仪器分析紫外-可见分光光度法

'第一章紫外-可见分光光度法 掌握紫外-可见分光光度法的基本原理及其方法应用；熟悉紫外-可见分光光度计的结构；教学目标（一）、知识目标 熟练操作各种型号的紫外-可见分光光度计；能应用紫外-可见分光光度法进行样品的定性、定量分析。（二）、能力目标 利用物质对紫外-可见光的选择性吸收，用紫外-可见分光光度计测定物质对紫外-可见光的吸收程度并进行定性、定量分析。紫外-可见分光光度法简介 1、光的波粒二象性波动性粒子性一、光的基本性质 波长：两个相邻波峰或波谷间的距离（nm）频率：单位时间里通过一固定点处波的数目（S-1）光的波动性光以波的形式传播，可用波长、频率来表示。=c/c=3×1010cm/s返回 △E=h=hc/h为普朗克常数6.63×10-34J.s光的粒子性光由光子组成，具有能量。 E越大，越小。E越小，越大。根据E=hc/可知 能量小大紫、蓝、青、绿、黄、橙、红可见光波长范围400-760nm波谱分区书上P5 光谱分区能量小200nm400nm760nm大波长光谱区域紫外光区可见光区中红外分析方法紫外可见分光光度法25um红外光谱法紫、蓝、青、绿、黄、橙、红2.5um 各种可见光的波长颜色波段（nm）紫蓝青蓝青绿黄绿黄橙红400~450450~480480~490490~500500~560560~580580~600600~650650~760 2、单色光、复合光与光的互补复合光：由不同波长的单色光按一定比例组成的光，如白光。单色光：具有单一波长的光。 若两种光可组成白光，则它们为互补光。光的互补： 互补光示意图 物质对光的吸收过程（P7）二、溶液对光的选择性吸收物质对光的吸收具有选择性 完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光溶液对光的吸收与溶液颜色的关系 1）若溶液透明、均匀，人眼看到的溶液颜色是由透射光的波长决定的。2）当入色光为白光（复合光），溶液吸收的光与透射的光互补。光的互补：蓝黄结论： 溶液的颜色（透射光）吸收光颜色波段（nm）黄绿黄橙红紫红紫蓝青蓝青紫蓝青蓝青绿黄绿黄橙红400~450450~480480~490490~500500~560560~580580~600600~650650~760溶液颜色与吸收光颜色和波段的关系 三、紫外-可见分光光度法的基本原理朗伯—比耳定律（光吸收定律） 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∝b1852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。 T--透过率A--吸光度b--液层厚度（光程长度）c--被测物浓度k--吸光系数吸光度A：表征物质对光吸收程度的量。A=lgI0/It=-lgT=kbc1、朗伯—比耳定律注意k的符号与c的对应关系 关于K：K的物理意义：单位厚度、单位浓度溶液对一定波长光的吸光度。与溶液性质、温度和入射光波长有关。K越大，吸收能力越强，灵敏度越高。K与浓度单位之间的变化关系（P9）c的单位K的单位名称符号mol/LL/（mol·cm）摩尔吸光系数εg/LL/（g·cm）质量吸光系数α 摩尔吸光系数ε吸光物质的特征常数；在最大吸收波长λmax处，常以εmax表示。在温度和介质条件一定时，ε仅与吸光物质的结构与性质有关，可作为定性鉴定的参数；不随浓度c和光程长度b的改变而改变：ε＝A/bc。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。吸光能力与测定灵敏度的度量；εmax越大表明该物质的吸光能力越强，测定的灵敏度越高。ε>105：超高灵敏ε=(6～10)×104：灵敏ε<104：不灵敏 例：用1,10-二氮菲光度法测定铁，已知Fe2+浓度为0.5584mg/L，比色皿厚度2厘米，在=508nm测得配合物吸光度A=0.22，求。已知MFe=55.84g/mol（1.1×104L.mol-1.cm-1） 2、应用朗伯—比耳定律时应注意的问题入射光为平行单色光，且垂直照射；吸光质点之间无相互作用；吸光度具有加和性（A总=A1+A2+…）。 吸收曲线（吸收光谱）标准（工作）曲线3、朗伯—比耳定律的应用 绘制方法：在c、b固定的情况下,测定某一浓度的标准溶液在各个波长下的吸光度，作A-λ图。吸收曲线吸光度随波长变化的曲线（P6） 吸光度AXXX的吸收曲线4005006000.1000.2000.3000.400λ(nm)0.000图例： 吸收曲线的绘制练习试验溶液：λ（nm）480490500505510A0.1930.2250.3380.3850.405λ（nm）515520525530540A0.3900.3070.3270.2820.143XXX的吸收曲线实验数据表 吸收曲线的特点同一物质不同的物质因其结构不同而具有不同的吸收曲线；浓度不同，其吸收曲线的形状和λmax的位置不变，但在同一波长下吸光度随浓度的增大而增大。连续光谱（宽谱带） 吸收曲线的意义为定量分析选择测量波长；定性分析。返回 在、b固定的情况下,测定一系列不同浓度的标准溶液的吸光度，作A-c图。标准（工作）曲线绘制方法：吸光度随浓度变化的曲线注意浓度的不同表示方法 铁的标准曲线 标准（工作）曲线的绘制练习标准系列：浓度（mg/L）0.100.200.300.400.500.60吸光度A0.0970.2000.3040.4080.5100.613XXX的标准曲线实验数据表 浓度（mg/L）吸光度A为何有些点偏低？有些点偏高？ 朗伯—比耳定律的偏离吸光度A浓度c正偏离负偏离 偏离原因非单色光引起的偏离：L—B定律要求入射光为单色光，但目前仪器提供的入射光是由波长范围较窄的光带组成的复合光。非平行入射光引起的偏离介质不均匀引起的偏离化学因素引起的偏离：高浓度时引起溶液中吸光粒子之间相互作用上升，使吸光能力发生变化；化学反应引起的偏离。 如何评价？标准曲线的线性如何保证？----线性相关系数----仪器、浓度范围、基本操作 通过人眼比较溶液颜色深浅来测定其中待测物质含量比色管架1、目视比色法四、紫外-可见分光光度法分类 （1）优点：设备简单、操作快速、灵敏度较高。（2）缺点：准确性差，主观误差约达5-20%。（3）适用于准确度要求不高的常规样品分析，如钢铁炉前分析、水质分析中的色度分析。目视比色法的优缺点 2、分光光度法通过仪器测定被测溶液对某一波长光的吸收而确定其中物质的含量。 1、灵敏度高：试样中1%-0.001%微量成分2、准确度高：相对误差2%-5%（1%-2%）3、仪器结构简单、操作简便、性价比高4、应用广泛：几乎所有的无机离子及许多有机物紫外-可见分光光度法的特点 五、紫外-可见分光光度计光源吸收池检测器单色器数据处理系统1、仪器结构框图 工作原理及仪器结构示意图光源碘钨灯氘灯单色器测量池参比池样品池光电倍增管数据处理和仪器控制 2、紫外-可见分光光度计的类型单波长单光束（P15）单波长双光束双波长 3、紫外-可见分光光度计主要部件 光源在仪器工作的波长范围内，提供连续、有足够发射强度和良好稳定性的复合光，而且发射光的强度随波长的变化应尽可能小。可见区：钨丝灯或碘钨灯，波长范围320-3200nm。紫外区：氢灯或氘灯，波长范围200-375nm。基本要求常用光源 紫外光源---氘灯(185-375nm)可见光源--钨灯(320-1000nm) 单色器单色器作用：从光源发出的复合光中分出所需要的单色光。单色器组成：由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭缝等组成。单色器的核心部分是色散元件（如玻璃棱镜和光栅），起分光的作用。 吸收池用于盛放分析试样；可见光区可用玻璃吸收池，紫外区用石英吸收池；吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向；吸收池要配对。因为吸收池材料本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。吸收池 检测器的功能：检测透射光强度、将光学信号转变成电信号。常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。检测器 功能：放大信号、显示或记录信号。常用的检测器有数字显示、自动记录仪等。信号处理及显示系统 各部件作用及材料光源单色器吸收池检测器材料氢灯/氘灯钨丝灯棱镜（玻璃、石英）光栅比色皿（玻璃、石英）光电管光电池光电倍增管作用发出连续光源将复合光分为单色光盛放溶液将光信号转变为电信号 型号波长/nm分光器件数据处理指示产地721340-1000光栅微机数显上海天普722325-1000光栅微机数显上海天普S22PC340～1000光栅微机数显上海棱光755B190-1100光栅微机/打印数显上海天普T6系列190-1100光栅微机/打印数显北京普析UV2300200~800光栅微机液晶显示器上海天美U1800190-1100光栅微机液晶显示器日本日立UV2450190～900衍射光栅微机/打印液晶显示器日本岛津常用紫外可见分光光度计 721型分光光度计 722型分光光度计 4、分光光度计的使用预热20min。调节T=0。调节T=100%（A=0）。测定溶液的吸光度A。 六、紫外-可见分光光度法的应用无机物、有机物吸收光谱的特点一、定性分析定性分析的方法 定性分析的方法纯物质对照与标准谱图对照返回 back 标准吸收光谱谱图Sadtler.SdandardSpectra(Ultraviolet).Heyden,London,1978.共收集了46000种化合物的紫外吸收光谱R.A.FriedelandM.Orchin,UltravioletSpectraofAromaticCompounds,Wiley,NewYork,1951.共收集了579种芳香化合物的紫外吸收光谱Kenzo.Hirayama,HandbookofUltravioletandVisibleAbsorptionSpectraofOrganicCompounds,NewYork,Plenum,1967M.J.Kamlet,OrganicElectronicSpectraData,Vol.1,1946~1952,Interscience，1960返回 有机化合物的紫外吸收特性 常用术语1）、生色团：能吸收近紫外光、可见光引起电子跃迁的基团。如：含键的基团（三键、双键）2）、助色团：能使有机物吸收峰向长波方向移动并使吸收强度增强的基团。如：含有孤电子对的氧、氮、卤素等基团注意：对“色”的理解 3）、紫（蓝）移和红移：因取代基的变更或溶剂的改变使吸收峰波长发生移动。红移：波长变长蓝（紫）移：波长变短 几类有机化合物的紫外吸收特性1、饱和烃类及其衍生物烷烃（-*，在远紫外区产生吸收，一般作溶剂）卤代烷烃（n-*，因助色团的作用，吸收光谱红移，在远紫外和近紫外区产生吸收） 2、不饱和烯烃及共轭烯烃简单烯烃（远紫外区）共轭烯烃（含多生色团，近紫外区及可见区产生吸收，且强度强，有实际意义） 化合物溶剂max/nmmax[L/mol•cm]N=1己烯气体16210000N=21,3-丁二烯己烷21720900N=31,3,5-己三烯异辛烷26842700N=41,3,5,7-辛四烯环己烷304共轭多烯烃的吸收 醛、酮3、羰基化合物（-*，n-*）羧酸类及其衍生物（210nm） 4、芳香族化合物（-*）苯（三个特征吸收峰）取代苯（吸收峰红移或紫移）杂环化合物（1）五元杂环（两个吸收峰）（2）六元杂环（三个吸收峰） 化合物1max/nm1max[L/mol.cm]2max/nm2max[L/mol.cm]3max/nm3max[L/mol.cm]苯184600002047900256200萘2201100002755600312289蒽2522000003757900菲2525000029513000330250芘2408900033450000352630丁苜27813000047311000苯和一些多芳香烃化合物的吸收光谱数据 温度溶剂pH值影响紫外吸收光谱的因素 A230250270290310pH=7pH=2胞苷三磷酸在pH=2和pH=7的吸收光谱（nm） 紫外-可见分光光度法的应用二、检查物质的纯度无紫外-可见吸收的物质（溶剂）中杂质组分的检查 紫外-可见分光光度法的应用三、定量分析单组分定量分析的方法多组分定量分析的方法 标准（工作）曲线的应用配制标准系列溶液配制未知样品溶液测定某水样中微量铁含量0.100.500.300.400.200.60(mg/L)在、b固定的情况下，选择使用分光光度计测标准系列、未知样品的吸光度A。 浓度（mg/L）0.100.200.300.400.500.60标准系列吸光度A0.0970.2000.3040.4080.5100.613未知样吸光度A0.348记录实验数据绘制标准曲线查出测定液的浓度并计算 浓度（c）吸光度A0.3480.35mg/LGoback 数据处理设工作曲线方程为y=a+bxx为标准溶液的浓度；y为相应的吸光度；a、b称回归系数。可以通过计算公式直接得到a、b与γ的数值。相关系数接近1，说明工作曲线线性好。 测定时，为避免使用时出差错，所作工作曲线上必须标明标准曲线的名称、所用标准溶液（或标样）名称和浓度、坐标分度和单位、测量条件（仪器型号、入射光波长、吸收池厚度、参比液名称）以及制作日期和制作者姓名。数据处理 使用工作曲线法的要点为保证测定准确度，标样与试样溶液的组成应保持一致，待测试液的浓度应在工作曲线线性范围内，最好在工作曲线中部。工作曲线应定期校准，如果实验条件变动（如更换标准溶液、所用试剂重新配制、仪器经过修理、更换光源等情况），工作曲线应重新绘制。如果实验条件不变，那么每次测量只需带一个标样，校验一下实验条件是否符合，就可直接用此工作曲线测量试样的含量。 曲线绘制不当的比例 Axy12以两组分为例1、当吸收光谱不重叠即a）1处x组分有吸收y无吸收b）2处y组分有吸收x无吸收则分别在两波长下测定x、y互不干扰。 2、若吸收光谱重叠，即1、2下x、y均有吸收。通过解方程求Cx、CyA1=x1bcx+y1bcyA2=x2bcx+y2bcyx1、y1——x、y的纯溶液分别在1处测得x2、y2——x、y的纯溶液分别在2处测得12A公式见P20-21 七、紫外-可见分光光度法测定条件的选择1、反应条件：2、测量条件：测量波长测量的吸光度范围测量参比pH、温度、试剂用量 化合物取代基*n*maxmaxmaxmax甲基乙烯基甲酮无219360032424甲基异丙烯基酮单基218830031927亚乙基丙酮单基224975031438丙炔醛无〈210--32813巴豆醛单基2171565032119宁檬醛双基2381350032465-环宁檬醛三基245830032843某些不饱和醛酮的吸收特性返回 苯在乙醇中的紫外吸收光谱（nm）返回 化合物烯键带max/nmmax[L/mol•cm]甲苯2077000间二甲苯----氯苯2107600苯酚2116200苯胺2308600苯乙烯24412000某些苯衍生物的特征吸收带返回 K2Cr2O7和KMnO4溶液的吸收曲线返回 返回 吸光度AXXX的吸收曲线4005006000.1000.2000.3000.400λ(nm)0.000Gobackλmax 浓度（mg/L）吸光度A请评价该曲线的线性浓度（mg/L）0.100.200.300.400.500.60吸光度A0.0970.2000.3040.4080.5100.613Go'