第十一章紫外-可見分光光度法

第十一章紫外-可見分光光度法

教學(xué)目的及要求：1.了解吸光光度法的特點(diǎn)。2.理解物質(zhì)對光的選擇性吸收。

3.掌握朗伯—比耳定律。4.了解顯色反應(yīng)及其影響因素。吸光光度法的基本原理紫外一可見分光光度法（ultravioletvisiblespectrophotometry）是利用物質(zhì)在紫外、可見光區(qū)的分子吸收光譜，對物質(zhì)進(jìn)行定性分析、定量分析及結(jié)構(gòu)分析的方法。按所吸收光的波長區(qū)域不同，分為紫外分光光度法(60-400nm)和可見分光光度法(400-750nm)，合稱為紫外一可見分光光度法。11－1紫外-可見分光光度法概論通常是指研究200-780nm光譜區(qū)域內(nèi)，物質(zhì)分子或離子對光輻射吸收的一種方法，也稱為吸光光度法或分光光度法。一、吸光光度法的特點(diǎn)(p297)1.靈敏度高

10-3~10-6mol·L-12.準(zhǔn)確度好<5%

3.快速簡便4.應(yīng)用廣泛化學(xué)分析：常量組分(>1%),Er:0.1%～0.2%，準(zhǔn)確度高，依據(jù)化學(xué)反應(yīng),使用玻璃儀器。儀器分析：微量組分(<1%),Er:1%～5%，靈敏度高，依據(jù)物理或物理化學(xué)性質(zhì),需要特殊的儀器。例:含F(xiàn)e約0.05%的樣品,

稱0.2g樣品,

則m(Fe)≈0.1mg重量法

m(Fe2O3)≈0.14mg,稱不準(zhǔn)容量法

V(K2Cr2O7)≈0.02mL,測不準(zhǔn)光度法

結(jié)果0.048%～0.052%,

滿足要求二.物質(zhì)對光的選擇性吸收

1.單色光、復(fù)合光、互補(bǔ)色光

光的互補(bǔ)色示意圖2.溶液的顏色與光的選擇性吸收選擇吸收宏觀現(xiàn)象KMnO4

(紫紅色)吸收白光中的黃綠色

CuSO4

(藍(lán)色)

吸收白光中的黃色

互補(bǔ)色

結(jié)論：⑴同一種物質(zhì)對不同波長的光表現(xiàn)出不同的吸收能力，稱之謂選擇吸收現(xiàn)象。⑵不同的物質(zhì)對光的選擇吸收性質(zhì)是不同的。⑶溶液的顏色并不是某一個波長，而是一個波長帶。NaCl無色

3.光吸收曲線描述物質(zhì)對不同波長光的吸收能力的曲線，稱為光吸收曲線。KMnO4溶液的光吸收曲線(525nm)特點(diǎn)：①在可見光范圍內(nèi)，KMnO4溶液對波長525nm附近黃綠色光的吸收最強(qiáng)。光吸收程度最大處的波長稱為最大吸收波長，用λmax表示。②不同濃度的KMnO4溶液的光吸收曲線形狀相似，最大吸收波長不變。光吸收曲線與物質(zhì)特性有關(guān)，所以它可以作為物質(zhì)定性鑒定的基礎(chǔ)。③濃度不同的同種物質(zhì)的溶液，在一定波長處吸光度隨溶液的濃度的增加而增加，這個特性可作為物質(zhì)定量分析的基礎(chǔ)。相關(guān)的基本概念吸收光譜（吸收曲線）：不同波長光對樣品作用不同，吸收強(qiáng)度不同以λ~A作圖。吸收光譜特征：定性依據(jù)吸收峰→λmax

吸收谷→λmin

肩峰→λsh

末端吸收→飽和σ-σ躍遷產(chǎn)生11-2

Lamber-Beer定律：吸收光譜法基本定律描述物質(zhì)對單色光吸收強(qiáng)弱與液層厚度和待測物濃度的關(guān)系假設(shè)一束平行單色光通過一個吸光物體朗伯-比耳定律吸光度、溶液的濃度及液層厚度之間的關(guān)系如下：

A=Kbc

其物理意義是：在一定溫度下，一束平行的單色光通過均勻的非散射的溶液時，溶液對光的吸收程度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比。

1．Lamber-Beer定律的適用條件（前提）入射光為單色光溶液是稀溶液2．該定律適用于固體、液體和氣體樣品3．在同一波長下，各組分吸光度具有加和性應(yīng)用：多組分測定當(dāng)c的單位為g·L-1，b的單位為cm時，比例常數(shù)K用a表示，其單位為L·g-1·cm-1，a稱為吸光系數(shù)，這時上式變?yōu)椋篈=abc

（11-3）當(dāng)c的單位用mol·L-1，b用cm時，比例常數(shù)K用ε表示，其單位為L·mol-1·cm-1，ε稱為摩爾吸光系數(shù)，此時上式變?yōu)椋篈=εbc（11-4）摩爾吸光系數(shù)ε可看成是待測物質(zhì)濃度c為1mol·L-1，液層厚度為1cm時，在特定波長下所具有的吸光度。ε值越大，表示有色物質(zhì)對該波長光的吸收能力越強(qiáng)，有色物質(zhì)的顏色越深，測定的靈敏度也就越高。應(yīng)用朗伯－比耳定律時，必須掌握好以下條件：①入射光波長應(yīng)為λmax?，且單色性好；②被測溶液具有均勻性、非散射性(不渾濁，也不呈膠體)；③被測物質(zhì)的濃度應(yīng)在一定范圍內(nèi)?。朗伯－比耳定律不僅適用于可見光，也適用于紅外光和紫外光；不僅適用于均勻非散射的液體，也適用于固體和氣體。因此，它是各類吸光光度法定量的依據(jù)，用途很廣。吸光度測量的條件選擇：1）測量波長的選擇：λmax2）吸光度讀數(shù)范圍的選擇：3）參比溶液(空白溶液)的選擇：選A=0.2~0.8注：采用空白對比消除因溶劑和容器的吸收、光的散射和界面反射等因素對透光率的干擾三、偏離BEER定律的因素依據(jù)Beer定律，A與C關(guān)系應(yīng)為經(jīng)過原點(diǎn)的直線偏離Beer定律的主要因素表現(xiàn)為以下兩個方面

（一）光學(xué)因素（二）化學(xué)因素（一）光學(xué)因素

非單色光的影響：

Beer定律應(yīng)用的重要前提——入射光為單色光照射物質(zhì)的光經(jīng)單色器分光后并非真正單色光其波長寬度由入射狹縫的寬度和棱鏡或光柵的分辨率決定為了保證透過光對檢測器的響應(yīng)，必須保證一定的狹縫寬度這就使分離出來的光具一定的譜帶寬度（二）化學(xué)因素Beer定律適用的另一個前提：稀溶液濃度過高會使C與A關(guān)系偏離定律11-3光度分析法及其儀器

分光光度法及分光光度計1.基本原理光度法的基本原理是：由光源發(fā)出白光，采用分光裝置，獲得單色光，讓單色光通過有色溶液，透過光的強(qiáng)度通過檢測器進(jìn)行測量，從而求出被測物質(zhì)含量。2.分光光度計的主要部件①光源②單色器③吸收池④檢測器⑤顯示系統(tǒng)

①光源

功能：提供能量激發(fā)被測物質(zhì)分子，使

之產(chǎn)生電子光譜譜帶（提供寬帶輻射）。

②單色器功能：從光源輻射的復(fù)合光中分出單色光。

③吸收池功能：盛放分析試樣（一般是液體）。④檢測器功能：檢測光信號，測量單色光透過溶液后光強(qiáng)度變化的一種裝置。⑤信號顯示系統(tǒng)3.分光光度計分光光度計的類型按其設(shè)計原理可以分為單波長分光光度計和雙波長分光光度計兩類。

紫外分光光度計

1．光源：2．單色器：包括狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件

棱鏡——對不同波長的光折射率不同色散元件分出光波長不等距光柵——衍射和干涉分出光波長等距鎢燈或鹵鎢燈——可見光源350~1000nm氫燈或氘燈——紫外光源200~360nm3．吸收池：玻璃——能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)石英——不吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)要求：匹配性（對光的吸收和反射應(yīng)一致）4．檢測器：將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置5．記錄裝置：訊號處理和顯示系統(tǒng)光電池光電管光電倍增管二極管陣列檢測器類型：

1．單光束分光光度計：特點(diǎn)：使用時來回拉動吸收池→移動誤差對光源要求高比色池配對2．雙光束分光光度計：

特點(diǎn)：不用拉動吸收池，可以減小移動誤差對光源要求不高可以自動掃描吸收光譜3．雙波長分光光度計特點(diǎn)：利用吸光度差值定量消除干擾和吸收池不匹配引起的誤差吸光光度儀器的一般操作程序1.選定合適的波長作為入射光，接通電源預(yù)熱儀器。2.調(diào)透光率為零，即儀器零點(diǎn)。3.將參比溶液置于光路，接通光路(蓋上吸收池暗箱蓋)，調(diào)T%=100.0。2、3步應(yīng)反復(fù)調(diào)整。4.將樣品溶液推入光路，讀取吸光度A。5.測定完成后，應(yīng)整理好儀器，尤其要注意吸收池應(yīng)及時清洗干凈。11-4吸光光度法測量條件的選擇為了使測定結(jié)果有較高的靈敏度和準(zhǔn)確度，必須注意選擇最適宜的測量條件。①入射光波長②吸光度范圍被測溶液的吸光度值在0.2～0.8范圍內(nèi)，測量誤差較小。為此可從以下三方面加以控制：一是改變試樣的稱樣量，或采用稀釋、濃縮、富集等方法來控制被測溶液的濃度；二是選擇適宜厚度的吸收池；三是選擇適當(dāng)?shù)娘@色反應(yīng)和參比溶液。③參比溶液(空白液)影響顯色反應(yīng)的因素①顯色劑的用量②溶液的酸度③顯色溫度④顯色時間應(yīng)用于光度分析的顯色反應(yīng)必須符合下列要求：①顯色反應(yīng)的靈敏度要高。一般來說，ε值在104～105時，則可認(rèn)為此顯色反應(yīng)靈敏度較高。②有色化合物組成要固定、穩(wěn)定性要高。③反應(yīng)的選擇性要好。④顯色劑在測定波長處無明顯吸收。⑤顯色反應(yīng)受溫度、pH、試劑加入量的變化影響要小11-5吸光光度法的應(yīng)用定性方法1.比較吸收光譜曲線：形狀、峰數(shù)、λmax位置與相應(yīng)的εmax。2.用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則計算λmax，然后與實(shí)測值比較。比較吸收光譜曲線法有標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較法和標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較法兩種

A.利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)比較在相同的測量條件下，測定和比較未知物與已知標(biāo)準(zhǔn)物的吸收光譜曲線，如果兩者的光譜完全一致，則可以初步認(rèn)為它們是同一化合物。為了能使分析更準(zhǔn)確可靠，要注意如下幾點(diǎn)：

一是盡量保持光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。為此，應(yīng)采用與吸收物質(zhì)作用力小的非極性溶劑，且采用窄的光譜通帶；二是吸收光譜采用lgA對λ作圖。這樣如果未知物與標(biāo)準(zhǔn)物的濃度不同，則曲線只是沿軸平移，而不是像曲線那樣以的比例移動，更便于比較分析。

三是往往還需要用其它方法進(jìn)行證實(shí)，如紅外光譜等。

B.利用標(biāo)準(zhǔn)譜圖或光譜數(shù)據(jù)比較常用的標(biāo)準(zhǔn)譜圖有以下的四種：

[1]SadtlerStandardSpectra(Ultraviolet),Heyden,London,1978.薩特勒標(biāo)準(zhǔn)圖譜共收集了46000種化合物的紫外光譜。

[2]R.A.FriedelandM.Orchin,“UltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofAromaticCompounds”,Wiley,NewYork,1951.本書收集了597種芳香化合物的紫外光譜。

[3]KenzoHirayama：“HandbookofUltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofOrganicCompounds.”,NewYork,Plenum,1967。

[4]“OrganicElectronicSpectralData”，JohnWileyandSons，1946～（這是一套由許多作者共同編寫的大型手冊性叢書，所收集的文獻(xiàn)資料由1946年開始，目前還在繼續(xù)編寫）。

定量分析一、單一組分分析1.比較法(注意點(diǎn))

A=εb