儀器分析課件：可見(jiàn)與紫外分光光度法

1第十二章

可見(jiàn)與紫外分光光度法§12-1概述§12-2物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收§12-3光吸收的基本定律§12-4分光光度計(jì)簡(jiǎn)介§12-5分光光度法的建立§12-6分光光度法的應(yīng)用2§12-1概述在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來(lái)的分析方法。1）紅外吸收光譜：分子振動(dòng)光譜，吸收光波長(zhǎng)范圍2.51000m主要用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定一、吸光光度法32）紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長(zhǎng)范圍200400nm(近紫外區(qū))可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析3）可見(jiàn)吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長(zhǎng)范圍400750nm主要用于有色物質(zhì)的定量分析4二、吸光光度法的特點(diǎn)1）靈敏度高；2）準(zhǔn)確度高；3）操作簡(jiǎn)便快速；4）應(yīng)用廣泛0.001%～1%2%～5%5§12-2物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收一、物質(zhì)的顏色可見(jiàn)光區(qū)：400～750nm白光：由各種單色光組成的復(fù)合光單波長(zhǎng)的光，由相同能量的光子組成單色光：6物質(zhì)的顏色是由于物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有選擇性吸收而產(chǎn)生的。透光物質(zhì)：由透射光的顏色決定透射光與吸收光可以組成白光，故兩種光互為補(bǔ)色光，兩種顏色為互補(bǔ)色。光的互補(bǔ)：藍(lán)

黃8表12-1物質(zhì)的顏色與吸收光顏色的互補(bǔ)關(guān)系91011二、光吸收曲線用不同波長(zhǎng)的單色光照射某一物質(zhì)測(cè)定吸光度，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)，繪制得到的曲線。物質(zhì)對(duì)光有選擇性吸收的特性吸收曲線1213吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長(zhǎng)的重要依據(jù)。1.同一物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸光度不同吸光度最大處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為最大吸收波長(zhǎng)λmax14吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。2.不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似，λmax不變。3.吸收曲線形狀可以解釋物質(zhì)的顏色。物質(zhì)的顏色與吸收光顏色互為補(bǔ)色。15圖12-1吸收曲線16

§12-3光吸收的基本定律

一、朗伯-比耳定律吸光度A：描述溶液對(duì)光的吸收程度

透過(guò)率T

：描述入射光透過(guò)溶液的程度

A＝lg(I0/I)T＝I/I0I0

：入射光強(qiáng)度；I：透射光強(qiáng)度；17吸光度A與透光度T的關(guān)系:

吸光度A具有加合性：A總=A1+A2A1、A2分別為兩種吸光物質(zhì)的吸光度A

＝－lg

T18I0IA＝εbcA＝abc1.朗伯-比耳定律：當(dāng)平行單色光通過(guò)單一均勻的、非散射的吸光物質(zhì)溶液時(shí),溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測(cè)定的依據(jù)，應(yīng)用于紫外、可見(jiàn)、紅外、原子吸收測(cè)量。A:吸光度ε,a:吸光系數(shù)，c:濃度

b:光程長(zhǎng)度20ATATC

A、T、c三者的關(guān)系21ε：摩爾吸光系數(shù)，單位L·mol-1·cm-1；溶液的濃度c單位mol·L-1；a：吸光系數(shù)，單位L·g-1·cm-1；

溶液的濃度c單位g·L-1；物理意義：濃度為1mol·L-1

、液層厚為1cm時(shí)該溶液在某一波長(zhǎng)下的吸光度。物理意義：濃度為1g·L-1，液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長(zhǎng)下的吸光度。222.摩爾吸光系數(shù)ε1）吸光物質(zhì)在一定波長(zhǎng)和溶劑條件下的特征常數(shù)。在溫度和波長(zhǎng)等條件一定時(shí)，ε僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)?？勺鳛槎ㄐ澡b定的參數(shù)232）同一物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下ε值不同最大吸收波長(zhǎng)λmax處的摩爾吸光系數(shù)εmax表明物質(zhì)最大限度的吸光能力，反映了吸光光度法測(cè)定該物質(zhì)可能達(dá)到的最大靈敏度。εmax:24ε<2×104：不靈敏ε>105：超高靈敏ε＝(6～10)×104

：高靈敏ε＝(2～6)×104

：中等靈敏25二、偏離朗伯-比耳定律的原因1.物理性因素分光光度計(jì)只能獲得近乎單色光的狹窄光帶非單色光、雜散光、非平行入射光261）選擇性能較好的單色器2）入射光波長(zhǎng)選定在待測(cè)物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)且吸收曲線較平坦處｜Δε｜很小時(shí)，可近似認(rèn)為是單色光抑制方法：27朗伯-比耳定律假定：所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互作用。

2.化學(xué)性因素朗伯-比耳定律只適用于稀溶液當(dāng)溶液濃度c>10-12mol·L-1時(shí)，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。28當(dāng)溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學(xué)平衡時(shí)，吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度會(huì)發(fā)生變化，影響吸光度例如：293.工作曲線不過(guò)原點(diǎn)存在系統(tǒng)誤差：吸收池不完全一樣；參比溶液選擇不當(dāng)?shù)?0

§12-4分光光度計(jì)簡(jiǎn)介

光源單色器樣品室檢測(cè)器顯示主要部件：3132331．光源在整個(gè)可見(jiàn)光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長(zhǎng)的使用壽命。2．單色器將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可選出任一波長(zhǎng)單色光的光學(xué)系統(tǒng)。鎢燈:320～2500nm343536

3.樣品室

樣品室放置各種類型的吸收池和相應(yīng)的池架附件。在紫外區(qū)須采用石英池;可見(jiàn)區(qū)一般用玻璃池。37利用光電效應(yīng)將透過(guò)吸收池的光信號(hào)變成可測(cè)的電信號(hào)，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。4.檢測(cè)器

5.信號(hào)顯示記錄系統(tǒng)檢流計(jì)、數(shù)字顯示、微機(jī)進(jìn)行儀器自動(dòng)控制和結(jié)果處理。38§12-5分光光度法的建立一、顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇1.選擇顯色劑1）選擇顯色劑的原則：選擇性高、靈敏度高；生成物化學(xué)組成確定、性質(zhì)穩(wěn)定；顯色劑在測(cè)定波長(zhǎng)處無(wú)明顯吸收。39無(wú)機(jī)顯色劑：磺基水楊酸，丁二酮肟，鄰二氮菲，二苯硫腙，偶氮胂Ⅲ，結(jié)晶紫，鉻天青S、二甲酚橙；2）顯色劑種類硫氰酸鹽、鉬酸銨、過(guò)氧化氫等有機(jī)顯色劑：40吸光度與顯色劑用量關(guān)系曲線cRcRcRAAA3）顯色劑用量：412.溶液的pH值3.顯色時(shí)間與溫度pHA42掩蔽劑本身及掩蔽劑與干擾組分的反應(yīng)產(chǎn)物不干擾待測(cè)組分的測(cè)定。二、干擾的消除1.加入掩蔽劑選擇掩蔽劑原則：掩蔽劑不與待測(cè)組分反應(yīng)；43例：測(cè)定Ti4＋，加入H3PO4掩蔽劑使Fe3+(黃色)成為[Fe(PO4)2]3-(無(wú)色)，消除Fe3+的干擾；2.選擇適當(dāng)?shù)娘@色反應(yīng)條件

通過(guò)控制適宜的顯色條件，消除干擾組分的影響二苯硫腙法測(cè)Hg2＋，控制酸度，Cu2+，Co2+，Ni2+，Sn2+，Pb2+，Zn2+，Bi3+443.選擇適宜的波長(zhǎng)避開(kāi)干擾物的最大吸收，配制適當(dāng)?shù)膮⒈纫海蓴_組分的影響4.提高顯色反應(yīng)的選擇性利用被測(cè)物可形成三元絡(luò)合物來(lái)提高顯色反應(yīng)的選擇性5.分離干擾離子45三、吸光度測(cè)定條件的選擇1.選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL(zhǎng)一般選擇λmax為入射光波長(zhǎng)如果λmax處有共存組分干擾時(shí)，則應(yīng)考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長(zhǎng)46

2.選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤何粘乇砻鎸?duì)入射光有反射和吸收作用；溶液的不均勻性所引起的散射；過(guò)量顯色劑、其它試劑、溶劑等都會(huì)引起吸收；47圖12-10吸光度測(cè)定條件的選擇曲線A為鈷絡(luò)合物的吸收曲線曲線B為顯色劑的吸收曲線48

參比溶液的選擇原則：1）若試液與顯色劑均無(wú)色，用蒸餾水作參比溶液；2）若顯色劑有色，試液本身無(wú)色，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；493）若試液有色，顯色劑無(wú)色，可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液；4）若顯色劑、試液中其它組分有色，可在試液中加入適當(dāng)掩蔽劑，將待測(cè)組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。

503.控制適宜的吸光度讀數(shù)范圍A控制在0.1～1.0范圍內(nèi)1）控制溶液濃度2）選擇合適的比色皿51控制適宜的吸光度（讀數(shù)范圍）不同的透光度讀數(shù)，產(chǎn)生的誤差大小不同：－lgT=εbc（1）微分：-0.434T-1dT=εbdc（2）兩式相除得：

dc/c=（0.434/TlgT

）dT

以有限值表示可得：

Δc/c=（0.434/TlgT）ΔT

相對(duì)誤差（Δc/c）不僅與ΔT有關(guān)，而且與其透光度讀數(shù)T的值也有關(guān)。52一般儀器ΔT：0.2～2%設(shè)：ΔT=1%繪出Δc/c與T的關(guān)系曲線

T在20%～65%之間時(shí)，濃度相對(duì)誤差較小。

(吸光度A=0.70～0.20).

可求出濃度相對(duì)誤差最小時(shí)的透光度Tmin為：Tmin＝36.8%,Amin＝0.43453四、光度分析方法目視比色法標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)加入法54中華人民共和國(guó)藥典2005版第二部附錄-重金屬檢查法

標(biāo)準(zhǔn)液配制標(biāo)準(zhǔn)鉛溶液的制備稱取硝酸鉛0.160g，置1000ml量瓶中，加硝酸5ml與水50ml溶解后，用水稀釋至刻度，搖勻，作為貯備液。臨用前，精密量取貯備液10ml，置100ml量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，即得10μg/1ml的Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液。55取25ml納氏比色管兩支甲管中加標(biāo)準(zhǔn)鉛溶液2.5ml與醋酸鹽緩沖液（pH3.5）2ml后，加水稀釋成25ml(1μg/1ml)。乙管中加入供試液25ml甲乙兩管中分別加硫代乙酰胺試液各2ml，搖勻，放置2分鐘，同置白紙上，自上向下透視，乙管中顯出的顏色與甲管比較，不得更深。

56標(biāo)準(zhǔn)曲線法0.20.80.40.6A

012

345c/mg·L-1分光光度法57標(biāo)準(zhǔn)加入法

在一定濃度的試樣溶液測(cè)定吸光度A0后，加入合適濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，再測(cè)吸光度A1，或再加幾次標(biāo)準(zhǔn)溶液，得A2,A3…吸光度，計(jì)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)）設(shè)試樣體積為V0;加入的標(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。或用A對(duì)C標(biāo)作圖，外推求出C樣。58一、示差分光光度法§12-6分光光度法的應(yīng)用示差分光光度法：待測(cè)組分含量較高示差法采用濃度稍低于待測(cè)溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液。普通分光光度法：適于測(cè)定微量組分59待測(cè)溶液濃度為cx，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為cs(cs<cx)，則：

ΔＡ＝Ａx－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔccx=cs+ΔcAx=εbcx

As=εbcs60普通法：示差法標(biāo)尺擴(kuò)展原理：cs做參比，調(diào)T＝100%，則cx的