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

19、 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BB(/)/% c c 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。之间。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

20、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（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

21、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00.10.20.30.40.50.60.70.8024681012Concentration (ug/mL)Abs111A BAABBAcLcL 222A BAABBAcLcL a a 不重叠不重叠b b 重叠重叠 例：例：用光

22、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。KMnO4K2Cr2O711AAAAcL 111130.20200L molcm1 101AAAAcL 22AAAAcL 221130.0550L molcm1 101AAAAcL 221140.424200L molcm1 101BBBAcL 22BBBAcL 450nm530nm530nm