儀器分析紫外分光光度儀

1、關(guān)于儀器分析紫外分光光度儀第1頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4.1.1 方法的特點 1. 靈敏度高 通常，待測物質(zhì)的含量1105時，能夠用分光光度法準(zhǔn)確測定。所以它主要用于測定微量組分。 2. 應(yīng)用廣泛 幾乎所有的無機離子和許多有機化合物可以用分光光度法進(jìn)行測定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、動物體液中各種微量元素的測定。 第2頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四3. 操作簡便、迅速、儀器設(shè)備不太復(fù)雜 若采用靈敏度高、選擇性好的有機顯色劑，并加入適當(dāng)?shù)难诒蝿?，一般不?jīng)過分離即可直接進(jìn)行分光光度法測定、其方法的相對誤差通常為510，其準(zhǔn)確度雖不及重

2、量分析法和容量法，但對于微量組分的測定，結(jié)果還是滿意的。第3頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4.2.1 顏色的產(chǎn)生4.2 吸光光度法的基本原理第4頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四 光的波長(cm)、頻率 (Hz) ，它們與光速c的關(guān)系是：4.2.2 光的基本性質(zhì) 在真空介質(zhì)中，光速為2.99791010cm/s。單個光子的能量E與上述三要素的關(guān)系是： E光子的能量，J；h普朗克常數(shù)（6.6251034Js）第5頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4.2.3 溶液顏色與光吸收的關(guān)系 光波是一種電磁波。電磁波包括無線電波、微

3、波、紅外光、可見光、紫外光、x射線等。如果按照其頻率或波長的大小排列，可見光只是電磁波中一個很小的波段。見表121第6頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四第7頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四 有色物質(zhì)的不同顏色是由于吸收了不同波長的光所致。溶液能選擇性地吸收某些波長的光，而讓其他波長的光透過，這時溶液呈現(xiàn)出透過光的顏色。透過光的顏色是溶液吸收光的互補色。有色溶液對各種波長的光的吸收情況，常用光吸收曲線來描述。將不同波長的單色光依次通過一定的有色溶液，分別測出對各種波長的光的吸收程度（用字母A表示）。以波長為橫坐標(biāo)，吸光程度為縱坐標(biāo)作圖，所得的曲線

4、稱為吸收曲線或吸收光譜曲線。第8頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四能復(fù)合成白光的兩種顏色的光叫互補色光。物質(zhì)所顯示的顏色是吸收光的互補色。第9頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4.3 光吸收基本定律 當(dāng)一束平行的單色光照射均勻的有色溶液時，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被比色皿的表面反射。如果入射光的強度為I0，吸收光的強度為Ia，透過光的強度為It，反射光的強度為Ir，則: I0Ia It Ir 在吸光光度法中，由于采用同樣質(zhì)料的比色皿進(jìn)行測量，反射光的強度基本上相同，其影響可以相互抵消，上式可簡化為: I0Ia It 第10頁，共5

5、4頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四 透過光的強度It與入射光的強度Io之比稱為透光度或透光率，用T表示。 T It/Io 一束單色光通過溶液后，由于溶液吸收了一部分光能，光的強度就要減弱。若溶液的濃度不變，液層越厚，透過光的強度越小，光線減弱的程度越大。 如果將液層分成許多無限小的相等的薄層，其厚度為db。則dI應(yīng)與db及I成正比，即dI Idb，從而，dI/I=k1db，積分此式，得： 1.朗伯定律第11頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四將上式變成常用對數(shù)，得上式稱為朗伯定律。如用A=lg(I0/It)或lg(1/T),則A稱為吸光度。第12頁，共54

6、頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四 例1. 有一單色光通過厚度為1cm的有色溶液,其強度減弱20%。若通過5cm厚度的相同溶液,其強度減弱百分之幾? 解： lgT1 c1 = , lgT2 5c1 lgT2 = 5lgT1= 5lg0.80 = - 0.485 T2= 32.7% , 即減弱67.3% 第13頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四 當(dāng)一束單色光通過液層厚度一定的溶液時，溶液的濃度愈大，光線強度減弱愈顯著。若有色溶液的濃度增加dc，入射光通過溶液后，強度的減弱-dI與人射光強度I及dc成正比， 即-dI=k3Idc，或 -dI/I=k3dc，積分

7、，可得到:通常稱比耳定律。2.比耳定律第14頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四 例2. 一符合比爾定律的有色溶液，當(dāng)濃度為c時，透射比為T，若其它條件不變，濃度為c/3時，T為_，濃度為2c時，T為_。 解: T1/3 T2 這說明濃度與透射比T 的是指數(shù)關(guān)系。第15頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四3朗伯一比耳定律 如果溶液濃度和液層厚度都是可變的，就要同時考慮溶液濃度c和液層厚度b對吸光度的影響。為此，將朗伯和比耳公式和合并，得到即通常所稱的朗伯一比耳定律。第16頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4吸光系數(shù)、摩爾吸光系

8、數(shù) 在朗伯-比耳公式，k值決定于c，b所用的單位，它與入射光的波長及溶液的性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)濃度c以gL-1、液層厚度b以cm表示時，常數(shù)k是以a表示，此時稱為吸光系數(shù)，單位為Lg-1cm-1。朗伯比耳公式可表示為: Aabc 若b以 cm為單位，c以 molL-1為單位時，則將k稱為摩爾吸光系數(shù)，以符號表示，其單位為Lmol-1cm-1。 的物理意義表達(dá)了當(dāng)吸光物質(zhì)的濃度為1molL-1，液層厚度為1cm時溶液的吸光度。在這種條件下上式可改寫為: A=bc第17頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四 摩爾吸光系數(shù)是有色化合物的重要特性。 愈大，表示該物質(zhì)對某波長的光吸收能力愈強

9、，因而光度測定的靈敏度就越高。 的值，不能直接取1mol/L 這樣高濃度的有色溶液來測量，而只能通過計算求得。由于溶液中吸光物質(zhì)的濃度常因離解、聚合等因素而改變。因此，計算 時，必須知道溶液中吸光物質(zhì)的真正濃度。但通常在實際工作中，多以被測物質(zhì)的總濃度計算，這樣計算出的 值稱為表觀摩爾吸光系數(shù)。文獻(xiàn)中所報道的 值就是表觀摩爾吸光系數(shù)值。第18頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4.4 光度分析的方法和儀器 4.4.1 光度分析的方法 1.目視比色法 用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法稱為目視比色法。將一系列不同量的標(biāo)準(zhǔn)溶液依次加入各比色管中，再分別加入等量的

10、顯色劑和其他試劑，并控制其他實驗條件相同，最后稀釋至同樣體積，配成一套顏色逐漸加深的標(biāo)準(zhǔn)色階。將一定量的被測溶液置于另一比色管中，在同樣條件下進(jìn)行顯色，并稀釋至同樣體積，從管口垂直向下（有時由側(cè)面）觀察顏色。如果被測溶液與標(biāo)準(zhǔn)系列中某溶液的顏色相同，則被測溶液的濃度就等于該標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度。如果被測試液濃度介于相鄰兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液之間，則試液的濃度就介于這兩個標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度之間。第19頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四2標(biāo)準(zhǔn)曲線法 根據(jù)朗伯比耳定律，保持液層厚度，入射光波長和其它測量條件不變，則在一定濃度范圍內(nèi)，所測得吸光度與溶液中待測物質(zhì)的濃度成正比。因此，配制一系列已知的具

11、有不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別在選定波長處測其吸光度A，然后以標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度c為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)的吸光度A為縱坐標(biāo)，繪制出Ac關(guān)系曲線。如果符合光的吸收定律，則可獲得一條直線，稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線或稱工作曲線。在相同條件下測量樣品溶液的吸光度，就可以從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出樣品的濃度。Ac標(biāo)準(zhǔn)工作曲線第20頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四3.加入標(biāo)準(zhǔn)法 所謂的加入標(biāo)準(zhǔn)法，即在一定濃度的試樣溶液測定吸光度A0后，加入合適濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，再測吸光度A1，或再加幾次標(biāo)準(zhǔn)溶液，得A2, A3吸光度，計算或作圖外推求試樣濃度的方法。即： A0=kC樣；A1=k(C樣C標(biāo)）混合設(shè)試樣體積為V0;加入的

12、標(biāo)準(zhǔn)溶液體積為V標(biāo)，則：A1=k(C樣V0+ C標(biāo)V標(biāo))/(V0+V標(biāo)），聯(lián)解方程可求出C樣?；蛴肁對C標(biāo)作圖，外推求出C樣。第21頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4. 二元混合組分的測定 混合溶液里兩組分的測定有如圖125的三種情況： （a）若1和2兩組分的最大吸收峰互不重合，而且在1組分的最大吸收波長1處，2組分沒有吸收；或在2組分的最大吸收波長2處，1組分無吸收。這樣比較簡單，按單組分測定方法測1和2兩組分即可。 （b）若1和2組分在混合溶液中的吸光光譜曲線如圖125(b)所示，則當(dāng)1和2混合在一起時，在1組分的最大吸收波長處，2組分無吸收，所以只需在1處測定1

13、組分。但在2處所測定吸光度是1和2的總吸收，因此必須事先測得1組分在2的，先從1測出1組分，再從疊加處得的和量中減去組分1。 第22頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四 (c)這種情況比較復(fù)雜，要解一個一元二次方程。第23頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四第24頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4.4.2 分光光度計第25頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四A 原理第26頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四第27頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四光柵和棱鏡分

14、光原理第28頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四儀器光通路圖第29頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四B.分光光度計的類型第30頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四雙光束光度計動畫示意第31頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四雙波長光度計光路示意圖第32頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四 單波長單光束分光光度計有國產(chǎn)751型、XG-125型、英國SP500型和伯克曼DU-8型等。 單波長雙光束分光光度計有國產(chǎn)710型、730型、740型、日立UV-340型等就屬于這種類型。 雙波長分

15、光光度計的優(yōu)點：是可以在有背景干憂或共存組分吸收干憂的情況下對某組分進(jìn)行定量測定。 國產(chǎn)WFZ800-5型、島津UV-260型、UV-265型等。 第33頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4.5 分光光度法的應(yīng)用2.5.1 定性鑒定2.5.2 定量測定微量成份 分光光度法被廣泛的應(yīng)用在各個領(lǐng)域，環(huán)境、醫(yī)藥、石油等測定無機、有機微量成份。由于操作簡單，儀器廉價，一般說是常用的首選方法。第34頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4.6 紫外吸收光譜分析法4.6.1 分子吸收光譜與電子躍遷 分子和原子一樣，也有它的特征分子能級 。分子內(nèi)部的運動可分為價電

16、子運動，分子內(nèi)原子在平衡位置附近的振動和分子繞其重心的轉(zhuǎn)動。因此分子具有電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級。 分子的能量 E 等于下列三項之和： E=Ee+Ev+Er 分子從外界吸收能量后，就能引起分子能級的躍遷，即從基態(tài)能級躍遷到激發(fā)態(tài)能級。分子吸收能量具有量子化的特征，即分子只能吸收等于兩個能級之差的能量： E=E2-E1=h=hc/ 電子能級轉(zhuǎn)動能級振動能級第35頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4.6紫外吸收光譜分析法 波長10400nm為紫外光，10200nm為遠(yuǎn)紫外光，200400nm為近紫外光。4.6.1 分子吸收光譜與電子躍遷 有機化合物的紫外可見吸收光譜，是

17、其分子中外層價電子躍遷的結(jié)果（三種）電子、電子、n電子。 外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需能量大小順序為n n 200nm的光)，但當(dāng)它們與生色團相連時，就會發(fā)生n共軛作用，增強生色團的生色能力(吸收波長向長波方向移動，且吸收強度增加)，這樣的基團稱為助色團。第45頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四紅移與藍(lán)移有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLmax和吸收強度發(fā)生變化: max向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍(lán)移 (或紫移)。吸收強度即摩爾吸光系數(shù)增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應(yīng)或減色效

18、應(yīng)，如圖所示。第46頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四有機化合物的吸收帶吸收帶(absorption band): 在紫外光譜中，吸收峰在光譜中的波帶位置。根據(jù)電子及分子軌道的種類，可將吸收帶分為四種類型。 R吸收帶（基團） K吸收帶(共軛作用) B吸收帶（苯） E吸收帶（苯環(huán)上三個共軛鍵）第47頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四溶 劑 效 應(yīng) 紫外吸收光譜中常用己烷、庚烷、環(huán)己烷、二氧雜己烷、水、乙醇等作溶劑。有些溶劑，特別是極性溶劑對溶質(zhì)吸收峰的波長、強度及形狀可能產(chǎn)生影響，這種現(xiàn)象稱溶劑效應(yīng)。例如，異丙叉丙酮 的溶劑效應(yīng)見下表所示。第48頁

19、，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四4.6.4 在有機化合物分析中的應(yīng)用 1定性鑒定 不同的有機化合物具有不同的吸收光譜。因此根據(jù)化合物的特征吸收峰波長和強度可以進(jìn)行物質(zhì)的鑒定。 2定量測定 許多有機物不僅在紫外光區(qū)有特征吸收且在測定濃度范圍內(nèi)符合朗伯比耳定律，因而可以進(jìn)行定量測定。 第49頁，共54頁，2022年，5月20日，18點56分，星期四 3有機物的結(jié)構(gòu)分析 一個復(fù)雜的有機化合物的結(jié)構(gòu)式不能單從紫外光譜來確定，必須與紅外、核磁共振、質(zhì)譜及化學(xué)分析等方法的綜合解析才能完成。紫外光譜的主要作用是推測分子中是否有某種功能團，說明結(jié)構(gòu)中的共軛關(guān)系，不飽和有機物的結(jié)構(gòu)骨架及化合物的異構(gòu)情況等。 4分子量的測定 物質(zhì)的吸收光譜反映了物質(zhì)分子中所含有的生色基團。對于具有相同