第7章吸光光度法

1、第7章吸光光度法1 第第7 7章章: :吸光光度法吸光光度法 基于物質(zhì)光化學(xué)性質(zhì)而建立起來的分析方法稱之為光化學(xué)基于物質(zhì)光化學(xué)性質(zhì)而建立起來的分析方法稱之為光化學(xué) 分析法。分析法。 分為分為: :光譜分析法和非光譜分析法。光譜分析法和非光譜分析法。 光譜分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通過光譜分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通過 測量物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)射光、吸收光或散射光的波長和強(qiáng)度來測量物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)射光、吸收光或散射光的波長和強(qiáng)度來 進(jìn)行分析的方法。進(jìn)行分析的方法。 吸收光譜分析吸收光譜分析 發(fā)射光譜分析發(fā)射光譜分析 分子光譜分析分子光譜分析 原子光譜分析原子光譜分析 第7章吸光光度法

2、2 在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收而在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收而 建立起來的分析方法稱為吸光光度法建立起來的分析方法稱為吸光光度法, ,主要有主要有: : 紅外吸收光譜：分子振動光譜，吸收光波長范紅外吸收光譜：分子振動光譜，吸收光波長范 圍圍2.5 1000 m ,主要用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定。主要用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定。 紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范 圍圍200 400 nm（近紫外區(qū)）（近紫外區(qū)） ，可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定，可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定 量分析。量分析。 可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范可見吸收光譜：電子躍遷光

3、譜，吸收光波長范 圍圍400 750 nm ，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。 本章主要講授可見吸光光度法。本章主要講授可見吸光光度法。 第7章吸光光度法3 7.1.1 吸光光度法的特點(diǎn)吸光光度法的特點(diǎn) 1 1光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì) 光是一種電磁波，具有波粒二象性。光的波動性可用波光是一種電磁波，具有波粒二象性。光的波動性可用波 長長 、頻率、頻率 、光速、光速c、波數(shù)（、波數(shù)（cm-1）等參數(shù)來描述：）等參數(shù)來描述： = c ； 波數(shù)波數(shù) = 1/ = /c 光是由光子流組成，光子的能量：光是由光子流組成，光子的能量： E = h = h c / （Planck常

4、數(shù)常數(shù)：h=6.626 10 -34 J S ) 光的波長越短（頻率越高），其能量越大。光的波長越短（頻率越高），其能量越大。 白光白光(太陽光太陽光)：由各種單色光組成的復(fù)合光：由各種單色光組成的復(fù)合光 單色光：單波長的光單色光：單波長的光(由具有相同能量的光子組成由具有相同能量的光子組成) 可見光區(qū)：可見光區(qū)：400-750 nm 紫外光區(qū)：近紫外區(qū)紫外光區(qū)：近紫外區(qū)200 - 400 nm 遠(yuǎn)紫外區(qū)遠(yuǎn)紫外區(qū)10 - 200 nm （真空紫外區(qū)）（真空紫外區(qū)） 第7章吸光光度法4 2.2.吸收光譜產(chǎn)生的原理吸收光譜產(chǎn)生的原理 物質(zhì)分子內(nèi)部三種運(yùn)動形式：物質(zhì)分子內(nèi)部三種運(yùn)動形式： （1 1）

5、電子相對于原子核的運(yùn)動）電子相對于原子核的運(yùn)動 （2 2）原子核在其平衡位置附近的相對振動）原子核在其平衡位置附近的相對振動 （3 3）分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動）分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動 分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級 三種能級都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量三種能級都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量 分子的內(nèi)能：電子能量分子的內(nèi)能：電子能量E Ee e 、振動能量、振動能量E Ev v 、轉(zhuǎn)動能量、轉(zhuǎn)動能量E Er r 即即 E EE Ee e+ +E Ev v+ +E Er r e ev vr r 第7章吸光光度法5 能級

6、躍遷能級躍遷 紫外紫外- -可見光譜屬于電子躍可見光譜屬于電子躍 遷光譜。遷光譜。 電子能級間躍遷的同時總伴電子能級間躍遷的同時總伴 隨有振動和轉(zhuǎn)動能級間的隨有振動和轉(zhuǎn)動能級間的 躍遷。即電子光譜中總包躍遷。即電子光譜中總包 含有振動能級和轉(zhuǎn)動能級含有振動能級和轉(zhuǎn)動能級 間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而 呈現(xiàn)寬譜帶。呈現(xiàn)寬譜帶。 第7章吸光光度法6 吸收光譜吸收光譜 Absorption Spectrum 純純 電子能態(tài)電子能態(tài) 間躍遷間躍遷 S2 S1 S0 S3 h E2 E0 E1 E3 S2 S1 S0 h A h h h 分子內(nèi)電子躍遷分子內(nèi)電子躍遷帶狀光譜帶狀光譜 A

7、第7章吸光光度法7 1（1 1）轉(zhuǎn)動能級間的能量差）轉(zhuǎn)動能級間的能量差EEr r：0.0050.0050.050eV0.050eV，躍遷，躍遷 產(chǎn)生吸收光譜位于遠(yuǎn)紅外區(qū)。遠(yuǎn)紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜；產(chǎn)生吸收光譜位于遠(yuǎn)紅外區(qū)。遠(yuǎn)紅外光譜或分子轉(zhuǎn)動光譜； 1（2 2）振動能級的能量差）振動能級的能量差E Ev v約為：約為：0.050.05eVeV，躍遷產(chǎn)，躍遷產(chǎn) 生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動光譜；生的吸收光譜位于紅外區(qū)，紅外光譜或分子振動光譜； 1（3 3）電子能級的能量差）電子能級的能量差EEe e較大較大1 120eV20eV。電子躍遷產(chǎn)生。電子躍遷產(chǎn)生 的吸收光譜在紫外的吸收光

8、譜在紫外可見光區(qū)，紫外可見光區(qū)，紫外可見光譜或分子的電可見光譜或分子的電 子光譜子光譜 討論：討論： 第7章吸光光度法8 1 （4 4）吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的躍遷能級）吸收光譜的波長分布是由產(chǎn)生譜帶的躍遷能級 間的能量差所決定，反映了分子內(nèi)部能級分布狀況，間的能量差所決定，反映了分子內(nèi)部能級分布狀況， 是物質(zhì)定性的依據(jù)。是物質(zhì)定性的依據(jù)。 1 （5 5）吸收譜帶強(qiáng)度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有）吸收譜帶強(qiáng)度與分子偶極矩變化、躍遷幾率有 關(guān)，也提供分子結(jié)構(gòu)的信息。通常將在最大吸收波長關(guān)，也提供分子結(jié)構(gòu)的信息。通常將在最大吸收波長 處測得的摩爾吸光系數(shù)處測得的摩爾吸光系數(shù)max max也

9、作為定性的依據(jù)。不同 也作為定性的依據(jù)。不同 物質(zhì)的物質(zhì)的max max有時可能相同，但 有時可能相同，但max max不一定相同； 不一定相同； 1 （6 6）吸收譜帶強(qiáng)度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正）吸收譜帶強(qiáng)度與該物質(zhì)分子吸收的光子數(shù)成正 比，定量分析的依據(jù)。比，定量分析的依據(jù)。 第7章吸光光度法9 物質(zhì)對光的選擇性吸收及吸收曲線物質(zhì)對光的選擇性吸收及吸收曲線 M + h M * M + 熱熱 M + 熒光或磷光熒光或磷光 基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài) E1 （E） E2 E = E2 - E1 = h 量子化量子化 ；選擇性吸收；選擇性吸收; ; 分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使其對不同波長分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜

10、性使其對不同波長 光的吸收程度不同；光的吸收程度不同； 用不同波長的單色光照射，測吸光用不同波長的單色光照射，測吸光 度度 吸收曲線與最大吸收波長吸收曲線與最大吸收波長 max max； ； 光的互補(bǔ)：藍(lán)光的互補(bǔ)：藍(lán) 黃黃 第7章吸光光度法10 若兩種不同顏色的單色光按一定的強(qiáng)度比若兩種不同顏色的單色光按一定的強(qiáng)度比 例混合得到白光，那么就稱這兩種單色光為互例混合得到白光，那么就稱這兩種單色光為互 補(bǔ)色光，這種現(xiàn)象稱為光的互補(bǔ)。補(bǔ)色光，這種現(xiàn)象稱為光的互補(bǔ)。 藍(lán)藍(lán) 黃黃 紫紅紫紅 綠綠 紫紫 黃綠黃綠 綠藍(lán)綠藍(lán) 橙橙 紅紅 藍(lán)綠藍(lán)綠 第7章吸光光度法11 不同顏色的可見光波長及其互補(bǔ)光不同顏色

11、的可見光波長及其互補(bǔ)光 顏色顏色 /nm 互補(bǔ)色光互補(bǔ)色光 紫紫 400500 黃綠黃綠 藍(lán)藍(lán) 450480 黃黃 綠藍(lán)綠藍(lán) 480490 橙橙 藍(lán)綠藍(lán)綠 490500 紅紅 綠綠 500560 紅紫紅紫 黃綠黃綠 560580 紫紫 黃黃 580610 藍(lán)藍(lán) 橙橙 610650 綠藍(lán)綠藍(lán) 紅紅 650760 藍(lán)綠藍(lán)綠 第7章吸光光度法12 吸收曲線的討論：吸收曲線的討論： （1）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不 同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長 max （2）不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線）不同濃度的同一

12、種物質(zhì)，其吸收曲線 形狀相似形狀相似max不變。而對于不同物質(zhì)，它們的不變。而對于不同物質(zhì)，它們的 吸收曲線形狀和吸收曲線形狀和max則不同。則不同。 （3）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)）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。之一。 （4）不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度 A 有差異，在有差異，在 max處吸光度處吸光度A 的差異最大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。的差異最大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。 （5）在在max處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸處吸光度隨濃度

13、變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸 收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。 定性、定量基礎(chǔ)定性、定量基礎(chǔ) 第7章吸光光度法13 定性分析與定量分析的基礎(chǔ)定性分析與定量分析的基礎(chǔ) 定性分析基礎(chǔ)定性分析基礎(chǔ) 定量分析基礎(chǔ)定量分析基礎(chǔ) 物質(zhì)對光的選擇物質(zhì)對光的選擇 吸收吸收 A B A )( max A)( max B 在一定的實(shí)驗(yàn)條在一定的實(shí)驗(yàn)條 件下，物質(zhì)對光件下，物質(zhì)對光 的吸收與物質(zhì)的的吸收與物質(zhì)的 濃度成正比。濃度成正比。 A C 增增 大大 第7章吸光光度法14 7.1.2 7.1.2 光的吸收定律光的吸收定律 1.1.朗伯朗伯比耳定律比

14、耳定律 布格布格(Bouguer)(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)(Lambert)先后于先后于17291729年和年和 17601760年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關(guān)系。年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關(guān)系。A Ab b 18521852年比耳年比耳(Beer)(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物又提出了光的吸收程度和吸收物 濃度之間也具有類似的關(guān)系。濃度之間也具有類似的關(guān)系。A A c c 二者的結(jié)合稱為朗伯二者的結(jié)合稱為朗伯比耳定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：比耳定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： （動畫（動畫1） （動畫（動畫2） 第7章吸光光度法15 朗伯朗伯比耳定律數(shù)學(xué)表達(dá)式

15、比耳定律數(shù)學(xué)表達(dá)式 A Alglg（I I0 0/ /I It t)= )= b cb c 式中式中A A：吸光度；描述溶液對光的吸收程度；：吸光度；描述溶液對光的吸收程度； b b：液層厚度：液層厚度( (光程長度光程長度) )，通常以，通常以cmcm為單位；為單位； c c：溶液的摩爾濃度，單位：溶液的摩爾濃度，單位molmolL L ； ； ：摩爾吸光系數(shù)，單位：摩爾吸光系數(shù)，單位L Lmolmol cm cm ； ； 或或: : A Alglg（I I0 0/ /I It t)= )= a b ca b c c c：溶液的濃度，單位：溶液的濃度，單位g gL L a a：吸光系數(shù)，單位

16、 ：吸光系數(shù)，單位L Lg g cm cm a a與與的關(guān)系為：的關(guān)系為： a a = =/ /M M （M M為摩爾質(zhì)量）為摩爾質(zhì)量） 第7章吸光光度法16 透光度透光度( (透光率透光率)T)T 透光度透光度T : 描述入射光透過溶液的程度描述入射光透過溶液的程度: T = I t / I0 吸光度吸光度A與透光度與透光度T的關(guān)系的關(guān)系: A lg T 朗伯朗伯比耳定律是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的比耳定律是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的 依據(jù)。應(yīng)用于各種光度法的吸收測量；依據(jù)。應(yīng)用于各種光度法的吸收測量； 摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)在數(shù)值上等于濃度為在數(shù)值上等于濃度為1 mol/L、

17、液層厚度、液層厚度 為為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度；時該溶液在某一波長下的吸光度； 吸光系數(shù)吸光系數(shù)a(Lg-1cm-1）相當(dāng)于濃度為）相當(dāng)于濃度為1 g/L、液層厚度、液層厚度 為為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。時該溶液在某一波長下的吸光度。 第7章吸光光度法17 2.2.摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)的討論的討論 （1 1）吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)；）吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)； （2 2）不隨濃度）不隨濃度c c和光程長度和光程長度b b的改變而改變。在溫度和波長的改變而改變。在溫度和波長 等條件一定時，等條件一定時，僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待

18、測物僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測物 濃度無關(guān)；濃度無關(guān)； （3 3）可作為定性鑒定的參數(shù)；）可作為定性鑒定的參數(shù)； （4）同一吸收物質(zhì)在不同波長下的）同一吸收物質(zhì)在不同波長下的值是不同的。在最大值是不同的。在最大 吸收波長吸收波長max處的摩爾吸光系數(shù)，常以處的摩爾吸光系數(shù)，常以max表示。表示。max表明了表明了 該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物 質(zhì)可能達(dá)到的最大靈敏度。質(zhì)可能達(dá)到的最大靈敏度。 第7章吸光光度法18 （5 5）max越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強(qiáng)，用光度法測定越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強(qiáng)，用光度法測

19、定 該物質(zhì)的靈敏度越高。該物質(zhì)的靈敏度越高。105：超高靈敏；：超高靈敏； =(610）104 ：高靈敏；：高靈敏； 2104 ：不靈敏。：不靈敏。 （6）在數(shù)值上等于濃度為在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為、液層厚度為1cm時該時該 溶液在某一波長下的吸光度。溶液在某一波長下的吸光度。 摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)的討論的討論 第7章吸光光度法19 3.3.偏離朗伯偏離朗伯比耳定律的原因比耳定律的原因 標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定未知溶液的濃標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定未知溶液的濃 度時，發(fā)現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)曲線常發(fā)生彎曲度時，發(fā)現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)曲線常發(fā)生彎曲 （尤其當(dāng)溶液濃度較高時），這種（尤其當(dāng)溶液濃度較高時），這種 現(xiàn)象稱為對

20、朗伯現(xiàn)象稱為對朗伯比耳定律的偏離。比耳定律的偏離。 引起這種偏離的因素（兩大類）：引起這種偏離的因素（兩大類）： （1 1）物理性因素，即儀器的非理想引起的；）物理性因素，即儀器的非理想引起的； （2 2）化學(xué)性因素。）化學(xué)性因素。 第7章吸光光度法20 （1）物理性因素物理性因素 難以獲得真正的純單色光難以獲得真正的純單色光。 朗朗比耳定律的前提條件之一是入射光為單色光。比耳定律的前提條件之一是入射光為單色光。 分光光度計只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復(fù)合光可導(dǎo)分光光度計只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復(fù)合光可導(dǎo) 致對朗伯致對朗伯比耳定律的正或負(fù)偏離。比耳定律的正或負(fù)偏離。 非單色光、雜散光、非平

21、行入射非單色光、雜散光、非平行入射 光都會引起對朗伯光都會引起對朗伯比耳定律的偏離，比耳定律的偏離， 最主要的是非單色光作為入射光引起最主要的是非單色光作為入射光引起 的偏離。的偏離。 第7章吸光光度法21 非單色光作為入射光引起的偏離非單色光作為入射光引起的偏離 假設(shè)由波長為假設(shè)由波長為1和和2的兩單色光的兩單色光 組成的入射光通過濃度為組成的入射光通過濃度為c的溶液，則：的溶液，則： A 1lg（o1 /t1 ）1bc A 2lg(o2 /t2 ）2bc 故：故： cbcb IIII 2 12 1 11 Ot Ot 10;10 式中：式中：o1、o2分別為分別為1、2 的入射光強(qiáng)度；的入射

22、光強(qiáng)度； t1、t2分別為分別為1、2 的透射光強(qiáng)度；的透射光強(qiáng)度； 1、2分別為分別為1、2的摩爾吸光系數(shù)；的摩爾吸光系數(shù)； 因?qū)嶋H上只能測總吸光度因?qū)嶋H上只能測總吸光度A總 總，并不能分別測得 ，并不能分別測得A1和和A2，故，故 第7章吸光光度法22 因?qū)嶋H上只能測總吸光度因?qū)嶋H上只能測總吸光度A A總 總，并不能分別測得 ，并不能分別測得 A A1 1和和A A2 2，故：，故： A總 總 lg（o總 總/ t總 總 ) lg(Io1+o2)/(t1+t2） lg(Io1+o2)/(o110-1bc +o210-2bc ） 令：令： 1-2 ； 設(shè)：設(shè)： o1 o2 A總 總 lg(2

23、Io1)/t1(110 - bc ） A 1 + lg2 - lg(110 - bc ) 討論討論: : 第7章吸光光度法23 討論討論: : A總 總 =A1 + lg2 - lg(1 10 bc ) (1) = 0； 即：即： 1= 2 = 則：則： A總 lg（o/t） bc (2) 0 若若 0 ；即；即 20, lg(110 bc )值隨 值隨c c值增大而增大，則標(biāo)準(zhǔn)曲線偏離值增大而增大，則標(biāo)準(zhǔn)曲線偏離 直線向直線向c c 軸彎曲，即負(fù)偏離；反之，則向軸彎曲，即負(fù)偏離；反之，則向A A 軸彎曲，即正偏軸彎曲，即正偏 離。離。 第7章吸光光度法24 討論討論: : A總 總 =A1

24、+ lg2 - lg(1 10 bc ) (3) 很小時，即很小時，即12： 可近似認(rèn)為是單色光。在低濃度范圍內(nèi)，不發(fā)生偏離。若可近似認(rèn)為是單色光。在低濃度范圍內(nèi)，不發(fā)生偏離。若 濃度較高，即使?jié)舛容^高，即使 很小，很小， A總 總 1 ，且隨著且隨著c c值增大值增大， A A 總總 與 與A A 1 1的差異愈大，在圖上則表現(xiàn)為的差異愈大，在圖上則表現(xiàn)為A Ac c曲線上部曲線上部( (高濃度區(qū)高濃度區(qū) ) )彎曲愈嚴(yán)重。故朗伯彎曲愈嚴(yán)重。故朗伯比耳定律只適用于稀溶液。比耳定律只適用于稀溶液。 (4) 為克服非單色光引起的偏離，首先應(yīng)選擇比較好的單色為克服非單色光引起的偏離，首先應(yīng)選擇比較

25、好的單色 器。此外還應(yīng)將入射波長選定在待測物質(zhì)的最大吸收波長且吸器。此外還應(yīng)將入射波長選定在待測物質(zhì)的最大吸收波長且吸 收曲線較平坦處。收曲線較平坦處。 第7章吸光光度法25 (2) (2) 化學(xué)性因素化學(xué)性因素 朗朗比耳定律的假定：所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互比耳定律的假定：所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互 作用；假定只有在稀溶液作用；假定只有在稀溶液(c10 2 mol/L 時，吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合 時，吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合 等相互作用，直接影響了對光的吸收。等相互作用，直接影響了對光的吸收。 故：朗伯故：朗伯比耳定律只適用于稀溶液。比耳定律只適用于稀溶液。 溶液中存在著離解、聚合、互變異

26、構(gòu)、配合物的形成等溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等 化學(xué)平衡時。使吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度發(fā)生變化，影響吸光度?；瘜W(xué)平衡時。使吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。 例：例： 鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡： CrO42- 2H = Cr2O72- H2O 溶液中溶液中CrOCrO4 42- 2-、 、 CrCr2 2O O7 72- 2-的顏色不同，吸光性質(zhì)也不相同 的顏色不同，吸光性質(zhì)也不相同 。故此時溶液。故此時溶液pH pH 對測定有重要影響。對測定有重要影響。 第7章吸光光度法26 7.27.2紫外紫外可見分光光度計可見分光光度計 第7章吸

27、光光度法27 7.2.17.2.1基本組成基本組成（動畫動畫） 光源 單色器樣品室檢測器顯示 1. 1. 光源光源 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(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。 可見光區(qū)：鎢燈作可見光區(qū)：鎢燈作 為光源，其輻射波長范為光源，其輻射波長范 圍在圍在3203202500 nm2500 nm。 紫外區(qū)：氫、氘燈。紫外區(qū)：氫、氘燈。 發(fā)射發(fā)射185185400 nm400 nm的連續(xù)的連續(xù) 光譜。光譜。 第7章吸光光度法28 2.2.單色器單色器 將光源發(fā)射

28、的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任 波長單色光的光學(xué)系統(tǒng)。波長單色光的光學(xué)系統(tǒng)。 入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器；入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器； 準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束； 色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵；色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵； 聚焦裝置：透鏡或聚焦裝置：透鏡或 凹面反射鏡，將分光凹面反射鏡，將分光 后所得單色光聚焦至后所得單色光聚焦至 出射狹縫；出射狹縫； 出射狹縫。出射狹縫。 第7章吸光光度法29 棱鏡：棱鏡：依據(jù)不同波長光通過棱鏡時折射率不

29、同依據(jù)不同波長光通過棱鏡時折射率不同 單色器單色器 入射狹縫入射狹縫 準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直透鏡 棱鏡棱鏡聚焦透鏡聚焦透鏡出射狹縫出射狹縫 白光白光 紅紅 紫紫 1 1 2 2 800 600 500 400 第7章吸光光度法30 光柵：光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度 等間距條痕等間距條痕(600、1200、2400條條/mm )。 M1 M2 出出 射射 狹狹 縫縫 光屏光屏 透透 鏡鏡 平面透平面透 射光柵射光柵 光柵衍射示意圖光柵衍射示意圖 原理：原理： 利用光通過光柵時利用光通過光柵時 發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而 分光分光. 第7章吸

30、光光度法31 3. 3. 樣品室樣品室 樣品室放置各種類型的吸收池樣品室放置各種類型的吸收池 （比色皿）和相應(yīng)的池架附件。吸（比色皿）和相應(yīng)的池架附件。吸 收池主要有石英池和玻璃池兩種。收池主要有石英池和玻璃池兩種。 在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一 般用玻璃池。般用玻璃池。 4. 4. 檢測器檢測器 利用光電效應(yīng)將透過吸收池的利用光電效應(yīng)將透過吸收池的 光信號變成可測的電信號，常用的光信號變成可測的電信號，常用的 有光電池、光電管或光電倍增管。有光電池、光電管或光電倍增管。 5. 5. 結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)結(jié)果顯示記錄系統(tǒng) 檢流計、數(shù)字顯示、微機(jī)進(jìn)行檢流計、數(shù)字顯示、

31、微機(jī)進(jìn)行 儀器自動控制和結(jié)果處理儀器自動控制和結(jié)果處理 第7章吸光光度法32 檢測器檢測器 Se Au，Ag 半導(dǎo)體半導(dǎo)體 h 硒光電池硒光電池 Ag、Au 第7章吸光光度法33 光電管光電管 紅敏管紅敏管 625-1000 nm 藍(lán)敏管藍(lán)敏管 200-625 nm Ni環(huán)（片）環(huán)（片） 堿金屬堿金屬 光敏陰極光敏陰極 h 第7章吸光光度法34 光電倍增管光電倍增管 待掃描 160-700 nm 1個光電子可產(chǎn)生個光電子可產(chǎn)生106107個電子個電子 第7章吸光光度法35 7.2.27.2.2分光光度計的類型分光光度計的類型 1.1.單光束單光束 簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度

32、，簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度， 一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高 的穩(wěn)定性。的穩(wěn)定性。 2.2.雙光束雙光束 自動記錄，快速全波自動記錄，快速全波 段掃描。可消除光源不穩(wěn)段掃描。可消除光源不穩(wěn) 定、檢測器靈敏度變化等定、檢測器靈敏度變化等 因素的影響，特別適合于因素的影響，特別適合于 結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價 格較高。格較高。 第7章吸光光度法36 3.3.雙波長雙波長 將不同波長的兩束單色光將不同波長的兩束單色光( (1 1、2 2) ) 快束交替通過同快束交替通過同 一吸收池而后到達(dá)

33、檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池。一吸收池而后到達(dá)檢測器。產(chǎn)生交流信號。無需參比池。 = =1 12nm2nm。兩波長同時掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。兩波長同時掃描即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。 第7章吸光光度法37 7.37.3光度分析法的設(shè)計光度分析法的設(shè)計 7.3.1顯色反應(yīng)的選擇顯色反應(yīng)的選擇 1.1.選擇顯色反應(yīng)時，應(yīng)考慮的因素選擇顯色反應(yīng)時，應(yīng)考慮的因素 靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測定波靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測定波 長處無明顯吸收，兩種有色物最大吸收波長之差：長處無明顯吸收，兩種有色物最大吸收波長之差：“對比對比 度度”，要求，要求 60nm 60nm。 2.2.配位

34、顯色反應(yīng)配位顯色反應(yīng) 當(dāng)金屬離子與有機(jī)顯色劑形成配合物時，通常會發(fā)生當(dāng)金屬離子與有機(jī)顯色劑形成配合物時，通常會發(fā)生 電荷轉(zhuǎn)移躍遷，產(chǎn)生很強(qiáng)的紫外電荷轉(zhuǎn)移躍遷，產(chǎn)生很強(qiáng)的紫外可見吸收光譜?？梢娢展庾V。 第7章吸光光度法38 3.3.氧化還原顯色反應(yīng)氧化還原顯色反應(yīng) 某些元素的氧化態(tài)，如某些元素的氧化態(tài)，如Mn（）、）、Cr（）在紫外或）在紫外或 可見光區(qū)能強(qiáng)烈吸收，可利用氧化還原反應(yīng)對待測離子進(jìn)行可見光區(qū)能強(qiáng)烈吸收，可利用氧化還原反應(yīng)對待測離子進(jìn)行 顯色后測定。顯色后測定。 例如：鋼中微量錳的測定，例如：鋼中微量錳的測定，Mn2 不能直接進(jìn)行光度測 不能直接進(jìn)行光度測 定定 2 Mn2 5 S

35、2O82-8 H2O =2 MnO4- + 10 SO42- 16H+ 將將Mn2 氧化成紫紅色的 氧化成紫紅色的MnO4-后后，在在525 nm處進(jìn)行測處進(jìn)行測 定。定。 第7章吸光光度法39 4.4.顯色劑顯色劑 無機(jī)顯色劑：硫氰酸鹽、鉬酸銨、過氧化氫等幾種。無機(jī)顯色劑：硫氰酸鹽、鉬酸銨、過氧化氫等幾種。 有機(jī)顯色劑：種類繁多有機(jī)顯色劑：種類繁多 偶氮類顯色劑偶氮類顯色劑：本身是有色物質(zhì)，生成配合物后，顏色本身是有色物質(zhì)，生成配合物后，顏色 發(fā)生明顯變化；具有性質(zhì)穩(wěn)定、顯色反應(yīng)靈敏度高、選擇性發(fā)生明顯變化；具有性質(zhì)穩(wěn)定、顯色反應(yīng)靈敏度高、選擇性 好、對比度大等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最廣泛。偶氮胂好、對

36、比度大等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最廣泛。偶氮胂、PARPAR等等。 三苯甲烷類三苯甲烷類：鉻天青鉻天青S S、二甲酚橙等、二甲酚橙等 第7章吸光光度法40 ： ： ： ： 助色團(tuán)助色團(tuán)NH2，OH，X （孤對電子）（孤對電子）ne 顯色劑與顯色反應(yīng)顯色劑與顯色反應(yīng) O 生色團(tuán)生色團(tuán)：NN，NO， O C=S,N （共軛雙鍵）（共軛雙鍵）e 無機(jī)顯色劑無機(jī)顯色劑: SCN- Fe(SCN)2+ H2O2 TiOH2O22+ 有機(jī)顯色劑有機(jī)顯色劑: 第7章吸光光度法41 有機(jī)顯色劑有機(jī)顯色劑 CH3CCCH3 HON NOH NN OH COOH SO3H OO型：型： N NNOH OH ON型型：PAR N

37、H NH N S N S型型： 雙硫腙雙硫腙 NN型：型：丁二丁二 酮肟酮肟 鄰二鄰二 氮菲氮菲 磺基水楊酸磺基水楊酸 第7章吸光光度法42 7.3.27.3.2顯色反應(yīng)條件的選擇顯色反應(yīng)條件的選擇 1.1.顯色劑用量顯色劑用量 吸光度吸光度A A與顯色劑用量與顯色劑用量C CR R 的關(guān)系會出現(xiàn)如圖所示的幾種的關(guān)系會出現(xiàn)如圖所示的幾種 情況。選擇曲線變化平坦處。情況。選擇曲線變化平坦處。 2.2.反應(yīng)體系的酸度反應(yīng)體系的酸度 在相同實(shí)驗(yàn)條件下，分別測定不同在相同實(shí)驗(yàn)條件下，分別測定不同pHpH值條件值條件 下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且

38、恒定的平坦區(qū)所對應(yīng)的恒定的平坦區(qū)所對應(yīng)的pHpH范圍。范圍。 3.3.顯色時間與溫度顯色時間與溫度 實(shí)驗(yàn)確定實(shí)驗(yàn)確定 4.4.溶劑溶劑 一般盡量采用水相測定，一般盡量采用水相測定， 第7章吸光光度法43 7.3.37.3.3共存離子干擾的消除共存離子干擾的消除 1.1.加入掩蔽劑加入掩蔽劑 選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測組分反應(yīng)；掩選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測組分反應(yīng)；掩 蔽劑本身及掩蔽劑與干擾組分的反應(yīng)產(chǎn)物不干擾待測組分蔽劑本身及掩蔽劑與干擾組分的反應(yīng)產(chǎn)物不干擾待測組分 的測定。的測定。 例：測定例：測定TiTi4 4 ，可加入 ，可加入H H3 3POPO4 4掩蔽劑使掩蔽劑使F

39、eFe3+ 3+( (黃色 黃色) ) 成為成為Fe(POFe(PO ) )2 23- 3-( (無色 無色) )，消除，消除FeFe3+ 3+的干擾；又如用鉻天菁 的干擾；又如用鉻天菁S S光光 度法測定度法測定AlAl3+ 3+時，加入抗壞血酸作掩蔽劑將 時，加入抗壞血酸作掩蔽劑將FeFe3+ 3+還原為 還原為FeFe2+ 2+， ， 消除消除FeFe3+ 3+的干擾。 的干擾。 2.2.選擇適當(dāng)?shù)娘@色反應(yīng)條件選擇適當(dāng)?shù)娘@色反應(yīng)條件 3.3.分離干擾離子分離干擾離子 第7章吸光光度法44 7.3.47.3.4、測定條件的選擇、測定條件的選擇 1.1.選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL

40、一般應(yīng)該選擇一般應(yīng)該選擇maxmax為入射光波長。為入射光波長。 如果如果maxmax處有共存組分干擾時，則應(yīng)考慮選擇靈敏度處有共存組分干擾時，則應(yīng)考慮選擇靈敏度 稍低但能避免干擾的入射光波長。稍低但能避免干擾的入射光波長。 A A 第7章吸光光度法45 2.2.選擇合適的參比溶液選擇合適的參比溶液 為什么需要使用參比溶液？為什么需要使用參比溶液？ 測得的的吸光度真正反映待測溶液吸光強(qiáng)度。測得的的吸光度真正反映待測溶液吸光強(qiáng)度。 參比溶液的選擇一般遵循以下原則：參比溶液的選擇一般遵循以下原則： 若僅待測組分與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)物在測定波長處有吸收，若僅待測組分與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)物在測定波長處有吸收， 其

41、它所加試劑均無吸收，用純?nèi)軇ㄋ渌釉噭┚鶡o吸收，用純?nèi)軇ㄋ? )作參比溶液；作參比溶液； 若顯色劑或其它所加試劑在測定波長處略有吸收，而試若顯色劑或其它所加試劑在測定波長處略有吸收，而試 液本身無吸收，用液本身無吸收，用“試劑空白試劑空白”( (不加試樣溶液不加試樣溶液) )作參比溶液作參比溶液 ； 若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸收，若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸收， 則可用則可用“試樣空白試樣空白”( (不加顯色劑不加顯色劑) )作參比溶液；作參比溶液； 若顯色劑、試液中其它組分在測量波長處有吸收，則可若顯色劑、試液中其它組分在測量波長處有吸收，則可 在試

42、液中加入適當(dāng)掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為在試液中加入適當(dāng)掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為 參比溶液。參比溶液。 第7章吸光光度法46 3.3.控制適宜的吸光度（讀數(shù)范圍）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：不同的透光度讀數(shù)，產(chǎn)生的誤差大小不同： A=lgT=bc 微分：微分：dA=dlgT0.434dlnT = - 0.434T -1 dT =b dc 兩式相除得：兩式相除得： dA/A= （ 0.434 / TlgT ）dT =dc/c 以有限值表示可得：以有限值表示可得： A/A = c/c =（0.434/TlgT）T 濃度測量值的相對誤差

43、（濃度測量值的相對誤差（c c/ /c c）不僅與儀器的透光度）不僅與儀器的透光度 誤差誤差T T 有關(guān)，而且與其透光度讀數(shù)有關(guān)，而且與其透光度讀數(shù)T T 的值也有關(guān)。的值也有關(guān)。 是否存在最佳讀數(shù)范圍？何值時誤差最??？是否存在最佳讀數(shù)范圍？何值時誤差最?。?第7章吸光光度法47 最佳讀數(shù)范圍與最佳值最佳讀數(shù)范圍與最佳值 設(shè)：設(shè)：T =1%，則可繪出溶液濃度，則可繪出溶液濃度 相對誤差相對誤差c/c與其透光度與其透光度T 的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線 。如圖所示：。如圖所示： 當(dāng)：當(dāng)：T =1%，T 在在15%65%之之 間時，濃度相對誤差較小，最佳讀數(shù)間時，濃度相對誤差較小，最佳讀數(shù) 范圍。范圍。

44、用儀器測定時應(yīng)盡量使溶液透光度值在用儀器測定時應(yīng)盡量使溶液透光度值在T %=1565% (吸光度吸光度 A =0.80.2)。 可求出濃度相對誤差最小時的透光度可求出濃度相對誤差最小時的透光度Tmin為：為： Tmin36.8%, Amin0.434 第7章吸光光度法48 7.3.57.3.5、提高光度測定靈敏度和選擇性的途徑、提高光度測定靈敏度和選擇性的途徑 1.1.合成新的高靈敏度有機(jī)顯色劑合成新的高靈敏度有機(jī)顯色劑 2.2.采用分離富集和測定相結(jié)合采用分離富集和測定相結(jié)合 3.采用三元采用三元( (多元多元) )配合物顯色體系配合物顯色體系 由一個中心金屬離子與兩種由一個中心金屬離子與兩

45、種( (或兩種以上或兩種以上) )不同配位體形成的配合不同配位體形成的配合 物，稱為三元物，稱為三元( (多元多元) )配合物。配合物。 多元配合物顯色反應(yīng)具有很高的靈敏度，一方面是因?yàn)槎嘣浜衔锒嘣浜衔镲@色反應(yīng)具有很高的靈敏度，一方面是因?yàn)槎嘣浜衔?比其相應(yīng)的二元配合物分子截面積更大；另一方面是因?yàn)榈诙虻谌浔绕湎鄳?yīng)的二元配合物分子截面積更大；另一方面是因?yàn)榈诙虻谌?位體的引入，可能產(chǎn)生配位體之間、配位體與中心金屬離子間的協(xié)同作位體的引入，可能產(chǎn)生配位體之間、配位體與中心金屬離子間的協(xié)同作 用，使共軛用，使共軛電子的流動性和電子躍遷幾率增大。電子的流動性和電子躍遷幾率增大。 三元配

46、合物主要類型有：三元離子締合物、三元混配配合物、三三元配合物主要類型有：三元離子締合物、三元混配配合物、三 元膠束元膠束( (增溶增溶) )配合物。配合物。 第7章吸光光度法49 7.47.4分光光度測定方法分光光度測定方法 7.4.17.4.1、普通分光光度法、普通分光光度法 1.1.單組分的測定單組分的測定 目視比色法目視比色法 通常采用通常采用 A-C 標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量測定。標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量測定。 2.2.多組分的同時測定多組分的同時測定 若各組分的吸收曲線互不重疊，則可若各組分的吸收曲線互不重疊，則可 在各自最大吸收波長處分別進(jìn)行測定。這在各自最大吸收波長處分別進(jìn)行測定。這 本質(zhì)上與單組分

47、測定沒有區(qū)別。本質(zhì)上與單組分測定沒有區(qū)別。 若各組分的吸收曲線互有重疊，則若各組分的吸收曲線互有重疊，則 可根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組可根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組 得出各組分的含量。得出各組分的含量。 A1= a1bca b1bcb A2= a2bca b2bcb 目視比色法目視比色法 未知樣品未知樣品 特點(diǎn)特點(diǎn) 利用自然光利用自然光 比較吸收光的互補(bǔ)色光比較吸收光的互補(bǔ)色光 準(zhǔn)確度低（半定量）準(zhǔn)確度低（半定量） 不可分辨多組分不可分辨多組分 方法簡便，靈敏度高方法簡便，靈敏度高 標(biāo)準(zhǔn)系列標(biāo)準(zhǔn)系列 第7章吸光光度法51 7.4.27.4.2、示差分光光度法（示差法）、示差分光光度法

48、（示差法） 普通分光光度法一般只適于測定微量組分，當(dāng)待測組分含普通分光光度法一般只適于測定微量組分，當(dāng)待測組分含 量較高時，將產(chǎn)生較大的誤差。需采用示差法。即提高入射量較高時，將產(chǎn)生較大的誤差。需采用示差法。即提高入射 光強(qiáng)度，并采用濃度稍低于待測溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比光強(qiáng)度，并采用濃度稍低于待測溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比 溶液。溶液。 設(shè)：待測溶液濃度為設(shè)：待測溶液濃度為c cx x，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為c cs s( (c cs s c cx x) )。則：。則： Ax= b cx As = b cs x s =b(cx cs ）=bc 測得的吸光度相當(dāng)于普通法中待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶

49、液的吸測得的吸光度相當(dāng)于普通法中待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸 光度之差光度之差。 示差法測得的吸光度與示差法測得的吸光度與c呈直線關(guān)系呈直線關(guān)系,由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查 得相應(yīng)的得相應(yīng)的c值，則待測溶液濃度值，則待測溶液濃度cx ：cx = cs + c 第7章吸光光度法52 示差法標(biāo)尺擴(kuò)展原理：示差法標(biāo)尺擴(kuò)展原理： 普通法：普通法： cs的的T=10%；cx的的T=5% 示差法：示差法： cs 做參比，調(diào)做參比，調(diào)T=100% 則：則： cx的的T=50% ；標(biāo)尺擴(kuò)展；標(biāo)尺擴(kuò)展10倍倍 第7章吸光光度法53 例題例題 已知已知 dT = 0.01, 樣品樣品Tx = 2.00 %, 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)

50、 Ts = 10.0 % 示差法示差法 s x r I I T %0 .20 0 .10 00. 2 xx T x c TT d c d x ln 02. 0lg02. 0 434. 001. 0 %8 .12 xr T x c TT d c d x ln 常規(guī)法誤差常規(guī)法誤差 示差法誤差示差法誤差 02. 0lg20. 0 434. 001. 0 %28. 1 已知已知 dT = 0.01, 樣品樣品Tx = 2.00 %, 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) Ts = 5.00 % 0 I I T x r %0 .40 00. 5 00. 2 xr T x c TT d c d x ln %64. 0 s x T T 第7章吸光光度法54 7.4.37.4.3、雙波長分光光度法、雙波長分光光度法 不需空白溶液作參比；但需要兩個單色器獲得兩束單色不需空白溶液作參比；但需要兩個單色器獲得兩束單色 光光( (1