第十一章 紫外可見吸收光譜法

1、第十一章第十一章 紫外可見紫外可見吸收光譜法吸收光譜法UV-visible Spectrophotometry11-1 光譜分析法光譜分析法概述概述光學分析法的定義光學分析法的定義：涉及物質光學性質的分析方法。光光(電磁波電磁波)具有波粒二重性：具有波粒二重性：微粒性 E = hv = h c v 波動性 v = = (cm-1 )1Cv v 波數(shù)（每厘米中正弦波的數(shù)目)E 光子的能量h 普朗克常數(shù)c 光速式中： 波長v 頻率光譜的分類光譜的分類(按電磁輻射的本質按電磁輻射的本質)：原子光譜和分子光譜。原子光譜原子光譜：因原子外層電子能級的變化而產(chǎn)生的輻射或吸收進而產(chǎn)生的光譜。分子光譜分子光譜

2、：由于分子的電子能級、振動能級、轉動能級的變化而產(chǎn)生的光譜。原子光譜法原子光譜法：根據(jù)原子的發(fā)射或吸收光譜線來進行定性或定量分析的方法。分子光譜法分子光譜法：根據(jù)分子的電子能級、振動能級、轉動能級發(fā)射或吸收光譜線來進行定性或定量分析的方法。原子光譜法的分類原子光譜法的分類：原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法。分子光譜法的分類：分子光譜法的分類：紫外-可見吸收光譜法、紅外吸收光譜法、分子熒光光譜法、拉曼光譜法。原子光譜：原子光譜：吸收、發(fā)射、熒光吸收、發(fā)射、熒光線狀光譜線狀光譜 分子光譜：分子光譜：紫外、可見、紅外等吸收光譜紫外、可見、紅外等吸收光譜帶狀光譜帶狀光譜 I黑體輻射：黑體

3、輻射：白熾燈、液、固灼熱發(fā)光白熾燈、液、固灼熱發(fā)光連續(xù)光譜連續(xù)光譜 常用光譜分析法分類常用光譜分析法分類E(ev)M + hv M* （激發(fā)態(tài)）11-2 基本原理基本原理物質對光的選擇性吸收物質對光的選擇性吸收：光照射到物質的時候，與物質的粒子發(fā)生碰撞，光子的能量轉移到物質的粒子，使粒子由基態(tài)轉為激發(fā)態(tài)。當光子的能量 hv = 能級差E時，則吸收。若 hv E，則不能吸收(不能躍遷半級)。E2E1E0表表1 電磁波的波長范圍電磁波的波長范圍波譜區(qū)波譜區(qū) 射線射線 射線射線紫外線紫外線可見光可見光紅外線紅外線無線電波無線電波波長波長nm10-5-3 10-210-2-3010-400400-75

4、07.5 102-1067.5 105-1014表表2 光學光譜區(qū)光學光譜區(qū)波譜區(qū)波譜區(qū)遠紫外遠紫外近紫外近紫外可見區(qū)可見區(qū)近紅外近紅外中紅外中紅外遠紅外波遠紅外波波長波長10-200 nm200-380 nm380-780 nm780 nm-2.5 m2.5-50 m50-300 m 白光是可見光，波長大約在400-780 nm之間，由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七種光按一定比例混合而成。 把適當顏色的兩種單色光按一定的比例混合，也可以得到白光，這兩種顏色的光稱為互補光。物質對光的吸收物質對光的吸收： 各種顏色的光透過程度相同 無色透明 選擇性吸收溶液呈透過光的顏色 例: CuSO4 吸收黃光

5、 藍色 KMnO4 吸收綠光 紫色白光照射到物體:全部吸收 黑色對各種波長的光吸收程度差不多 灰色完全反射 白色白光照射到溶液:物質對光的吸收曲線物質對光的吸收曲線：1. 同一濃度的有色溶液對不同波長的光同一濃度的有色溶液對不同波長的光有不同的吸光度。有不同的吸光度。2. 對于同一有色溶液，對于同一有色溶液，濃度愈大濃度愈大，吸光度也愈大。吸光度也愈大。3. 對于同一物質，不論濃度大小如何，對于同一物質，不論濃度大小如何，最大吸收峰所對最大吸收峰所對應的波長應的波長(最大吸收波長最大吸收波長max)不變不變，并且曲線的形狀，并且曲線的形狀也完全相同。也完全相同。術語、符號術語、符號定義定義其它

6、表示方法其它表示方法輻射能P、P01s內(nèi)照在1cm2面積上的能量光強 I、I0吸光度Alog(P0/P)或log(I0/I)光密度D or O.D 消光度E透過率TP/P0或I/I0透射比、透光度光程l待測物液層厚度b、d吸光系數(shù)aA/bc（c: g/L）吸收系數(shù)摩爾吸光系數(shù) A/bc（c: mol/L）摩爾吸收系數(shù)比吸光系數(shù)b=1cm and c=1% (w/w) 比消光系數(shù)11-2-1 光吸收基本定律光吸收基本定律- 朗伯朗伯-比爾比爾定律定律基本概念基本概念： Io ：入射光的強度；I ：透過光的強度；a ：吸收系數(shù)；c：溶液濃度；b ：液層厚度。朗伯朗伯比爾定律比爾定律：單色光照射到被

7、測溶液時，被吸收程度除與入射光的波長有關外，還與溶液的濃度和溶液的厚度成正比。A = lg = bcI0I朗伯朗伯比爾定律的數(shù)學表達式比爾定律的數(shù)學表達式：b吸光度吸光度(A): 光的減弱程度。光不被吸收時， Io = I，A = lg (I 0 / I ) = 0 吸收越大(I越小)，則 lg (I 0 / I ) 越大。透光率透光率 (T): 透過光強度 I 與入射光強度 I 0 之比。百分透光率T % 100II0T = II0A = -lgT = abc朗伯朗伯比爾定律的物理意義：比爾定律的物理意義：當吸光物質濃度為1 molL-1，液池厚1 cm時，一定波長的光通過溶液時的吸光度值。

8、光程長光程長 (b): 光束通過液層的厚度，以cm為單位。吸光系數(shù)吸光系數(shù) a: 與b、c無關的常數(shù)。不同吸光物質、不同入射波長，則 a 不同。摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)( ): 若b以cm為單位，而c以 molL-1為單位，則a的單位為Lmol-1cm-1。摩爾吸光系數(shù)是由物質的本性決定的， 越大，測定的靈敏度就越大。 5105 (高高)朗伯朗伯比爾定律的兩大假設：比爾定律的兩大假設：(a) 入射光是單色光; (b) 吸收粒子間獨立，無相互作用。吸光度吸光度A、透射率、透射率T與濃度與濃度c的關系的關系：A總 = A1 + A2 + + An= 1b C1 + 2b C2 + + n b Cn

9、利用這一關系式可以進行混合物質的分析 多組分測定：多組分測定：當溶液中含有多種組分時，各組分的吸光度有加和性。適用條件：適用條件：1. 待測物為均一的稀溶液、氣體等，無溶質、溶劑及懸濁物引起的散射；2. 入射光為單色平行光。局限性：局限性：樣品吸光度A與光程b總是成正比。但當b一定時，A與c并不總是成正比，即偏離L-B定律！這種偏離由樣品性質和儀器決定。Lambert-Beer定律的適用性定律的適用性：樣品性質影響樣品性質影響待測物高濃度-吸收質點間隔變小質點間相互作用對特定輻射的吸收能力發(fā)生變化-變化。試液中各組份的相互作用，如締合、離解、光化反應、異構化、配體數(shù)目改變等，會引起待測組份吸收

10、曲線的變化。溶劑的影響：對待測物生色團吸收峰強度及位置產(chǎn)生影響。膠體、乳狀液或懸浮液對光的散射損失。待測樣品在測定波長下發(fā)熒光或磷光。在高濃度的電解質溶液中，折射指數(shù)發(fā)生變化。儀器因素儀器因素(穩(wěn)定性穩(wěn)定性和和非單色光非單色光) 假設入射光由測量波長x和干擾i波長組成，據(jù)Beer定律，溶液對在x和i 的光的吸光度分別為：bc) i (0bc)x(0) i (0)x(0ix) i (0)x(0bci) i (02i) i (0ibcx)x(0 xx)x(0 xixix10I10IIIlgIIIIlgAeIIbcIIlgAeIIbcIIlgA 或或或或 當x=i時，或者說當x=i時，有A=xbc,

11、 符合L-B定律； 當xi時，或者說當xi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; 當xi，測得的吸光度比在“單色光” x處測得的低，產(chǎn)生負偏離；反之，當 x60 nm）等。顯色反應的顯色劑顯色反應的顯色劑：與待測組分形成有色化合物的試劑，有機顯色劑一般含生色團和助色團。無機：無機：(SCN-；MoO42-；H2O2)有機：有機：OO型型：磺基水楊磺基水楊酸酸NN型型：ON型型： PAR S型型:雙硫腙雙硫腙OHCOOHSO3HNNNNNO H OHNHNHNSN助色團助色團：含有未共用電子對的基團，如 OH、 NH2,與生色團的不飽和鍵作用，可降低分子的激發(fā)能，使max

12、向長波移動，顏色加深，發(fā)生紅移。生色團生色團：含有共軛雙鍵的基團，如NN（偶氮基偶氮基） NO（亞硝基亞硝基） 干擾消除 選擇適當?shù)姆磻獥l件 加掩蔽劑 事先分離干擾離子顯色條件顯色劑用量溶液的酸度顯色時間顯色溫度顯色條件的選擇顯色條件的選擇： 配位數(shù)與顯色劑用量有關；如果會形成逐級配合物，其用量更要嚴格控制。通常是固定其它反應條件：cM和pH等，改變cR來獲得最佳濃度范圍顯色劑用量顯色劑用量 配位數(shù)和水解等都與pH有關，具體的pH通過實驗確定。pH1pHpH2顯色反應的顯色反應的pH值值T1( C)T2( C)t1(min)t2(min)T( C)t(min)顯色溫度和顯色時間顯色溫度和顯色時

13、間干擾及消除方法干擾及消除方法掩蔽法掩蔽法(測測Co2+)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)pH(測定測定Fe3+)Co2+ Fe3+Co2+FeF63-Co(SCN)2 (藍藍)（1）NaFSCN-Co2+Fe2+ Sn4+（2）Sn2+SCN-Co(SCN)2 (藍藍)Fe3+ Cu2+FeSSal(紫紅紫紅)Cu2+pH 2.5Ssal利用生成絡合物穩(wěn)定性的不同利用生成絡合物穩(wěn)定性的不同(Co2+的測定的測定)Co2+ Zn2+Ni2+ Fe2+ CoR ZnR NiR FeR鈷試劑鈷試劑RCoR Zn2+Ni2+ Fe2+ H+分離分離 (CO2+、Ni2+離子交換樹脂離子交換樹脂)雙波長或導數(shù)光譜法雙波長或導

14、數(shù)光譜法提高靈敏度及選擇性的方法提高靈敏度及選擇性的方法合成新的高靈敏度的有機顯色劑合成新的高靈敏度的有機顯色劑采用分離富集和測定相結合采用分離富集和測定相結合采用三元采用三元(多元多元)配合物顯色體系配合物顯色體系分子截面積增大電子躍遷幾率增大主要類型：三元離子締合物、三元混配配合物、三元膠束(增溶)配合物無干擾：max有干擾：可選擇非峰值(避免干擾)濾光片顏色：與有色溶液顏色互補11-5 吸光度測量吸光度測量條件的選擇條件的選擇入射光的波長的選擇入射光的波長的選擇： x104 /nm 為了使光的減弱僅與待測物質有關，必須用參比溶液進行校正參比溶液的選擇參比溶液的選擇：實際是將透過參比溶液的

15、光強度作為入射光的強度實際是將透過參比溶液的光強度作為入射光的強度 參比溶液：用來調(diào)節(jié)儀器滿標(A=0, T=100%)的溶液。 lgI參比0試液IA = lg II即：參比溶液的選擇參比溶液的選擇溶劑參比：試樣組成簡單、共存組份少(基體干擾少)、顯色劑不吸收時，直接采用溶劑(多為蒸餾水)為參比。試劑參比：當顯色劑或其它試劑在測定波長處有吸收時，采用試劑作參比(不加待測物)。試樣參比：如試樣基體在測定波長處有吸收，但不與顯色劑反應時，可以試樣作參比(不能加顯色劑)。平行操作溶液參比：用不含被測組分的試樣，在相同條件下與被測組分進行同樣的處理，然后做為參比。吸光度讀數(shù)范圍的選擇吸光度讀數(shù)范圍的選

16、擇：儀器透光率誤差T一般在1%-2%范圍內(nèi)，在不同的吸光度范圍內(nèi)讀數(shù)，測定誤差是不同的。 =lg T = b c 0.4343 d lg T = 0.4343 d lnT = d T = b d cTA將上式微分：d c0.4343 TcTlgT兩式相除，化簡得 ：d0.4343 TTlgTc用有限值表示cc c: 濃度測量值的相對誤差：透光率讀數(shù)的絕對誤差 ,也可被認為是儀器刻度讀數(shù)不可靠所引起的絕對誤差T同一儀器，T基本上是一個常數(shù)。 T = 0.20.65 誤差較小(A=0.434)T = 0.368時 最小，誤差2.73%CC(A=0.700.20) 設T=0.01，以C/C對T作圖，

17、可得相對誤差與透光率的相關曲線。 因為吸光度只能選擇在一定范圍內(nèi)，故一因為吸光度只能選擇在一定范圍內(nèi)，故一般相對誤差在般相對誤差在5%左右。左右。 參比液普通法：空白溶液差示法：比試樣濃度略低的標準溶液在相同條件下顯色作參比溶液Ar= Ax As =b ( Cx - Cs) =b C Ar: 溶液吸光度Ax: 普通法測得的試液吸光度As: 普通法測得的標準溶液吸光度11-6 吸光光度法的應用吸光光度法的應用高含量組分的測量高含量組分的測量差示分光光度法差示分光光度法Ar C ，測定試液Ar，查出C 試液濃度Cx=Cs+C Cs： 標準溶液濃度 C： 被測溶液和參比溶液的濃度差示差法標尺擴展原理

18、示差法標尺擴展原理：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% cx的的T=50% ；標尺擴展標尺擴展10倍倍差示法可以降低測量的誤差，但濃度上升，透過光減弱，光電流減少，儀器調(diào)滿標(T=100%)困難。所以對儀器的靈敏度和穩(wěn)定性有更高的要求。準確度提高的原因準確度提高的原因：使讀數(shù)落入測量誤差最小區(qū)域使讀數(shù)落入測量誤差最小區(qū)域(可稀釋解決可稀釋解決)。相對誤差相對誤差dc/( c+cs)很小，從而結果可靠。很小，從而結果可靠。注意事項注意事項：光源強度足夠強。光源強度足夠強。可以使用低濃度或中濃度組分?？梢允褂玫蜐舛然蛑袧舛冉M分。 x、y 吸收光譜不重疊1測定 x ,2測定 y,互不干擾多組分混合