1、紫外可见分光光度法:基于物质分子对近紫外至可见光波段(200-800nm) 辐射的选择性吸收而建立的仪器分析方法。
一、 吸收曲线
将不同波长的光透过某一固定浓度和厚度的有色溶液,测量每一波长下有色溶液对光的吸收程度(即吸光度),然后以波长为横坐标,以吸光度为纵坐标作图,可得一曲线。这曲线描述了物质对不同波长的吸收能力,称吸收曲线或吸收光谱。
图: 邻菲罗啉-亚铁溶液的吸收曲线 1-0.2mg/L;
1
2
3
2-0.4mg/L;3-0.6mg/L
Ø 同一浓度的有色溶液对不同波长的光有不同的吸光度,对应最大的地方称为最大吸收波长,用lmax来表示。
Ø 吸收曲线可以提供
2、物质的结构信息,并作为物质定性分析的依据之一。 对于不同浓度的同一物质,吸收曲线形状相似, lmax不变,而对不同物质,吸收曲线形状和lmax不 同;不同浓度的同一种物质,浓度愈大,吸光度也愈大,此特性可以作为物质定量分析的依据。
二、有机化合物的紫外可见吸收光谱
Ø 有机化合物中存在三种类型的价电子:s电子(单键)、p电子(双键)和未参与成键的n电子(孤对电子); 相应的,存在五种分子轨道:成键轨道s、 p;反键轨道s*、 p*;非键轨道n,其能量顺序为:s
3、的,存在五种分子轨道:成键轨道s、 p;反键轨道s*、 p*;非键轨道n,其能量顺序为:s
4、所需能量降低, lmax移向长波长,并伴随吸收强度的增加。
(3)芳香化合物
芳香化合物具有环状共轭体系,通常具有E1带、 E2带和B带三个吸收峰。
影响紫外可见吸收光谱的因素
Ø 共轭效应:共轭体系增大,lmax红移,吸收强度增加。
Ø 立体化学效应:由于空间位阻、构象、跨环共轭等导致吸收光谱的红移或蓝移,本质是分子共轭程度受到影响所致。
Ø pH值的影响:对于酸碱性化合物,pH值影响其离解情况从而影响其紫外可见吸收光谱的产生。
Ø 溶剂的影响:溶剂的性质可能对吸收峰的位置、形状和强度有影响,因此溶剂的选择很重要,一般要求选择具有良好的化学和光化学稳定性、极性小、在样品吸收
5、光谱区无明显吸收的溶剂。
Ø 化合物溶剂化后分子的自由转动受到限制,使得自由转动引起的精细结构消失,若想获得吸收光谱的精细结构,应在气态或非极性溶剂中测定。另外,溶剂极性的增大往往会使化合物中的p®p*跃迁红移,np®*跃迁蓝移,这种现象称为溶剂效应。
三、紫外可见分光光度计
光源、单色器、吸收池、检测器和读数装置
四、定量分析依据
朗伯-比尔定律:
如果浓度c以g/L表示时,k的单位为:L·g-1·cm-1;若c以mol/L表示,吸光系数采用摩尔吸光系数ε表示,单位为:L·mol-1·cm-1,则有:
k与ε的关系:
Ø ε可以作为定性鉴定的参数,不随浓度和吸收光程的
6、改变而改变,也就是在温度和波长条件一定时,仅与吸收物质本身的性质有关,与待测物质浓度无关;
Ø 同一个吸收物质在不同波长下ε是不同的,在最大吸收波长处ε最大,它表明了待测物质最大吸光能力,也反映了测定该物质所能达到的最高灵敏度。ε值愈大,方法的灵敏度愈高。
比尔定律的偏离
(1)使用非单色光的影响:比尔定律只适用于单色光,但在实际测定中无论是用滤光片或棱镜分光,所得的光源仍是含有不同波长光线的复合光带。因此,首先要求入射光纯度要高。其次,选择波长范围应在吸收曲线斜率变化小的部位。
(2)能使比尔定律产生偏离的化学因素:首先是溶液浓度的影响,当溶液浓度c>0.01mol/L时,吸收粒子
7、可能缔合影响对光的吸收,故比尔定律只使用于稀溶液。另一种影响来自化学平衡,与浓度、pH值和其他条件有关。
五、显色反应
进行光度分析时,首先要将待测组分转变成有色化合物,然后测定其吸光度。将待测组分转变成有色化合物的反应叫显色反应。与待测组分形成有色化合物的试剂称为显色剂。显色反应的选择应考虑的因素:
(1)灵敏度高:生成的有色物质的e较大的显色反应。
(2)选择性好:显色剂仅与一个组分或是少数组分反应。
(3)显色剂在测定的波长处无明显吸收:两种有色物质最大吸收波长之差称为“对比度”。要求显色剂与有色化合物的对比度在60nm以上。
(4)反应生成的有色化合物组成恒定,化学性质稳
8、定
显色剂种类:
无机显色剂:例如,SCN-;MoO42-;H2O2,一般无机显色剂与金属离子生成的化合物不稳定,灵敏度和选择性也不高,应用不多。
有机显色剂:大多数有机显色剂与金属离子生成极其稳定的配合物,灵敏度和选择性都很高,被广泛的应用于吸光度分析中。
三元(多元)配合物是显色反应时加两种显色剂形成的三个组分的混合配合物。这种方法大大的提高了显色剂的稳定性、灵敏性、选择性。
六、定量分析条件的选择
1. 测量条件的选择
(1) 入射光波长的选择
一般选择lmax,因为在此波长处的摩尔吸收系数e值最大,使测定有较高的灵敏度,同时,此波长处的一个较小的范围内,吸光度变化不大,不会造成对比尔定律的偏离,使得测定有较高准确度。
若lmax不在仪器可测波长内,或干扰物质在此处有强烈的吸收,就不能选择lmax ,应尽可能选择e随波长改变而变化不大的区域内的波长。
(2)出射狭缝宽度的选择
应确保一定入射光强度时,选择小的狭缝宽度。
2. 显色条件的选择
显色剂用量、酸度、显色温度、显色时间、溶剂等
3. 参比溶液的选择原则
溶剂参比、试剂参比及试样参比
4. 干扰及消除方法(1)加入掩蔽剂(2)选择适当的显色条件(3)分离干扰离子—沉淀,离子交换,溶剂萃取等。