第二章 紫外-可见分光光度法-2.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,*,第二章紫外,-,可见分光光度法,(Ultraviolet-Visible Spectrophotometry),又称,:,紫外,-,可见分子吸收光谱法（,Ultraviolet-Visible Molecular Absorption Spectrometry,）,2.6,紫外,-,可见分光光度法分析的特点和常用术语,1.,特点,（,1,）灵敏度较高,分光光度法具有较高的灵敏度，其检测下限一般为,10,-5,mol,L,-1,，有些体系也可能达到,10,-6,mol,L,-1,。,（,2,）精密度高,分光光度法的,精密度,是指多次重复分析结果的弥散程度。,精密度一般用相对标准偏差来表示。,光度分析中，一般分析的相对标准偏差在,2,%-5,%,范围内。由于近代分光光度仪器的改进，其相对标准偏差可控制在,n,0,/,00,甚至更小。,（,3,）分析范围广,随着有机试剂的迅速发展，多数元素的离子可通过选择适当的显色剂显色而进行比色测定。,同时，对许多有机化合物来说，光度法亦不失为一个好的测定方法。,（,4,）分析速度较快,光度法测定的主要过程为：溶样、显色和测定。一般分析中，干扰离子可通过掩蔽和控制实验条件加以消除，不必分离，因而具有较快的分析速度。,2.,术语,(1),生色团,在有机化合物中，能在紫外或可见光区产生光吸收的含有,键的不饱和基团称为,生色团,。,(2),助色团,指本身不会使化合物产生颜色或产生紫外光吸收的基团，但这些基团与生色基团连接时，却能使生成基团的吸收波长移向长波并使吸收强度增加，这样的基团称为,助色团,。,通常助色基团是由含孤对电子的元素（如：氧、氮和卤素等）所构成的官能团，如：,-NH,2,、,-OH,、,-OR,、,-SH,、,-SR,、,-Cl,、,-Br,、,-I,等。,(3),蓝移,由于取代基或溶剂极性的影响，使吸收谱带的最大吸收波长向短波方向移动的现象称为短移、紫移或,蓝移,。,(4),红移,由于共轭作用、引入助色团或溶剂极性影响等原因，使吸收谱带的最大吸收波长向长波方向移动的现象，称为长移或,红移,。,(5),溶剂效应,有些溶剂，特别是极性溶剂对溶质吸收峰的波长、强度及形状可能产生影响，这种现象称为,溶剂效应,。,紫外,-,可见吸收光谱中常用的溶剂包括：己烷、庚烷、环己烷、二氧杂己烷、水和乙醇等。,溶剂除了对吸收波长有影响外，还影响吸收强度和精细结构。,因此，在溶解度允,许范围内，应选择极性较小的溶剂。,2.7,紫外,-,可见分光光度分析中的一些影响 因素,1.,溶剂：,同一样品的吸收峰峰位、吸收曲线形状在不同溶剂中可能不同，这可能是溶质与溶剂之间相互作用引起的。,选择溶剂的原则,：,a.,溶剂在整个选用的波长范围内吸收尽可能地小；,b.,样品可以在溶剂中得到充分的溶解；,c.,一般采用非极性溶剂（如：环己烷、,CCl,4,和氯仿等），尤其是当吸收物质为极性分子时，更应该如此。,2.,浓度：,依据朗伯,-,比耳定律，它的适用范围是极稀的溶液（一,般,c0.01 mol,L,-1,）。,3.pH,值：,它直接影响生成物的形成速率、结构和稳定性，故,pH,的,变化不仅可以引起吸收峰的位移，还可以改变吸收曲线的形状。,4.,温度：,显色反应与温度有很大关系。显色温度的确定，需要根据反应性质来加以选择。此外，温度对光的吸收和颜色的深浅均有影响，所以在绘制工作曲线和进行样品测试时，操作温度应尽量保持一致。,5.,共存离子的干扰：,（,1,）种 类：,a.,共存离子本身有颜色；,b.,共存离子与显色剂反应生成有色化合物或沉淀；,c.,共存,离子与待测离子或显色剂作用，生成更稳定的无色络合物或发生氧化,-,还原反应，阻碍了待测离子与显色剂间的反应。,（,2,）消除干扰的方法：,a.,加入掩蔽剂；,b.,改变干扰离子的价态；,c.,选择最佳的显色条件以避免干扰；,d.,选择适,当的测定波长以消除干扰；,e.,利用空白液抵消某些有色离子的干扰；,f.,利用校正系数消除干扰；,g.,预先使被测离子与干扰离子分离；,h.,利,用被测物质（如：金属离子）能形成三元络合物的特点，提高显色反应的选择性。,6.,杂散光的影响,从单色器出口狭缝出来的单色光，除了所需要的单色光外，其它波长的光都叫杂散光。,杂散光对测定结果的影响程度取决于光源的能量分布、试样的吸收特性以及检测器的波长灵敏特性。,I,杂散光,1/,4,2.8,实验技术,1.,样,品的制备,紫外,-,可见吸收光谱测定通常是在溶液中进行。固体样品需转变成溶液，无机样品用合适的酸溶解或用碱熔融，有机样品用有机溶剂溶解或抽提。,对光谱分析溶剂的要求是：,良好的溶解能力；,在测定波段没有明显的吸收；,被测组分在溶剂中具有良好的吸收峰形；,挥发性小、不易燃、无毒性、价格便宜等。,2.,测定条件,的选择,为了使测定获得比较满意的结果，必须注意选择合适的测定条件。,(1),波长的选择,一般根据待测组分的吸收光谱，选择最大吸收波长,max,作为测定波长，这样灵敏度最高，同时吸光度随波长的变化最小，可以得到较好的测定精度。,但在实际工作中，并不一定选择,max,，例如：待测组分的,max,受到共存杂质干扰，或待测组分的浓度太高等，在这样情况下，可以选用其它吸收峰进行测定。,(2),狭缝宽度的选择,狭缝宽度直接影响测定的灵敏度和工作曲线的线性范围。,一般在不减少吸光度时最大狭缝宽度，就是应该选取的合适的狭缝宽度。,(3),吸光度范围,吸光度在,0.2 0.8,时，吸光度测定误差最小。因此，应把待测组分浓度的吸光度控制在,0.2 0.8,之间。,3.,反应条件的选择,显色反应一般应满足的条件：,生成的有色化合物应有较大的摩尔吸收系数；,有较高的选择性；,有色化合物组成应恒定，稳定性好；,生成物与显色剂的,max,之差,一般应大于,60 nm,。,（,1,）溶液酸度,溶液酸度对待测组分的测定有显著影响。,直接影响待测组分的吸收光谱；,显色剂的形态；,待测组分的化合状态；,显色化合物组成。,在实际工作中常用,单因素实验,来确定适宜的溶液酸度。,常用于吸收光谱测定中的缓冲溶液有：,NaH,2,PO,4,+HCl (pH=3),NaAc,+HCl (pH=5),KH,2,PO,4,+NaOH (pH=7),H,3,BO,3,+KCl (pH=9),H,3,BO,3,+NaOH (pH=11),（,2,）,显色剂浓度,显色剂用量将影响显色反应。过量的显色剂可以使显色反应趋于完全，但是过量太多，有可能改变有色化合物的组成，影响化合物的颜色。,可用,单因素实验,测定溶液吸光度随显色剂用量的变化。根据变化曲线，选择获得具有高灵敏度且吸光度恒定的显色剂用量。,（,3,）,温度的影响,在分光光度法测定中，通常都选用室温显色反应。当温度对显色反应速度可能有较大的影响时，需要考虑温度的影响。,合适的温度可用,单因素实验,来确定。,（,4,）显色时间,这里包括两种时间：一种是由于显色反应速度不同，达到反应完全所需的时间；另一种是有色化合物维持稳定的时间。,这两种时间均可用,单因素实验,来考察。,4.,参比溶液的选择,（,1,）,溶剂参比溶液,：当待测组分溶液的组成较为简单，共存的组分在测定波长的光吸收很小时，可用溶剂作为参比溶液。,（,2,）,试剂参比溶液,：如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件，以不加入试样的溶液作为参比溶液。,5.,共存离子干扰的消除方法,（,1,）加入适当的掩蔽剂；,（,2,）改变干扰离子的价态；,（,3,）选择适当的测定波长；,如果上述方法都不能使用，也可采用预分离的方法，如：萃取分离、色谱分离、沉淀分离、离子交换和蒸馏等方法，将干扰组分与待测组分分开，然后进行吸收光谱的测定。,6,.,表观摩尔吸收系数的精确求法,根据朗伯,-,比耳定律，可以计算物质的,表观摩尔吸收系数,：,=A/,bc,值：反映物质对光吸,收的灵敏度。,精确求取摩尔吸收系数的方法是：在不同带通宽度时测定表观摩尔吸收系数，绘制表观摩尔吸收系数对带通宽度的曲线关系图，将曲线外推到带通宽度为零处，这时相应的摩尔吸收系数即为,精确的表观摩尔吸收系数,。,2,9,紫外,-,可见分光光度计的构造、类型及发展趋势,1.,构造,通常由以下,5,个部分组成,（,1,）一个或多个辐射源；,（,2,）波长选择器；,（,3,）试样容器,(,吸收池,),；,（,4,）辐射换能器；,（,5,）信号处理器和读出装置。,（,1,）,辐,射源,：对光源的,主要要求,是：,在仪器操作所需的光谱区域内，能发射连 续的具有足够强度和稳定的辐射；,并且辐射能随波长的变化尽可能小；,使用寿命长。,在可见和近红外光区的常用光源为白炽光源，如：钨灯和碘钨灯等。,紫外光区主要采用氢灯、氘灯和氙灯等放电灯。,在紫外,-,可见分光光度计上最常用的有两种光源：即钨灯和氘灯。,（,2,）,波,长选择器,波长选择器通常有两种类型：滤光片和借助棱镜或衍射光栅的几何色散。,现在的商品仪器几乎都用光栅做色散元件。,光栅,在整个波长区可以提供良好的、均匀一致的分辨能力，而且成本低、便于保存。,（,3,）,吸收池,/,试样容器,在紫外,-,可见分光光度法中，一般使用液体试液，试液放在分光光度计光束通过的液体池中。,吸收池,又称比色皿或比色杯。,对吸收池的要求：主要是能透过所研究的光谱区辐射线。,吸收池的两个光学面必须平整光洁，使用时不能用手触摸。,按材料可分为：玻璃吸收池和石英吸收池两种。,吸收池有多种尺寸和不同结构，吸收池的光径可,在,0.1 cm10 cm,之间变化，其中以,1 cm,光径吸收池最为,常用，根据使用要求选用。,在用于高浓度或低浓度测定时，可相应地采用光径较小或较大的吸收池。,（,4,）,辐能转换器,/,检测器,/,接受器,作为一个理想的检测器，它应具有高灵敏度、高信噪比、响应时间快并且在整个研究的波长范围内有恒定的响应的特点。,在紫外,-,可见分光光度计上，现在广泛使用的检测器是,光电倍增管,。,它不仅响应速度快，能检测,10,-8,10,-9,s,的脉冲光，它可将光电流放大至,10,6,10,7,倍；而且灵敏度高，比一般光电管高,200,倍。,多通道光度计使用的是硅光二极管阵列检测器,(Diode Array Detector,，简称,DAD),。,（,5,）,信号处理器和读出装置,它可放大检测器的输出信号。,它也可以把信号从直流变成交流（或相反），改变信号的相位，滤掉不需要的成分。,同时信号处理器也可用来执行某些信号的数学运算，如微分、积分或转换成对数。,在现代仪器中，常用的读出器件有：数字表、记录仪、电位计标尺和阴极射线管等。,现在很多紫外,-,可见分光光度计都装有微处理机。一方面将信号记录和处理，另一方面可对分光光度计进行操作控制。,2.,分光光度计的类型,目前市售的分光光度计类型很多。但可以归纳为以下四种类型：,单光束、双光束、双波长和多道分光光度计。,其中多道仪器具有快速扫描的特点，整个光谱扫描时间不到,1 s,。,3.,紫外,-,可见分光光度计的发展趋势,（,1,）,分光光度计的组件发展,a.,全息光栅正在迅速取代机刻光栅,全息光栅的杂散光很少，与一般光栅相比，全息光栅的刻蚀误差显著地下降了。,b.,电视式显示和电子计算机绘图迅速普及,表头,数子电压表,电视式显示,c.,光电倍增管作为检测器已成为主导,光电管或光电池,光电倍增管（灵敏度高、响应快）,（,2,）分光光度计的构型发展,a.,电子计算机控制的分光光度计日见增多,微处理机控制的分光光度计不仅促使分光光度计进一步自动化，而且大大地改善了仪器的性能。,例如,：使分光光度计具有多级导数的能力，具有光谱累积和平均的特点（性），从而大大提高了仪器的信噪比。,b.,双波长分光光度计迅速发展,1968,年日立公司制造出第一台商品化的,365,型双波长分光光度计。,c.,快速扫描分光光度计陆续问世,利用光分析可以跟踪化学反应历程，一般分光光度计只适于历程,为,2030 min,以上的反应，要研究速度较快的反应，就需要设计出快速扫描分光光度计，如：多道分光光度计（采用：多道光子检测器，整个光谱扫描时间不到,1 s,）。,4.,仪器的最新进展,(1),仪器的自动化程度大大提高；,(2),重视适用附件的开发；,(3),仪器向小型化,(,或微型化,),、数字化和便携式的方向发展；,(4),新,型的紫外,-,可见分光光度计不断涌现。,2.10,紫外,-,可见分光光度计的实际应用,1.,纯度检验,如果某一化合物的紫外,-,可见光区没有吸收峰，而杂质在紫外,-,可见光区有较强的吸收时，则可方便地检出该化合物中痕量的杂质。,2.,未知样品的检定,通常将未知样品的紫外,-,可见吸收光谱与标准谱相对照。,3.,分子结构的推测,根据未知化合物的紫外,-,可见区吸收光谱可以推测所含的官能团。,一般单凭紫外,-,可见吸收光谱并不能决定分子的结构，还需与红外光谱、有机质谱和核磁共振谱等综合考查，方可定论。,（,1,）若一个化合物在,220800 nm,无吸收峰，则此分子结构中不含共轭体系，没有醛基、羰基、溴或碘。它可能是脂肪族碳氢化合物、腈、醇、醚、羰基、氯化烃和氟化烃。,（,2,）若一个化合物在,210280 nm,有吸收，可能含有两个共轭单位。,（,3,）若一个化合物在,260300 nm,有强吸收带，表示有,35,个共轭单位。,（,4,）若一个化合物在,280300 nm,有弱吸收带，表示有羰基存在。在,280300 nm,有中等强度的吸收带，且有一定的精细结构，表示有苯环结构。,4.,有机化合物异构体的判别（顺反异构、互变异构和旋光异构等）,对于顺反异构来说，一般顺式异构体的最大吸收峰波长比反式异构体要小，因此可用紫外,-,可见吸收光谱法进行区别。,5,研究化学反应的速度,例如：催化分光光度法,6,测定络合物的组成,常用的方法有：斜率比法、摩尔比法、等摩尔连续变化法（连续浓度变更法）和平衡移动法等。,7.,有机化合物分子量的测定,某种物质的紫外,-,可见吸收光谱，是该物质内部,特征结构,的反映。,所谓物质的,内部特征结构,，主要指的是该物质分子中所含有的发色团。,对于具有相同发色团的不同物质，如果都取相同的重量（或配成相同浓度的溶液），则分子量越大者，发色团所占的比例越小，吸收强度越小；反之，分子量越小者，发色团所占的比例越大，吸收强度就越大。,因此我们可以根据这个原理来测定有机化合物的分子量。,8.,紫外,-,可见分光光度计应用的最新进展,（,1,）多组分不经分离、直接测量；,（,2,）联用技术；,（,3,）,积分光度法进入复兴时期。,第二章 复习思考题,1.,电子光谱（亦称紫外,-,可见光谱）产生的本质是什么？,2.,紫外,-,可见吸收光谱中通常有哪几种价电子跃迁类型？除此还有哪两种跃迁可产生,UV-Vis,吸收谱？,3.,在有机物紫外,-,可见吸收谱解析中吸收带如何分,类？,4.,紫外,-,可见分光光度法中的对比度是指什么？在实际分析测定中有什么意义？影响对比度的因素有哪些？,5.,紫外,-,可见分光光度法定量分析的基本方法有哪几种？有哪些扩展方法？,6.,紫外,-,可见分光光度分析的特点有哪些？,7.,紫,外,-,可见分光光度计的发展趋势是什么？,参考书目：,1,仪器分析,，高等教育出版社，武汉大学化学系编，,2001,年,6,月第一版,2,仪器分析,，林新花 主编，华南理工大学出版社，,2002,年第一版,3,现代仪器分析,上册，清华大学出版社，清华大学分析教研室编，,1983,年,4,分光光度分析,（分析化学丛书第四卷，第一册），科学出版社，罗庆尧、邓延倬、蔡汝秀、曾云鹗编著，,1998,年第二次印刷，,1992,年第一版,5,分光光度学,，机械工业出版社，杨茹，邱法林，刘翊编，,1998,年,6,月第一版第一次印刷,6,紫外、可见分光光度法,上册，原子能出版社，陈国珍等编，,1983,年,7,分析化学,，人民教育出版社，成都工学院，上海化工学院编，,1979,年,8,现代仪器分析实验与技术,，清华大学出版社，陈培榕、邓勃主编，,1999,年,12,月第一版，,2004,年,5,月第,4,次印刷。,9.,紫外可见分光光度计,，化学工业出版社，李昌厚 著，,2005,年,6,月第一版，,2005,年,7,月北京第二次印刷。,10.,仪器分析,，哈尔滨大学出版社，向文胜、王相晶 主编，,2006,年,9,月第,1,版，,2006,年,9,月第一次印刷。,11.,实用仪器分析,，北京大学出版社，杨根元，金瑞祥，应武林 主编，,1997,年,9,月第,2,版，,1997,年,9,月第一次印刷。,