第九章紫外可见吸收光谱分析法

9.4紫外可见吸收光谱的应用

9.4.1显色与测量条件的选择一、显色反应的选择1.选择显色反应时，应考虑的因素

灵敏度高、选择性高、生成物稳定、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：“对比度”，要求△>60nm。2.配位显色反应

当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外—可见吸收光谱。3.氧化还原显色反应

某些元素的氧化态，如Mn（Ⅶ）、Cr（Ⅵ）在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。

例如：钢中微量锰的测定，Mn2＋不能直接进行光度测定

2Mn2＋＋5S2O82-＋8H2O=2MnO4－

+10SO42-＋16H+将Mn2＋

氧化成紫红色的MnO4－后，在525nm处进行测定。二、影响显色反应的因素1.显色剂用量吸光度A与显色剂用量CR的关系会出现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。2.反应体系的酸度影响显色剂的平衡浓度和颜色影响被测金属离子的存在状态影响络合物的组成

在相同实验条件下，分别测定不同pH值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。二、影响显色反应的因素3.显色时间与温度

实验确定4.溶剂一般尽量采用水相测定，二、影响显色反应的因素三、共存离子干扰的消除1.加入掩蔽剂

选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；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。例：测定Ti4＋，可加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+(黄色)成为Fe(PO４)23-(无色)，消除Fe3+的干扰；又如用铬天菁S光度法测定Al3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将Fe3+还原为Fe2+，消除Fe3+的干扰。2.选择适当的显色反应条件3.分离干扰离子四、测定条件的选择1.选择适当的入射波长

一般应该选择λmax为入射光波长。如果λmax处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。

2.选择合适的参比溶液

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度。参比溶液的选择一般遵循以下原则：

⑴若仅待测组分与显色剂反应产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)作参比溶液；⑵若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，用“试剂空白”(不加试样溶液)作参比溶液；参比溶液的选择一般遵循以下原则：

⑶若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用“试样空白”(不加显色剂)作参比溶液；

⑷若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。3.控制适宜的吸光度（读数范围）

不同的透光度读数，产生的误差大小不同：－lgT=εbc微分：－dlgT＝－0.434dlnT=-0.434T-1

dT

=εbdc两式相除得：

dc/c=（0.434/TlgT

）dT

以有限值表示可得：

Δc/c

=（0.434/TlgT）ΔT

浓度测量值的相对误差（Δc/c）不仅与仪器的透光度误差ΔT有关，而且与其透光度读数T的值也有关。是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？

最佳读数范围与最佳值

设：ΔT=1%，则可绘出溶液浓度相对误差Δc/c与其透光度T的关系曲线。如图所示：当：ΔT=1%，T在15%～65%之间时，浓度相对误差较小，最佳读数范围。

可求出浓度相对误差最小时的透光度Tmin为：

Tmin＝36.8%,Amin＝0.434

用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T%=15～65%(吸光度A=0.80～0.20)。b、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（光程长度b）吸光度范围的控制A：0.20～0.80；T：15%～65%a、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，或萃取富集（浓度c）c、选择适当的参比溶液（示差分光光度法）五、提高光度测定灵敏度和选择性的途径1.合成新的高灵敏度有机显色剂2.采用分离富集和测定相结合3.采用三元(多元)配合物显色体系

由一个中心金属离子与两种(或两种以上)不同配位体形成的配合物，称为三元(多元)配合物。多元配合物显色反应具有很高的灵敏度，一方面是因为多元配合物比其相应的二元配合物分子截面积更大；另一方面是因为第二或第三配位体的引入，可能产生配位体之间、配位体与中心金属离子间的协同作用，使共轭π电子的流动性和电子跃迁几率增大。三元配合物主要类型有：三元离子缔合物、三元混配配合物、三元胶束(增溶)配合物。9.4.2分光光度定量测定方法1.单组分的测定通常采用A-c

标准曲线法定量测定。一般测量步骤：(1)对于无色物质,选择显色反应及适宜条件；(2)测量绘制吸收曲线，确定最大吸收波长；(3)确定测量条件,如:测量波长、参比溶液等；(4)配制一系列不同浓度的标准溶液；(5)测量吸光度，绘制标准曲线；(6)在相同条件下,配制试样溶液,测量吸光度；(7)在标准曲线上,由试样溶液吸光度查出对应的浓度值。一、普通分光光度法一、普通分光光度法2.多组分的同时测定

⑴若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。

⑵若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。

Aλ1=εaλ1bca

＋εbλ1bcb

Aλ2=εaλ2bca

＋εbλ2bcb

二、示差分光光度法（示差法）

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。需采用示差法。即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。

设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为cs(cs<cx)。则：

Ax=εb

cx

As=εb

csΔＡ＝Ａx

－Ａs=εb(cx

－cs

）=εbΔc

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ΔＡ。示差分光光度法（示差法）

ΔA＝Ax

－As=εb(cx

－cs

）=εbΔc

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ΔA

。

示差法测得的吸光度与Δc呈直线关系。由标准曲线上查得相应的Δc值，则待测溶液浓度cx

：

cx=cs+Δc

示差法标尺扩展原理：普通法：cs的T=10%；cx的T=5%示差法：cs做参比，调T=100%则：cx的T=50%；标尺扩展10倍二、双波长分光光度法

不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色光(λ1和λ2)；以参比波长λ1处的吸光度Aλ1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。

ΔA

＝Aλ2

－Aλ1

＝(ελ2

－ελ1)bc

两波长处测得的吸光度差值ΔA与待测组分浓度成正比。ελ1和ελ2分别表示待测组分在λ1和λ2处的摩尔吸光系数。

关键问题:测量波长λ2和参比波长λ1的选择与组合

以两组分x和y的双波长法测定为例：设：x为待测组分，y为干扰组分，二者的吸光度差分别为:

ΔAx和ΔAy，则该体系的总吸光度差ΔAx+y为：

ΔAx+y=ΔAx+ΔA

y如何选择波长λ1

、λ2有一定的要求。选择波长组合λ1

、λ2的基本要求是：

⑴选定的波长λ1和λ2处干扰组分应具有相同吸光度，即：ΔAy=ΔAyλ2

－ΔAyλ1=0故：ΔAx+y=ΔAx=(εxλ2－εxλ1)bcx此时：测得的吸光度差ΔA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测定y组分。

可采用作图法选择符合上述两个条件的波长组合。⑵在选定的两个波长λ1和λ2处待测组分的吸光度应具有足够大的差值。双波长法的特点：双波长法可以消除浑浊溶液背景和吸收光谱重叠的干扰1、双波长分光光度法中只有参比波长，无参比溶液2、双波长光高频率交替通过试液，可以减少因光源、检测器等的不稳定性而引入的误差，提高准确度3、可以避免单波长法中因被测试液和参比溶液在组成、均匀性上的差异以及两个吸收池的差异而引入的误差三、导数分光光度法

导数分光光度法在多组分同时测定、浑浊样品分析、消除背景干扰、加强光谱的精细结构以及复杂光谱的辨析等方面，显示了很大的优越性。

利用吸光度(或透光度)对波长的导数曲线来进行分析：

Ｉ＝Ｉ0e-εbc假定入射光强度Ｉ0在整