第十一章紫外-可见分光光度法

第十一章紫外-可见分光光度法

教学目的及要求：1.了解吸光光度法的特点。2.理解物质对光的选择性吸收。

3.掌握朗伯—比耳定律。4.了解显色反应及其影响因素。吸光光度法的基本原理紫外一可见分光光度法（ultravioletvisiblespectrophotometry）是利用物质在紫外、可见光区的分子吸收光谱，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析的方法。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法(60-400nm)和可见分光光度法(400-750nm)，合称为紫外一可见分光光度法。11－1紫外-可见分光光度法概论通常是指研究200-780nm光谱区域内，物质分子或离子对光辐射吸收的一种方法，也称为吸光光度法或分光光度法。一、吸光光度法的特点(p297)1.灵敏度高

10-3~10-6mol·L-12.准确度好<5%

3.快速简便4.应用广泛化学分析：常量组分(>1%),Er:0.1%～0.2%，准确度高，依据化学反应,使用玻璃仪器。仪器分析：微量组分(<1%),Er:1%～5%，灵敏度高，依据物理或物理化学性质,需要特殊的仪器。例:含Fe约0.05%的样品,

称0.2g样品,

则m(Fe)≈0.1mg重量法

m(Fe2O3)≈0.14mg,称不准容量法

V(K2Cr2O7)≈0.02mL,测不准光度法

结果0.048%～0.052%,

满足要求二.物质对光的选择性吸收

1.单色光、复合光、互补色光

光的互补色示意图2.溶液的颜色与光的选择性吸收选择吸收宏观现象KMnO4

(紫红色)吸收白光中的黄绿色

CuSO4

(蓝色)

吸收白光中的黄色

互补色

结论：⑴同一种物质对不同波长的光表现出不同的吸收能力，称之谓选择吸收现象。⑵不同的物质对光的选择吸收性质是不同的。⑶溶液的颜色并不是某一个波长，而是一个波长带。NaCl无色

3.光吸收曲线描述物质对不同波长光的吸收能力的曲线，称为光吸收曲线。KMnO4溶液的光吸收曲线(525nm)特点：①在可见光范围内，KMnO4溶液对波长525nm附近黄绿色光的吸收最强。光吸收程度最大处的波长称为最大吸收波长，用λmax表示。②不同浓度的KMnO4溶液的光吸收曲线形状相似，最大吸收波长不变。光吸收曲线与物质特性有关，所以它可以作为物质定性鉴定的基础。③浓度不同的同种物质的溶液，在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增加，这个特性可作为物质定量分析的基础。相关的基本概念吸收光谱（吸收曲线）：不同波长光对样品作用不同，吸收强度不同以λ~A作图。吸收光谱特征：定性依据吸收峰→λmax

吸收谷→λmin

肩峰→λsh

末端吸收→饱和σ-σ跃迁产生11-2

Lamber-Beer定律：吸收光谱法基本定律描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度的关系假设一束平行单色光通过一个吸光物体朗伯-比耳定律吸光度、溶液的浓度及液层厚度之间的关系如下：

A=Kbc

其物理意义是：在一定温度下，一束平行的单色光通过均匀的非散射的溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。

1．Lamber-Beer定律的适用条件（前提）入射光为单色光溶液是稀溶液2．该定律适用于固体、液体和气体样品3．在同一波长下，各组分吸光度具有加和性应用：多组分测定当c的单位为g·L-1，b的单位为cm时，比例常数K用a表示，其单位为L·g-1·cm-1，a称为吸光系数，这时上式变为：A=abc

（11-3）当c的单位用mol·L-1，b用cm时，比例常数K用ε表示，其单位为L·mol-1·cm-1，ε称为摩尔吸光系数，此时上式变为：A=εbc（11-4）摩尔吸光系数ε可看成是待测物质浓度c为1mol·L-1，液层厚度为1cm时，在特定波长下所具有的吸光度。ε值越大，表示有色物质对该波长光的吸收能力越强，有色物质的颜色越深，测定的灵敏度也就越高。应用朗伯－比耳定律时，必须掌握好以下条件：①入射光波长应为λmax?，且单色性好；②被测溶液具有均匀性、非散射性(不浑浊，也不呈胶体)；③被测物质的浓度应在一定范围内?。朗伯－比耳定律不仅适用于可见光，也适用于红外光和紫外光；不仅适用于均匀非散射的液体，也适用于固体和气体。因此，它是各类吸光光度法定量的依据，用途很广。吸光度测量的条件选择：1）测量波长的选择：λmax2）吸光度读数范围的选择：3）参比溶液(空白溶液)的选择：选A=0.2~0.8注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和界面反射等因素对透光率的干扰三、偏离BEER定律的因素依据Beer定律，A与C关系应为经过原点的直线偏离Beer定律的主要因素表现为以下两个方面

（一）光学因素（二）化学因素（一）光学因素

非单色光的影响：

Beer定律应用的重要前提——入射光为单色光照射物质的光经单色器分光后并非真正单色光其波长宽度由入射狭缝的宽度和棱镜或光栅的分辨率决定为了保证透过光对检测器的响应，必须保证一定的狭缝宽度这就使分离出来的光具一定的谱带宽度（二）化学因素Beer定律适用的另一个前提：稀溶液浓度过高会使C与A关系偏离定律11-3光度分析法及其仪器

分光光度法及分光光度计1.基本原理光度法的基本原理是：由光源发出白光，采用分光装置，获得单色光，让单色光通过有色溶液，透过光的强度通过检测器进行测量，从而求出被测物质含量。2.分光光度计的主要部件①光源②单色器③吸收池④检测器⑤显示系统

①光源

功能：提供能量激发被测物质分子，使

之产生电子光谱谱带（提供宽带辐射）。

②单色器功能：从光源辐射的复合光中分出单色光。

③吸收池功能：盛放分析试样（一般是液体）。④检测器功能：检测光信号，测量单色光透过溶液后光强度变化的一种装置。⑤信号显示系统3.分光光度计分光光度计的类型按其设计原理可以分为单波长分光光度计和双波长分光光度计两类。

紫外分光光度计

1．光源：2．单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件

棱镜——对不同波长的光折射率不同色散元件分出光波长不等距光栅——衍射和干涉分出光波长等距钨灯或卤钨灯——可见光源350~1000nm氢灯或氘灯——紫外光源200~360nm3．吸收池：玻璃——能吸收UV光，仅适用于可见光区石英——不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）4．检测器：将光信号转变为电信号的装置5．记录装置：讯号处理和显示系统光电池光电管光电倍增管二极管阵列检测器类型：

1．单光束分光光度计：特点：使用时来回拉动吸收池→移动误差对光源要求高比色池配对2．双光束分光光度计：

特点：不用拉动吸收池，可以减小移动误差对光源要求不高可以自动扫描吸收光谱3．双波长分光光度计特点：利用吸光度差值定量消除干扰和吸收池不匹配引起的误差吸光光度仪器的一般操作程序1.选定合适的波长作为入射光，接通电源预热仪器。2.调透光率为零，即仪器零点。3.将参比溶液置于光路，接通光路(盖上吸收池暗箱盖)，调T%=100.0。2、3步应反复调整。4.将样品溶液推入光路，读取吸光度A。5.测定完成后，应整理好仪器，尤其要注意吸收池应及时清洗干净。11-4吸光光度法测量条件的选择为了使测定结果有较高的灵敏度和准确度，必须注意选择最适宜的测量条件。①入射光波长②吸光度范围被测溶液的吸光度值在0.2～0.8范围内，测量误差较小。为此可从以下三方面加以控制：一是改变试样的称样量，或采用稀释、浓缩、富集等方法来控制被测溶液的浓度；二是选择适宜厚度的吸收池；三是选择适当的显色反应和参比溶液。③参比溶液(空白液)影响显色反应的因素①显色剂的用量②溶液的酸度③显色温度④显色时间应用于光度分析的显色反应必须符合下列要求：①显色反应的灵敏度要高。一般来说，ε值在104～105时，则可认为此显色反应灵敏度较高。②有色化合物组成要固定、稳定性要高。③反应的选择性要好。④显色剂在测定波长处无明显吸收。⑤显色反应受温度、pH、试剂加入量的变化影响要小11-5吸光光度法的应用定性方法1.比较吸收光谱曲线：形状、峰数、λmax位置与相应的εmax。2.用经验规则计算λmax，然后与实测值比较。比较吸收光谱曲线法有标准物质比较法和标准谱图比较法两种

A.利用标准物质比较在相同的测量条件下，测定和比较未知物与已知标准物的吸收光谱曲线，如果两者的光谱完全一致，则可以初步认为它们是同一化合物。为了能使分析更准确可靠，要注意如下几点：

一是尽量保持光谱的精细结构。为此，应采用与吸收物质作用力小的非极性溶剂，且采用窄的光谱通带；二是吸收光谱采用lgA对λ作图。这样如果未知物与标准物的浓度不同，则曲线只是沿轴平移，而不是像曲线那样以的比例移动，更便于比较分析。

三是往往还需要用其它方法进行证实，如红外光谱等。

B.利用标准谱图或光谱数据比较常用的标准谱图有以下的四种：

[1]SadtlerStandardSpectra(Ultraviolet),Heyden,London,1978.萨特勒标准图谱共收集了46000种化合物的紫外光谱。

[2]R.A.FriedelandM.Orchin,“UltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofAromaticCompounds”,Wiley,NewYork,1951.本书收集了597种芳香化合物的紫外光谱。

[3]KenzoHirayama：“HandbookofUltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofOrganicCompounds.”,NewYork,Plenum,1967。

[4]“OrganicElectronicSpectralData”，JohnWileyandSons，1946～（这是一套由许多作者共同编写的大型手册性丛书，所收集的文献资料由1946年开始，目前还在继续编写）。

定量分析一、单一组分分析1.比较法(注意点)

A=εb