诺贝尔学术资源网紫外可见吸光光度法 65页

第2章可见和紫外吸光光度法2.1可见吸光光度法概述2.2光吸收的基本定律—朗伯-比耳定律2.3可见分光光度计简介2.4分析方法的建立2.5可见吸光光度法的应用1 2 2.1可见吸光光度法概述吸光光度法：基于物质对光的选性吸收的分析方法比色法可见分光光度法紫外分光光度法其他3 2.1.1可见吸光光度法的特点：(1)灵敏度高，适用于微量组分的测定。通常所测试液的浓度下限达10-5~10-6mol·L-1。(2)准确度高微量组分的测定相对误差约为1%~5%。(3)操作简单快速，价格便宜。(4)应用广泛，几乎所有的无机物质和许多有机物质的微量成分都能用此法进行测定。4 2.1.2光的基本性质(1)光是一种电磁辐射。M+热M+荧光或磷光M+hM*基态激发态E1（△E）E25 (2)光具有能量，能量是量子化的。E=E2-E1=h选择性吸收：分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同（E不同）。（3）计算吸收1ev能量的波长。（4）电磁波的分区。可见光区-人的眼睛能感觉到的光（380-780nm).6 量子化特征能级的跃迁使物质对光产生选择性吸收7 说明：1、可见光区是分子吸收多种能级跃迁的叠加：（1）电子能级（2）振动能级（3）转动能级2、电子能级的跃迁是带状光谱。3、分子的多种能级跃迁是范围较宽的″带状光谱‶。与分子的电子结构有关。8 2.1.3物质对光的选择性吸收表2-2物质颜色与吸收光颜色的互补关系9 2.1.4吸收曲线：物质对不同波长光的吸收特性的曲线。（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax。图2-2不同物质的吸收曲线10 （2）对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。（3）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。（动画）图2-3不同浓度的吸收曲线讨论：浓度与吸收的关系。11 （3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，是物质的重要的基本特性之一，并作为物质定性分析的重要依据之一。12 2.2光的吸收基本定律─朗伯-比耳（Larnbert-Beer）定律2.2.1.朗伯定律吸光度与液层厚度2.2.2比耳定律吸光度与物质浓度符号说明：13 式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L-１；：摩尔吸收系数，单位L·mol-１·cm-１；：入射光强度；2.2.3朗伯—比耳定律：透过光强度；14 或:A==abcc：溶液的浓度，单位g·L-１a：吸收系数，单位L·g-１·cm-１a与的关系为：=Ma（M为摩尔质量）15 （1）物质的吸光能力的度量max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。>105：超高灵敏；=(6～10）×104：高灵敏；=104～103：中等灵敏；<103：不灵敏。（2）摩尔吸收系数在数值上等于浓度为1mol·L-1、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。（例题1：p6）摩尔吸收系数ε的讨论16 透光度T:描述入射光透过溶液的程度.T=I/I0吸光度A与透射比T的关系:透射比T（透光度、百分透光度）：吸光度A与浓度C是线性关系。17 (1)吸光度A与透射比T的关系是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。(2)吸光度具有加和性。18 朗伯—比耳定律的相关符号：19 2.3可见分光光度计简介基本组成光源单色器样品室检测器显示（动画）20 2.3可见分光光度计简介1.分光光度计21 分光光度计22 23 2.3.1可见分光光度计的主要部件和结构1.光源在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500nm。碘钨灯、激光光源24 2.单色器将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任意波长单色光的光学系统。25 26 ②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；③色散元件：棱镜或光栅,将复合光分解为依波长顺序排列的光谱，形成单色光;①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；27 实际上理想的100%的单色光是不可能达到的，只能获得的是具有一定“纯度”的单色光，即该“单色光具有一定的有效带宽。有效带宽越小，分析的灵敏度越高、选择性越好、分析物浓度与光学响应信号的线性相关性也越好。28 3.样品室-样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。吸收池29 4.检测系统光电检测器:将光强度转换成电流来进行测量。要求：对测定波长范围内的光有快速、灵敏的响应，产生的光电流应与照射于检测器上的光强度成正比。光电检测器有光电池、光电管、光电倍增管等。30 (1)光电管31 (2)光电二极管阵列电容器再次充电的电量与每个二极管检测到的光子数目成正比，而光子数又与光强成正比。通过测量整个波长范围内光强的变化就可得到吸收光谱。电容器充电电容器放电光照射再次充电测量周期32 优点：光电流直接正比于辐射能；使用方便、便于携带（耐用、成本低）；缺点：电阻小，电流不易放大；响应较慢。只在高强度辐射区较灵敏；长时间使用后，有“疲劳”(fatigue)现象。(1)光电池33 有关朗伯—比耳定律的计算：讨论例题2-6。34 2.4分析方法的建立2.4.1显色反应的选择1.选择显色反应时，应考虑的因素显色反应的灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：“对比度”，要求△>60nm。35 2.4.3显色剂无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵等。有机显色剂：种类繁多、应用广泛。偶氮类显色剂：性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大，应用最广泛。例偶氮胂III、PAR等。三苯甲烷类：铬天青S、二甲酚橙等36 37 2.配位显色反应当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外—可见吸收光谱3.氧化还原显色反应某些元素的氧化态，如Mn（Ⅶ）、Cr（Ⅵ）在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。38 2.4.2显色反应条件的选择1.显色剂用量吸光度A与显色剂用量cR的关系会出现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。39 2.反应体系的酸度在相同实验条件下，分别测定不同pH值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。反应体系的酸度是显色反应最重要的条件。40 3.显色时间与温度4.溶剂：适当的溶剂可使吸光度显著增大。（例题7-8）41 2.4.4干扰的消除光度分析中，共存离子如本身有颜色，或与显色剂作用生成有色化合物，都将干扰测定。（1）加入配位掩蔽剂或氧化还原掩蔽剂使干扰离子生成无色配合物或无色离子。（如何消除Fe（Ⅲ）离子的干扰？）42 (2）选择适当的显色条件以避免干扰。例用磺基水杨酸测定Fe（Ⅲ）离子时,Cu（Ⅱ）与试剂形成黄色络合物,干扰测定，但如控制pH在2.5左右Cu（Ⅱ）则不与试剂反应。（3）分离干扰离子.43 2.4.5吸光度测量条件的选择1.选择适当的入射波长一般应该选择λmax为入射光波长。如果λmax处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。44 如图选500nm波长测定，A的灵敏度虽有所下降，但消除了B的干扰，提高了测定的准确度和选择性45 2.参比溶液的选择为什么需要使用参比溶液？测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。46 选择参比溶液所遵循的一般原则：⑴若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其他所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水)作参比溶液；⑵若显色剂或其他所加试剂在测定波长处略有吸收,而试液本身无吸收，用“试剂空白”(不加试样溶液)作参比溶液；47 ⑶若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用“试样空白”(不加显色剂)作参比溶液；⑷若显色剂、试液中其他组分在测量波长处有吸收,则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。（例题9）48 3.吸光度读数范围的选择不同的透射比读数，产生的误差大小不同：将－lgT=κbc微分：两式相除得：49 Δc/c不仅与仪器的透射比误差ΔT有关，而且与其透射比读数T的值也有关。是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？50 最佳读数范围与最佳值:设：ΔT=1%，Δc/c~T关系曲线T在20%～65%之间时,浓度相对误差较小,为最佳读数范围。浓度相对误差最小时的透射比Tmin为：Tmin＝36.8%,Amin＝0.434通过改变吸收池厚度或待测液浓度，使吸光度读数处在适宜范围。普通分光光度法不适于高含量或极低含量物质的测定。例题10：教材p3914题51 2.5可见吸光光度法的应用2.5.2普通分光光度法1.单组分的测定A-c标准曲线法定量测定。52 标准曲线的制作具体方法为:在选择的实验条件下分别测量一系列不同含量的标准溶液的吸光度，以标准溶液中待测组分的含量为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到一条通过原点的直线，称为标准曲线，此时测量待测溶液的吸光度，在标准曲线上就可以查到与之相对应的被测物质的含量。53 2.2.5偏离比耳定律的原因1.现象标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯—比耳定律的偏离。2.引起偏离的因素（两大类）（1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；（2）化学性因素。54 物理性因素：难以获得真正的纯单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯—比耳定律的正或负偏离。非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯—比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。55 化学性因素：(1)朗伯—比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；仅在稀溶液(c<10-2mol·L-1)时才基本符合。当溶液浓度c>10-2mol·L-1时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收，引起负偏离。故：朗伯—比耳定律只适用于稀溶液。56 (2)溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化。例：CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O（例题11）57 2.多组分的同时测定⑴各组分的吸收曲线不重叠⑵各组分的吸收曲线互有重叠58 根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。Aλ1=κaλ1bca＋κbλ1bcbAλ2=κaλ2bca＋κbλ2bcb（例题教材p39：15）59 2.5.1高含量组分的测定──示差法设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为cs(cs