紫外分光光度計(jì)教材

1、 紫外紫外可見(jiàn)分光光度法可見(jiàn)分光光度法 1 概述概述 2 光的吸收定律光的吸收定律 3 偏離朗伯比爾定律的原因偏離朗伯比爾定律的原因 4 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 5 顯色反應(yīng)及其影響因素顯色反應(yīng)及其影響因素 6 測(cè)量的誤差和測(cè)量條件的選擇測(cè)量的誤差和測(cè)量條件的選擇 7 分光光度測(cè)定的方法分光光度測(cè)定的方法11.1 概述概述利用被測(cè)物質(zhì)的分子對(duì)利用被測(cè)物質(zhì)的分子對(duì)紫外紫外- -可見(jiàn)光具有選擇性吸收的特性可見(jiàn)光具有選擇性吸收的特性而建而建立的分析方法。立的分析方法。一、紫外可見(jiàn)吸光光度法的特點(diǎn)一、紫外可見(jiàn)吸光光度法的特點(diǎn)（1）具有較高的靈敏度。具有較高的靈敏度。（2）有一定的準(zhǔn)確度，

2、該方法相對(duì)誤差為有一定的準(zhǔn)確度，該方法相對(duì)誤差為2%5%，可滿(mǎn)足對(duì)微量組分測(cè)，可滿(mǎn)足對(duì)微量組分測(cè)定的要求。使用精度高的儀器，誤差可達(dá)定的要求。使用精度高的儀器，誤差可達(dá)1%2%。（3）設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、快速、費(fèi)用低、選擇性好、。設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、快速、費(fèi)用低、選擇性好、。（4）應(yīng)用廣泛，可以測(cè)定無(wú)機(jī)物、有機(jī)物；可以進(jìn)行定量分析、結(jié)構(gòu)分應(yīng)用廣泛，可以測(cè)定無(wú)機(jī)物、有機(jī)物；可以進(jìn)行定量分析、結(jié)構(gòu)分析、定性分析；可以測(cè)定配合物的組成、有機(jī)酸（堿）及配合物的平衡常析、定性分析；可以測(cè)定配合物的組成、有機(jī)酸（堿）及配合物的平衡常數(shù)等等數(shù)等等：只具有一種波長(zhǎng)的光。：只具有一種波長(zhǎng)的光。：由兩種以上波長(zhǎng)組

3、成的光，如白光。：由兩種以上波長(zhǎng)組成的光，如白光。二、二、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收白光白光青藍(lán)青藍(lán)青青綠綠黃黃橙橙紅紅紫紫藍(lán)藍(lán)1、光的互補(bǔ)性與物質(zhì)的顏色、光的互補(bǔ)性與物質(zhì)的顏色 如果兩種適當(dāng)顏色的光按一定的強(qiáng)度比例混合可以得白光，這兩如果兩種適當(dāng)顏色的光按一定的強(qiáng)度比例混合可以得白光，這兩種光就叫種光就叫。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色和吸收的光顏色之間是互補(bǔ)。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色和吸收的光顏色之間是互補(bǔ)關(guān)系。關(guān)系。 /nm顏色互補(bǔ)光400-450紫黃綠450-480藍(lán)黃480-490綠藍(lán)橙490-500藍(lán)綠紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍(lán)610-650橙綠藍(lán)650-76

4、0紅藍(lán)綠不同顏色的可見(jiàn)光波長(zhǎng)及其互補(bǔ)光不同顏色的可見(jiàn)光波長(zhǎng)及其互補(bǔ)光白光白光青藍(lán)青藍(lán)青青綠綠黃黃橙橙紅紅紫紫藍(lán)藍(lán)2、吸收光譜或吸收曲線(xiàn)、吸收光譜或吸收曲線(xiàn) 吸收曲線(xiàn)：測(cè)定某種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的吸收程度，以波長(zhǎng)為橫吸收曲線(xiàn)：測(cè)定某種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的吸收程度，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖。坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖。KMnO4 的吸收曲線(xiàn)的吸收曲線(xiàn)最大吸收波長(zhǎng)，最大吸收波長(zhǎng)， max定量分析的基礎(chǔ)：依據(jù)朗伯定量分析的基礎(chǔ)：依據(jù)朗伯-比爾比爾定律，即一定波長(zhǎng)處被測(cè)定物質(zhì)定律，即一定波長(zhǎng)處被測(cè)定物質(zhì)的吸光度與物質(zhì)濃度呈線(xiàn)性關(guān)系。的吸光度與物質(zhì)濃度呈線(xiàn)性關(guān)系。因此，通過(guò)測(cè)定一定波長(zhǎng)處溶液因

5、此，通過(guò)測(cè)定一定波長(zhǎng)處溶液的吸光度，即可求出該物質(zhì)在溶的吸光度，即可求出該物質(zhì)在溶液中的濃度。液中的濃度。l 單組份的測(cè)定l 示差分光光度法l 多組分的測(cè)定l 光度滴定l 雙波長(zhǎng)法l 導(dǎo)數(shù)分光光度法l 配合物組成的測(cè)定l 酸堿離解常數(shù)的測(cè)定300400500600350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光譜的吸收光譜350光譜定性分析基光譜定性分析基礎(chǔ)：吸收曲線(xiàn)的礎(chǔ)：吸收曲線(xiàn)的形狀和最大吸收形狀和最大吸收波長(zhǎng)波長(zhǎng)紫外紫外-可見(jiàn)分光光度法的可見(jiàn)分光光度法的定性分析主要適用于不定性分析主要適用于不飽和有機(jī)化合物，

6、尤其飽和有機(jī)化合物，尤其是共軛體系的鑒定，以是共軛體系的鑒定，以此推斷未知物的骨架結(jié)此推斷未知物的骨架結(jié)構(gòu)。此外可配合紅外光構(gòu)。此外可配合紅外光譜、核磁共振波譜法和譜、核磁共振波譜法和質(zhì)譜法進(jìn)行定型鑒定和質(zhì)譜法進(jìn)行定型鑒定和結(jié)構(gòu)分析。結(jié)構(gòu)分析。在相同的測(cè)量條件（溶劑、在相同的測(cè)量條件（溶劑、pHpH等）下，測(cè)定未知物的吸等）下，測(cè)定未知物的吸光譜與所推斷化合物的標(biāo)準(zhǔn)光譜與所推斷化合物的標(biāo)準(zhǔn)物的吸光譜直接比較，或?qū)⑽锏奈庾V直接比較，或?qū)⑵渑c未知物的吸收光譜數(shù)據(jù)其與未知物的吸收光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)做定性分析。如進(jìn)行比較來(lái)做定性分析。如果吸收光譜的形狀，包括吸果吸收光譜的形狀，包括吸收光譜的收光譜的

7、 maxmax， m minin吸收峰吸收峰的數(shù)目、位置、拐點(diǎn)以及的數(shù)目、位置、拐點(diǎn)以及maxmax等完全一致，則可以初等完全一致，則可以初步認(rèn)定為是同一化合物。步認(rèn)定為是同一化合物。max11.2 光的吸收定律光的吸收定律朗伯比爾定律朗伯比爾定律I0：入射光強(qiáng)度：入射光強(qiáng)度I：透過(guò)光強(qiáng)度：透過(guò)光強(qiáng)度c ：溶液的濃度：溶液的濃度b：液層寬度：液層寬度0lgIAbcI T透光率（透射比）透光率（透射比）IT =I0tA吸光度吸光度T = 10-A 與入射光波長(zhǎng)、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)。當(dāng)這些條件一定時(shí)，與入射光波長(zhǎng)、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)。當(dāng)這些條件一定時(shí)，代代表單位濃度的有色溶液放在單位寬度的比色

8、皿中的吸光度。表單位濃度的有色溶液放在單位寬度的比色皿中的吸光度。0lgIAbcI c的單位為的單位為gL-1，b的單位為的單位為cm時(shí)，時(shí)，以以a表示，稱(chēng)為吸光系數(shù)，其單表示，稱(chēng)為吸光系數(shù)，其單位為位為L(zhǎng)g-1cm-1， A=abc。 c的單位為的單位為molL-1，b的單位為的單位為cm，用用表示。稱(chēng)為摩爾吸光系數(shù)，其表示。稱(chēng)為摩爾吸光系數(shù)，其單位為單位為L(zhǎng)mol-1cm-1， A=bc。= =a aM MM M為待測(cè)物質(zhì)的摩爾質(zhì)量（為待測(cè)物質(zhì)的摩爾質(zhì)量（gmolgmol-1-1）關(guān)于關(guān)于摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)（1）吸收物質(zhì)在一定波長(zhǎng)和溶劑條件下的特征常數(shù)）吸收物質(zhì)在一定波長(zhǎng)和溶劑條件下

9、的特征常數(shù)（2）不隨濃度）不隨濃度c和液層厚度和液層厚度b的改變而改變。的改變而改變。 在溫度和波長(zhǎng)等條件一定時(shí)，在溫度和波長(zhǎng)等條件一定時(shí)，僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測(cè)物濃度無(wú)關(guān)；測(cè)物濃度無(wú)關(guān)；（3）同一吸光物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下的）同一吸光物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下的值是不同的。在最大吸收波長(zhǎng)值是不同的。在最大吸收波長(zhǎng)max處處的摩爾吸光系數(shù)，常以的摩爾吸光系數(shù)，常以max表示表示 max表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力。表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力。 例例1 1 濃度為濃度為25.025.0g/50mLg/50mL的的CuCu2+2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分

10、光光度法溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分光光度法測(cè)定，于波長(zhǎng)測(cè)定，于波長(zhǎng)600nm600nm處，用處，用2.0cm2.0cm比色皿測(cè)得比色皿測(cè)得T=50.1%T=50.1%，求吸光系數(shù)，求吸光系數(shù)a a和摩爾和摩爾吸光系數(shù)吸光系數(shù)。已知。已知M(Cu)=64.0M(Cu)=64.0。)1000.5100.50100.251436LgLgc（11-2-14.L.g103.001000.50.2300.0cmLgcmbcAa解解 已知已知T=0.501，則，則A=lgT=0.300，b=2.0cm,則根據(jù)朗伯則根據(jù)朗伯比爾定律比爾定律 A=abc，而而= Ma = 64.0gmol-13.00102 L

11、g-1cm-1=1.92104(Lmol-1cm-1)解解: 由由A=-lgT=abc可得可得 T=10-abc 當(dāng)當(dāng)b1=1cm時(shí)，時(shí)，T1=10-ac=T 當(dāng)當(dāng)b2=2cm時(shí)，時(shí)，T2=10-2ac=T2例例2 某有色溶液，當(dāng)用某有色溶液，當(dāng)用1cm比色皿時(shí)，其透光度為比色皿時(shí)，其透光度為T(mén)，若改用，若改用2cm比比色皿，則透光度應(yīng)為多少？色皿，則透光度應(yīng)為多少？ 定量分析時(shí)，通常液層厚度定量分析時(shí)，通常液層厚度是相同的，按照比爾定律，濃是相同的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關(guān)系應(yīng)該是度與吸光度之間的關(guān)系應(yīng)該是一條通過(guò)直角坐標(biāo)原點(diǎn)的直線(xiàn)一條通過(guò)直角坐標(biāo)原點(diǎn)的直線(xiàn)。但在實(shí)際工作中，往往會(huì)

12、偏。但在實(shí)際工作中，往往會(huì)偏離線(xiàn)性而發(fā)生彎曲。離線(xiàn)性而發(fā)生彎曲。11. 3 偏離朗伯一比爾定律的原因偏離朗伯一比爾定律的原因 0 1 2 3 4 mg/mLA。 。 。 。*0.80.60.40.20工作曲線(xiàn)工作曲線(xiàn)一、一、物理因素物理因素(1)(1)比爾定律的局限性比爾定律的局限性 比耳定律假設(shè)了吸收粒子之間是無(wú)相互作用的，因此僅在稀溶液比耳定律假設(shè)了吸收粒子之間是無(wú)相互作用的，因此僅在稀溶液（c 10-2 mol/L )的情況下才適用。的情況下才適用。(2)(2)非單色光引起的偏離非單色光引起的偏離 朗伯一比爾定律只對(duì)一定波長(zhǎng)的單色光才能成立，但在實(shí)際工作中，入射朗伯一比爾定律只對(duì)一定波長(zhǎng)

13、的單色光才能成立，但在實(shí)際工作中，入射光是具有一定波長(zhǎng)范圍的。光是具有一定波長(zhǎng)范圍的。二、化學(xué)因素二、化學(xué)因素 溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化也會(huì)引起偏離。溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化也會(huì)引起偏離。例：例： 測(cè)定時(shí)，在大部分波長(zhǎng)處，測(cè)定時(shí)，在大部分波長(zhǎng)處，Cr2O72-的的k值與值與CrO42-的的k值是很不相同值是很不相同的。的。A與與c不成線(xiàn)性關(guān)系。不成線(xiàn)性關(guān)系。例：顯色劑例：顯色劑KSCN與與Fe3+形成紅色配合物形成紅色配合物Fe(SCN)3，存在下列平衡：，存在下列平衡： Fe(SCN)3 Fe3+ + 3SCN溶液稀釋時(shí)一倍時(shí)，上述平衡向右，離解度增大。所以溶液稀釋時(shí)

14、一倍時(shí)，上述平衡向右，離解度增大。所以Fe(SCN)3的濃度不止降低一半的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導(dǎo)致偏離朗伯，故吸光度降低一半以上，導(dǎo)致偏離朗伯比爾定律。比爾定律。11. 4 紫外紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)可見(jiàn)分光光度計(jì)光源光源 單色器單色器 吸收池吸收池 檢測(cè)器檢測(cè)器信號(hào)指示系統(tǒng)信號(hào)指示系統(tǒng)u作用：提供能量，激發(fā)被測(cè)物質(zhì)分子，使之產(chǎn)生電子譜帶u要求 ：發(fā)射足夠強(qiáng)的連續(xù)光譜，有良好的穩(wěn)定性及足夠的適用壽命u類(lèi)型：可見(jiàn)與近紅外區(qū)：鎢燈 4001100nm 紫外區(qū)：氫燈或氘燈180400nm一、一、光源光源u作用：從連續(xù)光源中分離出所需要的足夠窄波段的光束u常用的元件：棱鏡、光柵二、二、

15、單色器單色器u功能：用于盛放試樣，完成樣品中待測(cè)試樣對(duì)光的吸收u常用的吸收池：石英（紫外區(qū)） 玻璃（可見(jiàn)區(qū)） 吸收池光程：1cm 、2cm、3cm等u注意：為減少光的損失，吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向。吸收池要挑選配對(duì)，因?yàn)槲粘夭牧系谋旧砦馓卣饕约拔粘氐墓獬涕L(zhǎng)度的精度等對(duì)分析結(jié)果都有影響。三、三、吸收池（比色皿）吸收池（比色皿）u作用：接受、記錄信號(hào)u組成：檢測(cè)器、放大器和讀數(shù)和記錄系統(tǒng)u常用檢測(cè)器：光電管和光電倍增管 藍(lán)敏（銻銫）光電管 210625nm 紅敏（氧化銫）光電管 6251000nm 四、四、檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)u單光束分光光度計(jì)u雙光束分光光度計(jì)u雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)（相

16、互重疊多組分分析）五、五、儀器類(lèi)型儀器類(lèi)型單光束分光光度計(jì)單光束分光光度計(jì)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜缺點(diǎn)：受光源影響波動(dòng)大u可見(jiàn):721 360800nm，電表讀數(shù) 722 330800nm，數(shù)字顯示7230 330900nm，帶微處理器，配打印機(jī)u紫外、可見(jiàn)：752 200800nm754 200800nm，帶微處理器，配打印機(jī)UV758 190900nm，掃描功能u紫外、可見(jiàn)及近紅外751G 2001000nm UV755B 200100nm ，帶微處理器，配打印機(jī)單光束分光光度計(jì)：經(jīng)單色器分光后的一束平行光，輪流通過(guò)參比溶液和樣品溶液，以進(jìn)行吸光度的測(cè)定。 顯色劑顯色劑11. 5 顯色反應(yīng)

17、及其影響因素顯色反應(yīng)及其影響因素顯色反應(yīng)：顯色反應(yīng)：將被測(cè)組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的將被測(cè)組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的化學(xué)反應(yīng)。化學(xué)反應(yīng)。顯色劑：顯色劑：能與被測(cè)組分反應(yīng)使之生成有色化合能與被測(cè)組分反應(yīng)使之生成有色化合物的試劑。物的試劑。 所用的顯色劑僅與被測(cè)組分顯色而與其它共存組分不所用的顯色劑僅與被測(cè)組分顯色而與其它共存組分不顯色，或其它組分干擾少。顯色，或其它組分干擾少。 有色化合物有大的摩爾吸光系數(shù)，一般應(yīng)有有色化合物有大的摩爾吸光系數(shù)，一般應(yīng)有104105數(shù)量級(jí)。數(shù)量級(jí)。 顯色劑與被測(cè)物質(zhì)的反應(yīng)要定量進(jìn)行顯色劑與被測(cè)物質(zhì)的反應(yīng)要定量進(jìn)行。 有色配合物與顯色劑之間的顏色差別要大，這樣試劑空有色配

18、合物與顯色劑之間的顏色差別要大，這樣試劑空白小，顯色時(shí)顏色變化才明顯。白小，顯色時(shí)顏色變化才明顯。一、對(duì)顯色反應(yīng)的要求一、對(duì)顯色反應(yīng)的要求二、影響顯色反應(yīng)的因素二、影響顯色反應(yīng)的因素M+R MR （2）對(duì)顯色劑的平衡濃度和顏色的影響）對(duì)顯色劑的平衡濃度和顏色的影響（3）對(duì)有色化合物組成的影響）對(duì)有色化合物組成的影響不同的顯色反應(yīng)的適宜不同的顯色反應(yīng)的適宜 pH 是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的。是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的。（1）對(duì)被測(cè)組分存在狀態(tài)的影響）對(duì)被測(cè)組分存在狀態(tài)的影響pH 與吸光度的關(guān)系曲線(xiàn)與吸光度的關(guān)系曲線(xiàn)：要求標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測(cè)溶液在測(cè)定過(guò)程中溫度一致。：要求標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測(cè)溶液在測(cè)定過(guò)程中溫度一致。：通過(guò)實(shí)驗(yàn)

19、確定合適的顯色時(shí)間，并在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行比色：通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定合適的顯色時(shí)間，并在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行比色測(cè)定。測(cè)定。有機(jī)溶劑降低有色化合物的解離度，提高顯色反應(yīng)的靈敏度。有機(jī)溶劑降低有色化合物的解離度，提高顯色反應(yīng)的靈敏度。 11. 6 測(cè)量的誤差和測(cè)量條件的選擇測(cè)量的誤差和測(cè)量條件的選擇一、儀器測(cè)量誤差一、儀器測(cè)量誤差二、測(cè)量條件的選擇二、測(cè)量條件的選擇 測(cè)量的入射光波長(zhǎng)：最大吸收波長(zhǎng)測(cè)量的入射光波長(zhǎng)：最大吸收波長(zhǎng)max。 若干擾物在若干擾物在max處也有吸收，在干擾最小的條件下選擇吸光度最大的處也有吸收，在干擾最小的條件下選擇吸光度最大的波長(zhǎng)。波長(zhǎng)。2、吸光度范圍的選擇、吸光度范圍的選擇

20、兩式相除：兩式相除：BBd0.434dlgcTcTT B0.434dd lgdTTdcT Blg=TAdc 不同透光率時(shí)測(cè)定濃度的相對(duì)誤差不同透光率時(shí)測(cè)定濃度的相對(duì)誤差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 測(cè)定相對(duì)誤差與透光率的關(guān)系測(cè)定相對(duì)誤差與透光率的關(guān)系BB(/)/% cc 在在 T = 36.8%(A=0.434)時(shí)，濃度測(cè)定的時(shí)，濃度測(cè)定的相對(duì)誤差最小。相對(duì)誤差最小。 在實(shí)際測(cè)定時(shí)，常將吸在實(shí)際測(cè)定時(shí)，常將吸光度控制在光度控制在0.2 0.7(T=20% 65%)之間之間。3、參比溶液的選擇、參比溶液的選擇I0參比參比樣品樣品未考慮吸收池和溶劑對(duì)光子的作用未考慮吸收池和溶劑對(duì)光子的作用原則:使試液的吸光度能真正反映待測(cè)物的濃度。 測(cè)量試樣溶液的吸光度時(shí)，先要用參比溶液調(diào)節(jié)透射比為100%，以消除溶液中其他成分以及吸收池和溶劑對(duì)光的反射和吸收所帶來(lái)的誤差。根據(jù)試樣溶液的性質(zhì)，選擇合適組分的參比溶液是很重要的。 （1）溶劑參比：如果僅待測(cè)物與顯色劑的反應(yīng)產(chǎn)物有吸收，可用純?nèi)軇?/p>