第十一章 紫外可見(jiàn)吸收光譜法

第十一章紫外可見(jiàn)吸收光譜法UV-visibleSpectrophotometry§11-1光譜分析法概述光學(xué)分析法的定義：涉及物質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的分析方法。光(電磁波)具有波粒二重性：微粒性

E=hv=hcv波動(dòng)性

v==(cm-1)λ1Cv～～

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：λ—波長(zhǎng)v—頻率光譜的分類(lèi)(按電磁輻射的本質(zhì))：原子光譜和分子光譜。原子光譜：因原子外層電子能級(jí)的變化而產(chǎn)生的輻射或吸收進(jìn)而產(chǎn)生的光譜。分子光譜：由于分子的電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化而產(chǎn)生的光譜。原子光譜法：根據(jù)原子的發(fā)射或吸收光譜線來(lái)進(jìn)行定性或定量分析的方法。分子光譜法：根據(jù)分子的電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)發(fā)射或吸收光譜線來(lái)進(jìn)行定性或定量分析的方法。原子光譜法的分類(lèi)：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(lèi)：紫外-可見(jiàn)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：吸收、發(fā)射、熒光線狀光譜分子光譜：紫外、可見(jiàn)、紅外等吸收光譜帶狀光譜I黑體輻射：白熾燈、液、固灼熱發(fā)光連續(xù)光譜常用光譜分析法分類(lèi)E(ev)M+hv→M*（激發(fā)態(tài)）§11-2基本原理物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收：光照射到物質(zhì)的時(shí)候，與物質(zhì)的粒子發(fā)生碰撞，光子的能量轉(zhuǎn)移到物質(zhì)的粒子，使粒子由基態(tài)轉(zhuǎn)為激發(fā)態(tài)。當(dāng)光子的能量hv=能級(jí)差△E時(shí)，則吸收。若hv≠△E，則不能吸收(不能躍遷半級(jí))。E2E1E0表1電磁波的波長(zhǎng)范圍波譜區(qū)射線射線紫外線可見(jiàn)光紅外線無(wú)線電波波長(zhǎng)nm10-5-310-210-2-3010-400400-7507.5102-1067.5105-1014表2光學(xué)光譜區(qū)波譜區(qū)遠(yuǎn)紫外近紫外可見(jiàn)區(qū)近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外波波長(zhǎng)10-200nm200-380nm380-780nm780nm-2.5m2.5-50m50-300m

白光是可見(jiàn)光，波長(zhǎng)大約在400-780nm之間，由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種光按一定比例混合而成。把適當(dāng)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(chēng)為互補(bǔ)光。物質(zhì)對(duì)光的吸收：

各種顏色的光透過(guò)程度相同——無(wú)色透明選擇性吸收——溶液呈透過(guò)光的顏色

例:CuSO4吸收黃光→藍(lán)色

KMnO4

吸收綠光→紫色白光照射到物體:全部吸收——黑色對(duì)各種波長(zhǎng)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(zhì)對(duì)光的吸收曲線：1.

同一濃度的有色溶液對(duì)不同波長(zhǎng)的光有不同的吸光度。2.

對(duì)于同一有色溶液，濃度愈大，吸光度也愈大。3.

對(duì)于同一物質(zhì)，不論濃度大小如何，最大吸收峰所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)(最大吸收波長(zhǎng)λmax)不變，并且曲線的形狀也完全相同。術(shù)語(yǔ)、符號(hào)定義其它表示方法輻射能P、P01s內(nèi)照在1cm2面積上的能量光強(qiáng)I、I0吸光度Alog(P0/P)或log(I0/I)光密度DorO.D消光度E透過(guò)率TP/P0或I/I0透射比、透光度光程l待測(cè)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=1cmandc=1%(w/w)比消光系數(shù)§11-2-1光吸收基本定律-朗伯-比爾定律基本概念：

Io：入射光的強(qiáng)度；I：透過(guò)光的強(qiáng)度；a：吸收系數(shù)；c：溶液濃度；b：液層厚度。朗伯—比爾定律：?jiǎn)紊庹丈涞奖粶y(cè)溶液時(shí)，被吸收程度除與入射光的波長(zhǎng)有關(guān)外，還與溶液的濃度和溶液的厚度成正比。A=lg=bcI0I朗伯—比爾定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：b吸光度(A):

光的減弱程度。光不被吸收時(shí)，Io=I，A=lg(I0/I)=0吸收越大(I越小)，則lg(I0/I)越大。透光率(T):

透過(guò)光強(qiáng)度I與入射光強(qiáng)度I0

之比。百分透光率T%＝×100II0T=

II0朗伯—比爾定律的物理意義：當(dāng)吸光物質(zhì)濃度為1mol·L-1，液池厚1cm時(shí)，一定波長(zhǎng)的光通過(guò)溶液時(shí)的吸光度值。光程長(zhǎng)(b):

光束通過(guò)液層的厚度，以cm為單位。吸光系數(shù)a:

與b、c無(wú)關(guān)的常數(shù)。不同吸光物質(zhì)、不同入射波長(zhǎng)，則a不同。摩爾吸光系數(shù)():

若b以cm為單位，而c以mol·L-1為單位，則a的單位為L(zhǎng)·mol-1·cm-1。摩爾吸光系數(shù)是由物質(zhì)的本性決定的，越大，測(cè)定的靈敏度就越大。<104(低)；=104~105(中)；>5×105(高)朗伯—比爾定律的兩大假設(shè)：(a)入射光是單色光;(b)吸收粒子間獨(dú)立，無(wú)相互作用。吸光度A、透射率T與濃度c的關(guān)系：A總

=A1+A2+……+An=1bC1+2bC2+……+nbCn利用這一關(guān)系式可以進(jìn)行混合物質(zhì)的分析

多組分測(cè)定：當(dāng)溶液中含有多種組分時(shí)，各組分的吸光度有加和性。

適用條件：

1.待測(cè)物為均一的稀溶液、氣體等，無(wú)溶質(zhì)、溶劑及懸濁物引起的散射；

2.入射光為單色平行光。 局限性：

樣品吸光度A與光程b總是成正比。但當(dāng)b一定時(shí)，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(zhì)和儀器決定。Lambert-Beer定律的適用性：樣品性質(zhì)影響待測(cè)物高濃度--吸收質(zhì)點(diǎn)間隔變小—質(zhì)點(diǎn)間相互作用—對(duì)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(yīng)、異構(gòu)化、配體數(shù)目改變等，會(huì)引起待測(cè)組份吸收曲線的變化。溶劑的影響：對(duì)待測(cè)物生色團(tuán)吸收峰強(qiáng)度及位置產(chǎn)生影響。膠體、乳狀液或懸浮液對(duì)光的散射損失。待測(cè)樣品在測(cè)定波長(zhǎng)下發(fā)熒光或磷光。在高濃度的電解質(zhì)溶液中，折射指數(shù)發(fā)生變化。儀器因素(穩(wěn)定性和非單色光)

假設(shè)入射光由測(cè)量波長(zhǎng)x和干擾i波長(zhǎng)組成，據(jù)Beer定律，溶液對(duì)在x和i

的光的吸光度分別為：

當(dāng)x=i時(shí)，或者說(shuō)當(dāng)x=i時(shí)，有A=xbc,符合L-B定律；當(dāng)xi時(shí)，或者說(shuō)當(dāng)xi時(shí)，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(dāng)x>i，測(cè)得的吸光度比在“單色光”x處測(cè)得的低，產(chǎn)生負(fù)偏離；反之，當(dāng)x<i，則產(chǎn)生正偏離。

朗伯—比爾定律的偏離：一定條件下，、b

一定，則A與c成線性關(guān)系。當(dāng)溶液的濃度較高時(shí)，曲線往往出現(xiàn)彎曲，即A與C不成線性關(guān)系。朗伯—比爾定律偏離的原因：1.非單色光引起的偏離2.化學(xué)因素的影響稀溶液：服從比耳定律濃溶液:粒子間相互作用,影響了鄰近粒子的電荷分布，使它們的吸光性能發(fā)生變化。

離子間存在化學(xué)平衡，化學(xué)平衡又與濃度、pH值和其它條件有關(guān)，例如：橙黃3.雜散光的影響雜散光使吸光度降低，曲線產(chǎn)生負(fù)偏離。

4.其它因素

散射、電壓波動(dòng)、儀器的非線性響應(yīng)等。

朗伯—比爾定律的校正：只要選取吸光度相近的譜帶作入射光(如圖A部分)，可得到較好的線性關(guān)系。若取B譜帶，則校正曲線會(huì)明顯偏離。吸光度的測(cè)量：?jiǎn)喂馐鴥x器：選用光學(xué)性質(zhì)相同、厚度相等的吸收池分別盛入?yún)⒈热芤汉痛齻?cè)溶液，調(diào)整儀器使透過(guò)參比溶液的透光率為100%，以此光強(qiáng)作為入射光I0，然后進(jìn)行測(cè)定。雙光束儀器：參比池與樣品池同時(shí)放入，直接測(cè)定。光源單色器吸收池檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源光電管、光電倍增管、二極管陣列、CCD棱鏡光柵紫外：氘燈可見(jiàn)：碘鎢燈紫外可見(jiàn)：氙燈石英：紫外，可見(jiàn)玻璃：可見(jiàn)§11-3光度計(jì)及其基本部件基本部件：(1)光源可見(jiàn)光：6~12V鎢燈(320~750nm連續(xù)光譜)紫外光：氘燈(200~300nm連續(xù)光譜)(2)

單色器：獲得單色光a.

濾光片(由有色玻璃構(gòu)成)b.

棱鏡移動(dòng)棱鏡或出射狹縫可得到不同波長(zhǎng)的單色光c.光柵:由在鍍鋁的光學(xué)玻璃上刻許多相距很小、等距又相對(duì)平行,并具有反射面的溝槽構(gòu)成。光柵是利用光衍射作用的色散元件。

光源→狹縫→透鏡棱鏡透鏡→出射狹縫→比色皿

平行光???單色光???(3)吸收池(比色皿)可見(jiàn)光：光學(xué)玻璃紫外光：石英玻璃厚度：0.5,1,2,3,5cm

同樣厚度的比色皿之間透光率相差應(yīng)小于0.5%(4)檢測(cè)器和讀數(shù)裝置作用：透過(guò)光→電流信號(hào)(5)讀數(shù)裝置檢測(cè)電流→A、T刻度VarianCary1E

紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)儀器裝置：721型分光光度計(jì)比色皿不同厚度的比色皿磨沙面光學(xué)玻璃面儀器預(yù)熱選取所需波長(zhǎng)調(diào)儀器零點(diǎn)將溶液裝入比色皿擦干比色皿將比色皿放入比色皿架調(diào)參比溶液的透光率為100%將待測(cè)液推入光路，測(cè)定A值。反應(yīng)條件無(wú)色試液+顯色劑+其它試劑有色溶液顯色反應(yīng)：§11-4顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇顯色反應(yīng)類(lèi)型：配位反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、三元配合物。顯色反應(yīng)的作用：提高靈敏度和選擇性。顯色反應(yīng)的選擇原則：組成恒定、配合物穩(wěn)定、顯色劑吸收波長(zhǎng)與配合物吸收波長(zhǎng)相差大（max>60nm）等。顯色反應(yīng)的顯色劑：與待測(cè)組分形成有色化合物的試劑，有機(jī)顯色劑一般含生色團(tuán)和助色團(tuán)。無(wú)機(jī)：(SCN-；MoO42-；H2O2)有機(jī)：OO型：磺基水楊酸NN型：ON型：PAR

S型:雙硫腙OHCOOHSO3HNNNNNOH

OHNHNHNSN助色團(tuán)：含有未共用電子對(duì)的基團(tuán)，如

–OH、–NH2,與生色團(tuán)的不飽和鍵作用，可降低分子的激發(fā)能，使λmax向長(zhǎng)波移動(dòng)，顏色加深，發(fā)生紅移。生色團(tuán)：含有共軛雙鍵的基團(tuán)，如（偶氮基）

（亞硝基）

干擾消除②選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件①加掩蔽劑③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(shí)間顯色溫度顯色條件的選擇：

配位數(shù)與顯色劑用量有關(guān)；如果會(huì)形成逐級(jí)配合物，其用量更要嚴(yán)格控制。通常是固定其它反應(yīng)條件：cM和pH等，改變cR來(lái)獲得最佳濃度范圍顯色劑用量配位數(shù)和水解等都與pH有關(guān)，具體的pH通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。pH1<pH<pH2顯色反應(yīng)的pH值T1(C)T2(C)t1(min)t2(min)T(C)t(min)顯色溫度和顯色時(shí)間干擾及消除方法掩蔽法(測(cè)Co2+)調(diào)節(jié)pH(測(cè)定Fe3+)Co2+Fe3+Co2+FeF63-Co(SCN)2(藍(lán))（1）NaFSCN-Co2+Fe2+Sn4+（2）Sn2+SCN-Co(SCN)2(藍(lán))Fe3+Cu2+FeSSal(紫紅)Cu2+pH2.5Ssal利用生成絡(luò)合物穩(wěn)定性的不同(Co2+的測(cè)定)Co2+Zn2+Ni2+Fe2+

CoRZnRNiRFeR鈷試劑RCoRZn2+Ni2+Fe2+

H+分離(CO2+、Ni2+離子交換樹(shù)脂)雙波長(zhǎng)或?qū)?shù)光譜法提高靈敏度及選擇性的方法合成新的高靈敏度的有機(jī)顯色劑采用分離富集和測(cè)定相結(jié)合采用三元(多元)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(lèi)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(wú)干擾：λmax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(bǔ)§11-5吸光度測(cè)量條件的選擇入射光的波長(zhǎng)的選擇：x104/nm

為了使光的減弱僅與待測(cè)物質(zhì)有關(guān)，必須用參比溶液進(jìn)行校正參比溶液的選擇：實(shí)際是將透過(guò)參比溶液的光強(qiáng)度作為入射光的強(qiáng)度

參比溶液：用來(lái)調(diào)節(jié)儀器滿標(biāo)(A=0,T=100%)的溶液。

即：參比溶液的選擇溶劑參比：試樣組成簡(jiǎn)單、共存組份少(基體干擾少)、顯色劑不吸收時(shí)，直接采用溶劑(多為蒸餾水)為參比。試劑參比：當(dāng)顯色劑或其它試劑在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收時(shí)，采用試劑作參比(不加待測(cè)物)。試樣參比：如試樣基體在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收，但不與顯色劑反應(yīng)時(shí)，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(cè)組分的試樣，在相同條件下與被測(cè)組分進(jìn)行同樣的處理，然后做為參比。吸光度讀數(shù)范圍的選擇：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(cè)定誤差是不同的。同一儀器，△T基本上是一個(gè)常數(shù)。

T=0.2～0.65誤差較小(A=0.434)T=0.368時(shí)

最小，誤差2.73%△CC(A=0.70～0.20)

設(shè)△T=0.01，以△C/C對(duì)T作圖，可得相對(duì)誤差與透光率的相關(guān)曲線。

因?yàn)槲舛戎荒苓x擇在一定范圍內(nèi)，故一般相對(duì)誤差在5%左右。參比液普通法：空白溶液差示法：比試樣濃度略低的標(biāo)準(zhǔn)溶液在相同條件下顯色作參比溶液Ar=Ax–As=кb(Cx-Cs)=кb△C

Ar:溶液吸光度Ax:普通法測(cè)得的試液吸光度As:普通法測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度§11-6吸光光度法的應(yīng)用高含量組分的測(cè)量—差示分光光度法Ar

△C，測(cè)定試液Ar