紫外-可见分光光度法PPT课件.ppt

1、化学分析化学分析：常量组分：常量组分(1%), Er : 0.1%0.2% 依据化学反应依据化学反应, 使用玻璃仪器使用玻璃仪器 化学分析与仪器分析方法比较化学分析与仪器分析方法比较仪器分析仪器分析：微量组分：微量组分(1%), Er : 1%5% 依据物理或物理化学性质依据物理或物理化学性质, 需要特殊的仪器需要特殊的仪器例例: 含含Fe约约0.05%的样品的样品, 称称0.2 g, 则则m(Fe)0.1 mg重量法重量法 m(Fe2O3)0.14 mg, 称不准称不准容量法容量法 V(K2Cr2O7)0.02 mL, 测不准测不准 光度法光度法 结果结果0.048%0.052%, 满足要求

2、满足要求准确度高准确度高灵敏度高灵敏度高光谱分析法光谱分析法原子光谱法原子光谱法分子光谱法分子光谱法其它波谱法其它波谱法原子发射光谱法原子发射光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法(AAS)(AAS)原子荧光光谱法原子荧光光谱法* *紫外紫外- -可见吸收光谱法可见吸收光谱法(UV-Vis)(UV-Vis)* *红外吸收光谱法红外吸收光谱法(IR)(IR)分子荧光光谱法分子荧光光谱法(MFS)(MFS)分子磷光光谱法分子磷光光谱法(MPS)(MPS)化学发光光谱法化学发光光谱法拉曼光谱法拉曼光谱法(RS)(RS)* *核磁共振波谱法核磁共振波谱法(NMR)(NMR)* *质谱法质谱法(MS)(MS

3、)带带*的为四的为四大波谱大波谱发展联用技术是趋势发展联用技术是趋势!第一节第一节 光学分析概论光学分析概论 一、电磁辐射和电磁波谱一、电磁辐射和电磁波谱二、光学分析法及其分类二、光学分析法及其分类 三、光谱法仪器三、光谱法仪器分光光度计分光光度计1. 光的基本性质光的基本性质 ( (电磁波的波粒二象性电磁波的波粒二象性) ) c 真空中光速真空中光速 2.99792458108m/s3.0 108m/s 波长，单位：波长，单位：m,cm,mm, m,nm, 1 m=10-6m, 1nm=10-9m, 1=10-10m 频率，单位：赫芝频率，单位：赫芝(周周)Hz 次次/秒秒 n 折射率，真空

4、中为折射率，真空中为1 波数，单位：波数，单位：cm1 =cVn光的传播速度光的传播速度:波动性波动性1 1，c cX磁场向量磁场向量传播方向传播方向YZx电场向量电场向量h普朗克普朗克( (Planck) )常数常数 6.62610-34Js 频率频率E光量子具有的能量光量子具有的能量 单位：单位：J(焦耳焦耳)，eV(电子伏特电子伏特) 1eV=1.6021019 J微粒性微粒性光量子，具有能量。光量子，具有能量。Eh 结论结论: :一定波长的光具有一定的能量，波长越一定波长的光具有一定的能量，波长越 长长( (频率越低频率越低) )，光量子的能量越低，光量子的能量越低. .单色光单色光：

5、具有相同能量：具有相同能量( (相同波长相同波长) )的光的光. .混合光混合光：具有不同能量：具有不同能量( (不同波长不同波长) )的光复合在的光复合在 一起一起. . 例如白光例如白光. .=cVEhhhn 波粒二象性波粒二象性真空中真空中: :cEh 2电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称。射线射线 X 射线射线紫外光紫外光可见光可见光红外光红外光微波微波无线电波无线电波光谱种类光谱种类原子光谱：吸收、发射、荧光原子光谱：吸收、发射、荧光线状光谱线状光谱 黑体辐射：白炽灯、液、固灼热发光黑体辐射：白炽灯、液、固灼热发光连续光谱连续光谱 分子光谱：紫外

6、、可见、红外等吸收光谱分子光谱：紫外、可见、红外等吸收光谱带状光谱带状光谱 I 1. 电子相对于原子核的运动电子相对于原子核的运动-电子能级电子能级; （需能量大）（需能量大）2. 原子核在其平衡位置附近的相对振动原子核在其平衡位置附近的相对振动-振动能级振动能级;（需能量小）（需能量小）3. 分子本身绕其重心的转动分子本身绕其重心的转动-转动能级转动能级.（需能量更小需能量更小）物质分子内部物质分子内部3 种运动形式种运动形式及其对应能级：及其对应能级：光学光谱区光学光谱区远紫外远紫外近紫外近紫外 可见可见近红外近红外中红外中红外 远红外远红外（真空紫外）（真空紫外）10nm200nm200

7、nm 400nm400nm 760nm760 nm 2.5 m2.5 m 25 m25 m 300 m主要特点：五个单元组成主要特点：五个单元组成10.1 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理 特点特点 灵敏度高：灵敏度高：测定下限可达测定下限可达10-510-6molL-1, 10-4%10-5% 准确度准确度能够满足微量组分的测定要求：能够满足微量组分的测定要求： 相对误差相对误差25 （12） 操作操作简便快速简便快速 应用广泛应用广泛 吸光光度法是基于被测物质的分子对光具吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。有选择性吸收的特性而建立起来的分析方

8、法。I0It光强的光强的测量测量分光分光光度计光度计分光光度法分光光度法的应用：的应用：定定量测定与定量测定与定性分析性分析物质对光有选择性物质对光有选择性吸收吸收 准备知识准备知识 光强的减弱与物光强的减弱与物质浓度的关系？质浓度的关系？朗伯朗伯-比尔定律比尔定律测量光强测量光强度的减弱度的减弱 /nm颜色颜色互补光互补光400 450紫紫黄绿黄绿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 分子对光的吸收与吸收光谱分子对光的吸收与吸收光谱不同颜

9、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蓝绿蓝绿透光率透光率(透射比）透射比）T（Transmittance）t0=ITIA = lg(I0/It) = lg(1/T) = lgT It A吸光度吸光度A (Absorbance）I0It入射光入射光透过光透过光10.2 光吸收基本定律光吸收基本定律:朗伯朗伯-比比尔定律尔定律朗伯定律朗伯定律: :(1760) (1760) A=lg(I0/It)=E1L 当入射光的当入射光的 , ,吸光物质的吸光物质的c 一定时一定时, ,溶液的吸溶液的吸光度光度A与液层厚度与液层厚度L成成正比正比. .比尔定律比尔定律( (1852) 185

10、2) A=lg(I0/It)=E2c 当入射光的当入射光的 , ,液层厚度液层厚度L一定时一定时, ,溶液溶液 的吸光度的吸光度A与吸光物质的与吸光物质的c成正比成正比. .朗伯定律：吸光度与光程的关系朗伯定律：吸光度与光程的关系 A = EcL 0.10L0.202L0.00光源光源检测器检测器显示器显示器参参比比比尔定律：吸光度与浓度的关系比尔定律：吸光度与浓度的关系 A = EcL0.10c0.202 2c0.00光源光源检测器检测器显示器显示器参参比比吸光度与波长的关系吸光度与波长的关系 A = EcL0.00红红0.10红红0.00光源光源检测器检测器显示器显示器参参比比蓝绿光蓝绿光

11、红光红光朗伯朗伯- -比尔定律比尔定律A=lg(I0/It)=EcL1 1LamberLamber-Beer-Beer定律的适用条件（前提）定律的适用条件（前提） 入射光为单色光入射光为单色光. .应选用应选用 maxmax处或肩峰处测定处或肩峰处测定. .溶液是稀溶液溶液是稀溶液. .浓度增大，分子之间作用增强浓度增大，分子之间作用增强. .吸光质点形式不变吸光质点形式不变 离解、络合、缔合会破坏线性关系离解、络合、缔合会破坏线性关系, 应控制条件应控制条件(酸度、浓度、介质等酸度、浓度、介质等).2 2该定律适用于固体、液体和气体样品该定律适用于固体、液体和气体样品3.3. 在同一波长下，

12、各组分吸光度具有加和性在同一波长下，各组分吸光度具有加和性 应用：多组分测定应用：多组分测定吸光度的加和性与吸光度的测量吸光度的加和性与吸光度的测量 A = A1 + A2 + +An 用参比溶液调用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等溶剂、试剂对光的吸收等。001221=lg =lg =-=lgIIIAAAAAIII参参参参比比液液比比试试试试液液1吸光系数的物理意义：吸光系数的物理意义： 单位浓度、单位厚度的吸光度单位浓度、单位厚度的吸光度 讨论：讨论：1）E

13、与（组分性质，温度，溶剂，与（组分性质，温度，溶剂，）有关）有关 当组分性质、温度，当组分性质、温度，和溶剂一定，和溶剂一定，E一定一定2）不同物质在同一波长下）不同物质在同一波长下E可能不同（选择性吸收）可能不同（选择性吸收） 同一物质在不同波长下同一物质在不同波长下E一定不同一定不同3）E，物质对光吸收能力，物质对光吸收能力, 定量测定灵敏度定量测定灵敏度 定性、定量依据定性、定量依据l lC CA AE E2吸光系数两种表示法：吸光系数两种表示法： 1）摩尔吸光系数摩尔吸光系数： 在一定在一定下，下，C=1mol/L，L=1cm时的吸光度时的吸光度 2）百分含量吸光系数百分含量吸光系数

14、/ 比吸光系数比吸光系数： 在一定在一定下，下，C=1g/100ml，L=1cm时的吸光度时的吸光度 3）两者关系）两者关系3吸收光谱（吸收曲线）：吸收光谱（吸收曲线）：A1 1% %1 1c cm mE E1 10 0M MbackCr2O72-、MnO4-的的吸收光谱吸收光谱300400500600700 /nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350苯苯和和甲苯甲苯在环己烷中的吸收光谱在环己烷中的吸收光谱苯苯(254nm)甲苯甲苯(262nm)A 230 250 270 不同物质吸收光谱的形状以及不同物质吸收光谱的形状以及 ma

15、x 不不同同定性分析的基础定性分析的基础同一物质，浓度不同时，吸收光谱的同一物质，浓度不同时，吸收光谱的形状相同形状相同， max 相同相同,Amax 不同不同定量分析的基础定量分析的基础4吸光度测量的条件选择：吸光度测量的条件选择：1）测量波长的选择：）测量波长的选择：2）吸光度读数范围的选择：）吸光度读数范围的选择：3）参比溶液）参比溶液(空白溶液空白溶液)的选择：的选择：下测定下测定maxmax须在须在l lC CA AE E较小的较小的A A左右左右maxmax测定灵敏度高测定灵敏度高maxmaxA Amaxmax样样A A样样品品池池样样品品溶溶液液1 10 00 0% %，T T0

16、 0参参A A调调节节光光路路参参比比池池空空白白溶溶液液样样品品池池光光学学性性质质和和厚厚度度相相同同参参比比池池配配制制样样品品的的溶溶剂剂空空白白溶溶液液 注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和 界面反射等因素对透光率的干扰界面反射等因素对透光率的干扰 依据依据BeerBeer定律，定律，A A与与C C关系应为关系应为 经过原点的直线经过原点的直线 偏离偏离BeerBeer定律的主要因素表现定律的主要因素表现为以下两个方面为以下两个方面（一）光学因素（一）光学因素（二）化学因素（二）化学因素 l lC CE EA A 1非

17、单色光的影响：非单色光的影响： Beer定律应用的重要前提定律应用的重要前提入射光为单色光入射光为单色光 照射物质的光经单色器分光后照射物质的光经单色器分光后 并非真正单色光并非真正单色光 其波长宽度由入射狭缝的宽度其波长宽度由入射狭缝的宽度 和棱镜或光栅的分辨率决定和棱镜或光栅的分辨率决定 为了保证透过光对检测器的响为了保证透过光对检测器的响 应，必须保证一定的狭缝宽度应，必须保证一定的狭缝宽度 这就使分离出来的光具一定的这就使分离出来的光具一定的 谱带宽度谱带宽度2 21 10 02 20 01 12 21 1和和I I为为I I对对应应的的透透过过光光光光强强分分别别和和I II I入入

18、射射光光光光强强分分别别为为的的光光组组成成和和设设入入射射光光由由波波长长为为lECIIlCEIITA10lglg0002010201020102010201211212110101010IIIIIIIIIIIITlCEElCElCElCE）（又0201020111210lglgIIIIlCETAlCEE）（讨论：讨论： 入射光的谱带宽度严重影响吸光系数和吸收光入射光的谱带宽度严重影响吸光系数和吸收光 谱形状谱形状 结论：结论： 选择较纯单色光（选择较纯单色光（，单色性，单色性） 选选maxmax作为测定波长（作为测定波长（EE，谱带宽度，谱带宽度SS且成线且成线性）性）严严重重A A与与C

19、 C偏偏离离线线性性关关系系越越）E E（E E偏偏离离B Be ee er r定定律律A A与与C C不不成成线线性性关关系系，E EE E成成线线性性关关系系C CL LE EA AE EE E1 12 22 21 11 12 21 12杂散光的影响：杂散光的影响： 杂散光是指从单色器分出的光不在入射光谱杂散光是指从单色器分出的光不在入射光谱 带宽度范围内，与所选波长相距较远带宽度范围内，与所选波长相距较远杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成杂散光可使吸收光谱变形，吸光度变值杂散光可使吸收光谱变形，吸光度变值3反射光和散色光的影响：反射光和散

20、色光的影响：反射光和散色光均是入射光谱带宽度内的光反射光和散色光均是入射光谱带宽度内的光 直接对直接对T产生影响产生影响散射和反射使散射和反射使T，A，吸收光谱变形，吸收光谱变形注：一般可用空白对比校正消除注：一般可用空白对比校正消除4非平行光的影响：非平行光的影响： 使光程使光程，A，吸收光谱变形，吸收光谱变形 Beer定律适用的另一个前提：稀溶液定律适用的另一个前提：稀溶液 浓度过高会使浓度过高会使C与与A关系偏离定律关系偏离定律影响测定结果的相对误差两个因素：影响测定结果的相对误差两个因素： T和和T T影响因素：仪器噪音影响因素：仪器噪音 1）暗噪音）暗噪音 2）讯号噪音）讯号噪音Tl

21、ElEAClCETAlg1lgTTTCClg434. 0浓度的相对误差1）暗噪音）暗噪音与检测器和放大电路不确切性有关与检测器和放大电路不确切性有关 与光讯号无关与光讯号无关0)lg()lg434. 0(434. 0)lg434. 0(2TTTTTTTdTd对应最小的测量误差，%80.36434. 0lgTT%5 . 0%1%2 . 0TT今假设大多数分光光度计的适宜测量范围7 . 02 . 0%20%65：AT测定结果相对误差较小2）讯号噪音）讯号噪音与光讯号有关与光讯号有关表明测量误差较小的范围表明测量误差较小的范围一直可延至较高吸光度区，一直可延至较高吸光度区，对测定有利对测定有利 1.

22、 单光束分光光度计单光束分光光度计10.2.2 分光光度计的基本类型分光光度计的基本类型特点：特点： 使用时来回拉动吸收池使用时来回拉动吸收池 移动误差移动误差 对光源要求高对光源要求高 比色池配对比色池配对分光光度计分光光度计2. 双光束分光光度计双光束分光光度计参比池参比池检测器检测器单色器单色器放大器放大器样品池样品池光源光源 hv光子检测器光子检测器反光镜反光镜反光镜反光镜透明部分透明部分扇形镜扇形镜 正面图正面图扇形镜扇形镜反光镜反光镜栅镜栅镜特点：特点： 不用拉动吸收池，可以减小移动误差不用拉动吸收池，可以减小移动误差 双光束型可以消除光源强度变化的影响双光束型可以消除光源强度变化

23、的影响.对光源要求不高对光源要求不高 可以自动扫描吸收光谱可以自动扫描吸收光谱 双光束光度计动画示意3双波长分光光度计双波长分光光度计 特点：特点： 利用吸光度差值定量利用吸光度差值定量 消除干扰和吸收池不匹配引起的误差消除干扰和吸收池不匹配引起的误差双波长光度计光路示意图多通道仪器多通道仪器（Multichannel Instruments）光电二极管阵列光电二极管阵列(通常具有通常具有316个硅二极管个硅二极管) photodiode arrays (PDAs) 同时测量同时测量200820nm范围内的整个光谱范围内的整个光谱, 比单比单个检测器快个检测器快316倍倍,信噪比增加信噪比增加

24、3161/2 倍倍. 3. 其他类型分光光度计其他类型分光光度计HP 8452A多通道二极管阵列分光光度计多通道二极管阵列分光光度计氙灯氙灯氢灯氢灯钨灯钨灯吸光光度法仪器主要差异比较吸光光度法仪器主要差异比较可见光可见光（400760nm）紫外光紫外光（200400nm)中红外中红外（2.525 m )光源光源钨灯钨灯碘钨灯碘钨灯3202500氢灯氢灯氘灯氘灯180375硅碳棒硅碳棒（红外线）（红外线）吸收池吸收池材料材料玻璃玻璃（3503200）石英石英（1854000） NaCl晶体晶体测试题测试题1、电子能级间隔越小，跃迁时吸收的光子的（、电子能级间隔越小，跃迁时吸收的光子的（ ） A、

25、能量越大、能量越大 B、波长越长、波长越长 C、波数越大、波数越大 D、频率越高、频率越高2、下列四种波数的电磁辐射属于可见光区的是（、下列四种波数的电磁辐射属于可见光区的是（ ） A、760cm1 B 、2.0104cm1 C、5.0cm1 D、 0.1cm1 3、波长为、波长为500nm的绿色光其能量（的绿色光其能量（ ） A、比紫外光小、比紫外光小 B、比红外光小、比红外光小 C、比微波小、比微波小 D、比无线电波小、比无线电波小4、紫外、紫外-可见分光光度法的合适检测波长范围是可见分光光度法的合适检测波长范围是 A、400760nm B、200400nm C、200760nm D、10

26、200nmBBAC5、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（ ） A、按比尔定律，浓度、按比尔定律，浓度C与吸收度与吸收度A之间的关系之间的关系 是一条通过原点的直线。是一条通过原点的直线。 B、比尔定律成立的必要性条件是稀溶液，与是、比尔定律成立的必要性条件是稀溶液，与是 否单色光无关。否单色光无关。 C、 称比吸收系数，是指用浓度为称比吸收系数，是指用浓度为1%（W/V）的溶液，吸收池厚度为的溶液，吸收池厚度为1cm时所测得的吸收度值。时所测得的吸收度值。 D、同一物质在不同波长处吸光系数不同，不同、同一物质在不同波长处吸光系数不同，不同物质在同一波长处的吸光系数相同。物质在同一波长处的吸

27、光系数相同。6、按一般光度法用空白溶液作参比溶液，测得某试、按一般光度法用空白溶液作参比溶液，测得某试液的透光率为液的透光率为10%；如果更改参比溶液，用一般；如果更改参比溶液，用一般分光光度法测得透光率为分光光度法测得透光率为20%的标准溶液作参比的标准溶液作参比 溶液，则试液的透光度应等于（溶液，则试液的透光度应等于（ ） A、8% B、40% C、50% D、80%1%1%1cm1cmE EAC7、双光束分光光度计法测定、双光束分光光度计法测定Pb2+（M=207.2),若若50ml溶液中含有溶液中含有0.1mg Pb2+,用用1cm比色皿在比色皿在520nm测得透光率为测得透光率为40

28、%,则有色物质的摩尔吸光则有色物质的摩尔吸光系数为系数为( ) A、4.1102 B、4.1103 C、4.1104 D、 4.1105 8、已知、已知KMnO4式量为式量为158.04。545=2.2103，今在，今在545nm处用浓度为处用浓度为0.002% KMnO4溶液，溶液，3cm比色皿测定透光率为比色皿测定透光率为（ ） A、15% B、83% C、25% D、53%9、某物质在某波长处的摩尔吸光系数、某物质在某波长处的摩尔吸光系数很大，则表明很大，则表明 A 、该物质对某波长的吸光能力很强；、该物质对某波长的吸光能力很强； B、该物质浓度很大、该物质浓度很大 C、光通过该物质的溶液的光程长、光通过该物质的溶液的光程长 D、测定该物质的精密度很高、测定该物质的精密度很高CAA