光谱分析概论

1、光学分析概论光学分析概论一、电磁辐射和电磁波谱一、电磁辐射和电磁波谱二、光学分析法及其分类二、光学分析法及其分类 三、三、溶液中溶质分子对光的选择性吸收与吸收光谱溶液中溶质分子对光的选择性吸收与吸收光谱四、光吸收基本定律四、光吸收基本定律五、光谱法仪器五、光谱法仪器分光光度计分光光度计六、分光光度法的误差来源及条件选择六、分光光度法的误差来源及条件选择1电磁辐射（电磁波，光） ：以巨大速度通过空间、 不需要任何物质作为传播媒介的一种能量 2电磁辐射的性质：具有波粒二象性波动性：粒子性：1，cchhE波长越长，能量越低；波长越短，能量越高。波长越长，能量越低；波长越短，能量越高。续前3电磁波谱：

2、电磁辐射按波长顺序排列，称。射线射线 X 射线射线紫外光紫外光可见光可见光红外光红外光微波微波无线电波无线电波（一）光学分析法 依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐射相互 作用而建立起来的各种分析法的统称。（二）分类： 1光谱法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部 发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或散射 辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量 分析方法 续前2非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用测定 电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基 本性质变化的分析方法 分类：折射法、旋光法、比浊法、射线衍射法3光谱法与非光谱法的区别：续前（三）发射光谱（四）吸收光谱 激发态光基态吸收辐射

3、能量*MhM吸收光谱光基态激发态释放能量发光hMM*发射光谱光学光谱区光学光谱区远紫外远紫外近紫外近紫外 可见可见近红外近红外中红外中红外 远红外远红外（真空紫外）（真空紫外）10nm200nm 200nm 380nm380nm 780nm780 nm 2.5 m2.5 m 50 m50 m 300 m三三. . 溶液中溶质分子对光的选择性吸收与吸收曲线溶液中溶质分子对光的选择性吸收与吸收曲线 /nm颜色颜色互补光互补光400-450紫黄绿450-480蓝蓝黄黄480-490绿蓝绿蓝橙橙490-500蓝绿蓝绿红红500-560绿绿红紫红紫560-580黄绿黄绿紫紫580-610黄黄蓝蓝610-

4、650橙橙绿蓝绿蓝650-760红红蓝绿蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光不同颜色的可见光波长及其互补光例例 如：如：CuSO4溶液溶液物质对光的选择性吸收及吸收曲线M + 热M + 荧光或磷光M + h M *基态基态 激发态激发态E1 （E） E2E = E2 - E1 = h量子化 ；选择性吸收Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱的吸收光谱300400500600700 /nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350吸收曲线的讨论：同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最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

5、波长称为大处对应的波长称为最大吸收波长最大吸收波长maxmax不同浓度的不同浓度的同一同一种物质，其吸收曲线形状种物质，其吸收曲线形状相似相似maxmax不变。而对于不变。而对于不同不同物质，它们的吸收曲线形状和物质，它们的吸收曲线形状和maxmax则则不同。不同。吸收曲线吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质可以提供物质的结构信息，并作为物质定性定性分析的分析的依据之一。依据之一。讨论：不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A A 有差异，在有差异，在maxmax处吸光度处吸光度A A 的差异最大。此特性可作作的差异最大。此特性可作作为物质

6、为物质定量定量分析的依据。分析的依据。在在maxmax处吸光度随浓度变化的处吸光度随浓度变化的幅度幅度最最大大，所以测定，所以测定最最灵敏灵敏。吸收曲线是。吸收曲线是定量定量分析中选择入射分析中选择入射光光波长波长的重要的重要依据依据。苯苯和和甲苯甲苯在环己烷中的吸收光谱在环己烷中的吸收光谱苯苯(254nm)甲苯甲苯(262nm)A 230 250 270 五五. 光吸收基本定律光吸收基本定律: Lambert-Beer定律定律A=lg(I0/It)=kbcItI0bdxI I-dIs朗伯定律朗伯定律(1760)(1760) A=lg(I0/It)=k1b比尔定律比尔定律(1852)A=lg(

7、I0/It)=k2c吸光度吸光度介质厚介质厚度度(cm)朗伯定律朗伯定律比尔定律比尔定律T透光率（透射比）透光率（透射比）（Transmittance）0tIT =I=10=10T-kbc-AA = lg (I0/It) = lg(1/T) = -lgT = kbc吸光度吸光度A、透射比透射比T与浓度与浓度c的关系的关系ATc= 10-kbcTA=kbc5.1 K 吸光系数吸光系数 Absorptivity a的单位的单位: Lg-1cm-1当当c的单位用的单位用gL-1表示时，用表示时，用a表示，表示， Aabc 的单位的单位: Lmol-1cm-1当当c的单位用的单位用molL-1表示时，

8、用表示时，用 表示表示. 摩尔吸光系数摩尔吸光系数 Molar Absorptivity A bc 吸光度与光程的关系吸光度与光程的关系 A = bc 光源光源检测器检测器0.00吸光度吸光度检测器检测器b样品样品光源光源0.22吸光度吸光度光源光源检测器检测器0.44吸光度吸光度b样品样品b样品样品吸光度与浓度的关系吸光度与浓度的关系 A = bc 吸光度吸光度0.00光源光源检测器检测器 吸光度吸光度0.22光源光源检测器检测器b 吸光度吸光度0.42光源光源检测器检测器b5.2 朗伯朗伯-比尔定律的适用条件比尔定律的适用条件 (1) 入射光为平行单色光且垂直照射。入射光为平行单色光且垂直

9、照射。 (2) 吸光物质为均匀非散射体系。吸光物质为均匀非散射体系。 (3) 吸光质点之间无相互作用。吸光质点之间无相互作用。 (4) 辐射与物质之间的作用仅限于光吸收，辐射与物质之间的作用仅限于光吸收，无荧光和光化学现象发生。无荧光和光化学现象发生。5.3 引起偏离朗伯比尔定律的原因（一）物理因素（一）物理因素单色光不纯非平行入射光引起的偏离介质不均匀反射、散射等（二）化学因素1.浓度过高引起的偏移2. 化学反应引起的偏离1.吸光物质的离解、缔合、或形成新化合物、互变异构等 x104 (nm)亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱a. 6.3610-6 mol/Lb. 1.

10、2710-4 mol/Lc. 5.9710-4 mol/L亚甲蓝阳离子亚甲蓝阳离子单体单体 max= 660 nm二聚体二聚体 max= 610 nm二聚体的生成破坏二聚体的生成破坏了了A与与c的线性关系的线性关系5.4. 吸光度的加和性与吸光度的测量吸光度的加和性与吸光度的测量 A = A1 + A2 + +An 用参比溶液调用参比溶液调T=100%（A=0），），再测样品溶再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等溶剂、试剂对光的吸收等。 0 1 2 3 4 mg/mlA。 。 。 。*0.80.60.40.20

11、标准曲线法标准曲线法(校准曲线校准曲线)5.5 朗伯朗伯-比尔定律的分析应用比尔定律的分析应用一、定量分析一、定量分析(一）单组分测定一）单组分测定 一般方法一般方法 示差分光光度示差分光光度1. (二）多组分测定二）多组分测定yyxxyxyyxxyxbcbcAAAbcbcAAA2222211111, 二、络合物组成和酸碱离解常数的测定（一）络合物组成的测定摩尔比法等摩尔比连续变化法1. （二）酸碱离解常数的测定主要特点：五个单元组成分光光度计的主要部件分光光度计的主要部件光源光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够 的光强度的光强度, ,稳定。稳定。

12、可见光区：可见光区：钨灯，钨卤灯钨灯，钨卤灯(320(32025002500nm)nm) 紫外区：紫外区：氢灯，氘灯氢灯，氘灯(180(180375375nm)nm)单色器单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的：将光源发出的连续光谱分解为单色光的 装置。装置。棱镜棱镜: :玻璃玻璃35035032003200nm, nm, 石英石英18518540004000nmnm 光栅光栅: :波长范围宽波长范围宽, , 色散均匀色散均匀, ,分辨性能好分辨性能好, , 使用方便使用方便吸收池吸收池：( (比色皿比色皿) )用于盛待测及参比溶液。用于盛待测及参比溶液。 可见光区：光学玻璃池可见光区：光

13、学玻璃池 紫外区：石英池紫外区：石英池检测器检测器：利用光电效应，将光能转换成：利用光电效应，将光能转换成 电流讯号。电流讯号。 光电池，光电管，光电倍增管光电池，光电管，光电倍增管指示器指示器： 低档仪器：刻度显示低档仪器：刻度显示 中高档仪器：数字显示，自动扫描记录中高档仪器：数字显示，自动扫描记录722722型分光光度计结构方框型分光光度计结构方框图图光光源源吸收池吸收池检测系统检测系统分光分光系统系统1. 仪器测量误差：仪器测量误差：是指在测量吸光是指在测量吸光度或透射比时所产生的误差。度或透射比时所产生的误差。任何光度计都有一定的测量误差。任何光度计都有一定的测量误差。七、吸收光度法

14、的测量误差及七、吸收光度法的测量误差及条件选择条件选择(一一) 仪器测量误差仪器测量误差2. 仪器测量误差的来源仪器测量误差的来源 仪器测量误差的来源是多方面的。仪器测量误差的来源是多方面的。 (1) 光源的发光强度不稳定。光源的发光强度不稳定。 (2)光电效应的非线性、电位计的非线性。光电效应的非线性、电位计的非线性。 (3) 杂散光的影响、滤光片或单色器的质量差杂散光的影响、滤光片或单色器的质量差(谱带谱带过宽过宽)。 (4)比色皿的透光率不一致，透光率与吸光度的标尺比色皿的透光率不一致，透光率与吸光度的标尺不准等因素。不准等因素。 对给定的光度计来说，透光率或吸光度的读数对给定的光度计来

15、说，透光率或吸光度的读数的准确度是仪器精度的主要指标之一，也是衡量测的准确度是仪器精度的主要指标之一，也是衡量测定结果准确度的重要因素。定结果准确度的重要因素。3.3.透射比的读数对浓度误差的影响透射比的读数对浓度误差的影响TTdTTTdTcdcErlg434. 0%100ln%100 假定某仪器的假定某仪器的dT = 0.005，最，最佳测量范围：透射比在佳测量范围：透射比在15%70% 吸光度在吸光度在0.150.80范围内。范围内。 由由dT引引起的起的|Er|较小。较小。 (2) 当当TlnT达最大值时，达最大值时， |Er|最小。最小。，AeTTdTTTd小小浓度测量的相对误差最浓度

16、测量的相对误差最时时即吸光度即吸光度得得434. 0,368. 001ln)ln(1 选择适当的测量条件，是获得选择适当的测量条件，是获得准确测定结果的重要途径。准确测定结果的重要途径。 选择适合的测量条件，可从下选择适合的测量条件，可从下列几个方面考虑。列几个方面考虑。（二）测量条件的选择（二）测量条件的选择 吸光度在吸光度在0.15-0.80时，测量的准确度较高。时，测量的准确度较高。为此可以从下列几方面想办法：为此可以从下列几方面想办法：(1) 计算而且控制试样的称出量，含量高时，计算而且控制试样的称出量，含量高时，少取样，或稀释试液；含量低时，可多取样，少取样，或稀释试液；含量低时，可

17、多取样，或萃取富集。或萃取富集。(2) 如果溶液已显色，则可通过改变比色皿的如果溶液已显色，则可通过改变比色皿的厚度来调节吸光度大小。厚度来调节吸光度大小。 2. 吸光度范围的控制吸光度范围的控制3. 参比溶液的选择参比溶液的选择 参比溶液是用来调节仪器工作参比溶液是用来调节仪器工作零点的，若参比溶液选得不适当，零点的，若参比溶液选得不适当，则对测量读数准确度的影响较大。则对测量读数准确度的影响较大。(1) 纯溶剂空白纯溶剂空白选选 择择 办办 法法 当试液、试剂、显色剂均在测当试液、试剂、显色剂均在测定波长处无吸收时，可用蒸馏水作定波长处无吸收时，可用蒸馏水作参比液，称纯溶剂空白。参比液，称纯溶剂空白。(2) 试液空白试液空白