第三单元紫外可见分光光度法

'主讲：于素华Unit3紫外-可见分光光度法2021/9/18 基本内容123测量条件的选择紫外-可见分光光度计基本原理分析方法应用与示例2021/9/18 1.1物质对光的选择性吸收1.2光的吸收基本定律——朗伯-比耳定律1基本原理2021/9/18 InstrumentalAnalysis41.1物质对光的选择性吸收单色光、复合光、光的互补单色光复合光光的互补单一波长的光由不同波长的光组合而成的光若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。2021/9/18 InstrumentalAnalysis5物质呈现的颜色是该物质所吸收光的互补色光的颜色。1.1.1溶液颜色的产生2021/9/18 吸收光溶液颜色（互补色）/nm颜色400-450紫黄绿450-480蓝黄480-490绿蓝橙490-500蓝绿红500-550绿红紫560-580黄绿紫580-600黄蓝600-650橙绿蓝650-780红蓝绿物质颜色和吸收光颜色的关系2021/9/18 1.1.2光吸收的本质----物质对光的选择性吸收M+hυ→M*基态激发态E1（△E）E2M+热M+荧光或磷光sp*s*RKE,BnpE紫外-可见吸收光谱:分子价电子能级跃迁。2021/9/18 1.1.3物质对光的吸收曲线常用术语吸收曲线（吸收光谱）：测量每一波长下有色溶液对光的吸收程度(即吸光度A)，然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到的曲线。吸收峰、吸收谷最大/小吸收波长（λmax/λmin）吸收曲线上的吸收峰/谷对应波长肩峰（λsh）吸收曲线上一个吸收峰旁边产生的一个曲折末端吸收吸收曲线上短波端只呈现强吸收而不成峰形的部分蓝移（紫移、短移）、红移（长移）浓/淡色效应吸收强度增加/减弱的效应2021/9/18 9吸收光谱示意图肩峰(shoulderpeak)吸收峰(peak)谷(valley)末端吸收2021/9/18 1.1.3物质对光的吸收曲线紫外-可见吸收光谱曲线：A-λ曲线。不同波长固定浓度固定厚度有色溶液2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis112021/9/18 2011-0212C2021/9/18 2021/9/18 2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis152021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis16同一物质对不同波长光的A不同--λmax处选择性吸收。不同C同一种物质，吸收曲线形状相似,λmax不变；不同C不同物质，吸收曲线形状和λmax不同。吸收曲线提供物质结构信息，并作为定性分析的依据之一。不同C同一种物质，在λmax处差异最大--定量分析的依据。在λmax处A随C的变幅最大--测定最灵敏。吸收曲线的讨论：2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis171.2光的吸收基本定律——朗伯-比耳定律1729年,布格(Bouguer):A∝b1760年,朗伯(Lambert):A∝b1852年,比耳(Beer):A∝c二者结合称为朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律。——吸光光度法的理论基础和定量测定依据。2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis18朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时，其吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。入射光I0透射光IbCε：吸光系数，L/（mol·cm）不随c和b的改变而改变；定性鉴定参数；λmax处εmax最大；εmax越大，吸光能力越强，灵敏度越高。2021/9/18 吸光度A：透光度T:入射光透过溶液的程度T=I/I0A、T关系:A＝－lgT透光度（透光率T）2021/9/18 InstrumentalAnalysis20光吸收定律的适用范围单色光稀溶液透明溶液彼此不相互作用的多组分溶液，吸光度具有加和性2021/9/18 2紫外-可见分光光度计主要内容2.1紫外-可见分光光度计的基本结构2.2紫外-可见分光光度计的类型2021/9/18 2021/9/18 2.1基本结构单色器b.检测系统d.吸收池c.光源a.显示器e.UV-2100紫外-可见分光光度计2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis24光源a.-钨灯作为光源-辐射波长范围在320～2500nm可见光区：-氢、氘灯作为光源-辐射波长范围在185～400nm紫外区：在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱有足够的辐射强度、较好稳定性、较长使用寿命2021/9/18 2021/9/1825紫外光源---氘灯可见光源---钨灯2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis26单色器b.单色器以棱镜或光栅分光，提供单色光。2021/9/18 ①入射狭缝：光源的光由此进入单色器②准光装置：透镜或反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单色光聚焦至出射狭缝⑤出射狭缝入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光红紫λ1λ28006005004002021/9/18 吸收池（比色皿）：盛放样品溶液石英池玻璃池紫外区可见区常用规格：0.5cm、1cm、2cm、3cm注意：保持透光面光洁吸收池c.2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis29检测器：检测透过吸收池的光信号，并将光信号转变成可测量的电信号。在简易型可见分光光度计中，使用光电池或光电管做检测；中高档紫外可见分光光度计常用光电倍增管做检测器。检测系统d.检测器光电池光电倍增管光二极管阵列检测器2021/9/18 记录显示装置：包括放大器和结果显示装置早期：表头读数20世纪70年以来：数字读出装置现代：有自动记录和数字显示装置如有计算机屏幕显示、配备打印机等精密度、自动化程度高，功能增多显示器e.2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis312.2紫外-可见分光光度计的类型2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis32缺点：电源波动影响较大，误差大，操作麻烦，不适合定性。2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis33特点：补偿光源和检测系统不稳定，精密度、准确度较高，结构复杂，价格昂贵。2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis34将不同波长的两束单色光快速交替通过同一吸收池后达检测器-无需参比池检测器显示试液在这两束波长的透射比差值或吸光度差值。特点：可降低杂散光，光谱精度高。（多菌灵）2021/9/18 三种不同类型分光光度计比较2021/9/18 干扰及消除显色反应选择显色条件选择3.1显色反应及显色条件的选择3.2吸光度测量条件的选择A读数范围入射波长参比溶液3测量条件的选择2021/9/18 显色剂这种被测元素在某种试剂的作用下，转变成有色化合物的反应叫显色反应，所加入试剂称为显色剂。3.1显色反应及显色条件的选择2021/9/18 3.1.1显色反应的要求反应定量：被测组分和生成物质之间的关系确定选择性好灵敏度高：成物的ε要大，达103～105生成物稳定，组成要恒定无干扰：显色剂在测定波长处无明显吸收对比度：生成物与显色剂的max之差△>60nm显色剂与生成的配合物要易溶于水显色反应的条件要易于控制2021/9/18 有色化合物在溶液中受酸度、温度、溶剂等的影响，可能发生水解、沉淀、缔合等化学反应，从而影响有色化合物对光的吸收。需严格控制。吸光度A与显色剂用量CR的关系图（1）显色剂用量3.1.2显色条件的选择-通过实验确定选择曲线变化平坦处适宜浓度：2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis40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A较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。ApH（2）酸度的选择存在型体的变化酸度的影响副反应生成不同配比的络合物2021/9/18 41显色反应的反应速度→时间一定条件下通过实验作A－t关系曲线显色产物颜色保持长时间不变逐渐减退或加深一定时间才显色确定适宜显色时间（3）显色时间2021/9/18 (5)溶剂一般尽量采用水相测定。(4)显色温度不同的显色反应对温度的要求不同，应通过实验找出各自适宜的温度范围。2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis431）干扰离子本身有色：Fe3+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Cr3+2）干扰离子本身无色，与显色剂生成干扰物质干扰类型：3.1.3共存离子的干扰及消除在测定条件下有吸收3）干扰离子与被测离子反应生成配合物或沉淀显色反应不能进行完全2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis44控制溶液酸度——双硫腙测Hg2+：0.5MH2SO4抑制Cu2+、Co2+、Ni2+、Zn2+、Pb2+加入掩蔽剂——双硫腙测Hg2+：KSCN掩蔽Ag+，EDTA掩蔽Bi3+利用参比溶液除色——葛天青S测Al3+：防Ni2+、Cr3++NH4F（AlF63-）+显色剂等试剂，干扰离子显色选择适当的波长——λmax移至次吸收λ采用适当的分离方法——沉淀、萃取（预分离）干扰消除方法：2021/9/18 3.2吸光度测量条件的选择3.2.1选择适当的测量波长选择原则:吸收最大、干扰最小若λmax处有共存组分干扰，放弃灵敏度、避免干扰，选择次强吸收峰或宽峰、肩峰。一般选择λmax为入射波长：A↗，灵敏度↗，准确度↗2021/9/18 空白（参比）溶液作用校正仪器的T100％或A为零消除来自于溶剂、试剂、器皿及试样的干扰吸收测得的A真正反映待测溶液吸光强度3.2.2选择合适的空白（参比）溶液2021/9/18 常见的空白（参比）溶液溶剂空白——待测物与显色剂的反应产物有吸收-纯溶剂（水）试剂空白——显色剂或其他试剂略有吸收-空白溶液（不加试样溶液）试样空白——如试样中其它组分有吸收，但不与显色剂反应，当显色剂无吸收时，可用试待测物与显色剂的反应产物有吸收-纯溶剂（水）样溶液作参比；当显色剂略有吸收时，可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，以此溶液作参比溶液。2021/9/18 浓度测量相对误差与透光率T的关系ΔT=1%时3.2.3控制适宜的吸光度（读数范围）T在20%～65%，浓度相对误差较小，即最佳读数范围(吸光度A=0.20～0.70)。改变试样量稀释溶液改变比色皿厚度调节吸光度的方法：2021/9/18 标准曲线法紫外-可见分光光度法的定量方法分析方法直接比较法标准加入法2021/9/18 4.1工作曲线法（标准曲线法）测定过程：配制标准系列（5-10）→固定条件→测定A→绘A-C工作曲线样品→同样条件→测定A→C浓度与吸光度关系符合工作曲线是一条通过原点的直线2021/9/18 51标准溶液至少要5点A样必须包括在标线范围内样品和对照品须使用相同溶剂和显色系统、相同条件测定固定仪器和方法后，标线可多次使用，但要定期校正——空白溶液的选择不当——显色反应的灵敏度不够——吸收池的光学性能不一致注意事项标准曲线不通过原点的原因：2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis524.2直接比较法（标准对照法）标准曲线要过原点；仪器单色光纯度要高；C样与C标要接近相同条件分别测量吸光度：A标＝Kbc标A样＝Kbc样注意事项：2021/9/18 2011-02InstrumentalAnalysis534.3标准加入法在数份相同体积样品液中加入不等量的标准液，一份标液为零，测量吸光度A，以加入的标准液浓度C为横坐标，对应A为纵坐标，绘制A-C标准曲线。用外推法(延长标准曲线和横坐标相交的数的绝对值)就可得到样品液浓度。适用于组份较复杂的未知样品能消除一些基本成份对测定的干扰加入的标准液要和样品液浓度接近注意：2021/9/18 5.1应用领域5.2现实应用5.3使用注意事项应用与示例2021/9/18 5.1紫外可见分光光度法的应用领域UV测定范围涉及化学化工、医疗卫生、冶金地质、食品饮料、农业化肥、畜牧水产、机械制造、计量科学、环保、制药、生物、材料、石油等领域中的科研、教学、生产中的质量控制、原材料和产品检验等各个方面，进行定性分析、定量测定、纯度检查、动力学研究等等。2021/9/18 空白为参比，测A,绘制A-C标准曲线。标准系列未知样品5.1.1单组分物质的测定(标准曲线法)2021/9/18 2）若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。Aλ1=εaλ1bCa＋εbλ1bCbAλ2=εaλ2bCa＋εbλ2bCb1）各组分的吸收曲线互不重叠，按单组分的测定方法测定组分a和b。5.1.2多组分物质测定2021/9/18 5.1.3高含量组分物质的测定（示差法）表差法：用一与供试品浓度接近的标准溶液，代替空白溶液作参比，与供试品溶液进行比较的方法基本原理：供试品溶液与参比溶液的吸光度(∆A)与两溶液的浓度差成正比适用范围：高含量、稀溶液、高精度实质：透光率在表尺上的扩展ΔA＝Ax－As=εb(cx－cs）=εbΔc2021/9/18 5.2紫外可见分光光度法的现实应用5.2.1化工检测：肥料P、铁、硼、钼、缩二脲5.2.2水质分析：水氨氮、亚硝酸盐、硼酸盐、色度、浊度、六价铬等；5.2.3食品检测：亚硝酸盐、二氧化硫、铝、酶、糖类、醛、矿物质、维生素、透射比、羰基价、三甲胺氮、黄酮类化合物，碘呈色度等5.2.4农残检测：百草枯5.2.5饲料：游离棉酚、2021/9/18 保护光源：保证仪器有合适的工作环境稳固的工作台温度、湿度合适定期除尘、校正正确使用比色皿5.2紫外-可见分光光度计使用注意事项2021/9/18 (1)拿：手捏比色皿毛玻璃面，不碰色皿的透光面，以免沾污。(2)不得将光学面与硬物或脏物接触。(3)测定有色溶液吸光度时，一定要用有色溶液润洗比色皿内壁几次，以免改变有色溶液的浓度。另外，在测定一系列溶液的吸光度时，通常都按由稀到浓的顺序测定，以减小测量误差。(4)盛装溶液时，高度为比色皿的4/5处即可。(5)比色皿外壁的水用擦镜纸或细软的吸水纸吸干，以保护透光面。(6)凡含有腐蚀玻璃的物质的溶液，不得长期盛放在比色皿中。(7)不能将比色皿放在火焰或电炉上进行加热或干燥箱内烘烤。比色的正确使用方法2021/9/18 谢谢大家结束2021/9/18'