第一章 紫外可見分光光度法

1、儀器分析 第一章第一章 紫外紫外- -可見分光光度法可見分光光度法 第一章第一章 紫外紫外-可見光光度法可見光光度法 1 基本原理 2 化合物的紫外-可見吸收光譜 3 紫外-可見分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)與原理 4 應(yīng)用 5 實(shí)驗(yàn)技術(shù) 概述 是基于物質(zhì)分子對(duì)是基于物質(zhì)分子對(duì)200-780nm200-780nm區(qū)域內(nèi)光輻射區(qū)域內(nèi)光輻射 的的吸收吸收而建立起來的分析方法而建立起來的分析方法 紫外區(qū)域紫外區(qū)域200-400nm200-400nm，可見區(qū)域，可見區(qū)域400-780nm400-780nm， 合稱紫外合稱紫外- -可見可見 特點(diǎn) 儀器分析中應(yīng)用最廣泛的分析方法之一， 適用于微量組分（g級(jí)）測(cè)定 相對(duì)誤

2、差2%-5% 速度快、儀器簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉 大還是?。看筮€是??？ 第一節(jié)第一節(jié) 基本原理基本原理 紫外紫外- -可見分光光度法是利用可見分光光度法是利用物質(zhì)物質(zhì)對(duì)紫對(duì)紫 外外- -可見可見光光的吸收特征和吸收強(qiáng)度進(jìn)行定性的吸收特征和吸收強(qiáng)度進(jìn)行定性 和定量的儀器分析方法。和定量的儀器分析方法。 分析方法與那些因素有關(guān)？分析方法與那些因素有關(guān)？ 一、光的基本性質(zhì) 光是一種電磁波，具有波粒二象性。 (1).光的波動(dòng)性 可用波長(zhǎng)、頻率、光速c等參數(shù)來描述： = c/ 波長(zhǎng)：電磁波相鄰兩個(gè)波峰或波谷間的距離為波長(zhǎng)，單位 （m、cm、m、nm） 頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過傳播方向上某一點(diǎn)的波峰或波谷的

3、數(shù) 目，單位為Hz，即s-1 光速c：光在真空中的傳播速度，常數(shù) 波數(shù)：波長(zhǎng)的倒數(shù)。每厘米內(nèi)波的數(shù)目（cm-1） (2).光的粒子性光的粒子性 光是由光子組成，光子具有能量。 光子的能量： E = h = hc / （普朗克常數(shù)：h=6.62610-34JS ) 光的能量與哪些因素有關(guān)？如何相關(guān)？ 能被肉眼感覺到的 光（400-780nm） 電磁波譜：將各種光（電磁波）按波長(zhǎng)或頻率大小 順序排列 能 量 如 何 變 化？ 不同波長(zhǎng)（段）的 光刺激眼睛后會(huì)產(chǎn) 生不同顏色的感覺 單色光、復(fù)合光和互補(bǔ)色光 單色光：具有同一波長(zhǎng)的光（較難獲得） 復(fù)合光：不同波長(zhǎng)的光組合而成的光（日光） 互補(bǔ)光：適當(dāng)顏

4、色的兩種光按一定強(qiáng)度比例混合 得到白光（表1-2） 物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收 物質(zhì)粒子處于特定的不連 續(xù)的能量狀態(tài)，對(duì)應(yīng)能量 稱為能級(jí)E 躍遷：一束光照射物質(zhì)， 粒子與光子發(fā)生作用，低 能量狀態(tài)到高能量，物質(zhì) 對(duì)光產(chǎn)生吸收 基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) E E = E1 - E0 = h =h c/ =hc/ E M + h M * 基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) E0 （E） E1 基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) E 物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收 物質(zhì)對(duì)光選擇性吸收物質(zhì)對(duì)光選擇性吸收 物質(zhì)吸收不同波長(zhǎng)的光之后顯出不同顏色 黑色；白色（無色透明），吸收了部分光，呈現(xiàn) 被吸收光互補(bǔ)色 物質(zhì)顏色的產(chǎn)生 1.紫外-可見吸收光譜產(chǎn)生的

5、機(jī)理 分子具有三種不同能級(jí)：電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能 級(jí)。即：E分子 = E電子 + E振動(dòng) + E轉(zhuǎn)動(dòng) 分子中的電子發(fā)生躍遷需要的能量約在1-20eV 之間，其對(duì)應(yīng)的吸收光的波長(zhǎng)范圍大部分處于紫 外和可見光區(qū)域，通常將分子在這一區(qū)域的吸收 光譜稱為電子光譜或紫外可見吸收光譜。 三、光譜吸收曲線三、光譜吸收曲線 吸收曲線吸收曲線 2. 光譜吸收曲線 精確說明物質(zhì)選擇吸收不同波長(zhǎng)的光精確說明物質(zhì)選擇吸收不同波長(zhǎng)的光光吸收光吸收 曲線曲線 不同波長(zhǎng)的光依次透過待測(cè)物質(zhì)，并測(cè)量物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光依次透過待測(cè)物質(zhì)，并測(cè)量物質(zhì)對(duì) 不同波長(zhǎng)的光的吸收程度（吸光度），以不同波長(zhǎng)的光的吸收程度（吸光度），以

6、波長(zhǎng)為波長(zhǎng)為 橫坐標(biāo)橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)吸光度為縱坐標(biāo)作圖，得到該物質(zhì)在測(cè)作圖，得到該物質(zhì)在測(cè) 量波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收曲線。量波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收曲線。 2. 光譜吸收曲線 （3）不同物質(zhì)不同物質(zhì)吸收曲線特性吸收曲線特性 （形狀、峰的數(shù)目，位置，（形狀、峰的數(shù)目，位置， 強(qiáng)度）不同。強(qiáng)度）不同。定性分析定性分析依依 據(jù)據(jù) 高錳酸鉀溶液吸收曲線高錳酸鉀溶液吸收曲線 （1）同種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度不同；）同種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度不同；A 最大最大max （2）不同濃度的同一物質(zhì)，光吸收曲線的形狀相似，不同濃度的同一物質(zhì)，光吸收曲線的形狀相似， max不變，不變，A隨濃度增隨濃度增 加而增大。

7、加而增大。定量分析依據(jù)定量分析依據(jù) 定量的依據(jù)是什么？ 光強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間（光強(qiáng)度：?jiǎn)挝粫r(shí)間（1s1s）內(nèi)照射在單位面積）內(nèi)照射在單位面積 （1cm1cm2 2）上的光能量。）上的光能量。I I表示。表示。 透射率：透過的光強(qiáng)度透射率：透過的光強(qiáng)度I It t與入射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度I I0 0之比，之比， 表示為：表示為： 吸光度：物質(zhì)對(duì)光的吸收程度吸光度：物質(zhì)對(duì)光的吸收程度 A A lglgT T 四、光的吸收定律四、光的吸收定律 T= It I0 取值范圍：取值范圍：0.00%-100%0.00%-100% 0.00%0.00%、 100%100%各表示什么？各表示什么？ 四、光的吸收定律

8、四、光的吸收定律 布格布格(Bouguer)(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)(Lambert)先后于先后于17291729年和年和 17601760年闡明了光的年闡明了光的吸收程度吸收程度和吸收層和吸收層厚度厚度的關(guān)系：的關(guān)系： 18521852年比耳年比耳(Beer)(Beer)又提出了光的又提出了光的吸收程度吸收程度和吸收物和吸收物濃濃 度度之間也具有類似的關(guān)系之間也具有類似的關(guān)系: : A =K1 b A = K2 c 朗伯-比爾定律表明： 當(dāng)一束平行單色光垂直通過溶液時(shí)，溶液對(duì)光的 吸收程度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。 吸光系數(shù) K吸光系數(shù)，液層厚度為1cm的單位

9、濃度溶液， 對(duì)一定波長(zhǎng)光的吸光度 大小因素：物質(zhì)性質(zhì)、波長(zhǎng)、溶液溫度、溶劑性 質(zhì) 溶液濃度單位不同， K分為摩爾吸光系數(shù) ，質(zhì) 量吸光系數(shù)a 是吸光物質(zhì)的重要參數(shù)，表明物質(zhì)對(duì)一定波長(zhǎng)光 的吸收能力 入射光必須為單色光入射光必須為單色光 被測(cè)樣品必須是均勻介質(zhì)被測(cè)樣品必須是均勻介質(zhì) 吸收物質(zhì)之間不能發(fā)生相互作用吸收物質(zhì)之間不能發(fā)生相互作用 2.2.朗伯朗伯- -比爾定律的應(yīng)用條件比爾定律的應(yīng)用條件 理論上理論上A A與與c c之間應(yīng)呈線性關(guān)系，實(shí)際中經(jīng)常偏離之間應(yīng)呈線性關(guān)系，實(shí)際中經(jīng)常偏離 線性（發(fā)生彎曲），這種現(xiàn)象稱為對(duì)朗伯線性（發(fā)生彎曲），這種現(xiàn)象稱為對(duì)朗伯比耳比耳 定律的偏離。定律的偏離。

10、 朗伯-比爾定律的偏離 產(chǎn)生偏離的因素 1. 1. 吸收定律本身的局限性吸收定律本身的局限性 有限的定律，只有在稀溶液中才能成立。高濃度時(shí)（有限的定律，只有在稀溶液中才能成立。高濃度時(shí)（ C C 0.01mol/L 0.01mol/L），），吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合等相互作用，吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合等相互作用， 直接影響了對(duì)光的吸收直接影響了對(duì)光的吸收 2. 2. 非單色入射光的影響非單色入射光的影響 儀器造成儀器造成 3. 3. 溶液的化學(xué)因素溶液的化學(xué)因素 吸光物質(zhì)因離解、締合，形成新的化合物，改變了吸吸光物質(zhì)因離解、締合，形成新的化合物，改變了吸 光物質(zhì)濃度光物質(zhì)濃度 作業(yè) P26 3-5

11、、7、9 第二節(jié)第二節(jié) 化合物的紫外化合物的紫外- -可見吸收光譜可見吸收光譜 主要了解：具有某種結(jié)構(gòu)的化合物主要了解：具有某種結(jié)構(gòu)的化合物 在哪個(gè)波長(zhǎng)段可能產(chǎn)生吸收在哪個(gè)波長(zhǎng)段可能產(chǎn)生吸收 一、一、 有機(jī)化合物的紫外一可見吸收光譜有機(jī)化合物的紫外一可見吸收光譜 構(gòu)成分子的原子的外層價(jià)電子躍遷產(chǎn)生的 1. 躍遷類型 分子軌道理論： 單鍵電子 雙鍵電子 未成鍵n電子 吸收吸收E 躍遷躍遷 *反鍵軌道反鍵軌道 *反鍵軌道反鍵軌道 成鍵軌道成鍵軌道 在紫外可見光區(qū)范圍內(nèi)，有機(jī)化合物的吸收在紫外可見光區(qū)范圍內(nèi)，有機(jī)化合物的吸收 帶主要由帶主要由* *、nn* *、* *和和nn* * 躍遷產(chǎn)生躍遷產(chǎn)生

12、 電子躍遷類型 （1）* 躍遷： 有機(jī)化合物都能產(chǎn)生的躍遷 類型，能量大，波長(zhǎng)短，0.999 Cx=(A-0.0073)/0.109Cx=(A-0.0073)/0.10910105 5 =(0.712-0.0073 )/0.109 =(0.712-0.0073 )/0.10910105 5 6.51 6.511010-5 -5 mol molL L-1 -1 第五節(jié) 實(shí)驗(yàn)技術(shù) 一、樣品的制備 樣品在溶液中測(cè)定，固體轉(zhuǎn)換為溶液 溶劑要求：1.對(duì)被測(cè)組分有良好的溶解能力 2.在測(cè)定波長(zhǎng)范圍內(nèi)沒有吸收 3.無毒，不易揮發(fā)，價(jià)格便宜 二、儀器測(cè)量條件的選擇 1.波長(zhǎng)選擇 選最大吸收波長(zhǎng)max為測(cè)定波長(zhǎng)

13、 選擇原則：最強(qiáng)吸收帶的選擇原則：最強(qiáng)吸收帶的最大吸收波長(zhǎng)最大吸收波長(zhǎng)作為測(cè)量波長(zhǎng)作為測(cè)量波長(zhǎng) 吸收峰太尖銳，可選用靈敏度低一些的波長(zhǎng)測(cè)量，減少偏差吸收峰太尖銳，可選用靈敏度低一些的波長(zhǎng)測(cè)量，減少偏差 2.細(xì)測(cè)：在細(xì)測(cè)：在500520nm范圍內(nèi)，間隔范圍內(nèi)，間隔2nm測(cè)一個(gè)點(diǎn)，繪制吸測(cè)一個(gè)點(diǎn)，繪制吸 收曲線收曲線 手動(dòng)繪制手動(dòng)繪制原則：先粗測(cè)再細(xì)測(cè) 例：鄰菲啰啉分光光度法測(cè)定鐵含量最大吸收波長(zhǎng)的選擇例：鄰菲啰啉分光光度法測(cè)定鐵含量最大吸收波長(zhǎng)的選擇 1.粗測(cè)：在粗測(cè)：在440560nm范圍內(nèi)，間隔范圍內(nèi)，間隔20nm測(cè)一個(gè)點(diǎn)，繪制吸測(cè)一個(gè)點(diǎn)，繪制吸 收曲線收曲線 選擇選擇500520nm作為細(xì)

14、測(cè)范圍作為細(xì)測(cè)范圍 510nm為最大吸收波長(zhǎng)為最大吸收波長(zhǎng) 繪制吸收曲線的方法繪制吸收曲線的方法 2.吸光度范圍的選擇 光源不穩(wěn)定、讀數(shù)不準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)條件偶然變動(dòng) 測(cè)量誤差 實(shí)踐證明，只有待測(cè)溶液吸光度A控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，儀器測(cè)量誤差才比 較小。 選擇選擇A A的測(cè)定范圍的測(cè)定范圍 為為0.20.20.80.8 相對(duì)誤差相對(duì)誤差 3.3.儀器狹縫寬度的選擇儀器狹縫寬度的選擇 原則：在不引起吸光度減小的情況下，原則：在不引起吸光度減小的情況下， 選取最大的狹縫寬度。選取最大的狹縫寬度。 一般使用一般使用2nm縫寬！縫寬！ 三、顯色反應(yīng)條件的選擇三、顯色反應(yīng)條件的選擇 1.顯色劑及其用量的選擇 顯色

15、反應(yīng)：將待測(cè)組分顯色反應(yīng)：將待測(cè)組分轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化為有色物質(zhì)為有色物質(zhì) 顯色劑：與待測(cè)組分顯色劑：與待測(cè)組分形成形成有色物質(zhì)的試劑有色物質(zhì)的試劑 a.a.顯色劑的選擇顯色劑的選擇 要求：要求：（1 1）與待測(cè)離子顯色反應(yīng)的與待測(cè)離子顯色反應(yīng)的產(chǎn)物產(chǎn)物組成組成恒定、穩(wěn)定恒定、穩(wěn)定性性 好、顯色好、顯色條件易于控制條件易于控制； （2 2）產(chǎn)物有較產(chǎn)物有較強(qiáng)的吸收能力強(qiáng)的吸收能力，即，即大；大； b.顯色劑用量的選擇 固定被測(cè)組分濃度和其他條件，加入不同量的顯色劑，分別測(cè)定吸 光度A； 繪制吸光度A與顯色劑用量CR的關(guān)系曲線： CR abab 2.反應(yīng)的反應(yīng)的pH （顯色反應(yīng)的重要條件（顯色反應(yīng)的重要條

16、件 ） 同種金屬離子與同種顯色劑反應(yīng)，生成的配合物配位數(shù)不同、同種金屬離子與同種顯色劑反應(yīng)，生成的配合物配位數(shù)不同、 顏色不同顏色不同。如如FeFe3+ 3+與磺基水楊酸在不同 與磺基水楊酸在不同pHpH條件下的配合物。條件下的配合物。 pH對(duì)顯色反應(yīng)的影響：對(duì)顯色反應(yīng)的影響： 介質(zhì)酸度介質(zhì)酸度顯色劑解離顯色劑解離 程度程度 顯色反應(yīng)完全程度顯色反應(yīng)完全程度 確定確定pHpH的方法：的方法：固定固定溶液中待測(cè)組分和顯色劑溶液中待測(cè)組分和顯色劑濃濃 度度，改變改變?nèi)芤喝芤? (緩沖溶液控制緩沖溶液控制) )的酸度的酸度( (pHpH) ) 繪制繪制A ApHpH曲線，從中找出曲線，從中找出 為為

17、pHpH范圍。范圍。 ab 平坦部分平坦部分 顯色（發(fā)色）時(shí)間：顯色反應(yīng)完成所需時(shí)間 穩(wěn)定時(shí)間：顯色后有色物質(zhì)色澤保持穩(wěn)定時(shí)間 3. 顯色的時(shí)間顯色的時(shí)間 a、大多數(shù)顯色反應(yīng)是在常溫下進(jìn)行的，有些反應(yīng)必須在、大多數(shù)顯色反應(yīng)是在常溫下進(jìn)行的，有些反應(yīng)必須在 較高溫度下。較高溫度下。 b、 繪制工作曲線和進(jìn)行樣品測(cè)定時(shí)應(yīng)該使溶液溫度保繪制工作曲線和進(jìn)行樣品測(cè)定時(shí)應(yīng)該使溶液溫度保 持一致。持一致。 4.顯色溫度顯色溫度 小小 結(jié)結(jié) 5.pH值的選擇 曲線平坦部分 1.測(cè)量波長(zhǎng)的選擇測(cè)量波長(zhǎng)的選擇 最大吸收波長(zhǎng)最大吸收波長(zhǎng) 3.狹縫寬度的選擇狹縫寬度的選擇 一般一般2nm縫寬縫寬 4.顯色劑用量的選擇

18、顯色劑用量的選擇 曲線平坦部分曲線平坦部分 2.吸光度范圍的選擇吸光度范圍的選擇 A在在0.20.8之間之間 Why？ 入射光的反射、溶劑、試劑等對(duì)光吸收，測(cè)量誤 差 選擇合適溶液，調(diào)A=0（透射比100%） 消除顯色液其他有色物質(zhì)干擾 較真是反映了待測(cè)物A，C 三、參比溶液的選擇 參比溶劑種類 溶劑參比 試樣溶液組成簡(jiǎn)單，其他組分很少且對(duì)測(cè)定波長(zhǎng) 光幾乎無吸收，顯色劑沒有吸收（蒸餾水、四氯化碳） 試劑參比 顯色劑或其他試劑在測(cè)定波長(zhǎng)有吸收，按顯色反 應(yīng)相同的條件，只是不加入試樣溶液，同樣加入 試劑和溶劑作為參比溶液。這種參比溶液可消除 試劑中的組分產(chǎn)生吸收的影響。 參比溶劑種類 樣品參比 試樣基體溶液在測(cè)定波長(zhǎng)有吸收，試樣基體與顯 色劑不反應(yīng)，顯色劑在測(cè)定波長(zhǎng)無吸收，按與顯 色反應(yīng)相同的條件處理參比，不加顯色劑 平行操作溶液參比 顯色劑、樣品基體都有吸收，用不含被