第11章-紫外-可见分光光度法

第十一章紫外-可见分光光度法第一节概述第二节紫外-可见分光光度法的基本原理第三节紫外-可见分光光度计第四节分析条件的选择第五节定性和定量分析法第六节紫外-可见分光光度法的应用2024/9/241分光光度法:是利用物质在特定波长或一定波长范围内，对光的选择性吸收建立起来的分析方法。

研究物质在紫外-可见光区分子吸收光谱的分析方法称为紫外-可见分光光度法（ultravioletandvisiblespectrophotometry，UV-vis）紫外-可见吸收光谱属于分子光谱紫外-可见光的波长范围200nm～1000nm第十一章紫外-可见分光光度法2024/9/242第一节概述一、电磁辐射与电磁波谱二、光谱分析法分类三、物质对光的选择性吸收四、紫外-可见分光光度法的特点2024/9/243一、电磁辐射与电磁波谱电磁辐射又称电磁波，是一种在空间不需要任何物质作为传播媒介的高速传播的离子流。(一)光的波动性光的反射、折射、偏振、干涉、衍射参数：波长(λ)、频率(γ)或波数(σ)相互关系：lsln1==，c2024/9/244一、电磁辐射与电磁波谱(二)光的粒子性光波是由一颗颗不连续的光子构成的光子流光的吸收、光的发射、光电效应参数：能量(E)光子的能量与光波的频率或波数的关系：s=l=n=chchhE­¯E，注：l2024/9/245二、光谱分析法分类光学分析法分为光谱分析法和非光谱分析法当电磁辐射作用于待测物质，使待测物质内部发生能级跃迁，而引起的能量随电磁辐射波长变化的分析方法称光谱分析法当电磁辐射作用于被测物质时，利用其传播方向、速度等物理性质发生改变所建立起来的分析方法称为非光谱分析法2024/9/246二、光谱分析法分类当电磁辐射作用于待测物质，使待测物质内部发生能级跃迁，而引起的能量随电磁辐射波长变化的分析方法称光谱分析法按能量交换方向分吸收光谱法发射光谱法按作用物质不同分原子光谱→线状光谱分子光谱→带状光谱按辐射源波长分红外光谱法、紫外光谱法可见光谱法、X-射线光谱法2024/9/247光谱法与非光谱法的区别：光谱法：内部能级发生变化原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁非光谱法：内部能级不发生变化仅测定电磁辐射性质改变2024/9/248三、物质对光的选择性吸收（一）光的颜色可见光：人眼能感觉到的光。波长范围:400～760nm紫外光：波长小于400nm的光红外光：波长大于760nm的光如果让一束白光通过三棱镜，就分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光，这种现象称为光的色散。2024/9/249（二）物质对光的选择性吸收每种颜色的光具有一定的波长范围。由不同波长的光混合而成的光称为复合光。白光是复合光。把只具有一种颜色的光，叫做单色光。单色光是理想的2024/9/2410（二）物质对光的选择性吸收白光青蓝青绿黄橙红紫蓝适当选配两种颜色的光按一定的强度比例混合，可以获得白光，则这两种色光称为互补色光。2024/9/2411（三）物质的颜色与吸收光的关系固体物质白光照射到物质上时，物质对于不同波长的光线吸收、透过、反射、折射的程度不同而使物质呈现出不同的颜色。如果物质对各种波长的光完全吸收,则呈现黑色；如果完全反射，则呈现白色如果对各种波长光吸收程度差不多,则呈现灰色；如果物质选择性地吸收某种波长的光，那么这种物质的颜色由它透过光的颜色来决定。2024/9/2412（三）物质的颜色与吸收光的关系对溶液溶液呈现不同的颜色，是由于溶液中的质点(分子或离子)选择性的吸收某种颜色的光所引起的。如果各种颜色的光透过程度相同，这种物质就是无色透明。如果只让一部分波长的光透过，其他波长的光被吸收，则溶液就呈现出透过光的颜色，也就是溶液呈现的是与它吸收的光成互补色的颜色。2024/9/2413四、紫外-可见分光光度法的特点紫外－可见分光光度法：研究物质在紫外－可见光区分子吸收光谱的分析方法特点：1.灵敏度高：一般可以测到每毫升溶液中含有10-7g的物质2.准确度好：相对误差1％～5％3.选择性较好4.仪器不太贵重5.应用广泛2024/9/2414第二节紫外-可见分光光度法的基本原理一、光的吸收定律二、吸收光谱三、偏离光的吸收定律的原因2024/9/2415一、光的吸收定律(一)透光率T和吸光度A透射光强度与入射光强度之比称为透光率，用符号T表示透光度T的倒数反映了物质对光的吸收程度，应用时取它的对数为吸光度，用A表示I0I0ItItIrIrIaIaL2024/9/2416透光率T和吸光度A的关系吸光度A愈大，表示透光率T愈小，溶液对光的吸收程度愈强A与T的互换:A=-lgTT=10-A练习1:将透光率值换算成吸光度75%A=-lgT=-lg75%=0.125练习2:将吸光度值换算成透光率0.10T=10-A=10-0.10=0.7942024/9/2417(二)光的吸收定律在一定温度下，一束平行单色光通过均匀无散射的某溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。这就是光的吸收定律，又称朗伯-比尔定律（Lambert-Beer'sLaw）。用数学式表示为：A=KcL必须注意：入射光必须是单色光溶液必须是稀溶液.它是各类吸光光度法的定量依据。I0I0ItIt2024/9/2418(三)吸光系数溶液的浓度c的单位不同，吸光系数K的意义和表示方法也不同1.摩尔吸光系数，溶液的浓度为1mol/L用ε表示2.比吸光系数又称百分吸光系数，，溶液浓度为1%（g/100ml），用E1cm1%表示ε和E1cm1%的互换2024/9/2419影响吸光系数的因素及意义影响吸光系数的因素物质的性质不同溶剂入射光波长意义吸光系数越大，溶液对光的吸收越多，测定方法的灵敏度越高例1用双硫腙法测定Cd2+溶液的吸光度。当溶液的浓度为14μg/100ml，在最大吸收波长=520nm处测得吸光度为0.44，吸收池厚度为2cm，求其比吸光系数和摩尔吸光系数。2024/9/2420二、吸收光谱在浓度一定的条件下，以波长或波数为横坐标，以吸光度或吸光系数为纵坐标所描绘的λ~A曲线(一)吸收光谱的术语1.吸收峰2.谷3.肩峰4.末端吸收5.强带和弱带2024/9/2421(二)高锰酸钾溶液的吸收光谱曲线1.高锰酸钾溶液对不同波长的光吸收程度不同，最大吸收波长=525nm，对绿色光有最大吸收。2.相同条件下，不同浓度的高锰酸钾溶液产生的吸收曲线相似，即最大吸收波长不变。不同的物质有不同的吸收曲线，吸收光谱曲线是用分光光度法对物质进行定性分析的依据。3.吸收光谱曲线中吸光度与浓度成正比，常在最大吸收波长处进行定量分析。2024/9/2422三、偏离光的吸收定律的原因(一)化学因素1.吸光物质的浓度Beer定律适用的前提：稀溶液(<0.01mol/L)2.吸光物质不稳定(二)光学因素1．非单色光的影响2．杂散光的影响3．反射光和散色光的影响4．非平行光的影响2024/9/2423第三节紫外-可见分光光度计一、主要部件二、仪器类型2024/9/2424一、主要部件（五个部件）光源单色器吸收池显示器检测器（一）光源1．光源：提供入射光的装置钨灯或卤钨灯——可见光源

350~1000nm氢灯或氘灯——紫外光源

200~360nm2024/9/24252．单色器：将来自光源的复合光，按波长顺序色散分离出所需波长的单色光包括狭缝、准直镜、色散元件色散元件棱镜——对不同波长的光折射率不同分出光波长不等距光栅——衍射和干涉分出光波长等距

2024/9/2426单色器光路示意图2024/9/24273.吸收池:盛放样品溶液普通玻璃——能吸收UV光，仅适用于可见光区石英玻璃——不吸收紫外光，用于紫外和可见光区要求(1)盛参比溶液与盛样品溶液的吸收池应互相匹配(2)测定吸光系数或测定样品时，要求吸收池有准确的厚度(3)吸收池两光面易损蚀，注意保护2024/9/24284．检测器：将光信号转变为电信号的装置光电池光电管光电倍增管二极管阵列检测器5．记录装置：讯号处理和显示系统2024/9/2429二、仪器类型1.单波长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比值光源单色器吸收池检测器显示2024/9/24302.单波长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比值光源单色器吸收池检测器光束分裂器显示2024/9/24313．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光源单色器单色器检测器切光器狭缝吸收池2024/9/24324．多道分光光度计特点采用了多道光子检测器，能快速扫描分辨率高，可达1nm～2nm价格昂贵2024/9/2433第四节分析条件的选择一、显色反应条件的选择二、测定条件的选择2024/9/2434一、显色反应条件的选择显色反应：将待测组分转变为有色物质的反应显色剂：将待测组分转变为有色物质的试剂（一）对显色反应的要求1有确定的定量关系；2选择性好，干扰少；3灵敏度高，摩尔吸光系数较大；4反应生成物组成恒定并具有足够的稳定性；5显色剂在测定波长处无吸收。2024/9/2435(二)、显色反应条件的选择1.显色剂用量:(a)在ab之间选择合适的显色剂用量(b)控制好显色剂的用量(c)只用于定性不用于定量2024/9/2436(二)、显色反应条件的选择2.酸度:最适宜pH范围(酸度)，作A-pH关系曲线图来确定3.显色温度绘制A-t(℃)曲线，选择A较大的温度显色4.显色时间绘制A-t曲线5.干扰的消除2024/9/2437二、测定条件的选择（一）.入射光波长的选择选择最大吸收波长λmax作为测量波长（二）.吸收度范围的选择透光率T在20%～65%吸收度A在0.8～0.2（三）.参比溶液的选择测量待测溶液的吸光度时，先用参比液调节透光度为100%参比液的类型：溶剂参比液；试剂参比液2024/9/2438第五节定性和定量分析法一、定性分析二、纯度检测三、定量分析2024/9/2439一、定性分析

定性分析的依据：吸收光谱图（一）比较吸收光谱的一致性比较两者吸收光谱图的一些特征，（如吸收峰数目和形状、最大吸收波长、摩尔吸光系数等），若两者完全一致，可初步判断是同一物质；若两者吸收光谱不同可以肯定不是同一物质。（二）对比吸光度(或吸光系数)的比值如果化合物有几个吸收峰，可用在不同吸收峰处(或峰与谷)测得吸光度比值作为鉴定依据如维生素的吸收光谱有三个吸收峰，分别为278、361、550nm，它们的吸光度比值在1.70～1.88之间，在3.15～3.45之间。2024/9/2440二、纯度检测根据吸收曲线的特征可检查样品中有无杂质。如果待测物质在紫外可见光区没有明显的吸收，而杂质有吸收，那么根据吸收曲线可以检查出杂质。例如：在乙醇或环己烷中含有杂质苯，苯在256nm处有吸收峰，而乙醇或环己烷无吸收，因此，若样品在256nm处有吸收峰时说明样品中含有杂质苯2024/9/2441三、定量分析

定量分析的依据是光的吸收定律

定量依据：A=KCL1、标准曲线法2、标准对照法3、吸光系数法（一）多组分的定量分析法2024/9/24421、标准曲线法配制一系列(5～7个)不同浓度的标准溶液，在λmax处，以适当的空白液作参比液，逐一测定各溶液的吸光度A，以溶液浓度c为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制A-c曲线，将得到一条通过原点的直线，再在相同条件下，测定未知试样的吸光度，在标准曲线上可以找到与之相对应的未知试样的浓度c样C原样=C样×稀释倍数ACC样品比色液浓度2024/9/24432、标准对比法

----该法操作简便，但误差较大

在相同条件下，配制标准溶液和试样溶液，在最大吸收波长处，分别测定两者的吸光度。根据光的吸收定律：2024/9/2444标准对照法也可用于测定不纯试样的含量将试样溶液和标准溶液配制成相同浓度，则c样=c标，在最大吸收波长处分别测定吸光度A，计算出试样的百分含量。

例1

不纯的高锰酸钾试样与标准品高锰酸钾各取0.1000g，分别用1000mL容量瓶定容。各取10.00mL稀释至50.00mL，在最大吸收波长525nm处，测得A样=0.220、A标=0.260，求试样中高锰酸钾的百分含量。2024/9/24453、吸光系数法

---又称绝对法

是直接利用光的吸收定律A=KcL，，在手册或文献中查得E1cm1%或ε，在最大吸收波长处测得某浓度下该物质的吸光度A，求该溶液的浓度

例2

维生素B12的水溶液，在最大吸收波长361nm处，E1cm1%

=20.7，若测得溶液的吸光度0.621，吸收池厚度1cm，求该溶液的浓度。例3

已知苯胺最大吸收波长280nm，ε=1430，将含有苯胺的化合物配制成1.00×10-2mol/L的溶液，用1cm的比色皿测得A为0.500，求试样中苯胺百分含量。2024/9/2446（二）多组分的定量分析法双波长分光光度法理论依据是：开始时，使交替照射到吸收池的两束波长分别为λ1和λ2的单色光的强度相等，待测组分对λ1和λ2的吸光度分别为A1和A2，背