仪器分析+04+紫外、可见分光光度法

第四章紫外、可见分光光度法

第一节

分子光谱引论

1.（双原子）分子光谱的特点原子光谱------线状光谱（电子跃迁）分子光谱------带状光谱E2.双原子分子的转动光谱

根据力矩原理：m1r1=m2r2，

re=r1+r2r1=m2re/（m1+m2）；r2=m1re/（m1+m2）转动惯量I=m1r12+m2r22=[m1m2/（m1+m2）]re=μre2

μ=m1m2/（m1+m2），称为折合质量）.动能T=[m1v12+m2v22]/2v1=2πr1f=2πfr1=ωr1；v2=2πr2f=2πfr2=ωr2.则T=[m1ω2r12+m2ω2r22]/2=ω2[m1r12+m2r22]/2=[ω2I]/2位能V=0（转动是自由的）所以，总能量E=T+V=T=[ω2I]/2转动角动量M=mvr=μrev=μre2v/re=Iω所以E=[ω2I]/2=[ωI]2/（2I）=M2/（2I）以上为按经典力学推出的双原子分子转动能量，换成量子力学（以算符联系）[M2/（2I）]ψ=EψΨ是一个描述双原子分子转动状态的一个波函数。解这个波动方程类比电子运动的波动方程：[M2]ψ原子=l（l+1）（h/2π）2ψ原子所以，[M2]ψ转=J（J+1）（h/2π）2ψ转J称为转动量子数，取值为0，1，2，…..因此，1/（2I）[M2/]ψ转=J（J+1）（h/2π）2/（2I）ψ转=Eψ转E=J（J+1）（h/2π）2/（2I）=J（J+1）h2/（8Iπ2）=BchJ（J+1）其中B=h/（8π2Ic）分子转动从J的运动状态到（J+1）的运动状态，则吸的收能量用波数表示为：σ

=ΔE/（hc）=（E（J+1）-EJ）/（hc）={Bch（J+1）（J+1+1）-BchJ（J+1）}/（hc）=2B（J+1）当J=0σ

=2B

J=14BJ=26BJ=38B………..所以光谱线是等距离的：2B从2B可以求出I，由I可以求出re[B=h/（8π2Ic）;I=μre2]例如，从HCl的远红外光谱可以求出上述物理量

从谱线中求得任意两条谱线之差为2B=20.68cm-1，而从B=h/（8π2Ic）有：I=h/（8π2Bc）=2.63×10-40（g.cm2）又因I=μre2有：re=（I/μ）1/2=1.28×10-8（cm）（μ=mHmCl/（mH+mCl）=1.63×10-24g）以上是把分子看成刚性转体，而实际上并不是，re也是变化的。3.双原子分子振动光谱

双原子分子运动的波动方程

①

求σ在物理学中，上述振动称为谐振子：F=-Kx，K为弹力常数，x是位移，此时x=r-re同时谐振子运动还应满足牛顿第二定律：F=ma=md2x/d2t所以：md2x/d2t=-Kx求得X（t）=Asin[（K/m）1/2t]A：最大振幅运动一周的时间：2π=（K/m）1/2τ；τ=2π（m/K）1/2所以，频率υ=1/τ=（K/m）1/2（1/2π）②谐振子运动的波动方程位能V=1/2.Kx2=1/2K（r-re）2动能T=1/2m1v12+1/2m2v22（v1，v2相应于位移r1和r2求导数）r1=rm2/（m1+m2）；r2=rm1/（m1+m2）。T=1/2m1v12+1/2m2v22=1/2{m1[m2/（m1+m2）]2（dr/dt）2+m2[m1/（m1+m2）]2（dr/dt）2}=1/2[μ（dr/dt）2]=1/2[μv2]=1/（2μ）[μv]2=1/（2μ）Px2（μ：折合质量）

所以：E=T+V=1/（2μ）Px2+1/2Kx2

转换成量子力学可以得到谐振子运动的波动方程：{1/（2μ）[ih/（2π）（d/dx）]2+1/2Kx2}Ψ振=EΨ振可以简化得到：d2Ψ振/dx2+（β-α2x2）Ψ振=0（其中，α2=（4π2μK/h2）；β=8π2μE/h2）解这个方程可以得到：Ev=（v+1/2）hυv=0，1，2，….。称为振动量子数光谱选律：对于非极性分子Δv=0（无红外光谱）对于极性分子Δv=±1（有红外光谱）分子振动从v的运动状态到（v+1）的运动状态，则吸的收能量用波数表示为：σ=[E（v+1）-Ev]/（hc）=1/（hc）[（v+1+1/2）-（v+1/2）]=υ/c所以，只有一条谱线。这就是谐振子模型。③双原子分子振动的非谐振子运动模型实际上，分子振动是非谐振子的，而此时，位能的变化为：V（r）=（1/2）K（r-re）2-K’（r-re）3代人波动方程同样可得：Ev=（v+1/2）hυ-（v+1/2）2xhυ光谱选律：对于非极性分子Δv=0（无红外光谱）对于极性分子Δv=±1，±2，±3，….（有红外光谱）

⑤双原子分子的振动-转动光谱波函数ψ=ψ振动ψ转动Ev，j=（v+1/2）hυ-（v+1/2）xhυ+BchJ（J+1）光谱选律：非极性分子没有振动-转动光谱对于极性分子Δv=±1，±2，±3，….ΔJ=±1从v=0到v=1的基本谱带由一系列的谱线组成，这些谱线按ΔJ=1和-1分成两组。

第二节

光吸收概论一．分子吸收光谱的产生在分子中存在着电子的运动，以及组成分子的各原子间的振动和分子作为整体的转动。分子的总能量可以认为等于这三种运动能量之和。即：E分子=E电子+E振动+E转动分子中的这三种运动状态都对应有一定的能级。即在分子中存在着电子能级、振动能级和转动能级。这三种能级都是量子化的。其中电子能级的间距最大（每个能级间的能量差叫间距或能级差），振动能级次之，转动能级的间距最小。如果用△E电子，△E振动以及△E转动表示各能级差，则：△E电子＞△E振动＞△E转动由于组成分子能量的几部分都具有一定的能级，所以分子也具有一定的能级，如图是双原子分子的能级图：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动能级上的分子，由于转动能量不同而处于不同的能级上。当用光照射分子时，分子就要选择性的吸收某些波长（频率）的光而由较低的能级E跃迁到较高能级E‘上，所吸收的光的能量就等于两能级的能量之差：△E=E‘－E其光的频率为：γ=△E/h或光的波长为：λ=hc/△E由于分子选择性的吸收了某些波长的光，所以这些光的能量就会降低，将这些波长的光及其所吸收的能量按一定顺序排列起来，就得到了分子的吸收光谱。分子的转动能级跃迁，需吸收波长为远红外光，因此，形成的光谱称为转动光谱或远红外光谱。分子的振动能级差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，故常称为振-转光谱。由于它吸收的能量处于红外光区，故又称红外光谱。电子的跃迁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，称为电子光谱或紫外-可见吸收光谱。二．有机化合物的紫外—可见吸收光谱（一）、跃迁类型主要有σ→σ*、n→σ*、n→π*、π→π*

*

n*

n***nEσ→σ*

跃迁主要发生在真空紫外区。b.π→π*

跃迁吸收的波长较长，孤立的π→π*跃迁一般在200nm左右C、n→π*

跃迁一般在近紫外区（200~400nm），吸光强度较小，n→σ*

跃迁吸收波长仍然在150~250nm范围，因此在紫外区不易观察到这类跃迁。在以上几种跃迁中，只有-*和n-*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，且对光的吸收强烈，是我们研究的重点。（二）、常用术语1，生色团:是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。有机物中含有n→π*

或π→π*

跃迁的基团；能引起n—π*和π—π*跃迁，例如＞C＝C＜，＞C＝O一，＞C＝C—O一，一N＝O等。如果一个化合物的分子含有数个生色团。但它们并不发生共轭作用，那么该化合物的吸收光谱将包含有这些个别生色团原有的吸收带，这些吸收带的位置及强度互相影响不大。如果两个生色团彼此相邻形成了共轭体系。那么原来各自生色团的吸收带就消失了，而产生了新的吸收带。新吸收带的位置一般比原来的吸收带处在较长的波长处，而且吸收强度也显著增加。这一现象叫生色团的共轭效应。在共轭体系中，由每个π轨道相互作用形成一组新的成键和反键轨道。当分子的共轭体系变得较长时，π—π·跃迁的基态和激发态之间的能量差变小、因此在较长的波长处产生吸收。共扼双键的数目、位置、取代基的种类等，都将影响吸收光谱的波长和强度.2，助色团:助色团是指带有非键电子对的基团；可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，常见助色团助色顺序为：-F<-CH3<-Br<-OH<-OCH3<-NH2<-NHCH3<-NH(CH3)2<-NHC6H5<-O-苞欲放这些基团中都含有孤对电子，它们能与生色团中π电子相互作用，使π---π*跃迁能量降低并引起吸收峰位移。3，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享电子对的基团之后，吸收峰的波长将向长波方向移动，这种效应称为红移效应。在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波长会向短波方向移动，这种效应称为蓝移（紫移）效应。如-R，-OCOR等．（三）．溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化。改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生变化。下表为溶剂对一种丙酮紫外吸收光谱的影响。

正己烷CHCl3CH3OHH2O

*230238237243n

*

329315309305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注明所用的溶剂。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。在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。在π----π*跃迁中，激发态极性大于基态，当使用极性大的溶剂时，由于溶剂与溶质相互作用，激发态π*，比基态π的能量下降更多，因而激发态与基态之间的能量差减小，导致吸收谱带λmax红移。而在n—π*跃迁中，基态n电子与极性溶剂形成氢键，降低了基态能量，使激发态与基态之间的能量差变大，导致吸收带λmax向短波区移动(蓝移)。（四）．吸收曲线（吸收光谱）及最大吸收波长1．吸收曲线：每一种物质对不同波长光的吸收程度是不同的。如果我们让各种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。以波长为横坐标，吸收程度为纵坐标作图所得曲线。

nm例：丙酮

max=279nm(=15)Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱300400500600700/nm350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance3502、吸收峰和最大吸收波长max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最大吸收峰，它的最高点所对应的波长叫最大吸收波长，用λmax表示。3．物质的吸收曲线和最大吸收波长的特点：1）不同的物质，吸收曲线的形状不同，最大吸收波长不同。2）对同一物质，其浓度不同时，吸收曲线形状和最大吸收波长不变，只是吸收程度要发生变化，表现在曲线上就是曲线的高低发生变化。三、无机化合物的紫外—可见吸收光谱1电荷转移吸收光谱某些分子同时具有电子给予体部分和电子接受体部分，它们在外来辐射激发下会强烈吸收紫外光或可见光，使电子从给予体外层轨道向接受体跃迁，这样产生的光谱称为电荷转移光谱。许多无机配合物能产生这种光谱。如以M和L分别表示配合物的中心离子和配位体，当一个电子由配位体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上时，可用下式表示：

一般来说，在配合物的电荷转移过程中，金属离子是电子接受体，配位体是电子给予体。此外，一些具有d10电子结构的过渡元素形成的卤化物及硫化物。如：AgBr、PbI2、HgS等也是由于这类电荷转移移而产生的颜色。电荷转移吸收光谱诺带的最大特点是摩尔吸光系数大。一般εmax＞104。因此用这类谱带进行定量分析可获得较高的测定灵敏度。

2配位体场吸收光谱这种谱带是指过渡金属离子与配位体(通常是有机化合物)所形成的配合物在外来辐射作用下，吸收紫外或可见光而得到相应的吸收光谱。元素周期表中第四、第五周期的过渡元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别含有4f和5f轨道。这些轨道的能量通常是相等的(简并的)，而当配位体按一定的几何方向配位在金属离子的周围时，使得原来简并的5个d轨道和7个f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨道和f轨道。如果轨道是未充满的．当它们的离子吸收光能后，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁到高能态的d或f轨道上去。这两类跃迁分别称为d—d跃迁和f—f跃迁。这两类跃迁必须在配位体的配位场作用下才有可能产生，因此又称为配位场跃迁。

图为在八面体场中d轨道的分裂示意图。由于它们的基态与激发态之间的能量差别不大。这类光谱一放位于可见光区．又由于选择规则的限制，配位场跃迁吸收谱带的库尔吸光系数较小，一般εmax＜102。相对来说，配位体场吸收光谱较少用于定量分析中、但它可用于研究配合物的结构及无机配合物键合理论等方面。

八面体场中d轨道的分裂示意图四．光的选择性吸收与物质颜色的关系：1．可见光的颜色和互补色：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）是一种复合光，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分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色的单色光。白光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比例复合得到。能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。/nm颜色互补光400-450紫黄绿450-480蓝黄480-490绿蓝橙490-500蓝绿红500-560绿红紫560-580黄绿紫580-610黄蓝610-650橙绿蓝650-760红蓝绿2．物质的颜色与吸收光的关系：当白光照射到物质上时，如果物质对白光中某种颜色的光产生了选择性的吸收，则物质就会显示出一定的颜色。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。第三节光吸收的基本定律一．基本概念：当强度为I0的一定波长的单色入射光束通过装有均匀待测物的溶液介质时，该光束将被部分吸收Ia，部分反射Ir，余下的则通过待测物的溶液It，即有：I0=Ia+It+Ir如果吸收介质是溶液（测定中一般是溶液），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，这些因素是固定不变的，并且反射光强度一般很小。所以可忽略不记，这样：Io=Ia+It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。待测物的溶液对此波长的光的吸收程度可以透光率T和吸光度A用来表示。透光率——透光率表示透过光强度与入射光强度的比值，用T来表示，计算式为：T=It/IoT常用百分比（T%）表示。吸光度——透光率的倒数的对数叫吸光度。用A表示：A=-lgT二、朗白—比耳定律：（一）定律内容：当用一束强度为Io的单色光垂直通过厚度为b、吸光物质浓度为c的溶液时，溶液的吸光度正比于溶液的厚度b和溶液中吸光物质的浓度c的乘积。数学表达式为：A=-lgT=Kbc

（二）比例常数K的几种表示方法：吸收定律的数学表达式中的比例常数叫“吸收系数”，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）。它与吸光物质的性质、入射光的波长及温度等因素有关。另外，K的值随着b和c的单位不同而不同。下面就介绍K的几种不同的表示方法。1．吸光系数：当溶液浓度c的单位为g/L,溶液液层厚度b的单位为cm时，K叫“吸光系数”，用a表示，其单位为L/g·cm，此时：A=abc由式可知：a=A/bc，它表示的是当c=1g/L、b=1cm时溶液的吸光度。2．摩尔吸光系数：当溶液浓度c的单位为mol/L，液层厚度b的单位为cm时，K叫“摩尔吸光系数”，用ελ表示，其单位为L/mol·cm，此时：A=ελbc由此式可知：ελ=A/bc，它表示的是当c=1mol/L，b=1cm时，物质对波长为λ的光的吸光度。对于K的这两种表示方法，它们之间的关系为：ελ=aMM为吸光物质的摩尔质量。ελ和a的大小都可以反映出吸光物质对波长为λ的单色光的吸收能力。但更常用和更好的是用ελ来表示吸光物质对波长为λ的光的吸收能力。摩尔吸光系数越大，表示物质对波长为λ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。

（三）吸收定律的适用条件：1．必须是使用单色光为入射光；2．溶液为稀溶液；3．吸收定律能够用于彼此不相互作用的多组分溶液。它们的吸光度具有加合性，且对每一组分分别适用，即：A总=A1+A2+A3…+An=ε1bc1+ε2bc2+ε3bc3…+εnbcn4．吸收定律对紫外光、可见光、红外光都适用例题：已知某化合物的相对分子量为251，将此化合物用已醇作溶剂配成浓度为0.150mmol·L-1溶液，在480nm处用2.00cm吸收池测得透光率为39.8%，求该化合物在上述条件下的摩尔吸光系数和吸光系数。解：已知溶剂浓度c=0.150mmol.L-1，b=2.00cm,T=0.398,由Lambert-Beer定律得：ε（480nm）=A/cb=-lg0.398/0.150×10-3×2.00=1.33×103(L·mol-1·cm-1)由ε=aM,得:a=ε/M=ε/251=5.30(L·g-1·cm-1)例题：用1，10一二氮菲分光光度法测定铁，已知Fe2+浓度为500ug/L，液层厚度为2cm，在波长508nm处测得吸光度A＝0.19，计算摩尔吸光系数。[解]Fe摩尔质量为55．85g/mol[Fe2+]＝500×10-6/55.85

＝

8.9×10-6(mol／L)ε＝A/（cL）＝0.19／(8.9×10-6×2)

＝

1.1×10-4（L/mol.cm）（二）偏离吸收定律的原因：1．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得到的，这样得到的入射光并不是真正的单色光，而是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。证明如下：（设混合光是双波长）。设由强度为I0、1和I0、2的1和2两种波长组成的入射光，通过溶液后的强度分别为I1和I2。将Beer定律应用于该两个波长：在1处：同理，在2处：综合前两式，得当1=2时，或者说当1=2时，有A=1bc,符合L-B定律；当12时，或者说当12时，则吸光度与浓度是非线性的。二者差别越大，则偏离L-B越大；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摩尔吸光系数不同造成的。所以只要在入射光的波长范围内，摩尔吸光系数差别不是太大，由此引起的偏离是较小的。2．非平行光和光的散射：当入射光是非平行光时，所有光通过介质的光的光程不同，引起小的偏离。另外，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散射而损失掉，使透过光强度减小，测得的吸光度增大，从而引起偏离吸收定律。3．化学因素引起的偏离：1）离解作用：2）酸效应：3）溶剂作用：1）离解作用：在可见光区域的分析中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。有色配合物在水中不可避免的要发生离解，从而使得有色配合物的浓度要小于待测组分的浓度，导致对吸收定律的偏离。特别是在稀溶液中时，更是如此。2）酸效应：如果待测组分包括在一种酸碱平衡体系中，溶液的酸度将会使得待测组分的存在形式发生变化，而导致对吸收定律的偏离。3）溶剂作用：溶剂对吸收光谱的影响是比较大的，溶剂不同时，物质的吸收光谱不同。第四节紫外-可见分光光度计一．分光光度计的主要部件和工作原理：（一）光源：用于提供足够强度和稳定的连续光谱。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。热辐射光源用于可见光区，如钨丝灯和卤钨灯；气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。钨灯和碘钨灯可使用的范围在340~2500nm。氢灯和氘灯。它们可在160~375nm范围内产生连续光源。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稳压电源，即加有一个稳压器。（二）分光系统：分光系统也叫单色器。单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置，其主要功能：产生光谱纯度高的光波且波长在紫外可见区域内任意可调。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）、色散元件、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。能起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅。棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是依据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于350~3200nm的波长范围，即只能用于可见光域内。石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从185~4000nm，即可用于紫外、可见和近红外三个光域。光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，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。（三）吸收池（比色皿）：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吸收池或比色皿。有玻璃和石英两种。（四）光检测系统：用于检测光信号。利用光电效应将光强度信号转换成电信号的装置，也叫光电器件。分光光法中，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行这个转换。常用的光检测系统主要有光电池、光电管和光电倍增管。1、光电池：用半导体材料制成的光电转换器。用得最多的是硒光电池。其结构和作用原理为：硒光电池光电管：它是在抽成真空或充有惰性气体的玻璃或石英泡内装上2个电极构成，其结构如图：1是光电管的阳极，它由一个镍环或镍片组成；2是光电管的阴极，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；3为电池，其作用是在阴、阳极之间加上一电压；4为放大器，放大由光电管产生的电信号；光电管将光强度信号转换成电信号的过程是这样的：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射到它的光的大小成正比，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的大小成正比。这就是光电管产生光电效应的原理。光电倍增管：它是一个非常灵敏的光电器件，可以把微弱的光转换成电流。其灵敏度比前2种都要高得多。它是利用二次电子发射以放大光电流，放大倍数可达到108倍。光电倍增管1个光电子可产生106～107个电子（五）信号指示系统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检流计、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理。二、分光光度计的类型：（一）单光束分光光度计：这类分光光度计的特点是：结构简单，价格便宜。主要适用于定量分析，而不适用于作定性分析。另外，结果受电源的波动影响较大。（二）单波长双光束分光光度计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，它不受光源（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。所以能用于定性分析。（三）双光束双波长分光光度计：三、分光光度计的校正通常在实验室工作中，验收新仪器或实验室使用过一段时间后都要进行波长校正和吸光度校正。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K2CrO4标准溶液来校正吸光度标度。第五节显色反应及其影响因素一．显色反应和显色剂：（一）显色反应：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。显色反应一般分为两大类：一类是配位反应；另一类是氧化还原反应。Fe3＋＋SCN－=FeSCN－；Mn2＋－5e＋4H2O=MnO4－＋8H＋在这两类反应中，用得较多的是配位反应。（二）显色剂：与待测组分生成有色化合物的试剂叫显色剂；

1．无机显色剂：2．有机显色剂：1）优点：a．具有鲜明的颜色，ε都很大（一般可达到104以上），所以测定的灵敏度很高；b．生成的一般为螯合物，稳定性很好，一般离解常数都很小；c．选择性好d．有些有色配合物易溶于有机溶剂，可进行萃取光度分析，提高了测定的灵敏度和选择性。3．常见的有机显色剂：1．磺基水杨酸：其结构式如下：它可用于测定三价铁离子。2．邻二氮菲（邻菲罗啉，1，10—二氮菲）：结构式为：直接在PH=3～9时与Fe2+生成红色螯合物。用于铁的测定。3．双硫腙：也叫二苯—硫腙结构式为：测定很多重金属离子，如：铅、锌、铜、银、汞、镉等。4．偶氮胂Ⅲ（铀试剂Ⅲ）：可用于测定铀、钍、锆等。其结构式为：

二．选择显色反应的标准：1．选择性要好：2．灵敏度要高：3．有色化合物的组成要恒定，化学性质稳定。4．显色剂的颜色与有色化合物的颜色差别要大5．反应的条件要易于控制。三．影响显色反应的因素：（一）显色剂用量：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：M＋R=MR反应具有一定的可逆性，当加入R的用量时，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，否则产生副反应，对测定产生不利。例如：用SCN-与Fe3+反应生成红色配合物测定铁时，当加入的显色剂太多时，就会对测定产生不利。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，一般是通过实验来确定的。实验的方法为：固定待测组分的浓度和其它条件，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，显色剂用量为横坐标作图，可得到吸光度—显色剂用量的曲线，其结果分为三种情况：（二）溶液酸度：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、显色剂的存在形式和有色化合物的组成、稳定性等。1．酸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，不利于显色反应的进行。2．酸度对显色剂浓度的影响：很多显色剂都是有机弱酸，在溶液中有如下平衡：HRH+＋R－而显色反应为M＋RMR所以酸度太高对反应不利。3．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，酸度不同时，它们的颜色不同。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响测定。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PH<6.3时为柠檬黄色，而在PH＞6.3时为红紫色。所以在PH＞6.3时，就无法进行测定。4．酸度对配合物组成的影响：有些显色反应当酸度不同时，要生成配位比不同的配合物，其颜色也有所不同。如：Fe3+与水扬酸的配合物：PH＜4 Fe(C7H4O3)+紫色4＜PH＜9 Fe(C7H4O3)2－ 红色PH＞9 Fe(C7H4O3)

33－黄色由上可见，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。

（三）显色时间：显色反应的速度有快有慢，快的几乎是瞬间完成，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。适宜的显色时间要由实验来确定。（四）温度：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行。而且还有一些有色配合物在室温下要分解。（五）溶剂的影响：1．影响有色化合物的溶解度；2．影响有色化合物的颜色；3．影响显色反应进行的速度；（六）干扰离子的影响和消除方法：1．与试剂生成有色配合物及大量干扰离子与试剂生成稳定的配合物；2．干扰离子本身有色；3．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：1．控制酸度：2．加入掩蔽剂；3．分离干扰离子；4．进行同时测定；5．利用氧化还原反应改变价态；

6、用参比溶液消除显色剂和某些共存有色离子的干扰；7、选择适当的波长；8、分离：以上方法均不奏效时，采用预先分离的方法。第六节光度测量误差及测量条件的选择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，现在我们来看仪器测量不准引入的误差。一．仪器测量误差：任何光度计都有一定的测量误差，测量误差的来源主要是光源的发光强度不稳定，光电效应的非线性，电位计的非线性，杂散光的影响，单色器的光不纯等等因素，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性。其大小可由光度计的透光率的读数准确度表现出来。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△T，约为0.01～0.02。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浓度的相对误差△C/C表示（△C表示测量结果的浓度的绝对误差）。它的大小是与△T的大小有关的。而同样大小的△T在透光率不同时（溶液浓度不同），所引起的浓度相对误差是不同的。T%在80～10%即A=1～0.1时的浓度测量的相对误差较小。对于精度较好的仪器，当T%在60～20%（A=0.2～0.7）时，测量误差约为1%。当T=0.368或A=0.434时，浓度的测量误差最小。A=-lgT=-lg(It/IO)=KLc对两边微分：-0.4343（dT/T）=KLdcdc/c=0.4343dT/(T.lgT)=ErdT对于确定的仪器是定值△T，因此只能选择合适的T

分析中希望Er值最小：dEr/dT=d[0.4343△T/(T.lgT)]/dT=-0.4343△T/(T.lgT)2.(0.4343+lgT)=0

A=-lgT=0.4343T=0.3679=36.79%A=0.20---0.82,T=15%---63%通常法测定只有在这一点时（A=0.4343,T=36.79%）误差最少;即使在这一点，也有较大的误差，这是因为使用的标尺刻度太粗。所以一般通常法测定的误差较大，是否适用根据自己分析的要求决定。二．测量条件的选择：1．测量波长的选择：一般选用待测物质的最大吸收波长作为测量波长（入射光）但当在最大吸收波长处有干扰时，则应根据“吸收最大干扰最小”的原则来选择波长。2．控制适当的吸光度范围：由测量误差可知，当吸光度在0.2～0.8之间时，测量误差最小，所以应尽量控制吸光度在此范围进行测定。控制的方法为：1）控制溶液的浓度；2）选用适当厚度的比色皿；3．选择适当的参比溶液：a.如果仅有显色剂与被测组分反应的产物有吸收，则可以用纯溶剂作参比溶液；b.如果显色剂和其他试剂有颜色，则用试剂溶液作参比液；c.如果显色剂与试剂中干扰组分反应，其反应产物有吸收，则按如下方式配置参比液：(1)吸收较弱时，直接用试剂溶液作参比液；(2)吸收较强时，可选用合适的掩蔽剂将被测组分掩蔽后再加显色剂和其他试剂，以此配制的溶液作参比液。第六节紫外—可见分光光度法的应用一．紫外-可见分光光度法在定性分析中的应用（一）定性分析：（二）结构分析：（三）分析方法：1．比较光谱法，2．制作试样的吸收曲线并与标准紫外光谱对照；3．利用Woodward-Fieser经验规则求最大吸收波长。伍德沃德（Woodward）规则1）共轭二烯最大吸收位置的计算值母体：非环或异环二烯烃基准值214nm同环二烯烃253nm延伸双键30环外双键5共轭体系上取代烷基5OR6SR30ClBr5位移增量（nm）2），不饱和酮最大吸收位置的计算值六元环或非环，不饱和酮基准值215nm）位移增量（nm）同环共轭双键39环外双键（C=C）5延伸双键30共轭体系上取代基α：10；β：12；γ位或更高位：18OCORαβγδ：6OHα：35；β：30；γ：50Clα：15：β：12Brα：25；β：30NR2β：95

基值

217四个烷基取代4520二个环外双键2510计算值(max)247nm实测值(max)247nm

基值

217五个烷基取代5525二个环外双键2510共轭双键延长13030计算值(max)282nm二、定量分析（一）．微量单组分的测定：1．标准曲线法：配制一系列不同含量的待测组分的标准溶液，以不含待测组分的空白溶液为参比，测定标准溶液的吸光度。并绘制吸光度—浓度曲线，得到标准曲线（工作曲线），然后再在相同条件下测定试样溶液的吸光度。由测得的吸光度在曲线上查得试样溶液中待测组分的浓度，最后计算得到试样中待测组分的含量。2．增量法：把未知试样溶液分成体积相同的若干份，除其中的一份不加入待测组分的标准物质外，在其它几份中都分别加入不同量的标准物质。然后测定各份试液试液的吸光度并绘制吸光度对加入的标准物质的浓度（增量）作图，得一标准曲线：由于每份溶液中都含有待测组分，因此，标准曲线不经过原点。将标准曲线外推延长至与横坐标交于一点，则此点到原点的长度所对应的浓度值就是待测组分的浓度。（二）．多组分的同时测定：在含有多种组分的溶液中，如果要测定多个组分，可以根据情况的不同，采用不同的方法来进行测定。如果溶液中各组分之间的吸收曲线互相不干扰，可以选择适当的不同的波长分别测定。图a)：X,Y组份最大吸收波长不重迭，相互不干扰，可以按两个单一组份处理。如果多个组分之间的吸收曲线有干扰则可利用吸光度的加和性，以解联立方程式的方法，求得各个组分的含量或浓度。图b)和c)：X,Y相互干扰，此时可通过解联立方程组求得X和Y的浓度：（三）．高含量组分的测定—示差法：方法：配制一系列待测组分的浓度相差较小，且待测组分浓度与试液浓度相近的标准溶液，以其中浓度最小的标准溶液(Cs)作参比溶液，测定其它标准溶液的吸光度，以吸光度对测定溶液和参比溶液的浓度差作图，得一过原点的标准曲线。再在相同的条