第十章 紫外—可见分光光度法.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十章 紫外,可见分光光度法,1,概述,2,光的吸收定律,3,偏离朗伯比尔定律的原因,4,紫外可见分光光度计,5,显色反应及其影响因素,6,测量的误差和测量条件的选择,7,分光光度测定的方法,11.1,概述,利用被测物质的分子对,紫外,-,可见光具有选择性吸收的特性,而建立的分析方法。,一、紫外可见吸光光度法的特点,（,1,）,具有较高的灵敏度。,（,2,）,有一定的准确度，该方法相对误差为,2%-5%,，可满足对微量组分测定的要求。,（,3,）,操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单。,（,4,）,应用广泛,单色光,：只具有一种波长的光。,混合光,：由两种以上波长组成的光，如白光。,二、,物质对光的选择性吸收,白光,青蓝,青,绿,黄,橙,红,紫,蓝,1,、光的互补性与物质的颜色,物质的颜色,是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产生的，,物质的颜色由透过光的波长决定,。,例：,硫酸铜,溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色；,高锰酸钾,溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。,如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以得白光，这两种光就叫,互为补色光,。,物质呈现的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。,/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,白光,青蓝,青,绿,黄,橙,红,紫,蓝,2,、吸收光谱或吸收曲线,吸收曲线：测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以,波长,为横坐标，,吸光度,为纵坐标作图。,KMnO4,的吸收曲线,最大吸收波长，,max,定量分析的基础：某一波长下测得的吸光度与物质浓度关系的有关,300,400,500,600,350,525 545,Cr,2,O,7,2-,MnO,4,-,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,Absorbance,Cr,2,O,7,2-,、,MnO,4,-,的吸收光谱,350,光谱定性分析基础：吸收曲线的形状和最大吸收波长,11.2,光的吸收定律,朗伯比尔定律,I,0,：,入射光强度,I,：,透过光强度,c,：,溶液的浓度,b,：,液层宽度,T,透光率（透射比）,A,吸光度,与入射光波长、溶液的性质及温度有关。当这些条件一定时，,代表单位浓度的有色溶液放在单位宽度的比色皿中的吸光度。,c,的单位为,gL,-1,，,b,的单位为,cm,时，,以,a,表示，称为吸光系数，其单位为,Lg,-1,cm,-1,，,A=,abc,。,c,的单位为,molL,-1,，,b,的单位为,cm,，,用,表示。称为摩尔吸光系数，其单位为,Lmol,-1,cm,-1,，,A=,bc,。,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,（,2,）不随浓度,c,和液层厚度,b,的改变而改变。,在温度和波长等条件一定时，,仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；,（,3,）同一吸光物质在不同波长下的,值是不同的。在最大吸收波长,max,处的摩尔吸光系数，常以,max,表示,max,表明了该吸收物质最大限度的吸光能力。,例,1,浓度为,25.0,g/50mL,的,Cu,2+,溶液，用双环已酮草酰二腙分光光度法测定，于波长,600nm,处，用,2.0cm,比色皿测得,T=50.1%,，,求吸光系数,a,和摩尔吸光系数,。,已知,M(Cu)=64.0,。,解 已知,T,=0.501,，则,A,=,lg,T,=0.300,，,b,=2.0cm,则根据朗伯,比尔定律,A=,abc,，,而,=Ma,=64.0gmol,-1,3.00102 Lg,-1,cm,-1,=1.9210,4,(Lmol,-1,cm,-1,),解,:,由,A,=-,lg,T,=,abc,可得,T,=10,-,abc,当,b,1,=1cm,时，,T,1,=10,-,ac,=,T,当,b,2,=2cm,时，,T,2,=10,-,2ac,=,T,2,例,2,某有色溶液，当用,1cm,比色皿时，其透光度为,T,，,若改用,2cm,比色皿，则透光度应为多少？,定量分析时，通常液层厚度是相同的，按照比尔定律，浓度与吸光度之间的关系应该是一条通过直角坐标原点的直线。但在实际工作中，往往会偏离线性而发生弯曲。,11.3,偏离朗伯一比尔定律的原因,0 1 2 3 4 mg/,mL,A,。,*,0.8,0.6,0.4,0.2,0,工作曲线,一、,物理因素,(1),比尔定律的局限性,比耳定律假设了吸收粒子之间是无相互作用的，因此仅在稀溶液,（,c 10,-2,mol/L),的情况下才适用。,(2),非单色光引起的偏离,朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，但在实际工作中，入射光是具有一定波长范围的。,二、化学因素,溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。,例：,测定时，在大部分波长处，,Cr,2,O,7,2-,的,k,值与,CrO,4,2-,的,k,值是很不相同的。,A,与,c,不成线性关系。,例：显色剂,KSCN,与,Fe,3+,形成红色配合物,Fe(SCN),3,，,存在下列平衡：,Fe(SCN),3,Fe,3+,+3SCN,溶液稀释时一倍时，上述平衡向右，离解度增大。所以,Fe(SCN),3,的浓度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，导致偏离朗伯,比尔定律。,11.4,紫外,可见分光光度计,光源 单色器 吸收池 检测器和信号显示系统,作用：,提供能量，激发被测物质分子，使之产生电子谱带,要求：,发射足够强的连续光谱，有良好,的稳定性及足够的适用寿命,类型：,可见与近红外区：钨灯,4001100nm,紫外区：氢灯或氘灯,180400nm,一、,光源,作用：,从连续光源中分离出所需要的足够窄波段的光束,常用的元件：,棱镜、光栅,二、,单色器,功能：,用于盛放试样，完成样品中待测试样对光的吸收,常用的吸收池：,石英（紫外区）,玻璃（可见区）,吸收池光程：,1cm,、,2cm,、,3cm,等,注意：,为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。吸收池要挑选配对，,因为吸收池材料的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。,三、,吸收池,作用：,接受、记录信号,组成：,检测器、放大器和读数和记录系统,常用检测器：,光电管和光电倍增管,蓝敏（锑铯）光电管,210625nm,红敏,（氧化铯）光电管,6251000nm,四、,检测系统,单光束分光光度计,双光束分光光度计,双波长分光光度计（相互重叠多组分分析）,五、,仪器类型,单光束分光光度计,优点：,结构简单，价格便宜,缺点：,受光源影响波动大,可见,:,721 360800nm,，,电表读数,722 330800nm,，,数字显示,7230 330900nm,，,带微处理器，配打印机,紫外、可见：,752 200800nm,754 200800nm,，,带微处理器，配打印机,UV758 190900nm,，,扫描功能,紫外、可见及近红外,751G 2001000nm,UV755B 200100nm,，,带微处理器，配打印机,显色剂,11.5,显色反应及其影响因素,显色反应：,将被测组分转变成有色化合物的,化学反应。,显色剂：,能与被测组分反应使之生成有色化合,物的试剂。,选择性好,所用的显色剂仅与被测组分显色而与其它共存组分不显色，或其它组分干扰少。,灵敏度足够高,有色化合物有大的摩尔吸光系数，一般应有,10,4,10,5,数量级。,有色配合物的组成要恒定,显色剂与被测物质的反应要定量进行。,生成的有色配合物稳定性好,色差大,有色配合物与显色剂之间的颜色差别要大，这样试剂空白小，显色时颜色变化才明显。,一、对显色反应的要求,二、影响显色反应的因素,1,、显色剂的用量,M+R MR,2,、溶液的酸度,（,2,）,对显色剂的平衡浓度和颜色的影响,（,3,）,对有色化合物组成的影响,不同的显色反应的适宜,pH,是通过实验确定的。,（,1,）,对被测组分存在状态的影响,pH,与吸光度的关系曲线,3,、显色温度,：要求标准溶液和被测溶液在测定过程中温度一致。,4,、显色时间,：,通过实验确定合适的显色时间，并在一定的时间范围内进行比色测定。,5,、溶 剂：,有机溶剂降低有色化合物的解离度，提高显色反应的灵敏度。,6,、共存离子的影响,11.6,测量的误差和测量条件的选择,误差来源：,入射光源不稳定,吸收池玻璃的厚度不均匀,池壁不平行，表面有水迹，油污或划痕,光电池不灵敏，光电流测量不准确,误差影响：,透光度读数误差,一、仪器测量误差,二、测量条件的选择,1,、入射光波长的选择,测量的入射光波长：最大吸收波长,max,。,若干扰物在,max,处也有吸收，在干扰最小的条件下选择吸光度最大的波长。,2,、吸光度范围的选择,两式相除：,不同透光率时测定浓度的相对误差,c,B,/,c,B,(,T,=0.01),T,/%,95,90,80,70,60,50,36.8,30,20,10,5,2,20.6,10.7,5.6,4.0,3.3,2.9,2.7,2.8,3.2,4.3,6.5,13.0,测定相对误差与透光率的关系,在,T=,36.8,%,(,A,=0.434),时，浓度测定的相对误差最小。在实际测定时，常将吸光度控制在,0.2 0.7(,T=,20%65%),之间,。,3,、参比溶液的选择,I,0,参比,样品,未考虑吸收池和溶剂对光子的作用,原则,:,使试液的吸光度能真正反映待测物的浓度。,利用空白试验来消除因溶剂或器皿对入射光反射和吸收带来的误差。,（,1,）如果仅待测物与显色剂的反应产物有吸收，可用,纯溶剂（或蒸馏水）,作参比溶液,（,2,）如果显色剂或其他试剂略有吸收，应用,空白溶液,（包括显色剂或其它试剂不加待测试样溶液）作为参比溶液。,（,3,）如试样中其它组分有吸收，但不与显色剂反应，则当显色剂无吸收时，可用,试样溶液,作为参比溶液；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。,11.7,分光光度测定的方法,一、单组分的测定,参比 标准样品 待测样品,二、多组分的测定,a,不重叠,b,重叠,例：,用光程为,1cm,的吸收池，在两个测定波长处测定含有,K,2,Cr,2,O,7,和,KMnO,4,两种物质溶液的吸光度。混合物在,450nm,处的吸光度为,0.38,，在,530nm,处的吸光度为,0.71,，求混合物的组成。已知,1.0,10,-3,mol/L,的,K,2,Cr,2,O,7,在,450nm,处吸光度为,0.20,，而在,530nm,处为,0.05,；,1.0,10,-4,mol/L,的,KMnO,4,在,450nm,处无吸收，在,530nm,处吸光度为,0.42,。,KMnO,4,K,2,Cr,2,O,7,450nm,530nm,530nm,