光谱分析二紫外可见光度法

1、光谱分析二紫外可见光度法第1页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一2 一、概述1、紫外可见吸收光谱法 根据溶液中物质的分子或离子对紫外光谱区或可见光谱区辐射能的吸收以研究物质组成和结构的方法。 2、可见吸收光谱法分类： 比色法、分光光度法 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第2页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一3 一、概述3、物质对光的选择性吸收(1)当一束光照射到某物质或其溶液时，组成该物质的分子、原子或离子与光子发生“碰撞”，光子的能量就转移到分子、原子上，使这些粒子由最低能态（基态）跃迁到较高能态（激发态）： M + h M* 这个作用叫物

2、质对光的吸收。 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第3页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一4 一、概述(2)分子、原子或离子具有不连续的量子化能级，仅当照射光光子的能量（h）与被照射物质粒子的基态和激发态能量之差相当或为其整数倍时才能发生吸收。不同的物质微粒由于结构不同而具有不同的量子化能级，其能量差也不相同。所以物质对光的吸收具有选择性。基态能级激发态能级E0E2E1第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第4页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一5 一、概述（3）吸收曲线（吸收光谱） 吸光度(A)-波长()曲线称-。 光吸收程度最大处的波

3、长叫 最大吸收波长，用max表示。 高锰酸钾的max=525nm。 浓度不同时，光吸收曲线形状不同，最大吸收波长不变，只是相应的吸光度大小不同。 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第5页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一6 一、概述4、可见吸收光谱法的特点 （1）灵敏度高 常用于测定试样中1%-10-3 %的微量组分，甚至可测定低至10-4 %-10-5 %的痕量组分。 （2）准确度较高 相对误差为2%-10%。如采用精密分光光度计测量，相对误差可减少至1%-2%。 （3）应用广泛 几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用此法测定。 （4）操作简便快速

4、，仪器设备也不复杂 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第6页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一7 一、概述作业： 解释下列名词： （1）光吸收曲线 （2）最大吸收波长 返回 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第7页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一8 二、光吸收的基本定律朗白比耳定律: A = lg(I0/It) = K b c 该公式的物理意义为：当一束平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质的理想溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。该定律适用于溶液，也适用于其他均匀非散射的吸光物质（气体、固体），是各类 吸光

5、光度法定量分析的依据。 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第8页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一二、光吸收的基本定律1、溶液对光的形为及有关术语当光束照射到物质上时,物质可以产生反射、散射、吸收、透射。如果被照射的是均匀的溶液，那么光的散射可以忽略，所以对于溶液来说，对光的就是产生一部分被溶液吸收，一部分被界面反射，其余光则透过溶液。I0=It+Ia+IrIa-吸收光的强度It-透射光的强度Ir-反射光的强度Io-入射光的强度第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 ItI0IrIa1-1-2光通过溶液的情况9 第9页，共54页，2022年，5月20日，5点

6、9分，星期一二、光吸收的基本定律2、溶液对光的形为及有关术语 当一束平行单色光照射溶液时，一部分光被溶液吸收，其余的光透过溶液，我们把透射光强度与入射光强度的比值称为透光度或透光率。用“T”表示。则： T= It /I0 透光度T还常用百分透光率表示： T%=T100% 溶液的透光度越大，表示它对光的吸收越小；反之，透光度越小，表示它对光的吸收越大。常用吸光度来表示物质对光的吸收程度，其定义为： A= -gT=lg1/T=lg(I0/It) 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 10 第10页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一二、光吸收的基本定律3、Lambert定律

7、 该定律是由Lambert于1760年提出的，他在研究物质对光的吸收时发现，如果溶液的浓度一定， 则光的吸收程度与液层的厚度成正比，这个关系称为Lambert定律。 A=k1b A-吸收度； k1-比例系数； b -液层厚度或收光程长度。第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 11 第11页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一二、光吸收的基本定律4、Beer定律 该定律是由Beer于1852年研究发现的， Beer研究了各种无机盐水溶液对红光的吸收，从而得出这样一个结论：当单色光通过液层厚度一定时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比。表示为： A=k2c k2-比例常数； c

8、 -溶液浓度。第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 12 第12页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一 同时考虑溶液的浓度和液层厚度这两个因素，如果同时变化，那么都影响物质对光的吸收，所以两个定律合并在一起，称为Lamber-Beer定律，即表示为：A=abc a 是一个新的比例常数，称为吸光系数。液层厚度用“cm”表示，浓度以“g/L”为单位。因为A是无因次量，则的单位是“L/gcm”。通常浓度以mol/l为单位，此时吸光系数称为摩尔吸光系数，用“”表示，单位为“L/molcm”,所以Lamber-Beer定律也可以表示为： A=bc 物理意义：当束平行单色光通过单一

9、均匀的、非散射的吸光物质溶液时，溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。这个定律是各类吸光光度法定量分析的基础。第一章 第一节 紫外可见吸收光谱法 二、光吸收的基本定律13 第13页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一14 二、光吸收的基本定律 （1）是吸光物质在特定波长和溶剂情况下的一个特征常数，数值上等于1 molL-1吸光物质在1 cm光程中的A。 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第14页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一15 二、光吸收的基本定律（2）影响值的因素： 内因-吸光物质分子结构； 外因入射光波长； （3）是吸光物质吸光能

10、力的量度 它可作定性鉴定参数，也可用以估量定量方法的灵敏度：值愈大，方法灵敏度愈高。第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第15页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一16 二、光吸收的基本定律例1：铁（）浓度为5010-4 gL-1的溶液,与1,10-邻二氮杂菲反应,生成橙红色络合物，该络合物在波长508 nm有最大吸收 ,比色皿厚度为2cm时,测得A=0.190 。计算1,10-邻二氮杂菲亚铁的a及。(已知铁的相对原子质量为55.85) 解：根据比耳定律 A = a b c 得： a = A/ b c = 0.190/(25010-4)=19 Lg-1cm-1 = M

11、 a = 55.8519 = 11102 Lmol-1cm-1 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第16页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一17 二、光吸收的基本定律 偏离朗伯-比耳定律的原因 据比耳定律：abc=Kc AC，作图，应得到一过 原点的直线，称标准曲线 或工作曲线。 但在实际中，常发现标准 曲线不成直线，这种情况 称偏离朗伯-比耳定律。第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第17页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一18 二、光吸收的基本定律最重要的引起偏离比耳定律的因素: (一） 由于非单色光引起的偏离 （二） 由于溶液本身

12、的化学和物理因素引起的偏离 返回 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第18页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一(一） 由于非单色光引起的偏离 Lamber-Beer 定律的基本假设条件是入射光为单色光。但目前仪器所提供的入射光实际上是由波长范围较窄的光带的组成的复合光。由于物质对不同波长光的吸收程度不同，因而引起了对Lamber-Beer 偏离。 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 19 第19页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一假设入射光仅由两种波长1 和2的光组成，在这两种波长下Lamber-Beer定律适用的，摩尔吸收系数分别为1

13、和2和，入射光强度 分别是0、0，透射光强度分别为1、2，对于波长为1的单色光吸光度为A，则：A= 1 bc=lg0/ 1 1= 0 10- 1 bc对于波长为2的单色光吸光度为A，则：A = 2bc=lg 0 / 2 2= 0 10- 2 bc测定时入射光强度为（ 0+ 0 ），透射光强度为（ 1 + 2 ），因此所得吸光度值为：A=lg0+ 00 10 - 1 bc + 0 10 - 2 bc第一章 第一节 紫外可见吸收光谱法 20 第20页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一当1=2=时，A=bc,A与c成直线关系。如果12，A 与c则不成直线关系。 1与2差别越大，A

14、与c间的线性关系的偏离也越大。其它条件一定时，随入射光波长而变化。实验证明，若能用一束吸光度随波长变化不大的复合光作入射光来进行测定，由于变化不大，所引起的偏离就小，标准曲线基本上呈直线。所以光度分析并不严格要求用很纯的单色光，只要入射光所包含的波长范围在被测溶液的吸收曲线较平直部分，也可得到较好的线型关系。谱带A谱带BA第一章 第一节 紫外可见吸收光谱法 21 第21页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一(二）化学因素引起的偏离 Lamber-Beer定律的基本假设，除要求入射光是单色光外，还假设吸收粒子是独立的，彼此之间相互无作用，在高浓度时（通常0.01mol/L)，随浓

15、度增大，吸光度与浓度的关系就偏离线性关系。所以一般认为该定律仅适用于稀溶液。 另一方面，溶液中有吸光物质等构成的化学体系，常因条件变化而形成新的化合物或改变吸光物质的浓度，例如,重铬酸钾在水溶液中存在如下平衡: Cr2o72- + H2o 2H+ + 2Cro42-第一章 第一节 紫外可见吸收光谱法 橙色黄色22 第22页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一作业： 朗白-比尔定律的物理意义是什么？什么是透光度？什么是吸光度？二者之间的关系是什么？ 第一章 第一节 紫外可见吸收光谱法23 第23页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一24 三、分光光度计结构简介仪器

16、组成及作用： 光源 单色器 吸收池 检测系统 A 光源：提供所需波长范围内的连续光源。 B 单色器：将光源发出的连续光谱分解为最容易被样液吸收的单色光 C 吸收池 ：用于盛吸收试液 D 检测系统：将透过吸收池的光It转换成电流测量。 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第24页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一25 三、分光光度计结构简介作业： 简述光度计仪器组成及各部件的作用。 返回 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第25页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一26 四、显色反应及其影响因素 1、吸光光度法对显色反应的要求 显色反应的定

17、义： 将待测组分转变成可能测量的有色化合物的反应，叫-。 显色剂： 与待测组分形成有色化合物的试剂称-。第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第26页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一27 四、显色反应及其影响因素2、显色反应满足下列要求 （1）选择性好，干扰少，或干扰容易消除。 （2）灵敏度足够高 常选高的显色反应。但灵敏度高不一定选择性好，另外，对于高含量组分测定，也不一定选用最灵敏的显色反应。 （3）有色化合物的组成恒定，符合一定的化学式 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第27页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一28 四、显色反应

18、及其影响因素（4）有色化合物的化学性质应足够稳定，至少保证在测量过程中溶液的A变化小。要求有色化合物不易受外界环境影响，如光射、空气中氧和二氧化碳的作用等。 （5）有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大 颜色差别用“反衬度（对比度）” 表示 ，要求60nm 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第28页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一29 四、显色反应及其影响因素3、显色条件的选择 显色条件：指M+R=MR这一反应相关的条件。如,显色剂浓度及用量;酸度;温度; 显色时间;缓冲溶液种类及用量; 用表面活性剂的加入等等。 选择的总原则：AMR最大且恒定 第一章 光谱分析

19、第一节 紫外可见吸收光谱法 第29页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一30 四、显色反应及其影响因素3、显色条件的选择（1） 显色剂R的用量 显色反应一般可用下式表示： M + R MR 被测组分 显色剂 有色化合物 AMR=MR b cMR 据平衡原理, R, MR,则AMR,灵敏度 但R过量,有时会引起副反应故, 显色剂( R ) 用量最终应由实验来定。第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第30页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一31 四、显色反应及其影响因素R用量对显色反应的影响情况如图所示。 a、开始时，随R，试液的A，当R浓度达到某一数值

20、时，A不再增加，出现ab平坦部分。可在ab间选合适的R浓度测定。返回 试液吸光度与显色剂的关系第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第31页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一（b)的平坦部分窄，当显色剂浓度继续增大时，试液的吸光度反而下降。例：用SCN-测定MO时，可以生成MO（SCN)2+(浅红）、MO(SCN)5(橙红）、MO（SCN)6-(浅红）配位数不同的配合物，用吸光度测的是MO(SCN)5的吸光度。因此必须严格控制显色剂量，否则的不到正确的结果。（c）图是随着显色剂用量增大，试液的吸光度也增大。例：用SCN-测定Fe3+，随着SCN-浓度的增大，生成颜色越

21、来越深的高配合物Fe（SCN）4-和Fe（SCN)52- ，溶液颜色由橙黄变至血红色。所以只有严格控制显色剂用量才能的到正确的结果。第32页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一（2）溶液的酸度a 影响显色剂的平衡浓度和颜色 例 M+ + HR MR+H+b 影响被测金属离子的存在状态c 影响配合物的组成第一章 第一节 紫外可见吸收光谱法 四、显色反应及其影响因素33 第33页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一（3）显色反应时间 必须经实验来确定最合适测定的时间范围。实验方法为配制一份显色溶液，从加入显色剂其计算时间，每隔几分钟测量一次吸光度，制作吸光度-时间曲

22、线，根据曲线来确定适宜时间。（4）显色反应温度 显色反应一般在室温下进行。但有些反应需加热到一定温度才能完成。例：硅钼酸测定硅的反应是，在室温下需10min才能完成；而在沸水浴中则只需30s完成。许多有色化合物温度高时也容易发生分解。（5）溶剂第一章 第一节 紫外可见吸收光谱法 四、显色反应及其影响因素34 第34页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一有机溶剂常降低有色化合物的解离度，提高了显色反应的灵敏度。例： Fe（SCN)3的溶液中加入与水混溶的有机溶剂（如丙酮），由于降低了Fe（SCN)3的解离度而使颜色加深，提高了灵敏度。 此外，有机溶剂还能提高显色反应的速率，影响有

23、色配合物的溶解度和组成。如用偶氮氯膦法测定Ca2+，加入乙醇后，吸光度显著增大。第35页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一36 五、测量误差和测量条件的选择 1、仪器测量误差 在光分析中，仪器误差是测量 不准确的主要因素。 适宜的吸光度范围: (T:15-65%)或（） 最佳的取值点: 当T=36.8%或A=0434 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第36页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一37 五、测量误差和测量条件的选择 2、测量条件的选择 为使测定结果有较高的灵敏度和准确度，必须注意： 入射光波长的选择 最大吸收原则： 选max的光作入射

24、光。此时，灵敏度较高，测定时偏离朗伯-比耳定律的程度减小，其准确度也较好。 “MR的吸收最大、对MR测定的干扰最小”的原则：当有干扰物质存在时，应据此来选择入射光的波长。 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第37页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一38 五、测量误差和测量条件的选择 例;丁二酮肟比色法测钢中的 镍，丁二酮肟镍max470nm， 试样中的铁用酒石酸钠钾掩蔽 后，在470nm也有吸收，对测定 有干扰。当测500nm后，干 扰较小。因此，可在520nm处测 定，否则，要分离铁后才能测定 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第38页，共54页，2

25、022年，5月20日，5点9分，星期一39 五、测量误差和测量条件的选择控制适当的吸光度范围 为使测量结果的测量误差较小，准确度较高，应控制A在 0.2 0.8 (0.434)范围内。方法： 1、选择不同厚度的吸收池。 2、控制溶液浓度，如改变试样称量和改变溶液稀释度等。 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第39页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一40 五、测量误差和测量条件的选择 例某钢样含镍约0.12%，用丁二酮肟光度法（=13104Lmol-1 cm-1）进行测定。试样溶解后，转入100mL容量瓶中，显色，再加入水稀释至刻度。取部分试液于波长470nm处用1

26、cm吸收池进行测量，如果希望此时的测量误差最小，应称取试样多少？(镍: 58.69) 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第40页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一41 五、测量误差和测量条件的选择解： A= b C C=A/ b 将A=0.434 b=1 =13104 Lmol-1 cm-1 代入上式 C=0.434/ 13104 =3.34 10-6 mol L-1 设应称取试样 Wg， 则:W 0.12% =100 10-3 3.34 10-6 58.69 W=0.016g 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第41页，共54页，2022年，5月20

27、日，5点9分，星期一42 五、测量误差和测量条件的选择选择适当的参比溶液 在吸光度测量中,必须将溶液装入由透明材料制成的比色皿中由于材料及溶剂对I0将产生一定的反射、吸收、散射等，最终导致It减弱。 参比溶液的作用：使光强度的减弱仅与溶液中待测物的浓度有关。 方 法：用光学性质及厚度相同的比色皿盛纯试剂作参比，调节仪器，使透过参比皿的A=0或T=100%。 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第42页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一43 五、测量误差和测量条件的选择选 用 原 则：待测离子( M ) 显色剂( R ) 参比溶液的选用 无色 无色 纯溶剂或蒸馏水 有

28、色 无色 试样空白（不加显色剂的待测试液） 无色 有色 试剂空白（不加M的显色剂） 有色 有色 将试样加适当掩蔽剂，将M掩蔽起来，然后加入显色剂作参比溶液 返回 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第43页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一44 六、常用的定量分析方法 由吸光度值确定试样的浓度的理论依据是朗白-比耳定律，即： A = a b c 或A C 1 标准曲线法（工作曲线法） 是指先配制标准系列的溶液，测绘 出标准曲线，后，在相同条件下，配制样品溶液，测其吸光度，在标准曲线上查出样品浓度的一种分析方法。第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第44页，

29、共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一45 六、常用的定量分析方法2、示差吸光光度法一般分光光度测定选用试剂空白或溶液空白作为参比，差示法则选用一已知浓度的溶液作参比。 设用作参比的标准溶液浓度为c0，待测试液浓度为cx，且cx大于c0。根Lambert-Beer定律得到：Ax=cxb A0=c0bA相对=A =Ax-A0=b(cx-c0)=b c =bc相对返回 第一章 光谱分析 第一节 紫外可见吸收光谱法 第45页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一3、双波长吸光光度法 它是通过两个单色器分别将光源发出的光分成1，2两束单色光，经切光器并束后交替通过同一吸收池。

30、因此检测的是试样溶液对两波长光吸收后的吸光度差。设波长为1和2的两束单色光的强度相等，则有：A 1 = 1 bc A 2 = 2 bc A=A 1 -A 2 =( 1 - 2 )bc第46页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一双波长分光光度法的特点： 1、可用于悬浊液和悬浮液的测定，消除背景吸收。2、无须分离，可用于吸收峰相互重叠的混合组分 的同时测定。3、可用于测定高浓度溶液中吸光度在以下的痕量组分。第47页，共54页，2022年，5月20日，5点9分，星期一48 七、 络合物组成及弱酸离解常数测定1、络合物组成的测定 饱和法 固定金属离子M浓度，变 络合剂（R）浓度，测得 AR/ M 曲线。 外推法得一交点，从交点向横坐标作垂线，对应的R/ M比值即是络合比。 该法简单、快速，对离解度小的络合物，