紫外可见分光光度法-习题课

2023/1/21紫外可见分光光度法习题课2023/1/22光学分析法导论例1试说明光分析的定义及分类．凡是基于检测能量作用于待测物质后产生的辐射信号或所引起的变化的分析方法均可称为光分析方法．任何光分析方法均包含有三个主要过程：（1）能源提供能量，（2）能量与被测物质相互作用，（3）产生被检测的讯号．因此，按能源不同，光分析法可分为红外、紫外、X光及化学发光等光谱法；如按被作用物质来分，它又可分为原子及分子光谱等；若以产生被检测讯号的辐射能的基本性质来划分则有吸收、发射、散射、折射、反射、干涉、衍射、偏振等．2023/1/23

光分析方法可以分为非光谱法与光谱法两大类．非光谱法是指那些不以光的波长为特征讯号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质（反射、折射、干涉、衍射和偏振等）的变化的分析方法．这类方法主要有：折射法、浊度法、旋光法等．光谱法主要是以光的吸收、发射、拉曼散射等作用而建立的分析方法，通过检测光谱的特征波长和强度来进行定性和定量分析．各种光谱法种类很多，应用甚广，是现代分析化学的重要组成部分．光谱法可分为三种基本类型：吸收光谱法、发射光谱法和散射光谱法．2023/1/24（一）吸收光谱法2023/1/25（二）发射光谱法分为两种类型1光致发光被测粒子吸收辐射能后被激发，当跃回至低能态或基态时便产生发射光谱，以此建立有关的光谱方法有：荧光（包括X荧光，原子荧光、分子荧光）、磷光等．分子荧光和磷光的主要区别是荧光寿命较磷光短，前者在激发态停留的时间仅为10-8至10-4s，而后者的寿命可长达10-4迫至10s左右．2023/1/262．非电磁辐射能激发发光主要用电弧、电火花及高压放电装袋置等电能及火焰等热能激发粒子，产生光谱．（三）散射光谱法主要是以拉曼散射为基础的拉曼散射光谱法．2023/1/27例2简述电磁辐射的本质及特征

电磁辐射即电磁波．电磁波包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线、γ射线等．这些电磁波都具有下述共同点；它们作为横向电磁波在空间传播，在真空中的传播速度都等子光速，即λv=c式中λ是波长；v是频率；c是光在真空中的传播速度，约等于3X108m/s．各种电磁波谱的波长和频率以及所具有的能量各不相同．2023/1/28

电磁辐射具有光的二象性，它具有波动性和微粒性．例如光的折射、衍射、偏振和干涉等现象，表明它具有波动性．而光的微粒性则表现在光电效应中．光是由光子（或称为光量子）所组成．光子具有能量hv，具有动量hv/c．光子的能量与波长的关系为：E=hv=hc/λ光子的动量与波长的关系为：

p=hv/c=h/λ2023/1/29表征辐射能的参数有：

周期(T)正弦波中相继两个极大通过空间某一固定点所需的时间间隔称为辐射的周期，单位为s．频率(v)：每秒钟内振动的次数，即1/T，通常以赫兹(Hz)表示，辐射频率取决于波源，与通过的介质无关．波长(λ)：相邻两个波峰或波谷间的距离，单位为nm．波数(σ)：每厘米内波的振动次数，单位为cm-1．电子伏特(ev)：一个电子通过1V电压降时具有的能量．2023/1/210解：2023/1/2112023/1/2122023/1/213解：这四个选择项各不相同，因此只有一个是对的．可用两种思路解答此题．其一是逐个排除错的，剩下就是对的．其二先算出正确答案，看它与哪个相符合，哪项就是应当选择的．有时将两种思路综合起来．解法1：由吸收定律可知透光率T不与液层厚度成正比．因此不能选A项．而B项2lgT其值为-2A，T与A是成负对数关系，而不是成正比关系，因此不能选B项．

2023/1/214剩下C、D两项中有一个是对的．它们都是T的指数形式，由吸光度A与透光率成负对数关系．当吸收池由1cm变为2cm时，A应增大，而T应当减小．有色溶液其透光率应在0~1间，即0＜T＜1．＞T，C项肯定是错的，剩下只有选D项．再则从与T2相比较来看，因为T＜1，则T2＜Ｔ＜，只有D项是对．故此题正确的选择项是D项．

2023/1/215解法2而D项恰好等于T2，故本题应选择D项．2023/1/2162023/1/217例1称取0.3511gFeSO4·(NH4)2SO4·6H20溶于水，加入1:4的H2SO420ml，定容至500ml．取Vml铁标准溶液置于50ml容量瓶中，用邻二氮菲显色后加水稀释至刻度，分别测得吸光度列于下表，用表中数据绘制工作曲线

铁标准溶液V(ml)0.00.200.400.600.801.0

吸光度A00.0850.1650.2480.3180.3982023/1/218吸取5.00ml试液，稀释至250ml，再吸取此稀释液2.OOml置于50ml容量瓶中，与绘制工作曲线相同条件下显色后，测得吸光度A=0.281，求试液中铁含量(mg·ml-1)．已知Mr,FeS04·(NH4)2SO4·6H20=392.17，Ar,Fe＝55.85．解：先计算铁标准溶液的浓度(mg·ml-1)2023/1/219工作曲线中各标准溶液对应铁的浓度为2023/1/220由上表数据绘制工作曲线如图所示2023/1/221从工作曲线上查出当A＝0.281时，对应的Fe的浓度为1.4x10-3mg·ml-1

．这是50ml显色液中Fe的浓度，它是由原试液取5.00ml稀至250ml，从其中取2.00ml显色(体积为50ml)，因此原试液的浓度为

2023/1/222例2有一溶液，每ml含铁0.056mg，吸取此试液2.0ml于50ml容量瓶中显色，用1cm吸收池于508nm处测得吸光度A＝0.400，计算吸光系数a，摩尔吸光系数ε和桑德尔灵敏度S．已知A

r,Fe=55.85解(1)计算吸光系数a,显色液内Fe的浓度为2023/1/223则(2)计算摩尔吸光系数ε显色液内Fe的浓度为(ε=a·Ar)2023/1/224S是仪器的检测限A=0.001时，在单位截面积液柱内能检测出的物质的最低含量．(3)计算桑德尔灵敏度S2023/1/225例3某有色溶液置于1cm吸收池中，测得吸光度为0.30，则入射光强度减弱了多少?若置于3cm吸收池中，入射光强度又减弱了多少?解：求入射光强度减弱了多少，即求光通过溶液后，吸收光强度与入射光强度的比值．已知当b=lcm时，A=0.30，由入射光强度I0、透过光强度I及吸收光强度Ia三者间的关系，以及吸光度与透光率的关系，即可求出Ia与I0的比值．

2023/1/226已知I0=I+Ia,而I/I0=T,所以Ia/I0=1-T

又据公式A=-lgT,T=10-A

因此Ia/I0=1-T=1-10-A(1)当b=1cm时，A=0.30

则此时入射光强度减弱的程度为

Ia/I0=1-10-A=1-10-0.30=1-0.50=0.502023/1/227(2)由公式A=kbc，当b=3cm时，其吸光度为1cm的3倍，即A=3×0.30=0.90

此时入射光强度减弱的程度为

Ia/I0=1-10-A=1-10-0.90

=1-0.126=0.8742023/1/228例4某钢样合镍约0.12％，用丁二酮肟光度法(ε=1.3x104L·mol-1·cm-1)进行测定．试样溶解后转入I00ml容量瓶中，显色，再加水稀释至刻度．在λ=470nm处用1cm吸收池测量，希望测量误差最小，应该称取试样多少克?(已知Ar,Ni2+=58.69)2023/1/229解：已知b=1cm,ε=1.3X104L·mol-1·cm-1

由光度测量误差公式可知，当A=0.434时，测量误差最小．根据吸收定律A=εbc，此时显色液的浓度为：2023/1/230100ml显色液内Ni的质量为m已知钢样中含Ni0.12%，则应称取试样质量为msg2023/1/231例5用普通光度法测得4.00x10-4mol·L-1KMnO4溶液的透光率为0.132．以此标准溶液作参比溶液，测得未知浓度的KMnO4溶液的透光率为0.50．计算未知溶液中KMnO4的浓度?(两种方法测定所用吸收池的厚度相同)2023/1/232解：用普通光度法测定时，标准溶液的吸光度为As=-lgT=-lg0.132=0.879

用示差法测定时，未知溶液的吸光度

Ar=-lgTr=-lg0.50=0.301

设未知KMn04溶液浓度为cx，若用普通光度法测定时吸光度为Ax．标准KMn04溶液浓度用cs表示由示差法原理可得

Ar=Ax-As=εb(cx-cs)

2023/1/233由公式A=εbc得到

(Ax-As)/As=(cx-cs)/cs

cx=cs·Ar/As+cs

将有关数据代入得到2023/1/234例6某有色溶液以试剂空白作参比，用1cm吸收池，于最大吸收波长处，测得A=1.120，已知有色溶液的ε=2.5xl04L·mol-1·cm-1．若用示差法测定上述溶液时，使其测量误差最小，则参比溶液的浓度为多少?(示差法使用吸收池亦为1cm厚．)2023/1/235解法1:由公式A=εbc,有色溶液的浓度为

用示差法测定有色溶液，欲使其测量相对误差最小，即测量的吸光度A=0.434,即Ar为0.434．2023/1/236设所用的参比溶液用普通光度法测量时，其吸光度为As

As=1.120-0.434=0.686则参比溶液的浓度cs为2023/1/237解法2:先计算有色溶液的浓度用示差法测定有色溶液，欲使其测量相对误差最小，即测量的吸光度Ar为0.434．2023/1/238设所选用的参比溶液的浓度为cs，由示差法的工作原理可知，有色溶液与参比溶液两的浓度差为2023/1/239例7某有色溶液以试剂空白作参比时，选用1.0cm吸收池，测得T=8.0%．已知ε=1.1X104L·mol-1·cm-1，若用示差法测量上述溶液，需多大浓度的溶液作参比才能使测量的相对误差最小？2023/1/240解：ｌ法：测量相对误差最小时的T=36.8%，故标尺扩大的倍数为

36.8%/8.0%=4.6(倍)则100%/Ts=4.6，Ts=21.7%

2023/1/241Ⅱ法：有色溶液的浓度为2023/1/242例8Mn2+与Q生成有色络合物，用饱和法测定其组成．用Mn2+和Q按以下方法配制一系列溶液，固定Mn2+的浓度为2.0×10-4mol·L-1，而改变Q的浓度，于波长525nm处用1cm吸收池测得下列吸光度数据：求(1)络合物的组成，(2)络合物在525nm处的摩尔吸光系数，(3)络合物的稳定常数．2023/1/243解:(1)依题意，一系列溶液中cMn2+均为2.0×10-4

mol·L-1，显色剂Q的浓度不断变化，由题给数据可算出cQ/cMn2+比值分别为0.250,0.375,0.500,1.00,1.25,1.50,2.00．以吸光度A为纵坐标，cQ/cMn2+为横坐标作图，得到图示的曲线．由外推法得一交点，其横坐标cQ/cMn2+比值为1.0，因此络合比为1:1．2023/1/2442023/1/245(2)由题给数据看出，当cQ=3.5×10-4mol·L-1时，Mn2+已定量转化为MnQ．此时[MnQ]=cMn2+=2.0×10-4mol·L-1

而b=1cm，由公式A=εbc得络合物的摩尔吸光系数为2023/1/246(3)由可看出曲线转折点不敏锐，这是由于络合物离解所致．在该区域由Mn2+，Q及吸光度A可计算出某吸光度值对应的溶液中，Mn2+、Q及MnQ三者的平衡浓度．由作图法已知络合比为1:1，故可求出络合物的稳定常数．

A=0.372的溶液中，

cMn2+=cQ=2.0×10-4

mol·L-1

，已知b=1cm，ε=2.35x103，可知此溶液中2023/1/247因此络合物MnQ的稳定常数为2023/1/248例9简述单波长分光光度计和双波长分光光度计的主要区别？解：就仪器组件而言，两者最大的区别是单色器的个数不同，单波长分光光度计中有一个单色器，而双波长分光光度计则有两个单色器．另外，它们的出口信号不同：单波长分光光度计测得是样品池和参比池吸光度之差，双波长分光光度计测得是样品在两波长处吸光度之差．因此，前者用两个比色皿进行测量，后者用一个比色皿进行测量．2023/1/249在应用上的区别双波长分光度计主要用来测定相互干扰的组分、混浊试样及吸光度较大的试样．特别适用于混浊液的分析，因为有效光程多变是混浊液的特征，只用一个吸收池，消除了不同吸收池的差别带来的影响，也保证了溶液在两波长处有相同的光程．单波长分光光度计常用于普通溶液的定量分析，也用于某些物理常数的测定．2023/1/250例10简述用双波长紫外－可见分光光度计测定干扰严重两混合物原理．解：为了消除干扰组分的吸收，一般采用作图法，以确定干扰组分的等吸收波长．下图是混合试样中A、B两组分的吸收曲线．其中A组分是干扰组分，B是待测组分．如果在成分A的吸收光谱上选择吸光度相等的两个波长λ1和λ2(通常是B组分的吸收峰处或其附近)

，在这两个波长处，二者的吸光度差值A不随成分A的浓度变化而产生差异，于是，在这两个波长处进行混合物的测定，可消除A成分的影响，直接测定成分B的量．其浓度与吸光度差值成正比．

2023/1/251作图法选择波长λ1、λ2BA2023/1/252根据吸光度的加和性，混合物在两波长处的吸光度分别为

Aλ1=Aλ1(A)+Aλ1(B)

Aλ2=Aλ2(A)+Aλ2(B)

双波长分光光度计的输出信号：

ΔA=Aλ2–Aλ1由于双波长分光光度计采用