《環(huán)境儀器分析》第五章-紫外-可見吸收光譜法-課件

1、2022/10/131第五章 紫外-可見吸收光譜法（UV-Vis）第三節(jié) 紫外-可見光譜儀器（Instrument of UV-Vis）第四節(jié) 定量分析Quantitative Analysis2022/10/101第五章 紫外-可見吸收光譜法（U2022/10/132儀器 紫外-可見分光光度計Ultraviolet-Visible Spectrophotometer2022/10/102儀器 紫外-可見分光光度計Ultrav2022/10/133一、基本部件光源單色器樣品室檢測器顯示器重要Light SourceMonochromatorSampleDetectorMonitor2022/1

2、0/103一、基本部件光源單色器樣品室檢測器顯示2022/10/1341、光源 在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。常用的光源有白熾光源和氣體放電光源。 可見光區(qū)：白熾光源，如鎢燈、鹵鎢燈，鎢燈輻射波長范圍在3202500 nm。 碘鎢燈：波長范圍340-1200 nm。無論鎢燈或碘鎢燈，在可見區(qū)發(fā)射的能量與工作電壓4次方成正比，因此，預(yù)使光源穩(wěn)定，必須由一個很好的穩(wěn)定電源。 紫外區(qū)：氣體放電光源，如氫、氘燈。適用的波長范圍185400 nm的連續(xù)光譜。2022/10/1041、光源 可見光區(qū)：白熾光源，如2022/10/135 2、單

3、色器常用的單色器：棱鏡和光柵 由于玻璃吸收紫外光，玻璃棱鏡只能用于350 3200 nm的波長范圍，即只能用于可見光域內(nèi)； 石英棱鏡可適用的波長范圍較寬，可從185 4000 nm，即可用于紫外、可見、近紅外三個光域。2022/10/105 2、單色器常用的單色器：棱鏡和光柵 2022/10/136 2、單色器（光柵）光柵是利用光的衍射與干涉作用制成的，它可用于紫外、可見及近紅外光域，而且在整個波長區(qū)具有良好的、幾乎均勻一致的分辨能力。優(yōu)點：色散波長范圍寬、分辨本領(lǐng)高、成本低、便于保存和易于制備等；缺點：各級光譜會重疊而產(chǎn)生干擾。2022/10/106 2、單色器（光柵）光柵是利用光的衍射20

4、22/10/137 3、樣品室樣品室（吸收池，常用比色皿）紫外區(qū)：必須是石英池可見和近紅外區(qū)：玻璃池或石英池2022/10/107 3、樣品室樣品室（吸收池，常用比色皿2022/10/1384、檢測器（光電倍增管）mAR1R2R3R4R5R負電壓光光敏陰極陽極電子倍增極電子倍 增極5、讀數(shù)裝置: 記錄儀、數(shù)字顯示器2022/10/1084、檢測器（光電倍增管）mAR1R2R2022/10/139二、常用紫外-可見儀器類型 單光束紫外-可見分光光度計 雙光束紫外-可見分光光度計 雙波長分光光度計2022/10/109二、常用紫外-可見儀器類型 單光束紫外2022/10/1310二、常用紫外-可見

5、儀器類型0.575光源單色器吸收池檢測器顯示單光束紫外-可見分光光度計重要特點：光源強度的波動和檢測系統(tǒng)的不穩(wěn)定可使之產(chǎn)生測量誤差。適用于常規(guī)分析。2022/10/1010二、常用紫外-可見儀器類型0.5752022/10/1311差值A(chǔ)光源單色器吸收池檢測器顯示光束分裂器參比池雙光束紫外-可見分光光度計重要特點：消除了光源和檢測器不穩(wěn)定對測量的影響。強度相等強度相等2022/10/1011差值A(chǔ)光源單色器吸收池檢測器顯示光2022/10/1312單光束和雙光束分光光度計的局限性：都是單波長；不能用于渾濁試樣的測定；難以準確測量吸收峰相互重疊的組分或背景很深的試樣；由于樣品池和參比池位置、性質(zhì)

6、的差異，樣品溶液和參比溶液不一致，影響了測量的精度，使更微量組分的測定受到限制。2022/10/1012單光束和雙光束分光光度計的局限性：都2022/10/1313吸收池接收器1122雙波長紫外-可見分光光度計切光器單色器單色器重要 由于兩波長的光束通過同一吸收池，不用參比池與參比液，因而，沒有吸收池差異和參比液選擇不當(dāng)引起的誤差。2022/10/1013吸收池接收器1122雙波長紫2022/10/1314 從同一光源發(fā)出的光被分為兩束，兩束光在通過試液前的強度是相等的，均為I0，通過試液后兩束光的強度分別為I1和I2。對于波長1，試樣的吸光度A1為：對于波長2，試樣的吸光度A2為：2022/

7、10/1014 從同一光源發(fā)出的光被分為兩束，雙波長分光光度計優(yōu)勢：對于多組分混合物、混濁試樣（如生物組織液）分析，以及存在背景干擾或共存組分吸收干擾的情況下，利用雙波長分光光度法，往往能提高方法的靈敏度和選擇性。利用雙波長分光光度計，能獲得導(dǎo)數(shù)光譜。通過光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換，使雙波長分光光度計能很方便地轉(zhuǎn)化為單波長工作方式。如果能在1和2處分別記錄吸光度隨時間變化的曲線，還能進行化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)研究。2022/10/1315雙波長分光光度計優(yōu)勢：2022/10/10152022/10/1316其中：b液層厚度(cm); c被測物質(zhì)濃度（mol/L）； K 摩爾吸光系數(shù)(L/molcm)光吸收定律 郎伯

8、-比爾定律第四節(jié) 定量分析2022/10/1016其中：b液層厚度(cm);光吸收定2022/10/1317第四節(jié) 定量分析1、 測量條件的選擇2、反應(yīng)條件的選擇3、參比溶液的選擇4、干擾及消除方法2022/10/1017第四節(jié) 定量分析1、 測量條件的選擇2022/10/1318測量條件的選擇（1）入射波長的選擇：入射波長應(yīng)該選擇被測物質(zhì)的最大吸收波長max，以得到最大靈敏度。（2）狹縫寬度：狹縫的寬度直接影響到測定的靈敏度和標準曲線的線性范圍，狹縫寬度增大，入射光的單色性能降低。一般來說，狹縫寬度大約是試樣吸收峰半寬度的十分之一。2022/10/1018測量條件的選擇（1）入射波長的選擇：

9、2022/10/1319測量條件的選擇（3）合適的吸光度范圍：若要求濃度測量的相對誤差小于5%，則待測溶液的透射比應(yīng)選在70% 10%范圍內(nèi)，吸光度為0.15 1.00范圍內(nèi)。2022/10/1019測量條件的選擇（3）合適的吸光度范圍2022/10/1320顯色反應(yīng)：選用適當(dāng)?shù)脑噭?，與待測離 子或化合物反應(yīng)生成對紫外或可見光有較大吸收的物質(zhì)再行測定。顯色劑：所選用能出現(xiàn)顯色反應(yīng)的試劑。常見的顯色反應(yīng)：配位反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、增加生色團的衍生化反應(yīng)。反應(yīng)條件的選擇重要2022/10/1020顯色反應(yīng)：選用適當(dāng)?shù)脑噭c待測離 2022/10/1321顯色反應(yīng)的條件（i）反應(yīng)的生成物必須在紫外、

10、可見光區(qū)有較強的吸光能力，及摩爾吸光系數(shù)較大，反應(yīng)有較高的選擇性。（ii）反應(yīng)生成物應(yīng)當(dāng)組成恒定、穩(wěn)定性好，顯色條件容易控制，保證測量結(jié)果具有良好的重現(xiàn)性。（iii）對照性要好，顯色劑與有色配合物的max差別要60 nm以上。2022/10/1021顯色反應(yīng)的條件（i）反應(yīng)的生成物必須2022/10/1322顯色反應(yīng)M + nR = MRnM：金屬離子，R為顯色劑，n為配合物的累積穩(wěn)定常數(shù)2022/10/1022顯色反應(yīng)M + nR = MRnM2022/10/1323（1）顯色劑用量Mo(SCN)32+ Mo(SCN)5 Mo(SCN)6- 淺紅橙紅淺紅對于有些顯色反應(yīng)，顯色劑的量必須嚴格控

11、制 實際工作中，顯色劑的用量通過實驗來確定，即在被測組分一定時，測量不同顯色劑濃度下溶液的吸光度，在對應(yīng)于吸光度恒定的顯色劑濃度區(qū)間確定顯色劑的加入量。2022/10/1023（1）顯色劑用量Mo(SCN)32+2022/10/1324（2）溶液的pH-影響顯色劑的濃度和顏色M + HR MR + H+ 酸度增加對顯色反應(yīng)不利；顯色劑的離解常數(shù)Ka大，有利于顯色反應(yīng)。pH值范圍 配合物組成 顏色 4 Fe(C7H4O3)+ 紫紅色(1:1) 4 7 Fe(C7H4O3)2- 棕橙色(1:2) 8 10 Fe(C7H4O3)33- 黃色(1:3)2022/10/1024（2）溶液的pH-影響顯色

12、劑的濃度和2022/10/1325（2）溶液的pH影響被測離子的存在狀態(tài) pH值增大會引起某些金屬離子水解而形成各種型體的羥基配合物，甚至可能析出沉淀；或者由于生成的金屬氫氧化物而破壞了有色配合物，使溶液的顏色完全退去。Fe(SCN)2+ + OH- = Fe(OH)2+ + SCN-2022/10/1025（2）溶液的pH影響被測離子的存在2022/10/1326（3）pH值-影響配合物的形成 某些逐級配合物的顯色反應(yīng)，酸度不同，配合物的配合比不同，其色調(diào)也不同。因此，必須控制顯色反應(yīng)時溶液的酸度。 顯色反應(yīng)最適宜的酸度：在不同的酸度下測定同一溶液的吸光度，用pH值做橫坐標，吸光度作縱坐標，

13、繪制A pH關(guān)系曲線。曲線的平直部分（吸光度恒定）所對應(yīng)的pH值區(qū)間就是做適宜的酸度范圍。2022/10/1026（3）pH值-影響配合物的形成 2022/10/1327 顯色時間、反應(yīng)溫度、溶劑、溶液中共存離子等，也會影響著待測物質(zhì)的吸光度。（4）其他影響因素(p93)2022/10/1027 顯色時間、反應(yīng)溫度、溶劑、溶2022/10/13282、顯色劑無機顯色劑：硫氰酸鹽（SCN-）、鉬酸銨(NH4)2Mo2O7）、過氧化氫（H2O2）等。 因為生成的配合物不夠穩(wěn)定，靈敏度和選擇性也不夠高，用于分析的無機顯色劑種類并不多。2022/10/10282、顯色劑無機顯色劑：硫氰酸鹽（SC202

14、2/10/1329 許多有機顯色劑，可與金屬離子生成極穩(wěn)定的螯合物，而且具有特征的顏色，因此，選擇性和靈敏度都較高。此外，不少螯合物溶于有機溶劑，可以進行萃取比色，這對進一步提高靈敏度和選擇性很有利。 有機顯色劑大都是含有生色團和助色團的化合物。一些含有不飽和鍵的基團，它們都能吸收大于200nm波長的光，稱為生色團。有機顯色劑：2022/10/1029 許多有機顯色劑，可與金屬離子2022/10/1330 簡單的生色團由雙鍵或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基（-C=O）、亞硝基（-N=O）、硝基、偶氮基NN、乙炔基、腈基C N、硫羰基（-C=S）等。助色團： 有一些含有n電子的基團(如-OH、-O

15、R、-NH2、-NHR、-X等。有機顯色劑：2022/10/1030 簡單的生色團由雙鍵或叁鍵2022/10/13313、常見顯色劑 在pH 811的氨性溶液中，三價鐵與磺基水楊酸生成穩(wěn)定的黃色絡(luò)合物，其反應(yīng)式： Fe3+ + 3SSal2-=Fe(SSal)33-(1) 式中 SSal2-磺基水楊酸根離子，最大吸收波長420 nm，顏色強度與鐵的含量成正比?；腔畻钏釡y定Fe3+磺基水楊酸2022/10/10313、常見顯色劑 在pH 812022/10/1332 Fe3+在不同的pH下可以與磺基水楊酸形成不同組成和顏色 的幾種絡(luò)合物。 在pH1.82.5的溶液中，形成紅紫色的Fe(SSal

16、)+； 在pH 48的溶液中，形成褐色的Fe(SSal)2-； pH 811.5的氨性溶液中，形成黃色的Fe(SSal)33-； 若pH12，則不能形成絡(luò)合物而生成氫氧化鐵沉淀.2022/10/1032 Fe3+在不同的pH下可以與磺基水2022/10/1333丁二酮肟測定Ni 在氨溶液中，碘存在下，鎳與丁二酮肟作用，形成組成比為1：4的酒紅色可溶性絡(luò)合物。于波長530nm處進行分光光度測定。丁二酮肟2022/10/1033丁二酮肟測定Ni 在氨溶液中，碘2022/10/1334 在pH3 9的溶液中，鄰二氮菲(1，10-鄰二氮雜菲)與Fe2+能生成一種穩(wěn)定的橙紅色絡(luò)合物，鐵含量在0.1 6g

17、/mL范圍內(nèi)符合比爾定律。由于Fe3+離子也能與鄰二氮菲生成淡藍色絡(luò)合物，因此在加入顯色劑前，應(yīng)先用鹽酸羥胺或抗壞血酸將Fe3+全部還原為Fe2+。有關(guān)反應(yīng)如下：鄰二氮菲測定Fe2+2Fe3+ + 2NH2OHHCl=2Fe2+ + N2+2H2O + 4H+ + 2Cl-鄰二氮菲2022/10/1034 在pH3 9的溶液中，鄰2022/10/1335 在pH 5.06.5的溶液中,鋁離子(Al3+)與鉻天菁S生成藍色三元絡(luò)合物,最大吸收波長為610 nm.鋁含量在210 g/(50 mL)與吸光度呈良好的線性關(guān)系, 摩爾吸光系數(shù)= 9106 L/(moLcm). 鉻天菁S測定Al3+鉻天青

18、S2022/10/1035 在pH 5.06.5的溶液2022/10/13363、參比溶液的選擇 測量試樣的吸光度時，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光的反射和吸收所帶來的誤差。（1）溶劑參比 當(dāng)試樣溶液的組成較為簡單，共存的其他組分很少且對測定波長的光幾乎沒有吸收時，可采用溶劑作為參比溶液，這樣可消除溶劑、吸收池等因素的影響。例如：0.2M Na2SO4 溶解偶氮基NN染料（甲基橙），可以選擇0.2 M Na2SO4作為溶劑參比。重要2022/10/10363、參比溶液的選擇 測量試樣的2022/10/1337（2）試劑參比 如果顯色劑或其他試劑在測

19、定波長有吸收，按顯色反應(yīng)條件下，只是不加入試樣，同樣加入試劑和溶劑作為參比，可消除試劑中的組分產(chǎn)生吸收的影響。Fe2+ + 鄰二氮菲 橙紅色絡(luò)合物參比：pH3 9的溶液，和鄰二氮菲為參比溶液。2022/10/1037（2）試劑參比 如果顯色劑或其2022/10/1338（3）試樣參比 如果試樣基體在測定波長有吸收，而與顯色劑不起顯色反應(yīng)時，可按與顯色反應(yīng)相同的條件處理試樣，只是不加顯色劑。這種參比溶液適用于試樣中有較多的共存組分，加入顯色劑量不大，且顯色劑在測定波長無吸收的情況。例如：在氨溶液中，碘存在下，鎳與丁二酮肟作用，形成組成比為1：4的酒紅色可溶性絡(luò)合物。于波長530nm處進行分光光度

20、測定。參比溶液：氨溶液+碘+鎳溶液。2022/10/1038（3）試樣參比 如果試樣基體在2022/10/13394、干擾及消除存在的干擾： 干擾物質(zhì)本身有顏色或與顯色劑形成有色化合物，在測 定條件下有吸收； 在顯色條件下，干擾物質(zhì)水解，析出沉淀使溶液渾濁；與待測離子或顯色劑形成更穩(wěn)定的配合物，使顯色反應(yīng) 不能進行完全。2022/10/10394、干擾及消除存在的干擾： 干擾物質(zhì)2022/10/1340消除方法：（1）控制酸度 根據(jù)配合物的穩(wěn)定性不同，可以利用控制酸度的方法提高反應(yīng)的選擇性，以保證主反應(yīng)進行完全。 如：雙硫腙能與Hg2+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+等十多種金屬離子形

21、成有色配合物，其中以Hg2+生成的配合物最穩(wěn)定，在0.5mol/dm3 H2SO4介質(zhì)中仍能定量進行，而上述其他離子在此條件下不發(fā)生反應(yīng)。2022/10/1040消除方法：（1）控制酸度 根據(jù)2022/10/1341(2) 選擇適當(dāng)?shù)难诒蝿?選取的掩蔽劑不與待測離子作用，掩蔽劑以及它與干擾物質(zhì)形成的配合物的顏色不干擾待測離子的測定。2022/10/1041(2) 選擇適當(dāng)?shù)难诒蝿?選取2022/10/1342(3) 利用生成惰性配合物 例如鋼鐵中微量鈷的測定，常用鈷試劑為顯色劑。但鈷試劑不僅與Co2+有靈敏的反應(yīng)，而且與Ni2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等都有反應(yīng)。但它與Co2+在弱酸性介

22、質(zhì)中一旦完成反應(yīng)后，即使再用強酸酸化溶液，該配合物也不會分解。而Ni2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+等與鈷試劑形成的配合物在強酸介質(zhì)中很快分解，從而消除了上述離子的干擾，提高了反應(yīng)的選擇性。鈷試劑主要成分：-亞硝基-萘酚，1-亞硝基-2-萘酚，1-亞硝基萘酚。 2022/10/1042(3) 利用生成惰性配合物 （4）選擇適當(dāng)?shù)臏y量波長如在K2Cr2O7存在下測定KMnO4時，不是選擇max(525 nm),而是選擇 = 545 nm.這樣測定KMnO4溶液的吸光度，K2Cr2O7就不干擾了。（5）分離若上述方法不宜采用時，也可以采用預(yù)先分離的方法，如沉淀、萃取、離子交換、蒸發(fā)和蒸餾及色譜分

23、離法（包括柱色譜、紙色譜、薄層色譜等）。2022/10/1343（4）選擇適當(dāng)?shù)臏y量波長2022/10/10432022/10/1344UV-Vis定量分析方法及其應(yīng)用1、標準曲線法2、標準加入法2022/10/1044UV-Vis定量分析方法及其應(yīng)用1、2022/10/1345標準曲線法b液層厚度(cm);c被測物質(zhì)濃度（mol/L）；K摩爾吸光系數(shù)(L/molcm)2022/10/1045標準曲線法b液層厚度(cm);2022/10/13462、校準曲線偏離朗伯-比爾定律的原因（1）非單色光引起的偏離 朗伯-比爾定律應(yīng)用的前提條件之一是入射光為單色光，但紫外可見吸收光譜儀采用的是連續(xù)光源，經(jīng)單色光分離后，仍然具有復(fù)合光的性質(zhì)，因而可導(dǎo)致朗伯-比爾定律的偏離。2022/10/10462、校準曲線偏離朗伯-比爾定律的原因2022/10/1347設(shè)波長為12的單色光分別通過濃度為c的溶液，根據(jù)比爾定律，得知：當(dāng)1和2組成的復(fù)合光通過溶液時，則有：2022/10/1047設(shè)