紫外可见分光光分析法学习教案

1、会计学1紫外可见紫外可见(kjin)分光光分析法分光光分析法第一页，共108页。 基于物质(wzh)光化学性质而建立起来的分析方法称之为光化学分析法。 分为:光谱分析法和非光谱分析法。 光谱分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通过测量物质(wzh)产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的方法。 第1页/共108页第二页，共108页。 在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立(jinl)(jinl)起来的分析方法称为吸光光度法起来的分析方法称为吸光光度法, ,主要有主要有: : 红外吸收光谱红外吸收光谱1000 1000 m ,m ,

2、主要用于有机化合物结构鉴定。主要用于有机化合物结构鉴定。 紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200200400 nm400 nm（近紫外区）（近紫外区） ，可用于结构鉴定和定量分析。，可用于结构鉴定和定量分析。 可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400400750 nm 750 nm ，主要用于有色物质的定量分析。，主要用于有色物质的定量分析。 本章主要讲授紫外可见吸光光度法。本章主要讲授紫外可见吸光光度法。第2页/共108页第三页，共108页。1 1光的基本性质光的基本性质 光是一种电磁波，具

3、有波粒二象性。光的波光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长动性可用波长(bchng)(bchng)、频率、频率、光速、光速c c、波数（、波数（cm-1cm-1）等参数来描述：）等参数来描述： = c = c ； 波数波数 = 1/ = 1/ = = /c/c 光是由光子流组成，光子的能量：光是由光子流组成，光子的能量： E = h E = h = h c / = h c / （PlanckPlanck常数：常数：h=6.626 h=6.626 10 -34 J 10 -34 J S )S )第3页/共108页第四页，共108页。第4页/共108页第五页，共108页。E = E2

4、- E1 = h ：量子化 ；选择性吸收吸收曲线与最大吸收波长 max用不同波长的单色光照射(zhosh)，测吸光度光的互补光的互补(h b)：蓝：蓝 黄黄M + 热M + 荧光或磷光M + h M *基态基态 激发激发态态E1 （E） E2第5页/共108页第六页，共108页。同一种物质对不同波长光的同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为的波长称为(chn wi)(chn wi)最大吸最大吸收波长收波长maxmax不同浓度的同一种物质，其不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似吸收曲线形状相似maxmax不变。不变。而对于不同物质，它们的吸

5、收曲而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和线形状和maxmax则不同。则不同。第6页/共108页第七页，共108页。第7页/共108页第八页，共108页。物质分子内部三种运动物质分子内部三种运动(yndng)(yndng)形式：形式： 1. 1.电子相对于原子核的运动电子相对于原子核的运动(yndng)(yndng)，, ,。第8页/共108页第九页，共108页。第9页/共108页第十页，共108页。 电子能级间跃迁的同时，总电子能级间跃迁的同时，总伴随伴随(bn su)(bn su)有振动和转动能级有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃

6、迁产有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。生的若干谱线而呈现宽谱带。第10页/共108页第十一页，共108页。1（1 1） 转动能级间的能量差转动能级间的能量差rr：eVeV，跃迁产生，跃迁产生(chnshng)(chnshng)吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；转动光谱；1（2 2）振动能级的能量差）振动能级的能量差vv约为：约为：0.050.05eVeV，跃，跃迁产生迁产生(chnshng)(chnshng)的吸收光谱位于红外区，红外光谱或的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；分子振动光谱；1（3 3）电子能级的能

7、量差）电子能级的能量差ee较大较大1 120eV20eV。电子跃。电子跃迁产生迁产生(chnshng)(chnshng)的吸收光谱在紫外的吸收光谱在紫外可见光区，紫外可见光区，紫外可见光谱或分子的电子光谱。可见光谱或分子的电子光谱。第11页/共108页第十二页，共108页。1（4 4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁(yuqin)(yuqin)能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。分布状况，是物质定性的依据。1（5 5）吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁）吸收谱带的强度与分子偶极矩

8、变化、跃迁(yuqin)(yuqin)几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数maxmax也作为定性的也作为定性的依据。不同物质的依据。不同物质的maxmax有时可能相同，但有时可能相同，但maxmax不一定不一定相同；相同；1（6 6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。比，定量分析的依据。第12页/共108页第十三页，共108页。1 1紫外紫外可见可见(kjin)(kjin)吸收光谱吸收光谱 有机化合物的紫外有机化合物的紫

9、外可见可见(kjin)(kjin)吸收光谱，是吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：电子、电子、电子、电子、n n电子。电子。分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于(chy)(chy)分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。 当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态( (反键轨道反键轨道) )跃迁。主要有四种跃迁所需能量跃迁。主要有四种跃迁所需能量大

10、小顺序为：大小顺序为：n n n n 第13页/共108页第十四页，共108页。 所需能量最大，电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长(bchng)105 105 ： 超高灵敏；超高灵敏； =(6 =(61010）104 104 ： 高灵敏；高灵敏； 2 2104 104 ： 不灵敏。不灵敏。在数值上等于浓度在数值上等于浓度(nngd)(nngd)为为1mol/L1mol/L、液层厚、液层厚度为度为1cm1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。时该溶液在某一波长下的吸光度。第47页/共108页第四十八页，共108页。 标准曲线法测定未知溶液的浓度时，

11、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。 引起这种偏离的因素（两大类）：一类是物理性因素，即仪器(yq)的非理想引起的；另一类是化学性因素。第48页/共108页第四十九页，共108页。都会引起对朗伯都会引起对朗伯比耳定律的偏离，比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。起的偏离。第49页/共108页第五十页，共108页。 假设由波长为1和2的两单色光组成的入射光通过浓度为c的溶液，则： 1lg（o1 /t1 ）1bc 2lg(o2 /t2 ）2bc故： t1 o1101bc ； t2 o2102bc式中o1

12、、o2分别为1、2 的入射光强度； t1、t2分别为1、2 的透射光强度； 1、2分别为1、2的摩尔(m r)吸光系数；第50页/共108页第五十一页，共108页。第51页/共108页第五十二页，共108页。 A A总总 =A1 + lg2 - lg(1 =A1 + lg2 - lg(11010bc ) bc ) = 0 = 0； 即：即：1=2 =1=2 = 则：则： A A总总 lglg（o/o/t t）bcbc 0 0 若若 0 0 ；即；即21 20,bc0, lg lg（10bc 10bc ）值随）值随c c值增大而增大，值增大而增大，则标准曲线偏离直线向则标准曲线偏离直线向c c轴

13、弯曲轴弯曲(wnq)(wnq)，即负，即负偏离；反之，则向偏离；反之，则向A A轴弯曲轴弯曲(wnq)(wnq)，即正偏离，即正偏离。 很小时，即很小时，即1212： 第52页/共108页第五十三页，共108页。测物质测物质(wzh)(wzh)的最大吸收波的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。长且吸收曲线较平坦处。第53页/共108页第五十四页，共108页。朗朗比耳定律的假定：所有的吸光质点之间比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；假定只有在稀溶液不发生相互作用；假定只有在稀溶液(rngy)(c10-2mol/L)(rngy)(c10 c 10 2 mol/L 2 mol/L 时，吸光

14、质点间可能发生缔合等相互作用，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。直接影响了对光的吸收。故：朗伯故：朗伯比耳定律只适用于稀溶液比耳定律只适用于稀溶液(rngy)(rngy) 第54页/共108页第五十五页，共108页。不相同。故：此时溶液不相同。故：此时溶液(rngy)pH (rngy)pH 对测定有重要影响。对测定有重要影响。第55页/共108页第五十六页，共108页。第二节第二节 紫外紫外可见可见(kjin)(kjin)分光分光光度计光度计第56页/共108页第五十七页，共108页。仪器仪器(yq)(yq)第57页/共108页第五十八页，共108页。第58页/共10

15、8页第五十九页，共108页。光源光源(gungyun)单色器单色器样品样品(yngpn)室室检测器检测器显示显示1. 1. 光源光源 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。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，其辐射波长范围在可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在3203202500 2500 nmnm。 紫外区：氢、氘灯。发射紫外区：氢、氘灯。发射185185400 400 nmnm的连续光谱。的连续光谱。（动画动画）第59页/共108页第六十页，共10

16、8页。 将光源(gungyun)发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任 波长单色光的光学系统。 入射狭缝：光源(gungyun)的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；聚焦装置聚焦装置(zhungzh)(zhungzh)：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；出射狭缝。出射狭缝。第60页/共108页第六十一页，共108页。 样品室放置(fngzh)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

17、用玻璃池。4. 检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。5. 5. 结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显示、微检流计、数字显示、微机进行机进行(jnxng)(jnxng)仪器自动控仪器自动控制和结果处理。制和结果处理。第61页/共108页第六十二页，共108页。1.1.单光束：简单，价廉，适于在给定波长处测单光束：简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段量吸光度或透光度，一般不能作全波段(bdun)(bdun)光谱扫描，要求光源和检测器具有很光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。高的稳定性。2.2.

18、双光束：自动记录，快速全波段双光束：自动记录，快速全波段(bdun)(bdun)扫扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。，价格较高。第62页/共108页第六十三页，共108页。第63页/共108页第六十四页，共108页。第64页/共108页第六十五页，共108页。第三节第三节 显色显色(xin s)与测量条件与测量条件的选择的选择第65页/共108页第六十六页，共108页。1.1.选择选择(xunz)(xunz)显色反应时，应考虑的显色反应时，应考虑的因素：因

19、素： 灵敏度高、选择灵敏度高、选择(xunz)(xunz)性高、生性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸成物稳定、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：收，两种有色物最大吸收波长之差：“对对比度比度”，要求，要求 60nm 60nm。第66页/共108页第六十七页，共108页。第67页/共108页第六十八页，共108页。第68页/共108页第六十九页，共108页。无机显色剂：无机显色剂： 硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。有机显色剂：种类繁多有机显色剂：种类繁多 偶氮类显色剂：本身是有色物质偶氮类显色剂：本身是有色物质(wzh)(wz

20、h)，生成配合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳生成配合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂优点，应用最广泛。偶氮胂、PARPAR等。等。第69页/共108页第七十页，共108页。第70页/共108页第七十一页，共108页。 吸光度吸光度A A与显色剂用量与显色剂用量CRCR的关系会出现如图的关系会出现如图所示的几种所示的几种(j zhn)(j zhn)情况。选择曲线变化平情况。选择曲线变化平坦处。坦处。第71页/共108页第七十二页，共108页。一般尽量采用水相测定一般尽量采用水相测定第

21、72页/共108页第七十三页，共108页。v1. 1.加入加入(jir)(jir)掩蔽剂：掩蔽剂：v选择掩蔽剂的原则是：选择掩蔽剂的原则是：v 掩蔽剂不与待测组分反应；掩蔽剂不与待测组分反应；v 掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定的反应产物不干扰待测组分的测定。 第73页/共108页第七十四页，共108页。第74页/共108页第七十五页，共108页。 一般应该选择一般应该选择(xunz)max(xunz)max为入射光波为入射光波长。但如果长。但如果maxmax处有共存组分干扰时，则应处有共存组分干扰时，则应考虑选择考虑选择(xunz)(xu

22、nz)灵敏度稍低但能避免干扰灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。的入射光波长。第75页/共108页第七十六页，共108页。为什么需要使用参比溶液？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测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。度。参比溶液的选择一般遵循以下原则：参比溶液的选择一般遵循以下原则： 若仅待测组分与显色剂反应若仅待测组分与显色剂反应(fnyng)(fnyng)产产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水收，用纯溶剂（水) )作参比溶液；作参比溶液； 第76页/共108页第七十七页，共108页。第77页/共1

23、08页第七十八页，共108页。 不同的透光度读数，产生不同的透光度读数，产生(chnshng)(chnshng)的误差的误差大小不同：大小不同： lgT=bclgT=bc微分：微分：dlgTTT-1 dT=b dcdlgTTT-1 dT=b dc两式相除得：两式相除得： dc/c= dc/c= （ 0.434 / TlgT 0.434 / TlgT ）dT dT 以有限值表示可得：以有限值表示可得： c/cTlgT c/cTlgT）T T 第78页/共108页第七十九页，共108页。第79页/共108页第八十页，共108页。设：设：T=1%T=1%，则可绘出溶液，则可绘出溶液(rngy)(rn

24、gy)浓度浓度相对误差相对误差c/cc/c与其透光度与其透光度T T 的关系曲线。的关系曲线。如图所示：如图所示：当：当：T =1%T =1%，T T在在20%20%65%65%之间时，浓度之间时，浓度相对误差较小，最佳读数范围。相对误差较小，最佳读数范围。 第80页/共108页第八十一页，共108页。 可求出浓度相对误差可求出浓度相对误差(xin du w (xin du w ch)ch)最小时的透光度最小时的透光度TminTmin为：为： Tmin Tmin36.8%, A36.8%, A第81页/共108页第八十二页，共108页。3.3.采用三元采用三元( (多元多元) )配合物显色体系

25、配合物显色体系 由一个中心金属离子由一个中心金属离子(lz)(lz)与两种与两种( (或两种或两种以上以上) )不同配位体形成的配合物，称为三元不同配位体形成的配合物，称为三元( (多多元元) )配合物。配合物。 第82页/共108页第八十三页，共108页。第83页/共108页第八十四页，共108页。第84页/共108页第八十五页，共108页。第四节第四节 分光分光(fn un)(fn un)光度测定光度测定方法方法第85页/共108页第八十六页，共108页。 通常采用通常采用 A-C A-C 标准曲线法标准曲线法定量测定。定量测定。 若各组分的吸收曲线互若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自

26、最大吸收不重叠，则可在各自最大吸收波长波长(bchng)(bchng)处分别进行测处分别进行测定。这本质上与单组分测定没定。这本质上与单组分测定没有区别。有区别。 第86页/共108页第八十七页，共108页。第87页/共108页第八十八页，共108页。 普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用差示法。 即提高(t go)入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。第88页/共108页第八十九页，共108页。第89页/共108页第九十页，共108页。 x x s =b(cx s =b(cx cs cs ）=bc=bc 测得的吸光度相当

27、于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差。 差示法测得的吸光度与差示法测得的吸光度与cc呈直线呈直线(zhxin)(zhxin)关系。由标准曲线上查得相应的关系。由标准曲线上查得相应的cc值，则待测溶液浓度值，则待测溶液浓度cx cx ： cx = cs + c cx = cs + c 第90页/共108页第九十一页，共108页。普通法：普通法： cs cs的的T=10%T=10%；cxcx的的T=5%T=5%差示法：差示法： cs cs 做参比，调做参比，调T=100%T=100%则：则： cx cx的的T=50% T=50% ；标尺；

28、标尺(bioch)(bioch)扩展扩展1010倍倍第91页/共108页第九十二页，共108页。 不需空白溶液作参比；但需要(xyo)两个单色器获得两束单色光(1和2)；以参比波长1处的吸光度A1作为参比，来消除干扰。 在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。 第92页/共108页第九十三页，共108页。第93页/共108页第九十四页，共108页。 关键问题是测量波长关键问题是测量波长22和参比波长和参比波长11的选的选择与组合。择与组合。 以两组分以两组分x x和和y y的双波长法测定为例：的双波长法测定为例： 设：设：x

29、 x为待测组分，为待测组分，y y为干扰组分，二者的吸为干扰组分，二者的吸光度差分别光度差分别(fnbi)(fnbi)为为 x x和和y y， 则该体系的总吸光度差则该体系的总吸光度差x+yx+y为：为： x+y = x+y = x + x + y y 如何选择波长如何选择波长1 1 、22有一定的要求。有一定的要求。第94页/共108页第九十五页，共108页。第95页/共108页第九十六页，共108页。 选定的波长1和2处干扰组分应具有相同吸光度， 即：Ay = y2 y1 = 0故： x+y = x=(x2x1)bcx 此时：测得的吸光度差只与待测组分x的浓度呈线性关系，而与干扰组分y无关。若x为干扰组分，则也可用同样的方法(fngf)测定y组分。第96页/共108页第九十七页，共108页。第97页/共108页第九十八页，共108页。 可采用(ciyng