分析化学课件紫外可见光分光光度法

'第十章吸光光度法1 化学分析法总结酸碱滴定法配位滴定法氧化-还原滴定法沉淀滴定法重量分析法2 化学分析与仪器分析方法比较化学分析常量组分(>1%),Er0.1%～0.2%依据化学反应,使用玻璃仪器仪器分析微量组分(<1%),Er1%～5%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,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%,满足要求准确度高灵敏度高3 第一节物质对光的选择吸收一。光的基本性质c－真空中光速2.99792458×108m/sλ－波长，单位nmν－频率，单位：Hz光的传播速度:C=λ×ν光是电磁波，以巨大速度通过空间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量4 磁场向量电场向量传播方向YZX与物质作用5 h－普朗克(Planck)常数6.626×10-34J·s－频率E－光量子具有的能量单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)光量子，具有能量。6 结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越长(频率越低)，光量子的能量越低。单色光：具有相同能量(相同波长)的光。混合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在一起。电磁波谱的波段如何划分?7 高能辐射区γ射线能量最高，来源于核能级跃迁χ射线来自内层电子能级的跃迁光学光谱区紫外光来自原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光来自分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波来自原子核自旋能级的跃迁电磁波谱电磁辐射按波长顺序排列，称~。γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波8 光学光谱区(真空紫外)远红外中红外近红外可见近紫外远紫外10nm~200nm中层电子200nm~380nm价电子380nm~780nm价电子780nm~2.5m分子振动2.5m~50m分子振动50m~300m分子转动9 光学分析法及其分类1）光学分析法依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐射相互作用而建立起来的各种分析法。2）分类：(1)光谱法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量分析方法按能量交换方向分吸收光谱法发射光谱法按作用结果不同分原子光谱→线状光谱分子光谱→带状光谱10 (2)非光谱法：利用物质与电磁辐射的相互作用,测定电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性质变化的分析方法分类：折射法、旋光法、比浊法、χ射线衍射法(3)光谱法与非光谱法的区别：光谱法：内部能级发生变化(波长改变)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(波长不变)11 二。吸光光度法灵敏度高：测定下限可达10－5～10－6mol/L,10-4%～10-5%准确度能够满足微量组分的测定要求：相对误差2～5％操作简便快速应用广泛吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。1。特点12 2。溶液中溶质分子对光的吸收/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红蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光13 3。物质对光的选择性吸收及吸收曲线吸收与结构有关。溶液呈现不同的颜色是由溶液中的质点（离子或分子）对不同波长的光具有选择性吸收而引起的。当白光通过某一有色溶液时，该溶液会选择性地吸收某些波长的光而让未被吸收的光透射过，即溶液呈现透射光的颜色，亦即呈现的是它吸收光的互补光的颜色。例如，KMnO4溶液选择吸收了白光中的绿色(500~560nm)光，与绿色光互补的紫色光因未被吸收而透过溶液，所以KMnO4溶液呈现紫色。14 Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱(AbsorptionspectraofCr2O72-、MnO4-)400500600700/nm350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350440nm15 4.吸收光谱产生的原理物质分子内部六种运动形式：（1）电子相对于原子核的运动Ee；（2）原子核在其平衡位置附近的相对振动Ev；（3）分子本身绕其重心的转动Er；（4）原子的核能En；（5）分子的平动能Et；（6）基团间的内旋转能Ei。在紫外-可见光的照射下，En不变，Et和Ei较小。所以，体系吸收能量而发生跃迁时：△E=△Ee+△Ev+△Er16 分子的能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量ΔEe(1~20eV)>ΔEv(0.05~1eV)>ΔEr(0.005~0.05eV)17 电子能级的跃迁当用可见光或紫外光照射分子时，价电子可以跃迁产生吸收光谱，在电子能级变化的同时，不可避免地伴随分子振动和转动的能级变化。因此他包含了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带。18 分子的激发(Excitation)E=E2-E1=h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，测吸收光的程度随光波长的变化—吸收曲线与最大吸收波长max。M+hM*基态激发态E1△EE219 苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱(Absorptionspectraofbenzeneandtolueneincyclohexane)苯(254nm)甲苯(262nm)A23025027020 第二节光吸收基本定律ItI0bdxII-dIs1.朗伯定律2.比尔定律A=k2cA=lg(I0/It)=k1b—光程21 3。朗伯-比尔定律A=lg(I0/It)=lg(1/T)=kbc1)T－透光率A=kbcA—吸光度b—介质厚度c—浓度K—吸光系数22 2）吸光系数a的单位:L·g-1·cm-1当c的单位用g·L-1表示时，用a表示，A＝abc的单位:L·mol-1·cm-1当c的单位用mol·L-1表示时，用表示.－摩尔吸光系数A＝bc当c的单位用g·(100mL)-1表示时，用表示，A＝bc，叫做比消光系数23 3）吸光度(A)、透光率(T)与浓度(c)的关系ATcA=kbc线性关系24 吸光度与光程的关系A=bc检测器b样品光源0.22吸光度光源检测器0.00吸光度光源检测器0.44吸光度b样品b样品25 吸光度与浓度的关系A=bc吸光度0.00光源检测器吸光度0.22光源检测器b吸光度0.44光源检测器b26 4）摩尔吸光系数()的讨论（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，可作为定性鉴定的参数；（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）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。27 （4）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<2×104：不灵敏。（5）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。5）朗伯-比尔定律的适用条件1)单色光:应选用max处或肩峰处测定2)吸光质点形式不变：离解、络合、缔合会破坏线性关系，应控制条件(酸度、浓度、介质等)3)稀溶液：浓度增大，分子之间作用增强28 例：亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱x104(nm)a.6.36×10-6mol/Lb.1.27×10-4mol/Lc.5.97×10-4mol/L亚甲蓝阳离子单体max=660nm二聚体max=610nm二聚体的生成破坏了A与c的线性关系29 4朗伯-比尔定律的分析应用01234mg/mlA。。。。*0.80.60.40.20溶液浓度的测定A＝bcA~c工作曲线法30 5。吸光度的测量与吸光度的加和性A=A1+A2+…+An用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等。31 6。引起偏离朗—比定律的因素1）物理因素非单色光---实际光源为具有一定范围的光。非平行入射光---若入射光不垂直介质不均匀-----溶液不均匀，混浊、胶体等2）化学因素溶液浓度过高化学反应---分子缔合、解离等改变质点个数32 第三节吸光光度法及仪器方便、灵敏，准确度差。常用于限界分析。观察方向1.目视比色法c4c3c2c1c1c2c3c4一。光度分析的几种方法33 2.光电比色法通过滤光片得一窄范围的光(几十nm)光电比色计结构示意图灵敏度和准确度较差34 3.吸光光度法和分光光度计光源单色器吸收池检测系统稳压电源分光光度法的基本部件通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光.波长可调,故选择性好,准确度高.35 光路示意图36 分光光度计内部光的传播途径37 二。分光光度计的类型38 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39 722型分光光度计结构方框图光源吸收池检测系统分光系统显示系统40 可见分光光度计41 可见分光光度计42 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43 紫外-可见分光光度计44 U-3400型紫外-可见分光光度计45 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46 三。分光光度计的主要部件1.光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。可见光区：钨灯，碘钨灯(320～2500nm)紫外区：氢灯，氘灯(180～375nm)2.单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。棱镜:玻璃350～3200nm,石英185～4000nm光栅:波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便47 单色器①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；④聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；⑤出射狭缝：48 单色器棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光红紫λ1λ280060050040049 光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。M1M2出射狭缝光屏透镜平面透射光栅光栅衍射示意图原理：利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光.50 光栅51 3.吸收池:用于盛待测及参比溶液。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：利用光电效应，将光能转成电流讯号。光电池，光电管，光电倍增管52 检测器硒光电池53 光电管红敏管625-1000nm蓝敏管200-625nmNi环（片）碱金属光敏阴极h54 光电倍增管（160-700nm）待扫描1个光电子可产生106～107个电子55 光电倍增管56 5.指示器低档仪器：刻度显示中高档仪器：数字显示，自动扫描记录57 多通道仪器（Multichannelinstruments）光电二极管阵列(通常具有316个硅二极管)(PDAs)同时测量200～820nm范围内的整个光谱,比单个检测器快316倍,信噪比增加3161/2倍.其它类型分光光度计将光度计放入样品中,原位测量.对环境和过程监测非常重要.纤维光度计58 镀铝反射镜纤维光度计示意图59 纤维光度计60 第四节吸光光度分析法条件选择1.显色反应的选择*灵敏度高，一般ε>104*选择性好，最好只与一种组分显色*显色剂在测定波长处无明显吸收。*对比度大,λmax>60nm.*反应生成的有色化合物组成恒定，稳定。*显色条件易于控制，重现性好。2.显色剂无机显色剂:[Fe(SCN)]2+，[TiO·H2O2]2+有机显色剂:一。显色反应61 1)生色团（发色团）O－N＝N－，－N＝O，OC=S,－N（共轭双键）πe能吸收紫外-可见光的基团有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团产生n→π*跃迁和π→π*跃迁,跃迁E较低62 2)助色团本身无紫外吸收，但可以使生色团吸收峰加强同时使吸收峰长移的基团有机物：连有杂原子的饱和基团例：—OH，—OR，—NH—，—NR2—，—X注：当出现几个发色团共轭，则几个发色团所产生的吸收带将消失，代之出现新的共轭吸收带，其波长将比单个发色团的吸收波长长，强度也增强63 3)红移和蓝移由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后，吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移;吸收峰位置向短波方向移动，叫蓝移.4)增色效应和减色效应增色效应：吸收强度增强的效应减色效应：吸收强度减小的效应5)强带和弱带εmax>105→强带(Strongband)εmin<103→弱带(Weakband)64 有机显色剂CH3－C－C－CH3HO－NN－OH＝＝NNOHCOOHSO3HOO型：NNNOHOHON型：PARNHNHNSNS型：双硫腙NN型：丁二酮肟邻二氮菲磺基水杨酸65 二。显色条件的选择cRcRcR1.显色剂用量(cM、pH一定)Mo(SCN)32+浅红Mo(SCN)5橙红Mo(SCN)6-浅红Fe(SCN)n3-n66 2.显色反应酸度（cM、cR一定）pH1<81 仪器测量误差82 浓度测量的相对误差与T(或A)的关系1086420204060800.70.40.20.1AT%Er(36.8)0.434实际工作中，应控制T在10～70％,A在0.15～0。8之间83 例1邻二氮菲光度法测铁，(Fe)=1.0mg/L,b=2cm,A=0.38，计算和解：cFe=1.0mg/L=1.0×10-3/55.85=1.8×10-5mol/Lc=1.0mg/L=1.0×10-3g/1000mL=1.0×10-4g/100mL84 第五节光度分析法的应用一。单一组分测定金属离子:Fe-phen,Ni-丁二酮肟,Co-钴试剂2)磷的测定:DNA中含P～9.2%,RNA中含P～9.5%,可得核酸量.H3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3=(NH4)3PO4·12MoO3+12NH4NO3+12H2O磷钼黄(小)磷钼(V)蓝(大)Sn2+85 多组分的测定xl1,eyl1,exl2,eyl2由x,y标液在1,2处分别测得在1处测组分x,在2处测组分yb)在1处测组分x;在2处测总吸收,扣除x吸收,可求yc)x,y组分不能直接测定A1=exl1bcx+eyl1bcy(在1处测得A1)A2=exl2bcx+eyl2bcy(在2处测得A2)86 二。示差吸光光度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