第九章紫外可見(jiàn)吸收光譜分析法

9.4紫外可見(jiàn)吸收光譜的應(yīng)用

9.4.1顯色與測(cè)量條件的選擇一、顯色反應(yīng)的選擇1.選擇顯色反應(yīng)時(shí)，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(cè)定波長(zhǎng)處無(wú)明顯吸收，兩種有色物最大吸收波長(zhǎng)之差：“對(duì)比度”，要求△>60nm。2.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(shí)，通常會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移躍遷，產(chǎn)生很強(qiáng)的紫外—可見(jiàn)吸收光譜。3.氧化還原顯色反應(yīng)

某些元素的氧化態(tài)，如Mn（Ⅶ）、Cr（Ⅵ）在紫外或可見(jiàn)光區(qū)能強(qiáng)烈吸收，可利用氧化還原反應(yīng)對(duì)待測(cè)離子進(jìn)行顯色后測(cè)定。

例如：鋼中微量錳的測(cè)定，Mn2＋不能直接進(jìn)行光度測(cè)定

2Mn2＋＋5S2O82-＋8H2O=2MnO4－

+10SO42-＋16H+將Mn2＋

氧化成紫紅色的MnO4－后，在525nm處進(jìn)行測(cè)定。二、影響顯色反應(yīng)的因素1.顯色劑用量吸光度A與顯色劑用量CR的關(guān)系會(huì)出現(xiàn)如圖所示的幾種情況。選擇曲線(xiàn)變化平坦處。2.反應(yīng)體系的酸度影響顯色劑的平衡濃度和顏色影響被測(cè)金屬離子的存在狀態(tài)影響絡(luò)合物的組成

在相同實(shí)驗(yàn)條件下，分別測(cè)定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度。選擇曲線(xiàn)中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對(duì)應(yīng)的pH范圍。二、影響顯色反應(yīng)的因素3.顯色時(shí)間與溫度

實(shí)驗(yàn)確定4.溶劑一般盡量采用水相測(cè)定，二、影響顯色反應(yīng)的因素三、共存離子干擾的消除1.加入掩蔽劑

選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測(cè)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(cè)組分的測(cè)定。例：測(cè)定Ti4＋，可加入H3PO4掩蔽劑使Fe3+(黃色)成為Fe(PO４)23-(無(wú)色)，消除Fe3+的干擾；又如用鉻天菁S光度法測(cè)定Al3+時(shí)，加入抗壞血酸作掩蔽劑將Fe3+還原為Fe2+，消除Fe3+的干擾。2.選擇適當(dāng)?shù)娘@色反應(yīng)條件3.分離干擾離子四、測(cè)定條件的選擇1.選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL(zhǎng)

一般應(yīng)該選擇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)。

2.選擇合適的參比溶液

為什么需要使用參比溶液？

測(cè)得的的吸光度真正反映待測(cè)溶液吸光強(qiáng)度。參比溶液的選擇一般遵循以下原則：

⑴若僅待測(cè)組分與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)物在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收，其它所加試劑均無(wú)吸收，用純?nèi)軇ㄋ?作參比溶液；⑵若顯色劑或其它所加試劑在測(cè)定波長(zhǎng)處略有吸收，而試液本身無(wú)吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；參比溶液的選擇一般遵循以下原則：

⑶若待測(cè)試液在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收，而顯色劑等無(wú)吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液；

⑷若顯色劑、試液中其它組分在測(cè)量波長(zhǎng)處有吸收，則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。3.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微分：－dlgT＝－0.434dlnT=-0.434T-1

dT

=εbdc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

濃度測(cè)量值的相對(duì)誤差（Δc/c）不僅與儀器的透光度誤差ΔT有關(guān)，而且與其透光度讀數(shù)T的值也有關(guān)。是否存在最佳讀數(shù)范圍？何值時(shí)誤差最??？

最佳讀數(shù)范圍與最佳值

設(shè)：ΔT=1%，則可繪出溶液濃度相對(duì)誤差Δc/c與其透光度T的關(guān)系曲線(xiàn)。如圖所示：當(dāng)：ΔT=1%，T在15%～65%之間時(shí)，濃度相對(duì)誤差較小，最佳讀數(shù)范圍。

可求出濃度相對(duì)誤差最小時(shí)的透光度Tmin為：

Tmin＝36.8%,Amin＝0.434

用儀器測(cè)定時(shí)應(yīng)盡量使溶液透光度值在T%=15～65%(吸光度A=0.80～0.20)。b、如果溶液已顯色，則可通過(guò)改變比色皿的厚度來(lái)調(diào)節(jié)吸光度大小（光程長(zhǎng)度b）吸光度范圍的控制A：0.20～0.80；T：15%～65%a、計(jì)算而且控制試樣的稱(chēng)出量，含量高時(shí)，少取樣，或稀釋試液；含量低時(shí)，可多取樣，或萃取富集（濃度c）c、選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤海ㄊ静罘止夤舛确ǎ┪?、提高光度測(cè)定靈敏度和選擇性的途徑1.合成新的高靈敏度有機(jī)顯色劑2.采用分離富集和測(cè)定相結(jié)合3.采用三元(多元)配合物顯色體系

由一個(gè)中心金屬離子與兩種(或兩種以上)不同配位體形成的配合物，稱(chēng)為三元(多元)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浜衔锉绕湎鄳?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湮惑w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π電子的流動(dòng)性和電子躍遷幾率增大。三元配合物主要類(lèi)型有：三元離子締合物、三元混配配合物、三元膠束(增溶)配合物。9.4.2分光光度定量測(cè)定方法1.單組分的測(cè)定通常采用A-c

標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法定量測(cè)定。一般測(cè)量步驟：(1)對(duì)于無(wú)色物質(zhì),選擇顯色反應(yīng)及適宜條件；(2)測(cè)量繪制吸收曲線(xiàn)，確定最大吸收波長(zhǎng)；(3)確定測(cè)量條件,如:測(cè)量波長(zhǎng)、參比溶液等；(4)配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液；(5)測(cè)量吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)；(6)在相同條件下,配制試樣溶液,測(cè)量吸光度；(7)在標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)上,由試樣溶液吸光度查出對(duì)應(yīng)的濃度值。一、普通分光光度法一、普通分光光度法2.多組分的同時(shí)測(cè)定

⑴若各組分的吸收曲線(xiàn)互不重疊，則可在各自最大吸收波長(zhǎng)處分別進(jìn)行測(cè)定。這本質(zhì)上與單組分測(cè)定沒(méi)有區(qū)別。

⑵若各組分的吸收曲線(xiàn)互有重疊，則可根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。

Aλ1=εaλ1bca

＋εbλ1bcb

Aλ2=εaλ2bca

＋εbλ2bcb

二、示差分光光度法（示差法）

普通分光光度法一般只適于測(cè)定微量組分，當(dāng)待測(cè)組分含量較高時(shí)，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(cè)溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液。

設(shè)：待測(cè)溶液濃度為cx，標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為cs(cs<cx)。則：

Ax=εb

cx

As=εb

csΔＡ＝Ａx

－Ａs=εb(cx

－cs

）=εbΔc

測(cè)得的吸光度相當(dāng)于普通法中待測(cè)溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度之差ΔＡ。示差分光光度法（示差法）

ΔA＝Ax

－As=εb(cx

－cs

）=εbΔc

測(cè)得的吸光度相當(dāng)于普通法中待測(cè)溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度之差ΔA

。

示差法測(cè)得的吸光度與Δc呈直線(xiàn)關(guān)系。由標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)上查得相應(yīng)的Δc值，則待測(cè)溶液濃度cx

：

cx=cs+Δc

示差法標(biāo)尺擴(kuò)展原理：普通法：cs的T=10%；cx的T=5%示差法：cs做參比，調(diào)T=100%則：cx的T=50%；標(biāo)尺擴(kuò)展10倍二、雙波長(zhǎng)分光光度法

不需空白溶液作參比；但需要兩個(gè)單色器獲得兩束單色光(λ1和λ2)；以參比波長(zhǎng)λ1處的吸光度Aλ1作為參比，來(lái)消除干擾。在分析渾濁或背景吸收較大的復(fù)雜試樣時(shí)顯示出很大的優(yōu)越性。靈敏度、選擇性、測(cè)量精密度等方面都比單波長(zhǎng)法有所提高。

ΔA

＝Aλ2

－Aλ1

＝(ελ2

－ελ1)bc

兩波長(zhǎng)處測(cè)得的吸光度差值ΔA與待測(cè)組分濃度成正比。ελ1和ελ2分別表示待測(cè)組分在λ1和λ2處的摩爾吸光系數(shù)。

關(guān)鍵問(wèn)題:測(cè)量波長(zhǎng)λ2和參比波長(zhǎng)λ1的選擇與組合

以?xún)山M分x和y的雙波長(zhǎng)法測(cè)定為例：設(shè)：x為待測(cè)組分，y為干擾組分，二者的吸光度差分別為:

ΔAx和ΔAy，則該體系的總吸光度差ΔAx+y為：

ΔAx+y=ΔAx+ΔA

y如何選擇波長(zhǎng)λ1

、λ2有一定的要求。選擇波長(zhǎng)組合λ1

、λ2的基本要求是：

⑴選定的波長(zhǎng)λ1和λ2處干擾組分應(yīng)具有相同吸光度，即：ΔAy=ΔAyλ2

－ΔAyλ1=0故：ΔAx+y=ΔAx=(εxλ2－εxλ1)bcx此時(shí)：測(cè)得的吸光度差ΔA只與待測(cè)組分x的濃度呈線(xiàn)性關(guān)系，而與干擾組分y無(wú)關(guān)。若x為干擾組分，則也可用同樣的方法測(cè)定y組分。

可采用作圖法選擇符合上述兩個(gè)條件的波長(zhǎng)組合。⑵在選定的兩個(gè)波長(zhǎng)λ1和λ2處待測(cè)組分的吸光度應(yīng)具有足夠大的差值。雙波長(zhǎng)法的特點(diǎn)：雙波長(zhǎng)法可以消除渾濁溶液背景和吸收光譜重疊的干擾1、雙波長(zhǎng)分光光度法中只有參比波長(zhǎng)，無(wú)參比溶液2、雙波長(zhǎng)光高頻率交替通過(guò)試液，可以減少因光源、檢測(cè)器等的不穩(wěn)定性而引入的誤差，提高準(zhǔn)確度3、可以避免單波長(zhǎng)法中因被測(cè)試液和參比溶液在組成、均勻性上的差異以及兩個(gè)吸收池的差異而引入的誤差三、導(dǎo)數(shù)分光光度法

導(dǎo)數(shù)分光光度法在多組分同時(shí)測(cè)定、渾濁樣品分析、消除背景干擾、加強(qiáng)光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜光譜的辨析等方面，顯示了很大的優(yōu)越性。

利用吸光度(或透光度)對(duì)波長(zhǎng)的導(dǎo)數(shù)曲線(xiàn)來(lái)進(jìn)行分析：

Ｉ＝Ｉ0e-εbc假定入射光強(qiáng)度Ｉ0在整