可见及紫外光度

1、可见及紫外光度分析法可见及紫外光度分析法 环境工程与化学系第六章 第一节：分子吸收光谱概述第一节：分子吸收光谱概述 利用被测物质的分子对利用被测物质的分子对紫外紫外- -可可见光选择性吸收的见光选择性吸收的特性而建立起来特性而建立起来的分析方法叫可见及紫外光度分析的分析方法叫可见及紫外光度分析法法 。一分子吸收光谱的产生一分子吸收光谱的产生在分子中存在着电子的运动，以及组在分子中存在着电子的运动，以及组成分子的各原子间的振动和分子作为整体成分子的各原子间的振动和分子作为整体的转动。分子的的转动。分子的总能量总能量可以认为等于这三可以认为等于这三种种运动能量之和运动能量之和。即：。即： E E分

2、子分子= E= E电子电子+ E+ E振动振动+ E+ E转动转动分子中的这三种运动状态都对应有一分子中的这三种运动状态都对应有一定的定的能级能级。即在分子中存在着即在分子中存在着电子能级、振动能级和电子能级、振动能级和转动能级转动能级。这三种能级都是。这三种能级都是量子化量子化的。其中的。其中电子能级的间距最大（每个能级间的电子能级的间距最大（每个能级间的能量差能量差叫间距或能级差叫间距或能级差），振动能级次之，转动能），振动能级次之，转动能级的间距最小。级的间距最小。如果用如果用 E E电子电子， E E振动振动以及以及E E转动转动表示表示各能级差，则：各能级差，则： E E电子电子 E

3、 E振动振动E E转动转动 由于组由于组成分子能量成分子能量的几部分都的几部分都具有一定的具有一定的能级，所以能级，所以分子也具有分子也具有一定的能级，一定的能级，右图是双原右图是双原子分子的能子分子的能级图：级图：由图可见，在每一个电子能级上有许多由图可见，在每一个电子能级上有许多间距较小的振动能级，在每一个振动能级间距较小的振动能级，在每一个振动能级上又有许多间距更小的转动能级。由于这上又有许多间距更小的转动能级。由于这个原因，处在同一电子能级的分子，可能个原因，处在同一电子能级的分子，可能因振动能量不同而处于不同的能级上。同因振动能量不同而处于不同的能级上。同理，处于同一电子能级和同一振

4、动能级上理，处于同一电子能级和同一振动能级上的分子，由于转动能量不同而处于不同的的分子，由于转动能量不同而处于不同的能级上。能级上。当用光照射分子时，分子就要当用光照射分子时，分子就要选择性的选择性的吸收吸收某些波长（频率）的光而由某些波长（频率）的光而由较低的能较低的能级级E E跃迁到较高能级跃迁到较高能级EE上，所吸收的光的能上，所吸收的光的能量就等于两能级的能量之差：量就等于两能级的能量之差：E= EE= EE E其光的频率为：其光的频率为：=E/hE/h或光的波长为：或光的波长为：=hc=hc/ /E E由于分子由于分子选择性的吸收选择性的吸收了某些波长的光，了某些波长的光，所以这些光

5、的所以这些光的能量就会降低能量就会降低，将这些波长，将这些波长的的光及其所吸收的能量光及其所吸收的能量按一定顺序排列起按一定顺序排列起来，就得到了分子的来，就得到了分子的吸收光谱。吸收光谱。二、分子吸收光谱类型二、分子吸收光谱类型远红外光谱、红外光谱及紫外远红外光谱、红外光谱及紫外- -可见光可见光谱三类。谱三类。分子的分子的转动能级跃迁转动能级跃迁，需吸收波长为远，需吸收波长为远红外光，因此，形成的光谱称为红外光，因此，形成的光谱称为转动光谱转动光谱或远红外光谱。或远红外光谱。分子的分子的振动能级差振动能级差一般需吸收红外光才一般需吸收红外光才能产生跃迁。在分子振动时同时有分子的能产生跃迁。

6、在分子振动时同时有分子的转动运动。这样，分子振动产生的吸收光转动运动。这样，分子振动产生的吸收光 谱中，包括转动光谱，故常谱中，包括转动光谱，故常称为振称为振- -转转光谱光谱。由于它吸收的能量处于红外光区，。由于它吸收的能量处于红外光区，故又称故又称红外光谱。红外光谱。电子的跃迁电子的跃迁吸收光的波长主要在真空紫吸收光的波长主要在真空紫外到可见光区，对应形成的光谱，称为外到可见光区，对应形成的光谱，称为电电子光谱或紫外子光谱或紫外- -可见吸收光谱可见吸收光谱。三光的选择性吸收与物质颜色的关系：三光的选择性吸收与物质颜色的关系：1 1可见光的颜色和互补色：可见光的颜色和互补色：在可见光范围内

7、，不同波长的光的颜色是不在可见光范围内，不同波长的光的颜色是不同的。平常所见的白光（日光、白炽灯光等）同的。平常所见的白光（日光、白炽灯光等）是一种是一种复合光复合光，它是由各种颜色的光按一定，它是由各种颜色的光按一定比例混合而得的。利用棱镜等分光器可将它比例混合而得的。利用棱镜等分光器可将它分解成分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同等不同颜色的单色光颜色的单色光。 白光白光除了可由所有波长的可见光复合得除了可由所有波长的可见光复合得到外，还可由适当的两种颜色的光按一定到外，还可由适当的两种颜色的光按一定比例复合得到。能比例复合得到。能复合成白光的两种颜色复合成白光

8、的两种颜色的光叫互补色光的光叫互补色光。 /nm/nm颜色颜色互补光互补光400-450400-450紫紫黄绿黄绿450-480450-480蓝蓝黄黄480-490480-490绿蓝绿蓝橙橙490-500490-500蓝绿蓝绿红红500-560500-560绿绿红紫红紫560-580560-580黄绿黄绿紫紫580-610580-610黄黄蓝蓝610-650610-650橙橙绿蓝绿蓝650-760650-760红红蓝绿蓝绿2 2物质的颜色与吸收光的关系：物质的颜色与吸收光的关系：当白光照射到物质上时，如果物质对白当白光照射到物质上时，如果物质对白光中某种颜色的光产生了选择性的吸收，光中某种颜色

9、的光产生了选择性的吸收，则物质就会显示出一定的颜色。物质所显则物质就会显示出一定的颜色。物质所显示的示的颜色是吸收光的互补色。颜色是吸收光的互补色。完全吸收完全吸收完全透过完全透过吸收黄色光吸收黄色光光谱示意光谱示意表观现象示意表观现象示意复合光复合光物质颜物质颜色色吸收光吸收光物质颜物质颜色色吸收光吸收光颜色颜色波长范围波长范围（nmnm）颜色颜色波长范围波长范围(nm)(nm)黄绿黄绿紫紫400400450450紫紫绿绿560560580580黄黄蓝蓝450450480480蓝蓝黄黄580580600600橙橙绿蓝绿蓝480480490490绿蓝绿蓝橙橙600600650650红红蓝绿蓝绿

10、490490500500蓝绿蓝绿红红650650760760紫红紫红绿绿500500560560第二节第二节 光吸收定律光吸收定律一基本概念：一基本概念：当强度为当强度为I I0 0的一定波长的单色光束入射通的一定波长的单色光束入射通过装有均匀待测物的溶液介质时，该光束将被过装有均匀待测物的溶液介质时，该光束将被部分吸收部分吸收I Ia a，部分反射，部分反射I I r r ，余下的则通过待，余下的则通过待测物的溶液测物的溶液I It t ，即有：，即有：I I0 0= I= Ia a + I + It t +I +I r r如果吸收介质是溶液（测定中一般是溶如果吸收介质是溶液（测定中一般是溶

11、液），式中反射光强度主要与器皿的性质液），式中反射光强度主要与器皿的性质及溶液的性质有关，在相同的测定条件下，及溶液的性质有关，在相同的测定条件下，这些因素是固定不变的，并且反射光强度这些因素是固定不变的，并且反射光强度一般很小。所以可忽略不计，这样：一般很小。所以可忽略不计，这样： I Io o= I= Ia a + I + It t 即：一束平行单色光通过透明的吸收介质后，即：一束平行单色光通过透明的吸收介质后，入射光被分成了吸收光和透过光。入射光被分成了吸收光和透过光。待测物的溶液对此波长的光的吸收程度可以待测物的溶液对此波长的光的吸收程度可以透光率透光率T T和和 吸光度吸光度A A用

12、来表示。用来表示。透光率透光率透光率表示透过光强度与入射光透光率表示透过光强度与入射光强度的比值，用强度的比值，用T T来表示，计算式为：来表示，计算式为： T= IT= It t /I /Io oT T常用百分比（常用百分比（T%T%）表示。）表示。吸光度吸光度透光率的倒数的对数叫吸光度。透光率的倒数的对数叫吸光度。用用A A表示：表示： A=-lgTA=-lgT二、朗白二、朗白比耳定律：比耳定律：（一）定律内容：（一）定律内容： 当用一束强度为当用一束强度为I Io o的单色光垂直通过厚度的单色光垂直通过厚度为为b b、吸光物质浓度为、吸光物质浓度为c c的溶液时，溶液的溶液时，溶液的吸光

13、度正比于溶液的厚度的吸光度正比于溶液的厚度b b和溶液中和溶液中吸光物质的浓度吸光物质的浓度c c的乘积。数学表达式为：的乘积。数学表达式为： A=-lgT=KbcA=-lgT=Kbc （二）比例常数二）比例常数K K的几种表示方法：的几种表示方法：吸收定律的数学表达式中的比例常数叫吸收定律的数学表达式中的比例常数叫“吸收系数吸收系数”，它的大小可表示出吸光物，它的大小可表示出吸光物质对某波长光的吸收本领（即吸收程度）。质对某波长光的吸收本领（即吸收程度）。它与吸光物质的性质、入射光的波长及温它与吸光物质的性质、入射光的波长及温度等因素有关。度等因素有关。 另外，另外，K K的值随着的值随着b

14、 b和和c c的单位不同而不同。的单位不同而不同。下面介绍下面介绍K K的几种不同的表示方法。的几种不同的表示方法。1 1吸光系数吸光系数：当溶液浓度当溶液浓度c c的单位为的单位为g/Lg/L, ,溶液液层厚度溶液液层厚度b b的单位为的单位为cmcm时，时，K K叫叫“吸光系数吸光系数”，用，用a a表示，表示，其单位为其单位为L/gL/gcmcm，此时：，此时： A=abcA=abc由式可知：由式可知：a=A/bca=A/bc，它表示的是，它表示的是当当c=1g/Lc=1g/L、b=1cmb=1cm时溶液的吸光度。时溶液的吸光度。 2 2摩尔吸光系数：摩尔吸光系数：当溶液浓度当溶液浓度c

15、 c的单位为的单位为mol/Lmol/L，液层厚度，液层厚度b b的单位为的单位为cmcm时，时，K K叫叫“摩尔吸光系数摩尔吸光系数”，用用表示，其单位为表示，其单位为L/molL/molcmcm，此时：此时：A=A=bcbc由此式可知：由此式可知：=A/bc=A/bc，它表示的是，它表示的是当当c=1mol/Lc=1mol/L，b=1cmb=1cm时时，物质对波长为，物质对波长为的的光的光的吸光度吸光度。对于对于K K的这两种表示方法，它们之间的关系的这两种表示方法，它们之间的关系为：为： =aM=aMM M为吸光物质的分子量。为吸光物质的分子量。 和和a a的大的大小都可以反映出吸光物质

16、对波长为小都可以反映出吸光物质对波长为的单的单色光的吸收能力。但更常用和更好的是用色光的吸收能力。但更常用和更好的是用来表示吸光物质对波长为来表示吸光物质对波长为的光的吸的光的吸收能力。收能力。摩尔吸光系数越大，表示物质对摩尔吸光系数越大，表示物质对波长为波长为的光的吸收能力越强，同时在分的光的吸收能力越强，同时在分光光度法中测定的灵敏度也越大。光光度法中测定的灵敏度也越大。 （三）吸收定律的适用条件：（三）吸收定律的适用条件：1 1必须是必须是单色光单色光为入射光；为入射光；2 2溶液为溶液为稀稀溶液；溶液；3 3吸收定律能够用于彼此不相互作用的多吸收定律能够用于彼此不相互作用的多组分溶液。

17、它们的吸光度具有组分溶液。它们的吸光度具有加合性加合性，且对每，且对每一组分一组分分别适用分别适用，即：，即：A A总总= A= A1 1+ A+ A2 2+ A+ A3 3+ A+ An n=1 1bcbc1 1+2 2bcbc2 2+3 3bcbc3 3+n nbcbcn n4 4吸收定律对吸收定律对紫外光、可见光、红外光紫外光、可见光、红外光都都适用适用. .例题例题 ：已知某化合物的相对分子量为：已知某化合物的相对分子量为251251，将此化合物用已醇作溶剂配成浓度为将此化合物用已醇作溶剂配成浓度为0.150 0.150 mmolmmol L L-1-1溶液，在溶液，在480nm480

18、nm处用处用2.00cm2.00cm吸收池吸收池测得透光率为测得透光率为39.8%39.8%，求该化合物在上述条件，求该化合物在上述条件下的摩尔吸光系数和吸光系数。下的摩尔吸光系数和吸光系数。解：已知待测物质浓度解：已知待测物质浓度c=0.150 c=0.150 mmol.Lmmol.L-1-1，b=2.00cm, T=0.398, b=2.00cm, T=0.398, 由由Lambert-Lambert-BeerBeer定律得：定律得： （480nm480nm）=A/ cb=A/ cb = -lg0.398/0.150 = -lg0.398/0.1501010-3 -3 2.002.00 =

19、1.33 =1.33 10103 3 ( L ( L mol mol-1-1 cm cm-1-1) ) 由由=aM=aM , , 得得: : a= /M a= /M= /251=5.30(L = /251=5.30(L g g-1-1 cm cm-1-1) )三溶液对吸收定律的偏离及原因：三溶液对吸收定律的偏离及原因：（一）一）偏离偏离：被测物质浓度与吸光度不被测物质浓度与吸光度不成线性关系的现象，如下图。成线性关系的现象，如下图。 AC（二）偏离吸收定律的原因：（二）偏离吸收定律的原因：1 1入射光为非单色光入射光为非单色光： 严格地说吸收定律只适用于入射光为单严格地说吸收定律只适用于入射光

20、为单色光的情况。但在紫外可见光分光光度法色光的情况。但在紫外可见光分光光度法中，入射光是由连续光源经分光器分光后中，入射光是由连续光源经分光器分光后得到的，这样得到的入射光并不是真正的得到的，这样得到的入射光并不是真正的单色光单色光 ，而是，而是一个有限波长宽度的复合光一个有限波长宽度的复合光，这就可能造成对吸收定律的偏离。这就可能造成对吸收定律的偏离。 对非单色光引起的偏离，其原因是由于对非单色光引起的偏离，其原因是由于同一物质对不同波长的光的同一物质对不同波长的光的摩尔吸光系数摩尔吸光系数不同造成的不同造成的。所以只要在入射光的波长范。所以只要在入射光的波长范围内，围内，摩尔吸光系数差别不

21、是太大，摩尔吸光系数差别不是太大，由此由此引起的偏离是较小的。引起的偏离是较小的。非单色光引起的偏离一般为非单色光引起的偏离一般为负偏离负偏离。2 2、杂散光的影响、杂散光的影响杂散光是指不包括在入射光带内或不通过吸杂散光是指不包括在入射光带内或不通过吸收池而直接进入检测器的光。收池而直接进入检测器的光。杂散光来源如下：仪器内部光学部件、机械杂散光来源如下：仪器内部光学部件、机械部件反射和散射的光，外界及光源漏进检测器的部件反射和散射的光，外界及光源漏进检测器的光。杂散光会引起光。杂散光会引起负偏离负偏离。0000(1/)loglog(1/)1/log1/ssmtststsstIIIIIAII

22、IIIIIAAAII 3 3光的散射：光的散射：当溶液中含有悬浮物或胶粒等散射质点当溶液中含有悬浮物或胶粒等散射质点时，入射光通过溶液时就会有一部分光因时，入射光通过溶液时就会有一部分光因散射散射而损失掉，造成透过光强度比真实情而损失掉，造成透过光强度比真实情况减小的现象，测得的吸光度会增大，从况减小的现象，测得的吸光度会增大，从而引起而引起偏离吸收定律偏离吸收定律( (正偏离正偏离) )。 4 4化学因素引起的偏离：化学因素引起的偏离： 1 1）离解作用）离解作用, 2, 2）酸效应）酸效应, 3, 3）溶剂作）溶剂作用。用。 1 1）离解作用：离解作用：在可见光区域的分析中在可见光区域的分

23、析中常常是将待测组分同某种试剂反应生成有常常是将待测组分同某种试剂反应生成有色配合物来进行测定的。有时，色配合物来进行测定的。有时，配合物在配合物在水中会发生离解，从而使得有色配合物的水中会发生离解，从而使得有色配合物的浓度要小于待测组分的浓度，浓度要小于待测组分的浓度，导致对吸收导致对吸收定律的偏离定律的偏离( (负偏离负偏离) )。2 2）酸效应：酸效应：如果待测组分处在一种酸如果待测组分处在一种酸碱平衡体系中，溶液的酸度将会使得待测碱平衡体系中，溶液的酸度将会使得待测组分的组分的存在形式发生变化存在形式发生变化，而导致对吸收，而导致对吸收定律的偏离。定律的偏离。3 3）溶剂作用：溶剂对吸

24、收光谱的影响）溶剂作用：溶剂对吸收光谱的影响是比较大的，是比较大的，溶剂不同时，物质的吸收光溶剂不同时，物质的吸收光谱不同谱不同。E * n* n* * *n 第三节、有机化合物的紫外吸收光谱第三节、有机化合物的紫外吸收光谱一、跃迁类型一、跃迁类型主要有主要有* *、nn* *、nn* * 、* *a.a.* * 跃迁主要发生在跃迁主要发生在真空紫外区真空紫外区。b.b. * * 跃迁吸收的波长较长，孤立的跃迁吸收的波长较长，孤立的* *跃迁一般在跃迁一般在200nm200nm左右左右 C C、n n* * 跃迁一般在跃迁一般在近紫外区近紫外区（200 200 400 400 nmnm），吸光

25、强度较小，），吸光强度较小， d.d.n n* * 跃迁吸收波长仍然在跃迁吸收波长仍然在150 150 250 nm 250 nm范围，因此不易观察到这类跃迁。范围，因此不易观察到这类跃迁。 在以上几种跃迁中，只有在以上几种跃迁中，只有 - - * *和和n-n- * *两种跃迁的能两种跃迁的能量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光量小，相应波长出现在近紫外区甚至可见光区，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。的吸收强烈，是我们研究的重点。二、常用术语二、常用术语1 1、生色团、生色团: :有机物中含有有机物中含有n n * * 或或* * 跃迁的基团；跃迁的基团； 发发生生n n *

26、 *跃迁的基团有跃迁的基团有-NO-NO2 2 N=N, -N=O,N=N, -N=O,这类跃起产生这类跃起产生的吸收带叫的吸收带叫R R吸收带吸收带. .发生发生 * *跃迁的基团有跃迁的基团有C=C-C=C, C=C-C=C, C=C-C=O, C=C-C=O, 这类跃起产生的吸收带叫这类跃起产生的吸收带叫K K吸收带吸收带. . 2 2、助色团、助色团: :助色团是指带有助色团是指带有非键电子对非键电子对的基团；可的基团；可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，常见助色团助色顺收强度的一些官能团，常见助色团助色顺序为：序为：-F-CH

27、-F-CH3 3-Br-OH-OCH-Br-OH-OCH3 3-NH-NH2 2-NHCH-NHCH3 3-NH(CHNH(CH3 3) )2 2-NHC-NHC6 6H H5 5-O-O- -3 3、红移与蓝移（紫移）、红移与蓝移（紫移） 某些有机化合物经取代反应引入含有未共某些有机化合物经取代反应引入含有未共享电子对的基团之后，吸收峰的波长将向享电子对的基团之后，吸收峰的波长将向长波长波方向方向移动，这种效应称为移动，这种效应称为红移红移效应。效应。 * *共轭效应会发生红移。共轭效应会发生红移。在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的

28、波长会向些取代基之后，吸收峰的波长会向短波方向短波方向移移动，这种效应称为动，这种效应称为蓝移（紫移）蓝移（紫移）效应。效应。如如-R-R，-OCOR-OCOR，四溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响四溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响改变溶剂的极性，改变溶剂的极性，会引起会引起吸收带形状吸收带形状的变的变化。化。改变溶剂的极性改变溶剂的极性，还会使吸收带的，还会使吸收带的最大最大吸收波长发生变化吸收波长发生变化。下表为溶剂对异丙叉丙。下表为溶剂对异丙叉丙酮紫外吸收光谱的影响。酮紫外吸收光谱的影响。 正己烷正己烷 CHClCHCl3 3 CH CH3 3OH HOH H2 2O O * * 230 23

29、8 237 243230 238 237 243 n n * * 329 315 309 305329 315 309 305由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸收光谱图上或数据表中必须在吸收光谱图上或数据表中必须注明所用注明所用的溶剂的溶剂。与已知化合物紫外光谱作对照时。与已知化合物紫外光谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相同。在进行紫也应注明所用的溶剂是否相同。在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。 五吸收曲线（吸收光谱）及最大五吸收曲线（吸收光谱）及最大吸收波长吸收波长1 1吸收曲线：吸收曲线：每一种物质对不同波

30、长每一种物质对不同波长光的吸收程度是不同的光的吸收程度是不同的 。如果我们让各种。如果我们让各种不同波长的光分别通过被测物质，分别测不同波长的光分别通过被测物质，分别测定物质对不同波长光的吸收程度。定物质对不同波长光的吸收程度。以波长以波长为横坐标，吸收程度为纵坐标作图所得曲为横坐标，吸收程度为纵坐标作图所得曲线。线。例：丙酮例：丙酮 max max = = 279nm (279nm ( =15)=15)3691215200 220 260 280 320 340 nm300400500600700 /nm350525545Cr2O72MnO41.00.80.60.40.2Absorbance

31、350CrCr2 2O O7 72-2-、MnOMnO4 4- -的吸收光谱的吸收光谱苯在己烷溶液中的紫外吸收光谱2 2、吸收峰和最大吸收波长、吸收峰和最大吸收波长 maxmax 吸收曲线表明了某种物质对不同波长光吸收曲线表明了某种物质对不同波长光的吸收能力分布。曲线上的各个峰叫吸收的吸收能力分布。曲线上的各个峰叫吸收峰。峰越高，表示物质对相应波长的光的峰。峰越高，表示物质对相应波长的光的吸收程度越大。其中最高的那个峰叫吸收程度越大。其中最高的那个峰叫最大最大吸收峰吸收峰，它的最高点所对应的波长叫，它的最高点所对应的波长叫最大最大吸收波长吸收波长，用，用maxmax表示。表示。 3 3物质的吸

32、收曲线和最大吸收波长的物质的吸收曲线和最大吸收波长的特点：特点：1 1）不同的物质不同的物质，吸收曲线的形状不同，吸收曲线的形状不同，最大吸收波长不同最大吸收波长不同。2 2）对）对同一物质同一物质，其浓度不同时，吸收，其浓度不同时，吸收曲线形状和最大吸收波长曲线形状和最大吸收波长不变，只是不变，只是吸收吸收程度程度要发生变化，表现在曲线上就是曲线要发生变化，表现在曲线上就是曲线的的高低高低发生变化。发生变化。第四节第四节 紫外紫外- -可见分光光度计可见分光光度计一分光光度计的主要部件和工作原理：一分光光度计的主要部件和工作原理：0.575光源光源单色单色器器吸收吸收池池检测检测器器显显示示

33、（一）光源：（一）光源： 用于提供足够用于提供足够强度强度和和稳定稳定的的连续光谱连续光谱。分光光度计中常用的光源有热辐射光源和分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电光源两类。气体放电光源两类。热辐射光源用于可见光区，如热辐射光源用于可见光区，如钨丝灯和钨丝灯和卤钨灯；卤钨灯；气体放电光源用于紫外光区，如气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。氢灯和氘灯。钨灯和碘钨灯可使用的范围钨灯和碘钨灯可使用的范围在在340 340 2500nm 2500nm。氢灯和氘灯。它们可在氢灯和氘灯。它们可在160 160 375 nm375 nm范围范围内产生连续光源。内产生连续光源。 另外，为了使光源发

34、出的光在测量时稳定，另外，为了使光源发出的光在测量时稳定，光源的供电一般都要用光源的供电一般都要用稳压电源，稳压电源，即加有一个即加有一个稳压器。稳压器。（二）分光系统：（二）分光系统：分光系统也叫分光系统也叫单色器单色器。单色器是能从光源辐。单色器是能从光源辐射的复合光中射的复合光中分出单色光分出单色光的光学装置，其主要的光学装置，其主要功能：产生光谱纯度高的光波且波长在紫外可功能：产生光谱纯度高的光波且波长在紫外可见区域内任意可调。见区域内任意可调。 单色器一般由入射狭缝、准光器（透镜单色器一般由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、或凹面反射镜使入射光成平行光）、色散元色

35、散元件件、聚焦元件和出射狭缝等几部分组成。其、聚焦元件和出射狭缝等几部分组成。其核心部分是色散元件，起分光的作用。核心部分是色散元件，起分光的作用。能起分光作用的色散元件主要是能起分光作用的色散元件主要是棱镜和棱镜和光栅。光栅。 入射狭缝入射狭缝 准直透准直透镜镜棱棱镜镜聚焦透聚焦透镜镜出射狭缝出射狭缝白光白光红红紫紫1 12 2800 600 500400棱镜棱镜有有玻璃玻璃和和石英石英两种材料。它们的色两种材料。它们的色散原理是依据不同的波长光通过棱镜时有散原理是依据不同的波长光通过棱镜时有不同的不同的折射率折射率而将不同波长的光分开。由而将不同波长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃

36、棱镜只能于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于用于350 350 3200 nm 3200 nm的波长范围，即只能用的波长范围，即只能用于可见光内。石英棱镜可使用的波长范围于可见光内。石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从较宽，可从185 185 4000nm 4000nm，即可用于紫外、，即可用于紫外、可见和近红外三可见和近红外三 个光域。个光域。光栅光栅是利用光的是利用光的衍射与干涉衍射与干涉作用制成的，作用制成的，它可用于紫外、可见及红外光域，而且在整个它可用于紫外、可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。（三）吸收池（

37、比色皿）：（三）吸收池（比色皿）：在紫外可见分光光度法中，一般都是用液在紫外可见分光光度法中，一般都是用液体溶液进行测定的，用于盛放试液的器皿就是体溶液进行测定的，用于盛放试液的器皿就是吸收池或比色皿吸收池或比色皿。有玻璃和石英两种。有玻璃和石英两种。 （四）光检测系统：（四）光检测系统： 用于检测光信号。利用用于检测光信号。利用光电效应将光强光电效应将光强度信号转换成电信号的装置，度信号转换成电信号的装置，也叫也叫光电器光电器件件。分光光度法中，得到的是一定强度的光分光光度法中，得到的是一定强度的光信号，这个信号需要用一定的部件检测出信号，这个信号需要用一定的部件检测出来。检测时，需要将光信

38、号转换成电信号来。检测时，需要将光信号转换成电信号才能测量得到。光检测系统的作用就是进才能测量得到。光检测系统的作用就是进行这个转换。行这个转换。常用的光检测系统主要有光电池、常用的光检测系统主要有光电池、光电管和光电倍增管。光电管和光电倍增管。1 1、光电池：、光电池：用半导体材料制成的用半导体材料制成的光电转换器。用得最多的是硒光电池。光电转换器。用得最多的是硒光电池。其结构和作用原理为：其结构和作用原理为： 硒光电池硒光电池光电管光电管：它是在抽成真空或充有惰：它是在抽成真空或充有惰性气体的玻璃或石英泡内装上性气体的玻璃或石英泡内装上2 2个电极个电极构成，其结构如下图：构成，其结构如下

39、图：1 1是光电管的是光电管的阳极阳极，它由一个镍环，它由一个镍环或镍片组成；或镍片组成；12342 2 是光电管的是光电管的阴极阴极，它由一个金属片上涂，它由一个金属片上涂一层光敏物质构成，如涂上一层氧化铯。涂上一层光敏物质构成，如涂上一层氧化铯。涂上的光敏物质具有这样一个特性：当光照射到光的光敏物质具有这样一个特性：当光照射到光敏物质上时，它能够放出电子；敏物质上时，它能够放出电子；3 3为为电池电池，其作用是在阴、阳极之间加上一，其作用是在阴、阳极之间加上一电压；电压；4 4为为放大器放大器，放大由光电管产生的电信号；，放大由光电管产生的电信号；光电管将光信号转换成电信号的过程如光电管将

40、光信号转换成电信号的过程如下：当一定强度的光照射到阴极上时，光下：当一定强度的光照射到阴极上时，光敏物质要放出电子，放出电子的多少与照敏物质要放出电子，放出电子的多少与照射到它的光大小成正比，而放出的电子在射到它的光大小成正比，而放出的电子在电场的作用下要流向阳极，从而造成在整电场的作用下要流向阳极，从而造成在整个回路中有电流通过。而此电流的大小与个回路中有电流通过。而此电流的大小与照射到光敏物质上的光的强度成正比。这照射到光敏物质上的光的强度成正比。这就是光电管产生光电效应的原理。就是光电管产生光电效应的原理。红敏管红敏管 625-1000 nm蓝敏管蓝敏管 200-625 nm光电管光电管

41、光电倍增管光电倍增管：它是一个非常灵敏的：它是一个非常灵敏的光电器件，可以把微弱的光转换成电光电器件，可以把微弱的光转换成电流。其灵敏度比前流。其灵敏度比前2 2种都要高得多。它种都要高得多。它是利用是利用二次电子发射以放大光电流二次电子发射以放大光电流，放大倍数可达到放大倍数可达到10108 8倍。倍。 光光电电倍倍增增管管1个光电子可产生个光电子可产生106107个电子个电子（五）信号指示系统（五）信号指示系统它的作用是放大信号并以适当方式指示它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下来。常用的信号指示装置有直读或记录下来。常用的信号指示装置有直读检流计、电位调节指零装置以及数字显示检流计

42、、电位调节指零装置以及数字显示或自动记录装置等。很多型号的分光光度或自动记录装置等。很多型号的分光光度计装配有微处理机，一方面可对分光光度计装配有微处理机，一方面可对分光光度计进行操作控制，另一方面可进行数据处计进行操作控制，另一方面可进行数据处理。理。二、分光光度计的类型：二、分光光度计的类型：（一）单光束分光光度计（一）单光束分光光度计：0.575光源光源单色单色器器吸收吸收池池检测检测器器显显示示这类分光光度计的特点是：这类分光光度计的特点是：结构结构简单，价格便宜。简单，价格便宜。主要适用于主要适用于定量分定量分析，而不适用于作定性分析析，而不适用于作定性分析。另外，。另外，结果受电源

43、的波动影响较大。结果受电源的波动影响较大。 （二）（二）双光束分光光度计双光束分光光度计比比值值光源光源单色单色器器吸收池吸收池检测器检测器显显示示光束分裂器光束分裂器双光束分光光度计是自动比较了透双光束分光光度计是自动比较了透过参比溶液和样品溶液的光的强度，过参比溶液和样品溶液的光的强度，它它不受光源（电源）变化的影响。不受光源（电源）变化的影响。双光束分光光度计还能进行波长扫双光束分光光度计还能进行波长扫描，并自动记录下各波长下的吸光度，描，并自动记录下各波长下的吸光度，很快就可得到试液的吸收光谱。所以很快就可得到试液的吸收光谱。所以能用于能用于定性分析。定性分析。光光源源单色单色器器单色

44、单色器器检测检测器器切切光光器器狭狭缝缝吸吸收收池池（三）双光束双波长分光光度计：（三）双光束双波长分光光度计：双波长分光光度法双波长分光光度法 2 1XA Y21AAA）（yxyxAAAA2211)(yyAA21xxAAA21xxxbCA）（21Y Y 的存在不干的存在不干扰扰 X X 的测定的测定三、分光光度计的校正三、分光光度计的校正通常在实验室工作中，验收新仪器或实通常在实验室工作中，验收新仪器或实验室使用过一段时间后都要进行波长校正验室使用过一段时间后都要进行波长校正和吸光度校正。和吸光度校正。建议采用下述的较为简便和实用的方法建议采用下述的较为简便和实用的方法来进行校正：镨铷玻璃或

45、钬玻璃都有若干来进行校正：镨铷玻璃或钬玻璃都有若干特征的吸收峰，可用来校正分光光度计的特征的吸收峰，可用来校正分光光度计的波长标尺，前者用于可见光区，后者则对波长标尺，前者用于可见光区，后者则对紫外和可见光区都适用。也可用紫外和可见光区都适用。也可用K K2 2CrOCrO4 4标标准溶液来校正吸光度标度。准溶液来校正吸光度标度。第五节第五节 显色反应及其影响因素显色反应及其影响因素一显色反应和显色剂：一显色反应和显色剂：（一）显色反应：（一）显色反应：在光度分析中将试样中的待测组分在光度分析中将试样中的待测组分转变成有色化合物的反应叫显色反应。转变成有色化合物的反应叫显色反应。显色反应一般分

46、为两大类：一类是显色反应一般分为两大类：一类是络合反应；另一类是氧化还原反应。络合反应；另一类是氧化还原反应。FeFe3 36SCN6SCN=FeSCN=FeSCN6 63 3；MnMn2 25e5e4H4H2 2O= MnOO= MnO4 48H8H在这两类反应中，用得较多的是络在这两类反应中，用得较多的是络合反应。合反应。 （二）显色剂：（二）显色剂：与待测组分生成有色化合物的试剂叫显色剂。与待测组分生成有色化合物的试剂叫显色剂。 1 1无机显色剂：无机显色剂：2 2有机显色剂：有机显色剂：1 1）优点：）优点： a a具有鲜明的颜色，具有鲜明的颜色，都很大（一般可达都很大（一般可达到到1

47、0104 4以上），所以测定的灵敏度很高。以上），所以测定的灵敏度很高。b b生成的一般为螯合物，稳定性很好，一生成的一般为螯合物，稳定性很好，一般离解常数都很小。般离解常数都很小。c c选择性好选择性好d d有些有色配合物易溶有些有色配合物易溶于有机溶剂，可进行萃取于有机溶剂，可进行萃取光度分析，提高了测定的光度分析，提高了测定的灵敏度和选择性。灵敏度和选择性。3 3常见的有机显色剂：常见的有机显色剂：1 1磺基水杨酸：磺基水杨酸：其结构式如右图：其结构式如右图：OHCOOHSO3H它可用于测定三价铁离子。它可用于测定三价铁离子。2 2邻二氮菲（邻菲罗啉，邻二氮菲（邻菲罗啉，1 1，1010

48、二氮二氮菲）：结构式为：菲）：结构式为：直接在直接在pH=3pH=39 9时与时与FeFe2+2+生成红生成红色螯合物。用色螯合物。用于铁的测定。于铁的测定。 NN3 3双硫腙：也叫二苯双硫腙：也叫二苯硫腙。结构式为：硫腙。结构式为：测定很多重金属离子，如：铅、锌、铜、测定很多重金属离子，如：铅、锌、铜、银、汞、镉等。银、汞、镉等。 SCNHNNHN4 4偶氮胂偶氮胂（铀试剂（铀试剂）：可用于测）：可用于测定铀、钍、锆等。其结构式为：定铀、钍、锆等。其结构式为：AsO3H2NNNNOHOHHO3SSO3HH2O3As二选择显色反应的标准：二选择显色反应的标准：1 1选择性要好。选择性要好。 2

49、 2灵敏度要高。灵敏度要高。 3 3有色化合物的组成要恒定，化学性质稳有色化合物的组成要恒定，化学性质稳定。定。 4 4显色剂的颜色与有色化合物的颜色差别显色剂的颜色与有色化合物的颜色差别要大。要大。 5 5反应的条件要易于控制。反应的条件要易于控制。 三影响显色反应的因素：三影响显色反应的因素：（一）显色剂用量：（一）显色剂用量：显色反应就是将待测组分转变成有色化显色反应就是将待测组分转变成有色化合物的反应，其反应一般可用下式代表：合物的反应，其反应一般可用下式代表： M MR = MRR = MR反应具有一定的可逆性，当加入反应具有一定的可逆性，当加入R R的用的用量时，有利于反应向右进行

50、。量时，有利于反应向右进行。但要注意，加入的显色剂用量也不能太多，但要注意，加入的显色剂用量也不能太多，否则产生副反应，对测定产生不利。例如：否则产生副反应，对测定产生不利。例如：用用SCNSCN- -与与FeFe3+3+反应生成红色配合物测定铁时，反应生成红色配合物测定铁时，当加入的显色剂太多时，就会对测定产生不当加入的显色剂太多时，就会对测定产生不利。利。对于不同的情况，显色剂的用量对显色反对于不同的情况，显色剂的用量对显色反应的影响是不同的。在实际选用时，一般是应的影响是不同的。在实际选用时，一般是通过实验来确定的。通过实验来确定的。实验的方法为：固定待测组分的浓度和实验的方法为：固定待

51、测组分的浓度和其它条件，分别加入不同量的显色剂，分其它条件，分别加入不同量的显色剂，分别测定它们的吸光度，以吸光度为纵坐标，别测定它们的吸光度，以吸光度为纵坐标，显色剂用量为横坐标作图，可得到吸光显色剂用量为横坐标作图，可得到吸光度度显色剂用量的曲线，从图中找出最佳显色剂用量的曲线，从图中找出最佳显色剂用量。显色剂用量。（二）溶液酸度：（二）溶液酸度：酸度对显色反应的影响很大，因为溶液酸度对显色反应的影响很大，因为溶液酸度直接影响着金属离子、显色剂的存在酸度直接影响着金属离子、显色剂的存在形式和有色化合物的组成、稳定性等。形式和有色化合物的组成、稳定性等。1 1酸度对金属离子存在形式的影响：酸

52、度对金属离子存在形式的影响：很多高价金属离子都要水解，酸度较低时，很多高价金属离子都要水解，酸度较低时，不利于显色反应的进行。不利于显色反应的进行。2 2酸度对显色剂浓度的影响：酸度对显色剂浓度的影响：很多显色剂都是有机弱酸，在溶液中有很多显色剂都是有机弱酸，在溶液中有如下平衡：如下平衡：HR HR H H+ + R R而显色反应为而显色反应为 M MR R MR MR所以酸度太高对反应不利。所以酸度太高对反应不利。 3 3酸度对显色剂颜色的影响：酸度对显色剂颜色的影响：很多显色剂本身就是酸碱指示剂，酸度不同很多显色剂本身就是酸碱指示剂，酸度不同时，它们的颜色不同。如果控制不好酸度，就时，它们

53、的颜色不同。如果控制不好酸度，就会使指示剂颜色与有色化合物的颜色相近而影会使指示剂颜色与有色化合物的颜色相近而影响测定。响测定。比如：用二甲酚橙为显色剂，它与金属离子比如：用二甲酚橙为显色剂，它与金属离子形成的配合物为红色，它本身在形成的配合物为红色，它本身在pH6.3pH6.3时为柠时为柠檬黄色，而在檬黄色，而在pHpH6.36.3时为红紫色。所以在时为红紫色。所以在pHpH6.36.3时，就无法进行测定。时，就无法进行测定。 4 4酸度对配合物组成的影响：酸度对配合物组成的影响：有些显色反应当酸度不同时，要生成配位比不有些显色反应当酸度不同时，要生成配位比不同的配合物，其颜色也有所不同。如

54、：同的配合物，其颜色也有所不同。如：FeFe3+3+与与水扬酸的配合物：水扬酸的配合物：pHpH4 4 Fe(CFe(C7 7H H4 4O O3 3) )+ + 褐红色褐红色4 4pHpH8 8 Fe(CFe(C7 7H H4 4O O3 3) )2 2 橙色橙色pHpH8 Fe(C8 Fe(C7 7H H4 4O O3 3) )3 33 3 黄色黄色 由上可见，酸度对显色反应的影响是很大由上可见，酸度对显色反应的影响是很大的，适宜的酸度要由实验来确定。的，适宜的酸度要由实验来确定。（三）显色时间：（三）显色时间：显色反应的速度有快有慢，快的几乎是显色反应的速度有快有慢，快的几乎是瞬间完成，

55、颜色很快达到稳定状态，并且瞬间完成，颜色很快达到稳定状态，并且能保持较长时间。大多数显色反应的速度能保持较长时间。大多数显色反应的速度是比较慢的，需要一定时间才能达到稳定。是比较慢的，需要一定时间才能达到稳定。而且有些有色化合物放置过久也会褪色。而且有些有色化合物放置过久也会褪色。适宜的显色时间要由实验来确定。适宜的显色时间要由实验来确定。（四）温度：（四）温度：一般显色反应在室温下进行，但是也一般显色反应在室温下进行，但是也有一些反应要加热到一定温度下才能进有一些反应要加热到一定温度下才能进行。而且还有一些有色配合物在室温下行。而且还有一些有色配合物在室温下要分解。要分解。（五）溶剂的影响：

56、（五）溶剂的影响：1 1影响有色化合物的溶解度；影响有色化合物的溶解度；2 2影响有色化合物的颜色；影响有色化合物的颜色；3 3影响显色反应进行的速度；影响显色反应进行的速度； （六）干扰离子的影响和消除方法：（六）干扰离子的影响和消除方法：1 1与显色剂生成生成稳定的配合物；与显色剂生成生成稳定的配合物；2 2干扰离子本身有色；干扰离子本身有色；3 3与被测离子形成难离解化合物。与被测离子形成难离解化合物。消除干扰的方法主要有以下几种：消除干扰的方法主要有以下几种：1 1控制酸度：控制酸度：2 2加入掩蔽剂；加入掩蔽剂；3 3利用氧化还原反应改变价态；利用氧化还原反应改变价态；4 4、用参比

57、溶液消除显色剂和某些共、用参比溶液消除显色剂和某些共存有色离子的干扰；存有色离子的干扰；5 5、选择适当的波长；、选择适当的波长；6 6、分离干扰离子：以上方法均不奏、分离干扰离子：以上方法均不奏效时，采用预先分离的方法。效时，采用预先分离的方法。 第六节第六节 光度测量误差及光度测量误差及 测量条件的选择测量条件的选择 光度分析的误差来源于两方面：一光度分析的误差来源于两方面：一方面是各种化学因素引入的误差；另一方面是各种化学因素引入的误差；另一方面是仪器测量不准引入的误差。对于方面是仪器测量不准引入的误差。对于化学因素，前面巳经讲过，现在我们来化学因素，前面巳经讲过，现在我们来看仪器测量不

58、准引入的误差。看仪器测量不准引入的误差。一仪器测量误差：一仪器测量误差：任何光度计都有一定的测量误差，测量误差任何光度计都有一定的测量误差，测量误差的来源主要是光源的发光强度不稳定，光电效的来源主要是光源的发光强度不稳定，光电效应的非线性，杂散光的影响，单色光不纯等因应的非线性，杂散光的影响，单色光不纯等因素。素。对于一台固定的光度计来说，以上因素都是对于一台固定的光度计来说，以上因素都是固定的，也就是说，它的误差具有一定的稳定固定的，也就是说，它的误差具有一定的稳定性。其大小可由光度计的透光率的读数准确度性。其大小可由光度计的透光率的读数准确度表现出来。表现出来。具体说来，对于一个给定的光度

59、计来说，具体说来，对于一个给定的光度计来说，其透光率的读数误差等于常数其透光率的读数误差等于常数T T，约为，约为0.010.010.020.02。但透光率的读数误差不能代。但透光率的读数误差不能代表测定结果的误差。测量结果的误差常用表测定结果的误差。测量结果的误差常用浓度的相对误差浓度的相对误差C/CC/C表示（表示（C C表示测量表示测量结果的浓度绝对误差）。它的大小是与结果的浓度绝对误差）。它的大小是与T T的大小有关的。的大小有关的。而同样大小的而同样大小的T T在透光率不同时（溶在透光率不同时（溶液浓度不同），所引起的浓度相对误差是液浓度不同），所引起的浓度相对误差是不同的。下表列出

60、了在一定不同的。下表列出了在一定T T时不同透光时不同透光率所对应的浓度误差：率所对应的浓度误差：TTdTcdclnT%T%9595909080807070 c /c /c cT T20.520.510.610.65.65.64.04.0T T10.310.35.35.32.82.82.02.0T%T%6060505040403030 c /c /c cT T3.263.262.882.882.732.732.772.77T T1.621.621.441.441.371.371.391.39T%T%202010105 5 c /c /c cT T3.113.114.344.346.76.7T