紫外-可见分光光度法第1次课

第一章紫外-可见分光光度法

授课人：肖忠峰

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§1-1吸光光度法基本原理

一、吸光光度法的概念

在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法。主要有:红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000m,主要用于有机化合物结构鉴定。

紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。

2可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400750nm，主要用于有色物质的定量分析。二、吸光光度法的特点：（1）灵敏度高；（2）准确度高；（3）操作简便快速；（4）应用广泛。3三、光的基本性质

光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长

、频率

、光速c、波数（cm-1）等参数来描述：

=c

；波数=1/

=

/c

光是由光子流组成，光子的能量：

E=h=hc/

（Planck常数：h=6.626×10-34J×S)

光的波长越短（频率越高），其能量越大。白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光

单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成)

可见光区：400-750nm

紫外光区：近紫外区200-400nm

远紫外区10-200nm（真空紫外区）4四、物质的颜色

物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的。表1-1物质的颜色与吸收光颜色的互补关系5五、物质对光的选择性吸收及吸收曲线M+

h

M*M+热M+荧光或磷光基态激发态E1（△E）E2

E=E2-

E1=h

量子化；选择性吸收;分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；用不同波长的单色光照射，测吸光度—

吸收曲线与最大吸收波长

max；6六、光吸收曲线

用不同波长的单色光照射某一物质测定吸光度，以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制曲线，描述物质对不同波长光的吸收能力。图1-1吸收曲线7吸收曲线的讨论：（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。（3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。8

（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在λmax处吸光度A的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。（5）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。9

七、光吸收的基本定律1.朗伯—比耳定律

布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。A∝b

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。A∝c二者的结合称为朗伯—比耳定律，其数学表达式为：10朗伯-比耳定律的数学表达式为：

A＝lg（I0/I)=εbc

或:A＝lg（I0/I)=abc

式中A：吸光度；I0

：入射光强度；I：透射光强度；

b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；ε：摩尔吸光系数，单位L·mol-1·cm-1；溶液的浓度c单位mol·L-1；a：吸光系数，单位L·g-1·cm-1；

溶液的浓度c单位g·L-1。

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ε与a的关系为：

ε=Ma（M为物质的摩尔质量）摩尔吸光系数ε(L·mol-1·cm-1)在数值上等于浓度为1mol·L-1、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。吸光系数a(L·g-1·cm-1)相当于浓度为1g·L-1，液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。12吸光度A描述溶液对光的吸收程度：

A＝lg（I0/I)透过度T描述入射光透过溶液的程度:

T=It/I0吸光度A与透光度T的关系:

A＝－lgT

A、T、c三者的关系如右图所示。吸光度A具有加和性：A总=A1+A2A1、A2分别为两种吸光物质的吸光度。ATATC图8-3A，T，C关系曲线13

朗伯-比耳定律的物理意义：当平行单色光通过单一均匀的、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。朗伯-比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。广泛地应用于紫外光、可见光、红外光区的吸收测量，也适用于原子吸收测量。142.摩尔吸光系数ε的讨论（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；（2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；（3）可作为定性鉴定的参数；（4）同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。

15（5）εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。

ε>105：超高灵敏；ε=(6～10）×104：高灵敏；

ε=(2～6）×104：中等灵敏；

ε<2×104：不灵敏。（6）ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。

163.偏离朗伯—比耳定律的原因

标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯—比耳定律的偏离。引起这种偏离的因素（两大类）：（1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；（2）化学性因素。

17（1）物理性因素难以获得真正的纯单色光。

朗伯—比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯—比耳定律的正或负偏离。非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯—比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。

图8-4-1工作曲线18

｜Δε｜很小时，则可近似认为是单色光。为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射光波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。(2)化学性因素朗伯-比耳定律假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用，实验证明，这种假定只有在稀溶液时才基本符合。

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当溶液浓度c>10-2mol·L-1时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。朗伯-比耳定律只适用于稀溶液。溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时，使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。(3)工作曲线不过原点存在系统误差：吸收池不完全一样；参比溶液选择不当等。图8-4-2工作曲线20

§1-2紫外可见分光光度计

一、主要部件光源单色器样品室检测器显示

211．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200~360nm22续前3．吸收池：玻璃——能吸收UV光，仅适用于可见光区石英——不能吸收紫外光，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23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24续前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25续前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2627

§1-3显色反应及显色条件的选择一、显色反应的选择

选择显色剂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，与有色物最大吸收波长之差（对比度），应满足

>60nm。常用配位显色反应或氧化还原显色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，可将其氧化成紫红色的Mn(Ⅶ)，在525nm处

28二、显色条件的选择1.显色剂用量：吸光度A与显色剂用量cR的关系曲线如图12-8所示。选择曲线变化平坦处作为显色条件。2.溶液的pH值在相同实验条件下，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。3.显色时间与温度显色反应一般在室温下进行，有的反应需加热，应通过实验找出适宜的温度范围。图8-10吸光度与显色剂用量关系曲线cRcRcRAAA29pHA

图8-11吸光度与pH关系曲线三、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＋，30

加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+(黄色)成为［Fe(PO４)2］3-(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通过控制适宜的显色条件，消除干扰组分的影响。3.选择适宜的波长避开干扰物的最大吸收，配制适当的参比液，消除干扰组分的影响。

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4.提高显色反应的选择性利用被测物能形成三元络合物的特点，提高显色反应的选择性。5.分离干扰离子

采用适当的分离方法预先除去干扰物质。32§1-4吸光光度测量条件的选择1.选择适当的入射波长一般应该选择λmax为入射光波长。但如果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.选择适当的参比溶液吸收池表面对入射光有反射和吸收作用；溶液的不均匀性所引起的散射；过量显色剂、其它试剂、溶剂等引起的吸收，这些因素影响待测组分透光度或吸光度的测量。采用参33

比溶液校正的方法消除或减小这些影响。在相同的吸收池中装入参比溶液(又称空白溶液)，调节仪器使透过参比池的吸光度为零(称为工作零点)。在此条件下测得的待测溶液的吸光度才真正反映其吸光强度。34图8-12吸