分光光度法-課件

1、第十章 紫外可見分光光度法 利用物質(zhì)對光的選擇性吸收對物質(zhì)進(jìn)行定性、定量的分析方法分光光度法特點(diǎn): 靈敏度高,測定下限可達(dá)10-510-6mol/L, 準(zhǔn)確度: 一般0.5第一節(jié) 光譜分析的基本概念一、電磁輻射與電磁波電磁輻射又稱電磁波,光是一種電磁波，是一種以高速通過空間而不需要任何傳播介質(zhì)的光子流。同時(shí)具有波動性和粒子性。光的傳播速度:波動性 c真空中光速 2.99792458108m/s3.0 108m/s波長，單位：m,cm,mm,m,nm, 1m=10-6m, 1nm=10-9m, 1=10-10m頻率，單位：赫芝（周）Hz 次/秒 n折射率，真空中為1c真空中光速 2.997924

2、58108m/s3.0 108m/s波長，單位：m,cm,mm,m,nm, 1m=10-6m, 1nm=10-9m, 1=10-10m頻率，單位：赫芝（周）Hz 次/秒 n折射率，真空中為11/ = / C-波數(shù),每厘米長度中波的數(shù)目, 單位:cm-1磁場向量電場向量傳播方向YZX與物質(zhì)作用YZX微粒性h普朗克(Planck)常數(shù) 6.62610-34Js頻率E光量子具有的能量 單位：J(焦耳)，eV(電子伏特) 光量子，具有能量。波粒二象性結(jié)論:一定波長的光具有一定的能量，波長越 長(頻率越低)，光量子的能量越低。單色光：具有相同能量(相同波長)的光。復(fù)合光：具有不同能量(不同波長)的光復(fù)合

3、在 一起。真空中:按照波長將電磁波劃分為不同的區(qū)域.X射線遠(yuǎn)紫外近紫外可見光紅外微波0.110200380760nm電磁波譜溶液呈現(xiàn)不同的顏色是由于它對不同波長的光具有選擇性吸收而引起的.用白光照射某有色溶液,呈現(xiàn)出的是透射光顏色.吸收的色光和透過光稱為互補(bǔ)色光.二、物質(zhì)對光的選擇性吸收紅橙黃綠青青藍(lán)藍(lán)紫白光第一節(jié)概述根據(jù)物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射或電磁輻射與物質(zhì)相互作用后發(fā)生的信號變化建立起來的分析方法稱為光學(xué)分析法.光譜法光學(xué)分析法非光譜法物質(zhì)與輻射能相互作用時(shí),內(nèi)部發(fā)生能級躍遷,記錄由此產(chǎn)生的輻射強(qiáng)度隨波長變化的圖譜稱為光譜,根據(jù)物質(zhì)的光譜進(jìn)行定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法稱為光譜法。光譜法非光譜法

4、指不涉及物質(zhì)內(nèi)部能級的躍遷，僅通過測量電磁輻射的某些基本性質(zhì)(反射、折射、衍射、偏振）的變化建立的分析方法稱非光譜法，如折射法，旋光法。光譜法分類從不同的角度有不同的分類原子光譜，分子光譜吸收光譜，發(fā)射光譜根據(jù)光譜的產(chǎn)生對象：根據(jù)能級躍遷方向：根據(jù)輻射波長分：可見、紫外、紅外光譜等。三、分子吸收光譜及其產(chǎn)生若用一連續(xù)輻射的電磁波照射某有色溶液，測量每一波長下有色液對該波長的吸收程度，然后以波長為橫坐標(biāo)，以吸光度 為縱坐標(biāo)作圖，得到一條曲線吸收曲線,亦稱吸收光譜。吸收光譜300400500600700/nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorban

5、ceCr2O72-、MnO4-的吸收光譜350未端吸收苯和甲苯在環(huán)己烷中的吸收光譜苯(254nm)甲苯(262nm)A230 250 270 AKMnO4溶液的光吸收曲線/nm從圖中可看出:高錳酸鉀對不同波長的光的吸收程度不同,在525處有最大吸收峰.該波長稱最大吸收波長(Max)同一物質(zhì)的吸收曲線是特征的,以此作定性分析.濃度越大,吸收越強(qiáng).分子吸收光譜的產(chǎn)生 在分子中，除了電子相對于原子核的運(yùn)動外，還有核間的相對振動和分子繞著重心的轉(zhuǎn)動。這三種運(yùn)動能量都是量子化的，并對應(yīng)有一定能級，下圖為分子的能級示意圖電子能級振動能級分子中電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級示意圖轉(zhuǎn)動能級AB由于光子的能量也是

6、量子化的，所以分子對光的吸收也是量子化的，即分子只選擇吸收能量與其能級間隔一致的光子而不是對各種能量的光子普遍吸收。分子吸收光能后引起運(yùn)動狀態(tài)的變化稱為躍遷，躍遷產(chǎn)生吸收光譜圖中A和B表示不同能量的電子能級。在每一電子能級上有許多間距較小的振動能級，在每一振動能級上又有許多更小的轉(zhuǎn)動能級。當(dāng)用頻率為的電磁波照射分子，而該分子的較高能級與較低能級之差 E恰好等于該電磁波的能量 h時(shí)，即有 E = h （ h為普朗克常數(shù)）此時(shí)，在微觀上出現(xiàn)分子由較低的能級躍遷到較高的能級；在宏觀上則透射光的強(qiáng)度變小。若用一連續(xù)輻射的電磁波照射分子，將照射前后光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺⒂涗浵聛?，然后以波長為橫坐標(biāo)

7、，以電信號（吸光度 A）為縱坐標(biāo)，就可以得到一張光強(qiáng)度變化對波長的關(guān)系曲線圖分子吸收光譜圖。以吸收光強(qiáng)度為縱坐標(biāo),以波長為橫坐標(biāo)作圖,所得曲線即吸收光譜曲線根據(jù)吸收電磁波的波長范圍不同，可將分子吸收光譜分為遠(yuǎn)紅外光譜、紅外光譜及紫外、可見光譜三類。由于不同的物質(zhì)基態(tài)與激發(fā)態(tài)的能量差不同,吸收光的波長不同.第二節(jié) 紫外-可見分光光度法基本原理一、透光率和吸光度I0ItIa透光度（transmittance)T=It/I0吸光度(absorbance)A= -lgT二、光吸收基本定律: Lambert-Beer定律A=lg(I0/It)=kbc朗伯定律(1760) A=lg(I0/It)=k1b比

8、爾定律(1852)A=lg(I0/It)=k2c吸光度介質(zhì)厚度(cm)T透光率（透射比）（Transmittance）A = lg (I0/It) = lg(1/T) = -lgT = kbc吸光度A、透射比T與濃度c的關(guān)系A(chǔ)TcA=kbcK 吸光系數(shù) Absorptivity a的單位: Lg-1cm-1當(dāng)c的單位用gL-1表示時(shí)，用a表示， Aabc的單位: Lmol-1cm-1當(dāng)c的單位用molL-1表示時(shí)，用表示. 摩爾吸光系數(shù) Molar Absorptivity A bc 當(dāng)c的單位用g100mL-1表示時(shí)，用 表示， A bc， 叫做比消光系數(shù)例 已知含Cd2+140gL-1的溶

9、液，用雙硫腙比色測定鎘，比色皿厚度為2cm，在波長520nm處測得吸光度為0.220，計(jì)算摩爾吸光系數(shù)。解：Cd的原子量為112.4，則 C Cd2+ =14010-6112.4=1.2410-6molL-A=bc =A/bc=0.22021.2410-6=8.87104 Lmol-1cm-1吸光度與光程的關(guān)系 A = bc 光源檢測器0.00吸光度檢測器b樣品光源0.22吸光度光源檢測器0.44吸光度b樣品b樣品吸光度與濃度的關(guān)系 A = bc 吸光度0.00光源檢測器 吸光度0.22光源檢測器b 吸光度0.42光源檢測器b朗伯-比爾定律的適用條件單色光 應(yīng)選用max處或肩峰處測定2. 吸光

10、質(zhì)點(diǎn)形式不變 離解、絡(luò)合、締合會破壞線性關(guān)系 應(yīng)控制條件(酸度、濃度、介質(zhì)等)3. 稀溶液 濃度增大，分子之間作用增強(qiáng)x104(nm)亞甲藍(lán)陽離子水溶液的吸收光譜a. 6.3610-6 mol/Lb. 1.2710-4 mol/Lc. 5.9710-4 mol/L亞甲藍(lán)陽離子單體 max= 660 nm二聚體 max= 610 nm二聚體的生成破壞了A與c的線性關(guān)系單組分的定量測定A bc三、朗伯-比爾定律的應(yīng)用1.吸光系數(shù)法 2. 標(biāo)準(zhǔn)曲線法用標(biāo)準(zhǔn)品配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液作吸收光譜曲線,找出最大吸收波長作標(biāo)準(zhǔn)曲線測樣品吸光度并在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查濃度計(jì)算 0 1 2 3 4 mg/mlA。 。 。 。

11、*0.80.60.40.20標(biāo)準(zhǔn)曲線3.標(biāo)準(zhǔn)對照法測量與被測液濃度相近的標(biāo)準(zhǔn)溶液的As 相同條件測量試樣的吸光度ACX =AXASCS多組分的定量測定如果溶液中含有不止一種吸光物質(zhì)，可以利用吸光度的加合性，即總吸光度等于各吸光組分吸光度之和，不經(jīng)分離同時(shí)測定。設(shè)a b為溶液中的兩種吸光組分，視其吸收光譜的重疊情況采用不同的方法。1.二組分吸收光譜不重疊ab12分別在1測定a ,2 處測定b ,互不干擾.A2.吸收光譜單向重疊12ab在1測定a 的濃度 , b不干擾.2 處測定溶液的總吸光度A2a+b ,根據(jù)吸光度的加合性測定b的濃度.A2a+b = A2a + A2b = 2a ca + 2b

12、 cb2a2b 已知,液層厚度為1cmACb=A2a+b - 2a ca 2b3.吸收光譜彼此重疊12abAA1a+b =1a ca + 1b cbA2a+b =2a ca + 2b cb用已知濃度的純?nèi)芤簻y得1a , 1b, 2a , 2b, 即可求ca 、cb第三節(jié) 紫外可見分光光度法一、分光光度計(jì)光源 單色器 樣品吸收池 檢測器 指示器 1、光源通常用6-12V鎢絲燈作可見光區(qū)的光源.2、單色器(monochromator)(light source)色散元件： 三角棱鏡和光柵 氫燈或氘燈作紫外光區(qū)光源 4、檢測器(detector) 有光電管或光電倍增管 5、顯示器(indicator

13、) 有光點(diǎn)檢流計(jì)、微電流計(jì)、數(shù)字 顯示器等 3、吸收池(absorption cell) 比色皿：有普通玻璃和石英玻璃可見光紫外光72系列分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)72系列分光光度計(jì)光學(xué)系統(tǒng)75系列分光光度計(jì)光學(xué)系統(tǒng)三、測量條件的選擇1.波長:一般選最大吸收波長2.控制適當(dāng)?shù)奈舛葴y量范圍 濃度越大,由不純的單色光引起的對比耳定律的偏離越大.A在0.20.7范圍內(nèi),由透光度讀數(shù)誤差引起的濃度誤差小.C/C/10-2T%2065A0.7 0.2靈敏度高,值大于104 選擇性好有色物組成確定且穩(wěn)定顯色劑在測定波長處無明顯吸收3.顯色劑顯色劑的選擇顯色條件的選擇酸度顯色劑用量顯色時(shí)間和溫度（1）溶液的酸度 M+

14、HR=MR+H+* 影響顯色劑的平衡濃度和顏色* 影響被測金屬離子的存在狀態(tài)* 影響絡(luò)合物的組成 * pH與吸光度關(guān)系曲線確定pH范圍。（2）顯色劑的用量 M(被測組分)+R(顯色劑) =MR(有色絡(luò)合物) 為使顯色反應(yīng)進(jìn)行完全，需加入過量的顯色劑。但顯色劑不是越多越好。有些顯色反應(yīng)，顯色劑加人太多，反而會引起副反應(yīng)，對測定不利。在實(shí)際工作中根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來確定顯色劑的用量。 （3）顯色反應(yīng)時(shí)間 有些顯色反應(yīng)瞬間完成，溶液顏色很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并在較長時(shí)間內(nèi)保持不變;有些顯色反應(yīng)雖能迅速完成，但有色絡(luò)合物的顏色很快開始褪色;有些顯色反應(yīng)進(jìn)行緩慢，溶液顏色需經(jīng)一段時(shí)間后才穩(wěn)定。制作吸光度-時(shí)間曲線

15、確定適宜時(shí)間。（4）顯色反應(yīng)溫度 ：顯色反應(yīng)大多在室溫下進(jìn)行。但是，有些顯色反應(yīng)必需加熱至一定溫度完成。4.參比液(空白液)利用參比液調(diào)節(jié)儀器零點(diǎn),以消除由于吸收池壁及其它組分對入射光的吸收帶來的誤差,并扣除干擾的影響.原則:扣除非待測組分對光的吸收參比液的選擇溶劑空白 當(dāng)試液.顯色劑均無色,用溶劑作空白. 試劑空白 若顯色劑有色,試樣在測定條件下無吸收,可選不加試樣的試劑作空白.試樣空白 當(dāng)試樣基體有色,顯色劑無色,可用不加顯色劑的被測試樣作空白.顯色劑和試樣均有色,可加掩蔽劑將被測組分掩蔽使之不與顯色劑反應(yīng)其它照加作空白.小結(jié)紫外-可見吸收光譜屬電子光譜,其波長范圍在200800,應(yīng)用紫外

16、-可見吸收光譜法可對物質(zhì)進(jìn)行定量分析,根據(jù)吸收光譜特性,可對物質(zhì)進(jìn)行定性及結(jié)構(gòu)分析.一、紫外-可見吸收光譜法基本原理1. 光吸收定律 A=bc3. 吸收光譜4. Lamber-Beer定律的適用條件二、測量條件的選擇儀器測量條件顯色反應(yīng)條件A 0.20.7Max顯色劑用量顯色反應(yīng)PH顯色時(shí)間溫度參比溶液溶劑空白試劑空白試樣空白三、定量測定單組分測定多組分測定6.有一標(biāo)準(zhǔn)Fe3+ 溶液,濃度為6.00g/ml ,其吸光度為0.304 ,而試樣溶液在同一條件下測得吸光度為0.510 ,求試樣溶液中Fe3+ 含量(mg/L)第五節(jié) 紫外分光光度法簡介751-G型分光光度法光源氫燈:200-400nm

17、鎢 燈:可見光區(qū)精密度較單純可見分光光度計(jì)高所用元件如棱鏡,透鏡,比色杯等均用石英制造第六節(jié) 紫外吸收光譜在有機(jī)結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用一、有機(jī)物的紫外可見吸收光譜（一）電子躍遷類型. * 飽和烴吸收峰在遠(yuǎn)紫外區(qū),如甲烷:125nm , 乙烷在135nm. 飽和烴類只能發(fā)生 *躍遷,吸收光譜都在遠(yuǎn)紫外區(qū).n*2. n * 含有未共用電子對(即n電子)原子如-OH, -NH2 , -X ,-S等基團(tuán)的飽和化合物,都可發(fā)生該躍遷.一般吸收峰低于200nm.含O , N , X 等雜原子的飽和化合物如甲醇,鹵烷含有不飽和鍵的有機(jī)物可發(fā)生這類躍遷,如-C=C - , C=O , N=N ,吸收峰一般在200左

18、右.若有-共軛,吸收帶紅移.3. * 4. n * 若形成不飽和鍵的原子含有非鍵原子如C=O , N=N ,也能發(fā)生n *,如丙酮,羧基,酰胺都可發(fā)生這類躍遷.吸收峰在近紫外區(qū)(200-400) * 躍遷所需能量: n * * n * 有機(jī)物紫外可見吸收光譜的分析以 * n *躍遷為基礎(chǔ).這兩類躍遷都要求化合物中有不飽和官能團(tuán)以提供軌道. 把含有鍵的不飽和基團(tuán)稱為生色團(tuán),一些本身在紫外和可見光區(qū)無吸收,但能使生色團(tuán)吸收峰向長波(紅)移,吸收強(qiáng)度增大的基團(tuán)稱為助色團(tuán).如-OH ,-NH2 ,-OR ,-Cl , -Br , -I .(二)有機(jī)物的吸收帶1.R帶:由n *躍遷引起的吸收帶.300nm弱吸收( 104),210250nm .如1,3-丁二烯Max=217nm3.B帶: 芳香族化合物的特征吸收帶.苯 蒸氣在230270處出現(xiàn)精細(xì)結(jié)構(gòu)的吸收光譜,在極性溶液劑中消失.芳香族化合物除有B帶,還有E1( 180), E2(200)帶.當(dāng)苯環(huán)上有取代基時(shí),三個(gè)吸收帶都長移, 值也增大.(三)影響吸收 光譜的因素1.溶劑一般隨著溶劑極性增大, *向紅移,n