紫外-可见分光光度法课件

第十一章第十一章 紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法教学目的及要求教学目的及要求：1.了解吸光光度法的特点。2.理解物质对光的选择性吸收。3.掌握朗伯掌握朗伯比耳定律比耳定律。4.了解显色反应及其影响因素。吸光光度法的基本原理紫外一可见分光光度法分光光度法（ultravioletvisiblespectrophotometry）是利用物质在紫外、可见光区的分子吸收光谱，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析的方法。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法(60-400nm)和可见分光光度法(400-750nm)，合称为紫外一可见分光光度法。111 紫外-可见分光光度法概论通常是指研究通常是指研究200-780nm光谱区域内，物质分光谱区域内，物质分子或离子对光辐射吸收的一种方法，也称为子或离子对光辐射吸收的一种方法，也称为吸光光度法吸光光度法或或分光光度法分光光度法。一、吸光光度法的特点一、吸光光度法的特点(p297)1.灵敏度高10-310-6molL-12.准确度好1%),Er:0.1%0.2%，准确度高，依据化学反应,使用玻璃仪器。仪器分析：微量组分(1%),Er:1%5%，灵敏度高，依据物理或物理化学性质,需要特殊的仪器。例:含Fe约0.05%的样品,称0.2g样品,则m(Fe)0.1mg重量法m(Fe2O3)0.14mg,称不准容量法V(K2Cr2O7)0.02mL,测不准光度法光度法结果0.048%0.052%,满足要求二二.物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收1.单色光、复合光、互补色光单色光、复合光、互补色光光的互补色示意图光的互补色示意图2.溶液的颜色与光的选择性吸收溶液的颜色与光的选择性吸收选择吸收选择吸收宏观现象宏观现象 KMnO4(紫红色紫红色)吸收白光中的吸收白光中的 黄绿色黄绿色 CuSO4 (蓝色蓝色)吸收白光中的吸收白光中的 黄色黄色 互补色互补色 结论：结论：同一种物质对不同波长的光表现出不同的吸收能力，称之谓 选择吸收现象。不同的物质对光的选择吸收性质是不同的。溶液的颜色并不是某一个波长，而是一个波长带。NaCl无色 3.光吸收曲线光吸收曲线描述物质对不同波长光的吸收能力的曲线，称为光吸收曲线。KMnO4溶液的光吸收曲线溶液的光吸收曲线(525nm)特点：特点：在可见光范围内，KMnO4溶液对波长525nm附近黄绿色光的吸收最强。光吸收程度最大处的波长称为最大吸收波长，用max表示。不同浓度的KMnO4溶液的光吸收曲线形状相似，最大吸收波长不变。光吸收曲线与物质特性有关，所以它可以作为物质定性鉴定的基础。浓度不同的同种物质的溶液，在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增加，这个特性可作为物质定量分析的基础。相关相关的基本概念的基本概念吸收光谱（吸收曲线）：不同波长光对样品作用不同，吸收强度不同以A作图。吸收光谱特征：定性依据吸收峰max吸收谷min肩峰sh末端吸收饱和-跃迁产生11-211-2 Lamber-BeerLamber-Beer定律：吸收光谱法基本定律定律：吸收光谱法基本定律描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度的关系描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度的关系假设一束平行单色光通过一个吸光物体 朗伯朗伯-比耳定律比耳定律吸光度、溶液的浓度及液层厚度之间的关系如下：A=Kbc其物理意义是其物理意义是：在一定温度下，一束平行的单色光通过均匀的非散射的溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。1Lamber-Beer定律的适用条件（前提）入射光为单色光 溶液是稀溶液2该定律适用于固体、液体和气体样品3在同一波长下，各组分吸光度具有加和性 应用：多组分测定当c的单位为gL-1，b的单位为cm时，比例常数K用a表示，其单位为Lg-1cm-1，a称为吸光系数，这时上式变为：A=abc （11-3）当c的单位用molL-1，b用cm时，比例常数K用表示，其单位为Lmol-1cm-1，称为摩尔吸光系数，此时上式变为：A=bc （11-4）摩尔吸光系数摩尔吸光系数可看成是待测物质浓度c为1molL-1，液层厚度为1cm时，在特定波长下所具有的吸光度。值越大，表示有色物质对该波长光的吸收能力越强，有色物质的颜色越深，测定的灵敏度也就越高。应用朗伯比耳定律时，必须掌握好以下条件：入射光波长应为max?，且单色性好；被测溶液具有均匀性、非散射性(不浑浊，也不呈胶体)；被测物质的浓度应在一定范围内?。朗伯比耳定律不仅适用于可见光，也适用于红外光和紫外光；不仅适用于均匀非散射的液体，也适用于固体和气体。因此，它是各类吸光光度法定量的依据，用途很广。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：max2）吸光度读数范围的选择：3）参比溶液(空白溶液)的选择：选选AA=0.20.80.20.8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三、偏离三、偏离BEERBEER定律的因素定律的因素依据Beer定律，A与C关系应为 经过原点的直线偏离Beer定律的主要因素表现为 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（一）光学因素（一）光学因素非单色光的影响：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 并非真正单色光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这就使分离出来的光具一定的 谱带宽度（二）化学因素（二）化学因素Beer定定律律适适用用的的另另一一个个前前提提：稀稀溶溶液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11-3 光度分析法及其仪器光度分析法及其仪器分光光度法及分光光度计分光光度法及分光光度计1.基本原理基本原理光度法的基本原理是：由光源发出白光，采用分光装置，获得单色光，让单色光通过有色溶液，透过光的强度通过检测器进行测量，从而求出被测物质含量。2.分光光度计的主要部件分光光度计的主要部件光源光源单色器单色器 吸收池吸收池 检测器检测器 显示系统显示系统 光源光源功能：提供能量激发被测物质分子，使之产生电子光谱谱带（提供宽带辐射）。单色器单色器功能：从光源辐射的复合光中分出单色光。吸收池吸收池功能：盛放分析试样（一般是液体）。检测器检测器功能：检测光信号，测量单色光透过溶液后光强度变化的一种装置。信号显示系统信号显示系统3.分光光度计分光光度计分光光度计的类型按其设计原理可以分为单波长分光光度计和双波长分光光度计两类。紫外分光光度紫外分光光度计1光源：光源：2单色器：单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件包括狭缝、准直镜、色散元件 棱镜棱镜对不同波长的光折射率不同对不同波长的光折射率不同色散元件色散元件 分出光波长不等距分出光波长不等距 光栅光栅衍射和干涉衍射和干涉 分出光波长等距分出光波长等距钨灯或卤钨灯钨灯或卤钨灯可见光源可见光源 3501000nm氢灯或氘灯氢灯或氘灯紫外光源紫外光源 200360nm3吸收池：吸收池：玻璃玻璃能吸收能吸收UV光，仅适用于可见光区光，仅适用于可见光区 石石英英不不吸吸收收紫紫外外光光，适适用用于于紫紫外外和和可可见见光光区区要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）4检测器：检测器：将光信号转变为电信号的装置将光信号转变为电信号的装置5记录装置：讯号处理和显示系统记录装置：讯号处理和显示系统光电池光电池光电管光电管光电倍增管光电倍增管二极管阵列检测器二极管阵列检测器类型：1单光束分光光度计：单光束分光光度计：特点：使用时来回拉动吸收池移动误差对光源要求高比色池配对2双光束分光光度计：双光束分光光度计：特点：不用拉动吸收池，可以减小移动误差对光源要求不高可以自动扫描吸收光谱 3双波长分光光度计双波长分光光度计 特点：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吸光光度吸光光度仪器的一般操作程序器的一般操作程序1.选定合适的波长作为入射光，接通电源预热仪器。2.调透光率为零，即仪器零点。3.将参比溶液置于光路，接通光路(盖上吸收池暗箱盖)，调T%=100.0。2、3步应反复调整。4.将样品溶液推入光路，读取吸光度A。5.测定完成后，应整理好仪器，尤其要注意吸收池应及时清洗干净。11-4 吸光光度法测量条件的选择吸光光度法测量条件的选择为了使测定结果有较高的灵敏度和准确度，必须注意选择最适宜的测量条件。入射光波长入射光波长 吸光度范围吸光度范围 被测溶液的吸光度值在0.20.8范围内，测量误差较小。为此可从以下三方面加以控制：一是改变试样的称样量，或采用稀释、浓缩、富集等方法来控制被测溶液的浓度；二是选择适宜厚度的吸收池；三是选择适当的显色反应和参比溶液。参比溶液参比溶液(空白液空白液)影响显色反应的因素影响显色反应的因素显色剂的用量溶液的酸度显色温度显色时间应用于光度分析的显色反应必须符合下列要求：应用于光度分析的显色反应必须符合下列要求：显色反应的灵敏度要高。一般来说，值在104105时，则可认为此显色反应灵敏度较高。有色化合物组成要固定、稳定性要高。反应的选择性要好。显色剂在测定波长处无明显吸收。显色反应受温度、pH、试剂加入量的变化影响要小11-5 吸光光度法的应用吸光光度法的应用定性方法1.比较吸收光谱曲线：形状、峰数、max位置与相应的max。2.用经验规则计算max，然后与实测值比较。比较吸收光谱曲线法比较吸收光谱曲线法有标准物质比较法标准物质比较法和标准谱图比较法标准谱图比较法两种A.利用标准物质比较在相同的测量条件下，测定和比较未知物与已知标准物的吸收光谱曲线，如果两者的光谱完全一致，则可以初步认为它们是同一化合物。为了能使分析更准确可靠，要注意如下几点：一是尽量保持光谱的精细结构。为此，应采用与吸收物质作用力小的非极性溶剂，且采用窄的光谱通带；二是吸收光谱采用lgA对作图。这样如果未知物与标准物的浓度不同，则曲线只是沿轴平移，而不是像曲线那样以的比例移动，更便于比较分析。三是往往还需要用其它方法进行证实，如红外光谱等。B.利用标准谱图或光谱数据比较 常用的标准谱图有以下的四种：1SadtlerStandardSpectra(Ultraviolet),Heyden,London,1978.萨特勒标准图谱共收集了46000种化合物的紫外光谱。2R.A.FriedelandM.Orchin,“UltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofAromaticCompounds”,Wiley,NewYork,1951.本书收集了597种芳香化合物的紫外光谱。3KenzoHirayama：“HandbookofUltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofOrganicCompounds.”,NewYork,Plenum,1967。4“OrganicElectronicSpectralData”，JohnWileyandSons，1946（这是一套由许多作者共同编写的大型手册性丛书，所收集的文献资料由1946年开始，目前还在继续编写）。定量分析一、单一组分分析一、单一组分分析1.比较法比较法(注意点注意点)A=bc 2.工作曲线法工作曲线法标准曲线法标准曲线法这是实际分析工作中最常用的一种方法。配制一系列不同浓度的标准溶液，以不含被测组分的空白溶液作参比，测定标准系列溶液的吸光度，绘制吸光度浓度曲线，称为校正曲线（也叫标准曲线或工作曲线）。在相同条件下测定试样溶液的吸光度，从校正曲线上找出与之对应的未知组分的浓度。芦丁含量测定：取样品3mg稀释至25mL。0.710mg/25m0.710mg/25mL L二.多组分定量方法ENDEND祝全体同学顺利通过祝全体同学顺利通过无机及分析化学无机及分析化学期末考试期末考试预祝大家新年快乐！预祝大家新年快乐！在在20142014年年 取得长足的进步！取得长足的进步！