儀器分析+04+紫外、可見分光光度法

第四章紫外、可見分光光度法

第一節(jié)

分子光譜引論

1.（雙原子）分子光譜的特點原子光譜------線狀光譜（電子躍遷）分子光譜------帶狀光譜E2.雙原子分子的轉(zhuǎn)動光譜

根據(jù)力矩原理：m1r1=m2r2，

re=r1+r2r1=m2re/（m1+m2）；r2=m1re/（m1+m2）轉(zhuǎn)動慣量I=m1r12+m2r22=[m1m2/（m1+m2）]re=μre2

μ=m1m2/（m1+m2），稱為折合質(zhì)量）.動能T=[m1v12+m2v22]/2v1=2πr1f=2πfr1=ωr1；v2=2πr2f=2πfr2=ωr2.則T=[m1ω2r12+m2ω2r22]/2=ω2[m1r12+m2r22]/2=[ω2I]/2位能V=0（轉(zhuǎn)動是自由的）所以，總能量E=T+V=T=[ω2I]/2轉(zhuǎn)動角動量M=mvr=μrev=μre2v/re=Iω所以E=[ω2I]/2=[ωI]2/（2I）=M2/（2I）以上為按經(jīng)典力學(xué)推出的雙原子分子轉(zhuǎn)動能量，換成量子力學(xué)（以算符聯(lián)系）[M2/（2I）]ψ=EψΨ是一個描述雙原子分子轉(zhuǎn)動狀態(tài)的一個波函數(shù)。解這個波動方程類比電子運動的波動方程：[M2]ψ原子=l（l+1）（h/2π）2ψ原子所以，[M2]ψ轉(zhuǎn)=J（J+1）（h/2π）2ψ轉(zhuǎn)J稱為轉(zhuǎn)動量子數(shù)，取值為0，1，2，…..因此，1/（2I）[M2/]ψ轉(zhuǎn)=J（J+1）（h/2π）2/（2I）ψ轉(zhuǎn)=Eψ轉(zhuǎn)E=J（J+1）（h/2π）2/（2I）=J（J+1）h2/（8Iπ2）=BchJ（J+1）其中B=h/（8π2Ic）分子轉(zhuǎn)動從J的運動狀態(tài)到（J+1）的運動狀態(tài)，則吸的收能量用波數(shù)表示為：σ

=ΔE/（hc）=（E（J+1）-EJ）/（hc）={Bch（J+1）（J+1+1）-BchJ（J+1）}/（hc）=2B（J+1）當J=0σ

=2B

J=14BJ=26BJ=38B………..所以光譜線是等距離的：2B從2B可以求出I，由I可以求出re[B=h/（8π2Ic）;I=μre2]例如，從HCl的遠紅外光譜可以求出上述物理量

從譜線中求得任意兩條譜線之差為2B=20.68cm-1，而從B=h/（8π2Ic）有：I=h/（8π2Bc）=2.63×10-40（g.cm2）又因I=μre2有：re=（I/μ）1/2=1.28×10-8（cm）（μ=mHmCl/（mH+mCl）=1.63×10-24g）以上是把分子看成剛性轉(zhuǎn)體，而實際上并不是，re也是變化的。3.雙原子分子振動光譜

雙原子分子運動的波動方程

①

求σ在物理學(xué)中，上述振動稱為諧振子：F=-Kx，K為彈力常數(shù)，x是位移，此時x=r-re同時諧振子運動還應(yīng)滿足牛頓第二定律：F=ma=md2x/d2t所以：md2x/d2t=-Kx求得X（t）=Asin[（K/m）1/2t]A：最大振幅運動一周的時間：2π=（K/m）1/2τ；τ=2π（m/K）1/2所以，頻率υ=1/τ=（K/m）1/2（1/2π）②諧振子運動的波動方程位能V=1/2.Kx2=1/2K（r-re）2動能T=1/2m1v12+1/2m2v22（v1，v2相應(yīng)于位移r1和r2求導(dǎo)數(shù)）r1=rm2/（m1+m2）；r2=rm1/（m1+m2）。T=1/2m1v12+1/2m2v22=1/2{m1[m2/（m1+m2）]2（dr/dt）2+m2[m1/（m1+m2）]2（dr/dt）2}=1/2[μ（dr/dt）2]=1/2[μv2]=1/（2μ）[μv]2=1/（2μ）Px2（μ：折合質(zhì)量）

所以：E=T+V=1/（2μ）Px2+1/2Kx2

轉(zhuǎn)換成量子力學(xué)可以得到諧振子運動的波動方程：{1/（2μ）[ih/（2π）（d/dx）]2+1/2Kx2}Ψ振=EΨ振可以簡化得到：d2Ψ振/dx2+（β-α2x2）Ψ振=0（其中，α2=（4π2μK/h2）；β=8π2μE/h2）解這個方程可以得到：Ev=（v+1/2）hυv=0，1，2，….。稱為振動量子數(shù)光譜選律：對于非極性分子Δv=0（無紅外光譜）對于極性分子Δv=±1（有紅外光譜）分子振動從v的運動狀態(tài)到（v+1）的運動狀態(tài)，則吸的收能量用波數(shù)表示為：σ=[E（v+1）-Ev]/（hc）=1/（hc）[（v+1+1/2）-（v+1/2）]=υ/c所以，只有一條譜線。這就是諧振子模型。③雙原子分子振動的非諧振子運動模型實際上，分子振動是非諧振子的，而此時，位能的變化為：V（r）=（1/2）K（r-re）2-K’（r-re）3代人波動方程同樣可得：Ev=（v+1/2）hυ-（v+1/2）2xhυ光譜選律：對于非極性分子Δv=0（無紅外光譜）對于極性分子Δv=±1，±2，±3，….（有紅外光譜）

⑤雙原子分子的振動-轉(zhuǎn)動光譜波函數(shù)ψ=ψ振動ψ轉(zhuǎn)動Ev，j=（v+1/2）hυ-（v+1/2）xhυ+BchJ（J+1）光譜選律：非極性分子沒有振動-轉(zhuǎn)動光譜對于極性分子Δv=±1，±2，±3，….ΔJ=±1從v=0到v=1的基本譜帶由一系列的譜線組成，這些譜線按ΔJ=1和-1分成兩組。

第二節(jié)

光吸收概論一．分子吸收光譜的產(chǎn)生在分子中存在著電子的運動，以及組成分子的各原子間的振動和分子作為整體的轉(zhuǎn)動。分子的總能量可以認為等于這三種運動能量之和。即：E分子=E電子+E振動+E轉(zhuǎn)動分子中的這三種運動狀態(tài)都對應(yīng)有一定的能級。即在分子中存在著電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級。這三種能級都是量子化的。其中電子能級的間距最大（每個能級間的能量差叫間距或能級差），振動能級次之，轉(zhuǎn)動能級的間距最小。如果用△E電子，△E振動以及△E轉(zhuǎn)動表示各能級差，則：△E電子＞△E振動＞△E轉(zhuǎn)動由于組成分子能量的幾部分都具有一定的能級，所以分子也具有一定的能級，如圖是雙原子分子的能級圖：由圖可見，在每一個電子能級上有許多間距較小的振動能級，在每一個振動能級上又有許多間距更小的轉(zhuǎn)動能級。由于這個原因，處在同一電子能級的分子，可能因振動能量不同而處于不同的能級上。同理，處于同一電子能級和同一振動能級上的分子，由于轉(zhuǎn)動能量不同而處于不同的能級上。當用光照射分子時，分子就要選擇性的吸收某些波長（頻率）的光而由較低的能級E躍遷到較高能級E‘上，所吸收的光的能量就等于兩能級的能量之差：△E=E‘－E其光的頻率為：γ=△E/h或光的波長為：λ=hc/△E由于分子選擇性的吸收了某些波長的光，所以這些光的能量就會降低，將這些波長的光及其所吸收的能量按一定順序排列起來，就得到了分子的吸收光譜。分子的轉(zhuǎn)動能級躍遷，需吸收波長為遠紅外光，因此，形成的光譜稱為轉(zhuǎn)動光譜或遠紅外光譜。分子的振動能級差一般需吸收紅外光才能產(chǎn)生躍遷。在分子振動時同時有分子的轉(zhuǎn)動運動。這樣，分子振動產(chǎn)生的吸收光譜中，包括轉(zhuǎn)動光譜，故常稱為振-轉(zhuǎn)光譜。由于它吸收的能量處于紅外光區(qū)，故又稱紅外光譜。電子的躍遷吸收光的波長主要在真空紫外到可見光區(qū)，對應(yīng)形成的光譜，稱為電子光譜或紫外-可見吸收光譜。二．有機化合物的紫外—可見吸收光譜（一）、躍遷類型主要有σ→σ*、n→σ*、n→π*、π→π*

*

n*

n***nEσ→σ*

躍遷主要發(fā)生在真空紫外區(qū)。b.π→π*

躍遷吸收的波長較長，孤立的π→π*躍遷一般在200nm左右C、n→π*

躍遷一般在近紫外區(qū)（200~400nm），吸光強度較小，n→σ*

躍遷吸收波長仍然在150~250nm范圍，因此在紫外區(qū)不易觀察到這類躍遷。在以上幾種躍遷中，只有-*和n-*兩種躍遷的能量小，相應(yīng)波長出現(xiàn)在近紫外區(qū)甚至可見光區(qū)，且對光的吸收強烈，是我們研究的重點。（二）、常用術(shù)語1，生色團:是指分子中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團。有機物中含有n→π*

或π→π*

躍遷的基團；能引起n—π*和π—π*躍遷，例如＞C＝C＜，＞C＝O一，＞C＝C—O一，一N＝O等。如果一個化合物的分子含有數(shù)個生色團。但它們并不發(fā)生共軛作用，那么該化合物的吸收光譜將包含有這些個別生色團原有的吸收帶，這些吸收帶的位置及強度互相影響不大。如果兩個生色團彼此相鄰形成了共軛體系。那么原來各自生色團的吸收帶就消失了，而產(chǎn)生了新的吸收帶。新吸收帶的位置一般比原來的吸收帶處在較長的波長處，而且吸收強度也顯著增加。這一現(xiàn)象叫生色團的共軛效應(yīng)。在共軛體系中，由每個π軌道相互作用形成一組新的成鍵和反鍵軌道。當分子的共軛體系變得較長時，π—π·躍遷的基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間的能量差變小、因此在較長的波長處產(chǎn)生吸收。共扼雙鍵的數(shù)目、位置、取代基的種類等，都將影響吸收光譜的波長和強度.2，助色團:助色團是指帶有非鍵電子對的基團；可使生色團吸收峰向長波方向移動并提高吸收強度的一些官能團，常見助色團助色順序為：-F<-CH3<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<-NHCH3<-NH(CH3)2<-NHC6H5<-O-苞欲放這些基團中都含有孤對電子，它們能與生色團中π電子相互作用，使π---π*躍遷能量降低并引起吸收峰位移。3，紅移與藍移（紫移）某些有機化合物經(jīng)取代反應(yīng)引入含有未共享電子對的基團之后，吸收峰的波長將向長波方向移動，這種效應(yīng)稱為紅移效應(yīng)。在某些生色團如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波長會向短波方向移動，這種效應(yīng)稱為藍移（紫移）效應(yīng)。如-R，-OCOR等．（三）．溶劑對紫外、可見吸收光譜的影響改變?nèi)軇┑臉O性，會引起吸收帶形狀的變化。改變?nèi)軇┑臉O性，還會使吸收帶的最大吸收波長發(fā)生變化。下表為溶劑對一種丙酮紫外吸收光譜的影響。

正己烷CHCl3CH3OHH2O

*230238237243n

*

329315309305由于溶劑對電子光譜圖影響很大，因此，在吸收光譜圖上或數(shù)據(jù)表中必須注明所用的溶劑。與已知化合物紫外光譜作對照時也應(yīng)注明所用的溶劑是否相同。在進行紫外光譜法分析時，必須正確選擇溶劑。在π----π*躍遷中，激發(fā)態(tài)極性大于基態(tài)，當使用極性大的溶劑時，由于溶劑與溶質(zhì)相互作用，激發(fā)態(tài)π*，比基態(tài)π的能量下降更多，因而激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能量差減小，導(dǎo)致吸收譜帶λmax紅移。而在n—π*躍遷中，基態(tài)n電子與極性溶劑形成氫鍵，降低了基態(tài)能量，使激發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能量差變大，導(dǎo)致吸收帶λmax向短波區(qū)移動(藍移)。（四）．吸收曲線（吸收光譜）及最大吸收波長1．吸收曲線：每一種物質(zhì)對不同波長光的吸收程度是不同的。如果我們讓各種不同波長的光分別通過被測物質(zhì)，分別測定物質(zhì)對不同波長光的吸收程度。以波長為橫坐標，吸收程度為縱坐標作圖所得曲線。

nm例：丙酮

max=279nm(=15)Cr2O72-、MnO4-的吸收光譜300400500600700/nm350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance3502、吸收峰和最大吸收波長max吸收曲線表明了某種物質(zhì)對不同波長光的吸收能力分布。曲線上的各個峰叫吸收峰。峰越高，表示物質(zhì)對相應(yīng)波長的光的吸收程度越大。其中最高的那個峰叫最大吸收峰，它的最高點所對應(yīng)的波長叫最大吸收波長，用λmax表示。3．物質(zhì)的吸收曲線和最大吸收波長的特點：1）不同的物質(zhì)，吸收曲線的形狀不同，最大吸收波長不同。2）對同一物質(zhì)，其濃度不同時，吸收曲線形狀和最大吸收波長不變，只是吸收程度要發(fā)生變化，表現(xiàn)在曲線上就是曲線的高低發(fā)生變化。三、無機化合物的紫外—可見吸收光譜1電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜某些分子同時具有電子給予體部分和電子接受體部分，它們在外來輻射激發(fā)下會強烈吸收紫外光或可見光，使電子從給予體外層軌道向接受體躍遷，這樣產(chǎn)生的光譜稱為電荷轉(zhuǎn)移光譜。許多無機配合物能產(chǎn)生這種光譜。如以M和L分別表示配合物的中心離子和配位體，當一個電子由配位體的軌道躍遷到與中心離子相關(guān)的軌道上時，可用下式表示：

一般來說，在配合物的電荷轉(zhuǎn)移過程中，金屬離子是電子接受體，配位體是電子給予體。此外，一些具有d10電子結(jié)構(gòu)的過渡元素形成的鹵化物及硫化物。如：AgBr、PbI2、HgS等也是由于這類電荷轉(zhuǎn)移移而產(chǎn)生的顏色。電荷轉(zhuǎn)移吸收光譜諾帶的最大特點是摩爾吸光系數(shù)大。一般εmax＞104。因此用這類譜帶進行定量分析可獲得較高的測定靈敏度。

2配位體場吸收光譜這種譜帶是指過渡金屬離子與配位體(通常是有機化合物)所形成的配合物在外來輻射作用下，吸收紫外或可見光而得到相應(yīng)的吸收光譜。元素周期表中第四、第五周期的過渡元素分別含有3d和4d軌道，鑭系和錒系元素分別含有4f和5f軌道。這些軌道的能量通常是相等的(簡并的)，而當配位體按一定的幾何方向配位在金屬離子的周圍時，使得原來簡并的5個d軌道和7個f軌道分別分裂成幾組能量不等的d軌道和f軌道。如果軌道是未充滿的．當它們的離子吸收光能后，低能態(tài)的d電子或f電子可以分別躍遷到高能態(tài)的d或f軌道上去。這兩類躍遷分別稱為d—d躍遷和f—f躍遷。這兩類躍遷必須在配位體的配位場作用下才有可能產(chǎn)生，因此又稱為配位場躍遷。

圖為在八面體場中d軌道的分裂示意圖。由于它們的基態(tài)與激發(fā)態(tài)之間的能量差別不大。這類光譜一放位于可見光區(qū)．又由于選擇規(guī)則的限制，配位場躍遷吸收譜帶的庫爾吸光系數(shù)較小，一般εmax＜102。相對來說，配位體場吸收光譜較少用于定量分析中、但它可用于研究配合物的結(jié)構(gòu)及無機配合物鍵合理論等方面。

八面體場中d軌道的分裂示意圖四．光的選擇性吸收與物質(zhì)顏色的關(guān)系：1．可見光的顏色和互補色：在可見光范圍內(nèi)，不同波長的光的顏色是不同的。平常所見的白光（日光、白熾燈光等）是一種復(fù)合光，它是由各種顏色的光按一定比例混合而得的。利用棱鏡等分光器可將它分解成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等不同顏色的單色光。白光除了可由所有波長的可見光復(fù)合得到外，還可由適當?shù)膬煞N顏色的光按一定比例復(fù)合得到。能復(fù)合成白光的兩種顏色的光叫互補色光。/nm顏色互補光400-450紫黃綠450-480藍黃480-490綠藍橙490-500藍綠紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍610-650橙綠藍650-760紅藍綠2．物質(zhì)的顏色與吸收光的關(guān)系：當白光照射到物質(zhì)上時，如果物質(zhì)對白光中某種顏色的光產(chǎn)生了選擇性的吸收，則物質(zhì)就會顯示出一定的顏色。物質(zhì)所顯示的顏色是吸收光的互補色。第三節(jié)光吸收的基本定律一．基本概念：當強度為I0的一定波長的單色入射光束通過裝有均勻待測物的溶液介質(zhì)時，該光束將被部分吸收Ia，部分反射Ir，余下的則通過待測物的溶液It，即有：I0=Ia+It+Ir如果吸收介質(zhì)是溶液（測定中一般是溶液），式中反射光強度主要與器皿的性質(zhì)及溶液的性質(zhì)有關(guān)，在相同的測定條件下，這些因素是固定不變的，并且反射光強度一般很小。所以可忽略不記，這樣：Io=Ia+It即：一束平行單色光通過透明的吸收介質(zhì)后，入射光被分成了吸收光和透過光。待測物的溶液對此波長的光的吸收程度可以透光率T和吸光度A用來表示。透光率——透光率表示透過光強度與入射光強度的比值，用T來表示，計算式為：T=It/IoT常用百分比（T%）表示。吸光度——透光率的倒數(shù)的對數(shù)叫吸光度。用A表示：A=-lgT二、朗白—比耳定律：（一）定律內(nèi)容：當用一束強度為Io的單色光垂直通過厚度為b、吸光物質(zhì)濃度為c的溶液時，溶液的吸光度正比于溶液的厚度b和溶液中吸光物質(zhì)的濃度c的乘積。數(shù)學(xué)表達式為：A=-lgT=Kbc

（二）比例常數(shù)K的幾種表示方法：吸收定律的數(shù)學(xué)表達式中的比例常數(shù)叫“吸收系數(shù)”，它的大小可表示出吸光物質(zhì)對某波長光的吸收本領(lǐng)（即吸收程度）。它與吸光物質(zhì)的性質(zhì)、入射光的波長及溫度等因素有關(guān)。另外，K的值隨著b和c的單位不同而不同。下面就介紹K的幾種不同的表示方法。1．吸光系數(shù)：當溶液濃度c的單位為g/L,溶液液層厚度b的單位為cm時，K叫“吸光系數(shù)”，用a表示，其單位為L/g·cm，此時：A=abc由式可知：a=A/bc，它表示的是當c=1g/L、b=1cm時溶液的吸光度。2．摩爾吸光系數(shù)：當溶液濃度c的單位為mol/L，液層厚度b的單位為cm時，K叫“摩爾吸光系數(shù)”，用ελ表示，其單位為L/mol·cm，此時：A=ελbc由此式可知：ελ=A/bc，它表示的是當c=1mol/L，b=1cm時，物質(zhì)對波長為λ的光的吸光度。對于K的這兩種表示方法，它們之間的關(guān)系為：ελ=aMM為吸光物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。ελ和a的大小都可以反映出吸光物質(zhì)對波長為λ的單色光的吸收能力。但更常用和更好的是用ελ來表示吸光物質(zhì)對波長為λ的光的吸收能力。摩爾吸光系數(shù)越大，表示物質(zhì)對波長為λ的光的吸收能力越強，同時在分光光度法中測定的靈敏度也越大。

（三）吸收定律的適用條件：1．必須是使用單色光為入射光；2．溶液為稀溶液；3．吸收定律能夠用于彼此不相互作用的多組分溶液。它們的吸光度具有加合性，且對每一組分分別適用，即：A總=A1+A2+A3…+An=ε1bc1+ε2bc2+ε3bc3…+εnbcn4．吸收定律對紫外光、可見光、紅外光都適用例題：已知某化合物的相對分子量為251，將此化合物用已醇作溶劑配成濃度為0.150mmol·L-1溶液，在480nm處用2.00cm吸收池測得透光率為39.8%，求該化合物在上述條件下的摩爾吸光系數(shù)和吸光系數(shù)。解：已知溶劑濃度c=0.150mmol.L-1，b=2.00cm,T=0.398,由Lambert-Beer定律得：ε（480nm）=A/cb=-lg0.398/0.150×10-3×2.00=1.33×103(L·mol-1·cm-1)由ε=aM,得:a=ε/M=ε/251=5.30(L·g-1·cm-1)例題：用1，10一二氮菲分光光度法測定鐵，已知Fe2+濃度為500ug/L，液層厚度為2cm，在波長508nm處測得吸光度A＝0.19，計算摩爾吸光系數(shù)。[解]Fe摩爾質(zhì)量為55．85g/mol[Fe2+]＝500×10-6/55.85

＝

8.9×10-6(mol／L)ε＝A/（cL）＝0.19／(8.9×10-6×2)

＝

1.1×10-4（L/mol.cm）（二）偏離吸收定律的原因：1．入射光為非單色光：嚴格地說吸收定律只適用于入射光為單色光的情況。但在紫外可見光分光光度法中，入射光是由連續(xù)光源經(jīng)分光器分光后得到的，這樣得到的入射光并不是真正的單色光，而是一個有限波長寬度的復(fù)合光，這就可能造成對吸收定律的偏離。證明如下：（設(shè)混合光是雙波長）。設(shè)由強度為I0、1和I0、2的1和2兩種波長組成的入射光，通過溶液后的強度分別為I1和I2。將Beer定律應(yīng)用于該兩個波長：在1處：同理，在2處：綜合前兩式，得當1=2時，或者說當1=2時，有A=1bc,符合L-B定律；當12時，或者說當12時，則吸光度與濃度是非線性的。二者差別越大，則偏離L-B越大；對非單色光引起的偏離，其原因是由于同一物質(zhì)對不同波長的光的摩爾吸光系數(shù)不同造成的。所以只要在入射光的波長范圍內(nèi)，摩爾吸光系數(shù)差別不是太大，由此引起的偏離是較小的。2．非平行光和光的散射：當入射光是非平行光時，所有光通過介質(zhì)的光的光程不同，引起小的偏離。另外，當溶液中含有懸浮物或膠粒等散射質(zhì)點時，入射光通過溶液時就會有一部分光因散射而損失掉，使透過光強度減小，測得的吸光度增大，從而引起偏離吸收定律。3．化學(xué)因素引起的偏離：1）離解作用：2）酸效應(yīng)：3）溶劑作用：1）離解作用：在可見光區(qū)域的分析中常常是將待測組分同某種試劑反應(yīng)生成有色配合物來進行測定的。有色配合物在水中不可避免的要發(fā)生離解，從而使得有色配合物的濃度要小于待測組分的濃度，導(dǎo)致對吸收定律的偏離。特別是在稀溶液中時，更是如此。2）酸效應(yīng)：如果待測組分包括在一種酸堿平衡體系中，溶液的酸度將會使得待測組分的存在形式發(fā)生變化，而導(dǎo)致對吸收定律的偏離。3）溶劑作用：溶劑對吸收光譜的影響是比較大的，溶劑不同時，物質(zhì)的吸收光譜不同。第四節(jié)紫外-可見分光光度計一．分光光度計的主要部件和工作原理：（一）光源：用于提供足夠強度和穩(wěn)定的連續(xù)光譜。分光光度計中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源兩類。熱輻射光源用于可見光區(qū)，如鎢絲燈和鹵鎢燈；氣體放電光源用于紫外光區(qū)，如氫燈和氘燈。鎢燈和碘鎢燈可使用的范圍在340~2500nm。氫燈和氘燈。它們可在160~375nm范圍內(nèi)產(chǎn)生連續(xù)光源。另外，為了使光源發(fā)出的光在測量時穩(wěn)定，光源的供電一般都要用穩(wěn)壓電源，即加有一個穩(wěn)壓器。（二）分光系統(tǒng)：分光系統(tǒng)也叫單色器。單色器是能從光源輻射的復(fù)合光中分出單色光的光學(xué)裝置，其主要功能：產(chǎn)生光譜純度高的光波且波長在紫外可見區(qū)域內(nèi)任意可調(diào)。單色器一般由入射狹縫、準光器（透鏡或凹面反射鏡使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等幾部分組成。其核心部分是色散元件，起分光的作用。能起分光作用的色散元件主要是棱鏡和光柵。棱鏡有玻璃和石英兩種材料。它們的色散原理是依據(jù)不同的波長光通過棱鏡時有不同的折射率而將不同波長的光分開。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱鏡只能用于350~3200nm的波長范圍，即只能用于可見光域內(nèi)。石英棱鏡可使用的波長范圍較寬，可從185~4000nm，即可用于紫外、可見和近紅外三個光域。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。（三）吸收池（比色皿）：在紫外可見分光光度法中，一般都是用液體溶液進行測定的，用于盛放試液的器皿就是吸收池或比色皿。有玻璃和石英兩種。（四）光檢測系統(tǒng)：用于檢測光信號。利用光電效應(yīng)將光強度信號轉(zhuǎn)換成電信號的裝置，也叫光電器件。分光光法中，得到的是一定強度的光信號，這個信號需要用一定的部件檢測出來。檢測時，需要將光信號轉(zhuǎn)換成電信號才能測量得到。光檢測系統(tǒng)的作用就是進行這個轉(zhuǎn)換。常用的光檢測系統(tǒng)主要有光電池、光電管和光電倍增管。1、光電池：用半導(dǎo)體材料制成的光電轉(zhuǎn)換器。用得最多的是硒光電池。其結(jié)構(gòu)和作用原理為：硒光電池光電管：它是在抽成真空或充有惰性氣體的玻璃或石英泡內(nèi)裝上2個電極構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖：1是光電管的陽極，它由一個鎳環(huán)或鎳片組成；2是光電管的陰極，它由一個金屬片上涂一層光敏物質(zhì)構(gòu)成，如涂上一層氧化銫。涂上的光敏物質(zhì)具有這樣一個特性：當光照射到光敏物質(zhì)上時，它能夠放出電子；3為電池，其作用是在陰、陽極之間加上一電壓；4為放大器，放大由光電管產(chǎn)生的電信號；光電管將光強度信號轉(zhuǎn)換成電信號的過程是這樣的：當一定強度的光照射到陰極上時，光敏物質(zhì)要放出電子，放出電子的多少與照射到它的光的大小成正比，而放出的電子在電場的作用下要流向陽極，從而造成在整個回路中有電流通過。而此電流的大小與照射到光敏物質(zhì)上的光的強度的大小成正比。這就是光電管產(chǎn)生光電效應(yīng)的原理。光電倍增管：它是一個非常靈敏的光電器件，可以把微弱的光轉(zhuǎn)換成電流。其靈敏度比前2種都要高得多。它是利用二次電子發(fā)射以放大光電流，放大倍數(shù)可達到108倍。光電倍增管1個光電子可產(chǎn)生106～107個電子（五）信號指示系統(tǒng)它的作用是放大信號并以適當方式指示或記錄下來。常用的信號指示裝置有直讀檢流計、電位調(diào)節(jié)指零裝置以及數(shù)字顯示或自動記錄裝置等。很多型號的分光光度計裝配有微處理機，一方面可對分光光度計進行操作控制，另一方面可進行數(shù)據(jù)處理。二、分光光度計的類型：（一）單光束分光光度計：這類分光光度計的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。主要適用于定量分析，而不適用于作定性分析。另外，結(jié)果受電源的波動影響較大。（二）單波長雙光束分光光度計雙光束分光光度計是自動比較了透過參比溶液和樣品溶液的光的強度，它不受光源（電源）變化的影響。雙光束分光光度計還能進行波長掃描，并自動記錄下各波長下的吸光度，很快就可得到試液的吸收光譜。所以能用于定性分析。（三）雙光束雙波長分光光度計：三、分光光度計的校正通常在實驗室工作中，驗收新儀器或?qū)嶒炇沂褂眠^一段時間后都要進行波長校正和吸光度校正。建議采用下述的較為簡便和實用的方法來進行校正：鐠銣玻璃或鈥玻璃都有若干特征的吸收峰，可用來校正分光光度計的波長標尺，前者用于可見光區(qū)，后者則對紫外和可見光區(qū)都適用。也可用K2CrO4標準溶液來校正吸光度標度。第五節(jié)顯色反應(yīng)及其影響因素一．顯色反應(yīng)和顯色劑：（一）顯色反應(yīng)：在光度分析中將試樣中的待測組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)叫顯色反應(yīng)。顯色反應(yīng)一般分為兩大類：一類是配位反應(yīng)；另一類是氧化還原反應(yīng)。Fe3＋＋SCN－=FeSCN－；Mn2＋－5e＋4H2O=MnO4－＋8H＋在這兩類反應(yīng)中，用得較多的是配位反應(yīng)。（二）顯色劑：與待測組分生成有色化合物的試劑叫顯色劑；

1．無機顯色劑：2．有機顯色劑：1）優(yōu)點：a．具有鮮明的顏色，ε都很大（一般可達到104以上），所以測定的靈敏度很高；b．生成的一般為螯合物，穩(wěn)定性很好，一般離解常數(shù)都很??；c．選擇性好d．有些有色配合物易溶于有機溶劑，可進行萃取光度分析，提高了測定的靈敏度和選擇性。3．常見的有機顯色劑：1．磺基水楊酸：其結(jié)構(gòu)式如下：它可用于測定三價鐵離子。2．鄰二氮菲（鄰菲羅啉，1，10—二氮菲）：結(jié)構(gòu)式為：直接在PH=3～9時與Fe2+生成紅色螯合物。用于鐵的測定。3．雙硫腙：也叫二苯—硫腙結(jié)構(gòu)式為：測定很多重金屬離子，如：鉛、鋅、銅、銀、汞、鎘等。4．偶氮胂Ⅲ（鈾試劑Ⅲ）：可用于測定鈾、釷、鋯等。其結(jié)構(gòu)式為：

二．選擇顯色反應(yīng)的標準：1．選擇性要好：2．靈敏度要高：3．有色化合物的組成要恒定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。4．顯色劑的顏色與有色化合物的顏色差別要大5．反應(yīng)的條件要易于控制。三．影響顯色反應(yīng)的因素：（一）顯色劑用量：顯色反應(yīng)就是將待測組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)，其反應(yīng)一般可用下式代表：M＋R=MR反應(yīng)具有一定的可逆性，當加入R的用量時，有利于反應(yīng)向右進行。但要注意，加入的顯色劑用量也不能太多，否則產(chǎn)生副反應(yīng)，對測定產(chǎn)生不利。例如：用SCN-與Fe3+反應(yīng)生成紅色配合物測定鐵時，當加入的顯色劑太多時，就會對測定產(chǎn)生不利。對于不同的情況，顯色劑的用量對顯色反應(yīng)的影響是不同的。在實際選用時，一般是通過實驗來確定的。實驗的方法為：固定待測組分的濃度和其它條件，分別加入不同量的顯色劑，分別測定它們的吸光度，以吸光度為縱坐標，顯色劑用量為橫坐標作圖，可得到吸光度—顯色劑用量的曲線，其結(jié)果分為三種情況：（二）溶液酸度：酸度對顯色反應(yīng)的影響很大，因為溶液酸度直接影響著金屬離子、顯色劑的存在形式和有色化合物的組成、穩(wěn)定性等。1．酸度對金屬離子存在形式的影響：很多高價金屬離子都要水解，酸度較低時，不利于顯色反應(yīng)的進行。2．酸度對顯色劑濃度的影響：很多顯色劑都是有機弱酸，在溶液中有如下平衡：HRH+＋R－而顯色反應(yīng)為M＋RMR所以酸度太高對反應(yīng)不利。3．酸度對顯色劑顏色的影響：很多顯色劑本身就是酸堿指示劑，酸度不同時，它們的顏色不同。如果控制不好酸度，就會使指示劑顏色與有色化合物的顏色相近而影響測定。比如：用二甲酚橙為顯色劑，它與金屬離子形成的配合物為紅色，它本身在PH<6.3時為檸檬黃色，而在PH＞6.3時為紅紫色。所以在PH＞6.3時，就無法進行測定。4．酸度對配合物組成的影響：有些顯色反應(yīng)當酸度不同時，要生成配位比不同的配合物，其顏色也有所不同。如：Fe3+與水揚酸的配合物：PH＜4 Fe(C7H4O3)+紫色4＜PH＜9 Fe(C7H4O3)2－ 紅色PH＞9 Fe(C7H4O3)

33－黃色由上可見，酸度對顯色反應(yīng)的影響是很大的，適宜的酸度要由實驗來確定。

（三）顯色時間：顯色反應(yīng)的速度有快有慢，快的幾乎是瞬間完成，顏色很快達到穩(wěn)定狀態(tài)，并且能保持較長時間。大多數(shù)顯色反應(yīng)的速度是比較慢的，需要一定時間才能達到穩(wěn)定。而且有些有色化合物放置過久也會褪色。適宜的顯色時間要由實驗來確定。（四）溫度：一般顯色反應(yīng)在室溫下進行，但是也有一些反應(yīng)要加熱到一定溫度下才能進行。而且還有一些有色配合物在室溫下要分解。（五）溶劑的影響：1．影響有色化合物的溶解度；2．影響有色化合物的顏色；3．影響顯色反應(yīng)進行的速度；（六）干擾離子的影響和消除方法：1．與試劑生成有色配合物及大量干擾離子與試劑生成穩(wěn)定的配合物；2．干擾離子本身有色；3．與被測離子形成難離解化合物。消除干擾的方法主要有以下幾種：1．控制酸度：2．加入掩蔽劑；3．分離干擾離子；4．進行同時測定；5．利用氧化還原反應(yīng)改變價態(tài)；

6、用參比溶液消除顯色劑和某些共存有色離子的干擾；7、選擇適當?shù)牟ㄩL；8、分離：以上方法均不奏效時，采用預(yù)先分離的方法。第六節(jié)光度測量誤差及測量條件的選擇光度分析的誤差來源于兩方面：一方面是各種化學(xué)因素引入的誤差；另一方面是儀器測量不準引入的誤差。對于化學(xué)因素，前面巳經(jīng)講過，現(xiàn)在我們來看儀器測量不準引入的誤差。一．儀器測量誤差：任何光度計都有一定的測量誤差，測量誤差的來源主要是光源的發(fā)光強度不穩(wěn)定，光電效應(yīng)的非線性，電位計的非線性，雜散光的影響，單色器的光不純等等因素，對于一臺固定的光度計來說，以上因素都是固定的，也就是說，它的誤差具有一定的穩(wěn)定性。其大小可由光度計的透光率的讀數(shù)準確度表現(xiàn)出來。具體說來，對于一個給定的光度計來說，其透光率的讀數(shù)誤差等于常數(shù)△T，約為0.01～0.02。但透光率的讀數(shù)誤差不能代表測定結(jié)果的誤差。測量結(jié)果的誤差常用濃度的相對誤差△C/C表示（△C表示測量結(jié)果的濃度的絕對誤差）。它的大小是與△T的大小有關(guān)的。而同樣大小的△T在透光率不同時（溶液濃度不同），所引起的濃度相對誤差是不同的。T%在80～10%即A=1～0.1時的濃度測量的相對誤差較小。對于精度較好的儀器，當T%在60～20%（A=0.2～0.7）時，測量誤差約為1%。當T=0.368或A=0.434時，濃度的測量誤差最小。A=-lgT=-lg(It/IO)=KLc對兩邊微分：-0.4343（dT/T）=KLdcdc/c=0.4343dT/(T.lgT)=ErdT對于確定的儀器是定值△T，因此只能選擇合適的T

分析中希望Er值最?。篸Er/dT=d[0.4343△T/(T.lgT)]/dT=-0.4343△T/(T.lgT)2.(0.4343+lgT)=0

A=-lgT=0.4343T=0.3679=36.79%A=0.20---0.82,T=15%---63%通常法測定只有在這一點時（A=0.4343,T=36.79%）誤差最少;即使在這一點，也有較大的誤差，這是因為使用的標尺刻度太粗。所以一般通常法測定的誤差較大，是否適用根據(jù)自己分析的要求決定。二．測量條件的選擇：1．測量波長的選擇：一般選用待測物質(zhì)的最大吸收波長作為測量波長（入射光）但當在最大吸收波長處有干擾時，則應(yīng)根據(jù)“吸收最大干擾最小”的原則來選擇波長。2．控制適當?shù)奈舛确秶河蓽y量誤差可知，當吸光度在0.2～0.8之間時，測量誤差最小，所以應(yīng)盡量控制吸光度在此范圍進行測定?？刂频姆椒椋?）控制溶液的濃度；2）選用適當厚度的比色皿；3．選擇適當?shù)膮⒈热芤海篴.如果僅有顯色劑與被測組分反應(yīng)的產(chǎn)物有吸收，則可以用純?nèi)軇┳鲄⒈热芤海籦.如果顯色劑和其他試劑有顏色，則用試劑溶液作參比液；c.如果顯色劑與試劑中干擾組分反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物有吸收，則按如下方式配置參比液：(1)吸收較弱時，直接用試劑溶液作參比液；(2)吸收較強時，可選用合適的掩蔽劑將被測組分掩蔽后再加顯色劑和其他試劑，以此配制的溶液作參比液。第六節(jié)紫外—可見分光光度法的應(yīng)用一．紫外-可見分光光度法在定性分析中的應(yīng)用（一）定性分析：（二）結(jié)構(gòu)分析：（三）分析方法：1．比較光譜法，2．制作試樣的吸收曲線并與標準紫外光譜對照；3．利用Woodward-Fieser經(jīng)驗規(guī)則求最大吸收波長。伍德沃德（Woodward）規(guī)則1）共軛二烯最大吸收位置的計算值母體：非環(huán)或異環(huán)二烯烴基準值214nm同環(huán)二烯烴253nm延伸雙鍵30環(huán)外雙鍵5共軛體系上取代烷基5OR6SR30ClBr5位移增量（nm）2），不飽和酮最大吸收位置的計算值六元環(huán)或非環(huán)，不飽和酮基準值215nm）位移增量（nm）同環(huán)共軛雙鍵39環(huán)外雙鍵（C=C）5延伸雙鍵30共軛體系上取代基α：10；β：12；γ位或更高位：18OCORαβγδ：6OHα：35；β：30；γ：50Clα：15：β：12Brα：25；β：30NR2β：95

基值

217四個烷基取代4520二個環(huán)外雙鍵2510計算值(max)247nm實測值(max)247nm

基值

217五個烷基取代5525二個環(huán)外雙鍵2510共軛雙鍵延長13030計算值(max)282nm二、定量分析（一）．微量單組分的測定：1．標準曲線法：配制一系列不同含量的待測組分的標準溶液，以不含待測組分的空白溶液為參比，測定標準溶液的吸光度。并繪制吸光度—濃度曲線，得到標準曲線（工作曲線），然后再在相同條件下測定試樣溶液的吸光度。由測得的吸光度在曲線上查得試樣溶液中待測組分的濃度，最后計算得到試樣中待測組分的含量。2．增量法：把未知試樣溶液分成體積相同的若干份，除其中的一份不加入待測組分的標準物質(zhì)外，在其它幾份中都分別加入不同量的標準物質(zhì)。然后測定各份試液試液的吸光度并繪制吸光度對加入的標準物質(zhì)的濃度（增量）作圖，得一標準曲線：由于每份溶液中都含有待測組分，因此，標準曲線不經(jīng)過原點。將標準曲線外推延長至與橫坐標交于一點，則此點到原點的長度所對應(yīng)的濃度值就是待測組分的濃度。（二）．多組分的同時測定：在含有多種組分的溶液中，如果要測定多個組分，可以根據(jù)情況的不同，采用不同的方法來進行測定。如果溶液中各組分之間的吸收曲線互相不干擾，可以選擇適當?shù)牟煌牟ㄩL分別測定。圖a)：X,Y組份最大吸收波長不重迭，相互不干擾，可以按兩個單一組份處理。如果多個組分之間的吸收曲線有干擾則可利用吸光度的加和性，以解聯(lián)立方程式的方法，求得各個組分的含量或濃度。圖b)和c)：X,Y相互干擾，此時可通過解聯(lián)立方程組求得X和Y的濃度：（三）．高含量組分的測定—示差法：方法：配制一系列待測組分的濃度相差較小，且待測組分濃度與試液濃度相近的標準溶液，以其中濃度最小的標準溶液(Cs)作參比溶液，測定其它標準溶液的吸光度，以吸光度對測定溶液和參比溶液的濃度差作圖，得一過原點的標準曲線。再在相同的條