儀器分析紫外-可見(jiàn)分光光度法

第一章紫外-可見(jiàn)分光光度法

掌握紫外-可見(jiàn)分光光度法的基本原理及其方法應(yīng)用；

熟悉紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)；教學(xué)目標(biāo)（一）、知識(shí)目標(biāo)

熟練操作各種型號(hào)的紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)；

能應(yīng)用紫外-可見(jiàn)分光光度法進(jìn)行樣品的定性、定量分析。（二）、能力目標(biāo)1、光的波粒二象性波動(dòng)性粒子性一、光的基本性質(zhì)

波長(zhǎng)：兩個(gè)相鄰波峰或波谷間的距離（nm）頻率：?jiǎn)挝粫r(shí)間里通過(guò)一固定點(diǎn)處波的數(shù)目（S-1）

光的波動(dòng)性光以波的形式傳播，可用波長(zhǎng)、頻率來(lái)表示。=c/c=3×1010cm/s返回△E=h=hc/

h為普朗克常數(shù)6.63×10-34J.s光的粒子性光由光子組成，具有能量。能量

小大紫、藍(lán)、青、綠、黃、橙、紅可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍400-760nm波譜分區(qū)書(shū)上P5光譜分區(qū)能量

小200nm400nm760nm

大波長(zhǎng)光譜區(qū)域紫外光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)中紅外分析方法紫外可見(jiàn)分光光度法25um紅外光譜法紫、藍(lán)、青、綠、黃、橙、紅2.5um各種可見(jiàn)光的波長(zhǎng)顏色波段（nm）紫藍(lán)青藍(lán)青綠黃綠黃橙紅400~450450~480480~490490~500500~560560~580580~600600~650650~760若兩種光可組成白光，則它們?yōu)榛パa(bǔ)光。

光的互補(bǔ)：互補(bǔ)光示意圖

物質(zhì)對(duì)光的吸收過(guò)程（P7）二、溶液對(duì)光的選擇性吸收

物質(zhì)對(duì)光的吸收具有選擇性1）若溶液透明、均勻，人眼看到的溶液顏色是由透射光的波長(zhǎng)決定的。2）當(dāng)入色光為白光（復(fù)合光），溶液吸收的光與透射的光互補(bǔ)。光的互補(bǔ)：藍(lán)黃結(jié)論：溶液的顏色（透射光）吸收光顏色波段（nm）黃綠黃橙紅紫紅紫藍(lán)青藍(lán)青紫藍(lán)青藍(lán)青綠黃綠黃橙紅400~450450~480480~490490~500500~560560~580580~600600~650650~760溶液顏色與吸收光顏色和波段的關(guān)系三、紫外-可見(jiàn)分光光度法的基本原理

朗伯—比耳定律（光吸收定律）

T--透過(guò)率A--吸光度

b--液層厚度（光程長(zhǎng)度）c--被測(cè)物濃度k--吸光系數(shù)吸光度A：表征物質(zhì)對(duì)光吸收程度的量。

A=lgI0/It=-lgT=kbc1、朗伯—比耳定律注意k的符號(hào)與c的對(duì)應(yīng)關(guān)系

關(guān)于K：K的物理意義：?jiǎn)挝缓穸?、單位濃度溶液?duì)一定波長(zhǎng)光的吸光度。與溶液性質(zhì)、溫度和入射光波長(zhǎng)有關(guān)。K越大，吸收能力越強(qiáng)，靈敏度越高。K與濃度單位之間的變化關(guān)系（P9）c的單位K的單位名稱(chēng)符號(hào)mol/LL/（mol·cm）摩爾吸光系數(shù)εg/LL/（g·cm）質(zhì)量吸光系數(shù)α摩爾吸光系數(shù)ε吸光物質(zhì)的特征常數(shù)；在最大吸收波長(zhǎng)λmax處，常以εmax表示。在溫度和介質(zhì)條件一定時(shí)，ε僅與吸光物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)有關(guān)，可作為定性鑒定的參數(shù)；不隨濃度c和光程長(zhǎng)度b的改變而改變：ε＝A/bc

。ε在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長(zhǎng)下的吸光度。吸光能力與測(cè)定靈敏度的度量；

εmax越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強(qiáng)，測(cè)定的靈敏度越高。

ε>105：超高靈敏

ε=(6～10)×104：靈敏

ε<104：不靈敏

2、應(yīng)用朗伯—比耳定律時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題入射光為平行單色光，且垂直照射；吸光質(zhì)點(diǎn)之間無(wú)相互作用；吸光度具有加和性（A總=A1+A2+…）。

吸收曲線（吸收光譜）

標(biāo)準(zhǔn)（工作）曲線3、朗伯—比耳定律的應(yīng)用吸收曲線的繪制練習(xí)試驗(yàn)溶液：λ（nm）480490500505510A0.1930.2250.3380.3850.405λ（nm）515520525530540A0.3900.3070.3270.2820.143XXX的吸收曲線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表吸收曲線的特點(diǎn)同一物質(zhì)

不同的物質(zhì)因其結(jié)構(gòu)不同而具有不同的吸收曲線；濃度不同，其吸收曲線的形狀和λmax的位置不變，但在同一波長(zhǎng)下吸光度隨濃度的增大而增大。連續(xù)光譜（寬譜帶）吸收曲線的意義為定量分析選擇測(cè)量波長(zhǎng)；

定性分析。返回在、b固定的情況下,測(cè)定一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，作A-c圖。標(biāo)準(zhǔn)（工作）曲線繪制方法：吸光度隨濃度變化的曲線注意濃度的不同表示方法鐵的標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)（工作）曲線的繪制練習(xí)標(biāo)準(zhǔn)系列：濃度（mg/L）0.100.200.300.400.500.60吸光度A0.0970.2000.3040.4080.5100.613XXX的標(biāo)準(zhǔn)曲線實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表濃度（mg/L）吸光度A為何有些點(diǎn)偏低？有些點(diǎn)偏高？朗伯—比耳定律的偏離吸光度A濃度c正偏離負(fù)偏離偏離原因非單色光引起的偏離：L—B定律要求入射光為單色光，但目前儀器提供的入射光是由波長(zhǎng)范圍較窄的光帶組成的復(fù)合光。非平行入射光引起的偏離介質(zhì)不均勻引起的偏離化學(xué)因素引起的偏離：高濃度時(shí)引起溶液中吸光粒子之間相互作用上升，使吸光能力發(fā)生變化；化學(xué)反應(yīng)引起的偏離。如何評(píng)價(jià)？標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性如何保證？----線性相關(guān)系數(shù)----儀器、濃度范圍、基本操作通過(guò)人眼比較溶液顏色深淺來(lái)測(cè)定其中待測(cè)物質(zhì)含量比色管架1、目視比色法四、紫外-可見(jiàn)分光光度法分類(lèi)（1）優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、操作快速、靈敏度較高。（2）缺點(diǎn)：準(zhǔn)確性差，主觀誤差約達(dá)5-20%。（3）適用于準(zhǔn)確度要求不高的常規(guī)樣品分析，如鋼鐵爐前分析、水質(zhì)分析中的色度分析。目視比色法的優(yōu)缺點(diǎn)2、分光光度法

通過(guò)儀器測(cè)定被測(cè)溶液對(duì)某一波長(zhǎng)光的吸收而確定其中物質(zhì)的含量。1、靈敏度高：試樣中1%-0.001%微量成分2、準(zhǔn)確度高：相對(duì)誤差2%-5%（1%-2%）3、儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、性價(jià)比高4、應(yīng)用廣泛：幾乎所有的無(wú)機(jī)離子及許多有機(jī)物紫外-可見(jiàn)分光光度法的特點(diǎn)五、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)

光源吸收池檢測(cè)器單色器數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)1、儀器結(jié)構(gòu)框圖工作原理及儀器結(jié)構(gòu)示意圖光源碘鎢燈氘燈單色器測(cè)量池參比池樣品池光電倍增管數(shù)據(jù)處理和儀器控制2、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的類(lèi)型單波長(zhǎng)單光束（P15）單波長(zhǎng)雙光束雙波長(zhǎng)3、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)

主要部件光源

在儀器工作的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，提供連續(xù)、有足夠發(fā)射強(qiáng)度和良好穩(wěn)定性的復(fù)合光，而且發(fā)射光的強(qiáng)度隨波長(zhǎng)的變化應(yīng)盡可能小。可見(jiàn)區(qū)：鎢絲燈或碘鎢燈，波長(zhǎng)范圍320-3200nm。紫外區(qū)：氫燈或氘燈，波長(zhǎng)范圍200-375nm?；疽蟪Ｓ霉庠醋贤夤庠?--氘燈(185-375nm)可見(jiàn)光源--鎢燈(320-1000nm)單色器單色器作用：從光源發(fā)出的復(fù)合光中分出所需要的單色光。單色器組成：由入射狹縫、準(zhǔn)光器（透鏡或凹面反射鏡使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狹縫等組成。單色器的核心部分是色散元件（如玻璃棱鏡和光柵），起分光的作用。

吸收池用于盛放分析試樣；

可見(jiàn)光區(qū)可用玻璃吸收池，紫外區(qū)用石英吸收池；

吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向；

吸收池要配對(duì)。因?yàn)槲粘夭牧媳旧砦馓卣饕约拔粘氐墓獬涕L(zhǎng)度的精度等對(duì)分析結(jié)果都有影響。吸收池

檢測(cè)器的功能：檢測(cè)透射光強(qiáng)度、將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。

常用的檢測(cè)器有光電池、光電管和光電倍增管等。

檢測(cè)器功能：放大信號(hào)、顯示或記錄信號(hào)。常用的檢測(cè)器有數(shù)字顯示、自動(dòng)記錄儀等。

信號(hào)處理及顯示系統(tǒng)各部件作用及材料光源單色器吸收池檢測(cè)器材料氫燈/氘燈鎢絲燈棱鏡（玻璃、石英）光柵比色皿（玻璃、石英）光電管光電池光電倍增管作用發(fā)出連續(xù)光源將復(fù)合光分為單色光盛放溶液將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)型號(hào)波長(zhǎng)/nm分光器件數(shù)據(jù)處理指示產(chǎn)地721340-1000光柵微機(jī)數(shù)顯上海天普722325-1000光柵微機(jī)數(shù)顯上海天普S22PC

340～1000光柵微機(jī)數(shù)顯

上海棱光

755B190-1100光柵微機(jī)/打印數(shù)顯上海天普T6系列190-1100光柵微機(jī)/打印數(shù)顯北京普析UV2300200~800光柵微機(jī)液晶顯示器上海天美U1800190-1100光柵微機(jī)液晶顯示器日本日立UV2450190～900衍射光柵微機(jī)/打印液晶顯示器日本島津常用紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)721型分光光度計(jì)722型分光光度計(jì)4、分光光度計(jì)的使用

預(yù)熱20min。調(diào)節(jié)T=0。調(diào)節(jié)T=100%（A=0）。測(cè)定溶液的吸光度A。六、紫外-可見(jiàn)分光光度法的應(yīng)用

無(wú)機(jī)物、有機(jī)物吸收光譜的特點(diǎn)一、定性分析

定性分析的方法定性分析的方法

純物質(zhì)對(duì)照

與標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照返回back標(biāo)準(zhǔn)吸收光譜譜圖Sadtler.

SdandardSpectra(Ultraviolet).Heyden,London,1978.共收集了46000種化合物的紫外吸收光譜R.A.FriedelandM.Orchin,UltravioletSpectraofAromaticCompounds,Wiley,NewYork,1951.共收集了579種芳香化合物的紫外吸收光譜Kenzo.Hirayama,HandbookofUltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofOrganicCompounds,NewYork,Plenum,1967M.J.Kamlet,OrganicElectronicSpectraData,Vol.1,1946~1952,Interscience，1960返回有機(jī)化合物的紫外吸收特性常用術(shù)語(yǔ)1）、生色團(tuán)：能吸收近紫外光、可見(jiàn)光引起電子躍遷的基團(tuán)。如：含鍵的基團(tuán)（三鍵、雙鍵）2）、助色團(tuán)：能使有機(jī)物吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)并使吸收強(qiáng)度增強(qiáng)的基團(tuán)。如：含有孤電子對(duì)的氧、氮、鹵素等基團(tuán)注意：對(duì)“色”的理解3）、紫（藍(lán)）移和紅移：因取代基的變更或溶劑的改變使吸收峰波長(zhǎng)發(fā)生移動(dòng)。

紅移：波長(zhǎng)變長(zhǎng)

藍(lán)（紫）移：波長(zhǎng)變短幾類(lèi)有機(jī)化合物的紫外吸收特性1、飽和烴類(lèi)及其衍生物

烷烴（

-*，在遠(yuǎn)紫外區(qū)產(chǎn)生吸收，一般作溶劑）鹵代烷烴（n-*，因助色團(tuán)的作用，吸收光譜紅移，在遠(yuǎn)紫外和近紫外區(qū)產(chǎn)生吸收）2、不飽和烯烴及共軛烯烴簡(jiǎn)單烯烴（遠(yuǎn)紫外區(qū)）共軛烯烴（含多生色團(tuán)，近紫外區(qū)及可見(jiàn)區(qū)產(chǎn)生吸收，且強(qiáng)度強(qiáng)，有實(shí)際意義）化合物溶劑max/nmmax[L/mol?cm]N=1己烯氣體16210000N=21,3-丁二烯己烷21720900N=31,3,5-己三烯異辛烷26842700N=41,3,5,7-辛四烯環(huán)己烷304共軛多烯烴的吸收醛、酮3、羰基化合物（-*，n-*）羧酸類(lèi)及其衍生物（210nm）4、芳香族化合物（-*）

苯（三個(gè)特征吸收峰）

取代苯（吸收峰紅移或紫移）雜環(huán)化合物（1）五元雜環(huán)（兩個(gè)吸收峰）（2）六元雜環(huán)（三個(gè)吸收峰）化合物1max/nm1max[L/mol.cm]2max/nm2max[L/mol.cm]3max/nm3max[L/mol.cm]苯184600002047900256200萘2201100002755600312289蒽2522000003757900菲2525000029513000330250芘2408900033450000352630丁苜27813000047311000苯和一些多芳香烴化合物的吸收光譜數(shù)據(jù)溫度溶劑pH值影響紫外吸收光譜的因素A230250270290310pH=7pH=2胞苷三磷酸在pH=2和pH=7的吸收光譜（nm）紫外-可見(jiàn)分光光度法的應(yīng)用二、檢查物質(zhì)的純度

無(wú)紫外-可見(jiàn)吸收的物質(zhì)（溶劑）中雜質(zhì)組分的檢查紫外-可見(jiàn)分光光度法的應(yīng)用三、定量分析

單組分定量分析的方法

多組分定量分析的方法標(biāo)準(zhǔn)（工作）曲線的應(yīng)用配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制未知樣品溶液測(cè)定某水樣中微量鐵含量0.100.500.300.400.200.60(mg/L)

在、b固定的情況下，選擇使用分光光度計(jì)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)系列、未知樣品的吸光度A。濃度（mg/L）0.100.200.300.400.500.60標(biāo)準(zhǔn)系列吸光度A0.0970.2000.3040.4080.5100.613未知樣吸光度A0.348記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線查出測(cè)定液的濃度并計(jì)算濃度（c）吸光度A0.3480.35mg/LGoback數(shù)據(jù)處理設(shè)工作曲線方程為y=a+bxx為標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度；y為相應(yīng)的吸光度；a、b稱(chēng)回歸系數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)計(jì)算公式直接得到a、b與γ的數(shù)值。相關(guān)系數(shù)接近1，說(shuō)明工作曲線線性好。測(cè)定時(shí)，為避免使用時(shí)出差錯(cuò)，所作工作曲線上必須標(biāo)明標(biāo)準(zhǔn)曲線的名稱(chēng)、所用標(biāo)準(zhǔn)溶液（或標(biāo)樣）名稱(chēng)和濃度、坐標(biāo)分度和單位、測(cè)量條件（儀器型號(hào)、入射光波長(zhǎng)、吸收池厚度、參比液名稱(chēng)）以及制作日期和制作者姓名。數(shù)據(jù)處理使用工作曲線法的要點(diǎn)為保證測(cè)定準(zhǔn)確度，標(biāo)樣與試樣溶液的組成應(yīng)保持一致，待測(cè)試液的濃度應(yīng)在工作曲線線性范圍內(nèi)，最好在工作曲線中部。工作曲線應(yīng)定期校準(zhǔn)，如果實(shí)驗(yàn)條件變動(dòng)（如更換標(biāo)準(zhǔn)溶液、所用試劑重新配制、儀器經(jīng)過(guò)修理、更換光源等情況），工作曲線應(yīng)重新繪制。如果實(shí)驗(yàn)條件不變，那么每次測(cè)量只需帶一個(gè)標(biāo)樣，校驗(yàn)一下實(shí)驗(yàn)條件是否符合，就可直接用此工作曲線測(cè)量試樣的含量。曲線繪制不當(dāng)?shù)谋壤鼳xy12以兩組分為例1、當(dāng)吸收光譜不重疊即a）1處x組分有吸收y無(wú)吸收b）2處y組分有吸收x無(wú)吸收則分別在兩波長(zhǎng)下測(cè)定x、y互不干擾。2、若吸收光譜重疊，即1、2下x、y均有吸收。通過(guò)解方程求Cx、Cy

A1=x1bcx+y1bcy

A2=x2bcx+y2bcyx1、y1——x、y的