第13章-紫外-可见分光光度法.ppt

1、1,红外吸收光谱法：吸收光波长范围780300000 nm ,主要用于有机化合物结构鉴定。 紫外吸光光度法：吸收光波长范围10380nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。 可见吸光光度法：吸收光波长范围380780nm ，主要用于有色物质的定量分析。 本章主要讨论可见吸光光度法。,在光谱分析中，基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法，依据物质对不同波长范围光的吸收，主要有:,2,吸光光度法的特点： 1、灵敏度高，下限为10-5 10-6 mol/L 。 适用于微量分析。 2、准确度较高，相对误差为2% 5%。 3、快速简便。 4、应用广泛。,3,上式表明光的波长越短，

2、或者说频率越大，光的能量越高。,光是一种电磁波，具有波粒二象性，即波动性、粒子性。,（Planck常数：h=6.626 10 -34 J S ),第一节 物质的吸收光谱 一.物质对光的选择性吸收,4,两种颜色的光若按适当比例混合，可以形成白光，这两种光称为互补色光。,光的互补,日常生活中肉眼所见到的白光，如日光等是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等光按适当的强度比例混合而成的，是在380780nm范围的一种复合光。,具有同一波长的光称为单色光。,不同波长组成的光称为复合光。,(由具有相同能量的光子组成),5,实验证明：溶液的颜色是由于溶液中的有色物质吸收了某一波长的光所造成的。,如KMnO4吸收绿

3、色光，因此KMnO4溶液呈现紫色。,白光,青蓝,青,绿,黄,橙,红,紫,蓝,互补色光,6,将不同波长的光依次透过某浓度一定的溶液，测量不同波长下溶液对光的吸光度，用A作图,KMnO4溶液的吸收曲线,二、物质的吸收光谱,7,（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max ； （2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似max不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。可作为物质定性分析的依据之一；,吸收曲线的讨论：,8,（3）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在max处吸光度A 的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据

4、；,（4）在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。,9,第二节 分光光度法基本原理 一、透光率T和吸光度A,一束平行单色光照射溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。,Io = I + Ia + Ir,若入射光强度为Io，吸收光的强度为Ia，透过光强度为I，反射光的强度为Ir，它们的关系是:,Io = I +Ia,在吸光光度法中，测定时都是采用同样材质的比色皿，反射光的强度基本上是不变的，约占4，其影响可以相互抵消，上式可简化为：,10,透过光强度I与入射光强度Io之比称为透光度或透光率。用 T 表示：,从上

5、式可以看出： 溶液的透光度越大，说明对光的吸收越小，浓度低；相反，透光度越小，溶液对光的吸收越大，浓度高。,11,吸光度A：,若光全部透过溶液，Io= I ， A = 0 。 若全部被吸收， I = 0 ， A = 。,吸光度A是用来衡量溶液中吸光物质对单色光 的吸收程度，A值越大，其吸收程度越大；反之亦然。,12,二.朗伯比耳定律 朗伯(Lambert) 1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。Ab,1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。A c,13,数学表达式： A = K b c,朗伯比尔定律： 一束平行单色光通过溶液时，溶液的吸光度A与

6、溶液的浓度c 和液层厚度b成正比。,二者的结合称为朗伯比耳定律,K为常数，表示物质对光的吸收能力，与吸光物质的本性，入射光的波长及温度等因素有关，与浓度c无关，数值随c选择的单位变化。,14,2、质量吸光系数和摩尔吸光系数,（1）质量吸光系数a,（2）摩尔吸光系数,A = a b c,当c用g/L表示，b用cm表示时，K用a表示，称为吸光系数，单位为 Lg -1cm-1 ，则：,当c用molL-1表示，b用cm表示时，K用表示，称为摩尔吸光系数，单位为Lmol -1cm-1。,A =b c,15,3.摩尔吸光系数的讨论:,（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数； （2）不随浓度c和液层

7、厚度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关； （3）同一吸光物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以max表示。max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。,16,(5)在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。 (6) 与a的关系： = aM,(4)max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。,17,【例】：有一浓度为1.0 g/ml Fe2+的溶液，以邻二氮菲显色后，在比色皿厚度为 2cm、波长510nm处测

8、得吸光度为0.380，计算(1)透光率T；(2)质量吸光系数a；(3)摩尔吸光系数 。,解（1）T10-A10-0.3800.417,（2）,（3）,18,因为,在吸光光度法中，b是一定的， A与c成正比，但T不与 c成正比。,注意：,19,4、吸光度的加合性,A总 = Ai 1bc1 + 2bc2 + nbcn,在多组分体系中如果各吸光物质之间无相互作用，这时体系总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。,20,第三节 可见分光光度法 一.分光光度计,21,紫外-可见分光光度计组件,光源,单色器,样品池,检测器,信号输出,氢灯，氘灯，185350nm；卤钨灯，2502000nm.,基本要求：光

9、源强，能量分布均匀，稳定,作用：将复合光色散成单色光,棱镜,光栅,玻璃，3502500nm, 石英，1854500nm,平面透射光栅， 反射光栅,玻璃，光学玻璃，石英,作用：将光信号转换为电信号，并放大,光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管（多道分析器）,表头、记录仪、屏幕、数字显示,22,单波长单光束分光光度计,23,单波长双光束分光光度计,24,25,26,1.单一组分的测定,测量方法： (1)、标准工作曲线法 先配制一系列标准溶液，在最大吸收波长处，测出它们的吸光度，作图，同条件测未知液的吸光度，从图中查出未知液的浓度。,Ax,cx,二.分光光度测量方法,27,(2) 标准比较法

10、同条件下分别测定未知液与标准溶液的吸光度Ax和A标，根据朗伯-比尔定律，应有下式：,因为：,所以：,28,介质不均匀，如呈胶体、乳浊、悬浮状态，入射光会发生反射、散射而造成损失，测得的吸光度偏大导致正偏差。,偏离朗伯比尔定律的原因 溶液浓度高于0.01molL-1时，吸光微粒在光的通道上彼此遮挡，降低了吸光概率，而引起负偏差。,吸光微粒在溶液中发生解离、缔合、互变异构等化学反应，降低了实际吸光物质的微粒数，发生朗伯比耳定律的负偏差。,29,测定结果的精度常用浓度的相对误差c/c表示.由Beer定律推导可得 若读数的绝对误差为T=1%，用不同的T代入上式，可得相应浓度测量的相对误差c/c，作图.

11、,30,1、T在20%-65%(A=0.2-0.87)范围，相对误 差较小。,2、 T = 36.8% (A = 0.434) 相对误差最小。,由图可见：,31,在分光光度分析中，利用显色反应把待测组分X 转变为有色化合物，然后再进行测定。 使试样中的被测组分与化学试剂作用生成有色化合物的反应叫显色反应。 mX（待测物）nR（显色剂）XmRn（有色化合物） 显色反应主要有配位反应和氧化还原反应，其中绝大多数是配位反应。,32,对显色反应的要求 (1)灵敏度高，选择 较大(104105)的显色反应。避免共存组分干扰。 (2)选择性好，显色剂只与被测组分反应。 (3)有色物组成固定，如： Fe3+

12、 + 磺基水杨酸 三磺基水杨酸铁(黄色) （组成固定） Fe3+ + SCN - FeSCN2+、 Fe(SCN)2 + （组成不固定）,33,(4)有色物稳定性高，其它离子干扰才小。如三磺基水杨酸铁的Kf =1042 , F- 、H3PO4 对它无干扰。,(5)显色剂在测定波长处无明显吸收。,（一）波长的选择,选择合适的测定条件,(1)无干扰，选择被测物质的最大吸收波长（最大吸收原则） (2)存在其他吸光物质干扰时，则按“最大吸收、最小干扰”的原则选择入射光波长。,(二). 显色剂的用量 显色剂用量 ，适当过量。,(三) 溶液的酸度 既要防止被测离子生成沉淀，又需防止有色配合物离解。有效的方

13、法是加入缓冲溶液（考虑干扰）,在pH1.82.5 Fe(sal)+ 在pH48 Fe(sal)22- 在pH811 Fe(sal)3 在pH12 Fe(OH)3,橙色,沉淀,黄色,紫红色,(四) 显色时间和温度 通过实验作吸光度-温度曲线，吸光度-时间曲线，找出适宜的温度范围和显色时间。应在颜色稳定的时间范围内进行比色测定。 （五）吸光度范围 控制被测溶液的吸光度值在0.20.8的范围内，就可以使测定结果符合一般准确度的要求。当溶液的吸光度不在此范围内时，可以通过改变样品量、稀释溶液以及使用不同厚度的吸收池等方法调整吸光度。,共存离子的干扰及消除,(1) 控制酸度，使干扰离子不显色。,(2)

14、加入掩蔽剂 ，如用SCN-测定Co2+时，Fe3+有干扰，加 入 F- ， Fe3+ + 6F- = FeF63- ， Fe3+ 被掩蔽。,(3) 利用氧化还原反应，改变干扰离子价态。,(4) 选择适当的波长。,39,(5) 利用参比溶液消除显色剂和某些共存有色离子的干扰; (6) 若溶液中有消耗显色剂的干扰离子时，增加显色剂用量来消除干扰; (7) 分离：上述方法不奏效时，只能采用适当的预先分离的方法。,40,参比溶液的作用 测定被测溶液的吸光度时，先用参比溶液调节仪器的透光率为100%（吸光度A=0），以消除吸收池、溶液中的其它成分、溶剂和显色剂等对入射光的吸收和反射所带来的误差。 被测溶液的吸光度与参比溶液的吸光度之差能代表待测组分或显色后的有色物质的真实吸光度。,41,参比溶液的选择原则 当被测溶液组成较为简单，干扰组分很少或在测定波长下几乎没有吸收时，可用溶剂（如蒸馏水）作参比溶液； 如显色剂在测定波长处有一定的吸收，可采用空白试剂即溶液中不加入待测组分的溶液作参比； 如果显色剂在测定波长处无吸