紫外可見分光光度法-習(xí)題課

2023/1/21紫外可見分光光度法習(xí)題課2023/1/22光學(xué)分析法導(dǎo)論例1試說明光分析的定義及分類．凡是基于檢測(cè)能量作用于待測(cè)物質(zhì)后產(chǎn)生的輻射信號(hào)或所引起的變化的分析方法均可稱為光分析方法．任何光分析方法均包含有三個(gè)主要過程：（1）能源提供能量，（2）能量與被測(cè)物質(zhì)相互作用，（3）產(chǎn)生被檢測(cè)的訊號(hào)．因此，按能源不同，光分析法可分為紅外、紫外、X光及化學(xué)發(fā)光等光譜法；如按被作用物質(zhì)來分，它又可分為原子及分子光譜等；若以產(chǎn)生被檢測(cè)訊號(hào)的輻射能的基本性質(zhì)來劃分則有吸收、發(fā)射、散射、折射、反射、干涉、衍射、偏振等．2023/1/23

光分析方法可以分為非光譜法與光譜法兩大類．非光譜法是指那些不以光的波長(zhǎng)為特征訊號(hào)，僅通過測(cè)量電磁輻射的某些基本性質(zhì)（反射、折射、干涉、衍射和偏振等）的變化的分析方法．這類方法主要有：折射法、濁度法、旋光法等．光譜法主要是以光的吸收、發(fā)射、拉曼散射等作用而建立的分析方法，通過檢測(cè)光譜的特征波長(zhǎng)和強(qiáng)度來進(jìn)行定性和定量分析．各種光譜法種類很多，應(yīng)用甚廣，是現(xiàn)代分析化學(xué)的重要組成部分．光譜法可分為三種基本類型：吸收光譜法、發(fā)射光譜法和散射光譜法．2023/1/24（一）吸收光譜法2023/1/25（二）發(fā)射光譜法分為兩種類型1光致發(fā)光被測(cè)粒子吸收輻射能后被激發(fā)，當(dāng)躍回至低能態(tài)或基態(tài)時(shí)便產(chǎn)生發(fā)射光譜，以此建立有關(guān)的光譜方法有：熒光（包括X熒光，原子熒光、分子熒光）、磷光等．分子熒光和磷光的主要區(qū)別是熒光壽命較磷光短，前者在激發(fā)態(tài)停留的時(shí)間僅為10-8至10-4s，而后者的壽命可長(zhǎng)達(dá)10-4迫至10s左右．2023/1/262．非電磁輻射能激發(fā)發(fā)光主要用電弧、電火花及高壓放電裝袋置等電能及火焰等熱能激發(fā)粒子，產(chǎn)生光譜．（三）散射光譜法主要是以拉曼散射為基礎(chǔ)的拉曼散射光譜法．2023/1/27例2簡(jiǎn)述電磁輻射的本質(zhì)及特征

電磁輻射即電磁波．電磁波包括無線電波、微波、紅外光、可見光、紫外光、X射線、γ射線等．這些電磁波都具有下述共同點(diǎn)；它們作為橫向電磁波在空間傳播，在真空中的傳播速度都等子光速，即λv=c式中λ是波長(zhǎng)；v是頻率；c是光在真空中的傳播速度，約等于3X108m/s．各種電磁波譜的波長(zhǎng)和頻率以及所具有的能量各不相同．2023/1/28

電磁輻射具有光的二象性，它具有波動(dòng)性和微粒性．例如光的折射、衍射、偏振和干涉等現(xiàn)象，表明它具有波動(dòng)性．而光的微粒性則表現(xiàn)在光電效應(yīng)中．光是由光子（或稱為光量子）所組成．光子具有能量hv，具有動(dòng)量hv/c．光子的能量與波長(zhǎng)的關(guān)系為：E=hv=hc/λ光子的動(dòng)量與波長(zhǎng)的關(guān)系為：

p=hv/c=h/λ2023/1/29表征輻射能的參數(shù)有：

周期(T)正弦波中相繼兩個(gè)極大通過空間某一固定點(diǎn)所需的時(shí)間間隔稱為輻射的周期，單位為s．頻率(v)：每秒鐘內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)，即1/T，通常以赫茲(Hz)表示，輻射頻率取決于波源，與通過的介質(zhì)無關(guān)．波長(zhǎng)(λ)：相鄰兩個(gè)波峰或波谷間的距離，單位為nm．波數(shù)(σ)：每厘米內(nèi)波的振動(dòng)次數(shù)，單位為cm-1．電子伏特(ev)：一個(gè)電子通過1V電壓降時(shí)具有的能量．2023/1/210解：2023/1/2112023/1/2122023/1/213解：這四個(gè)選擇項(xiàng)各不相同，因此只有一個(gè)是對(duì)的．可用兩種思路解答此題．其一是逐個(gè)排除錯(cuò)的，剩下就是對(duì)的．其二先算出正確答案，看它與哪個(gè)相符合，哪項(xiàng)就是應(yīng)當(dāng)選擇的．有時(shí)將兩種思路綜合起來．解法1：由吸收定律可知透光率T不與液層厚度成正比．因此不能選A項(xiàng)．而B項(xiàng)2lgT其值為-2A，T與A是成負(fù)對(duì)數(shù)關(guān)系，而不是成正比關(guān)系，因此不能選B項(xiàng)．

2023/1/214剩下C、D兩項(xiàng)中有一個(gè)是對(duì)的．它們都是T的指數(shù)形式，由吸光度A與透光率成負(fù)對(duì)數(shù)關(guān)系．當(dāng)吸收池由1cm變?yōu)?cm時(shí)，A應(yīng)增大，而T應(yīng)當(dāng)減?。猩芤浩渫腹饴蕬?yīng)在0~1間，即0＜T＜1．＞T，C項(xiàng)肯定是錯(cuò)的，剩下只有選D項(xiàng)．再則從與T2相比較來看，因?yàn)門＜1，則T2＜Ｔ＜，只有D項(xiàng)是對(duì)．故此題正確的選擇項(xiàng)是D項(xiàng)．

2023/1/215解法2而D項(xiàng)恰好等于T2，故本題應(yīng)選擇D項(xiàng)．2023/1/2162023/1/217例1稱取0.3511gFeSO4·(NH4)2SO4·6H20溶于水，加入1:4的H2SO420ml，定容至500ml．取Vml鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液置于50ml容量瓶中，用鄰二氮菲顯色后加水稀釋至刻度，分別測(cè)得吸光度列于下表，用表中數(shù)據(jù)繪制工作曲線

鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液V(ml)0.00.200.400.600.801.0

吸光度A00.0850.1650.2480.3180.3982023/1/218吸取5.00ml試液，稀釋至250ml，再吸取此稀釋液2.OOml置于50ml容量瓶中，與繪制工作曲線相同條件下顯色后，測(cè)得吸光度A=0.281，求試液中鐵含量(mg·ml-1)．已知Mr,FeS04·(NH4)2SO4·6H20=392.17，Ar,Fe＝55.85．解：先計(jì)算鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(mg·ml-1)2023/1/219工作曲線中各標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)應(yīng)鐵的濃度為2023/1/220由上表數(shù)據(jù)繪制工作曲線如圖所示2023/1/221從工作曲線上查出當(dāng)A＝0.281時(shí)，對(duì)應(yīng)的Fe的濃度為1.4x10-3mg·ml-1

．這是50ml顯色液中Fe的濃度，它是由原試液取5.00ml稀至250ml，從其中取2.00ml顯色(體積為50ml)，因此原試液的濃度為

2023/1/222例2有一溶液，每ml含鐵0.056mg，吸取此試液2.0ml于50ml容量瓶中顯色，用1cm吸收池于508nm處測(cè)得吸光度A＝0.400，計(jì)算吸光系數(shù)a，摩爾吸光系數(shù)ε和桑德爾靈敏度S．已知A

r,Fe=55.85解(1)計(jì)算吸光系數(shù)a,顯色液內(nèi)Fe的濃度為2023/1/223則(2)計(jì)算摩爾吸光系數(shù)ε顯色液內(nèi)Fe的濃度為(ε=a·Ar)2023/1/224S是儀器的檢測(cè)限A=0.001時(shí)，在單位截面積液柱內(nèi)能檢測(cè)出的物質(zhì)的最低含量．(3)計(jì)算桑德爾靈敏度S2023/1/225例3某有色溶液置于1cm吸收池中，測(cè)得吸光度為0.30，則入射光強(qiáng)度減弱了多少?若置于3cm吸收池中，入射光強(qiáng)度又減弱了多少?解：求入射光強(qiáng)度減弱了多少，即求光通過溶液后，吸收光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的比值．已知當(dāng)b=lcm時(shí)，A=0.30，由入射光強(qiáng)度I0、透過光強(qiáng)度I及吸收光強(qiáng)度Ia三者間的關(guān)系，以及吸光度與透光率的關(guān)系，即可求出Ia與I0的比值．

2023/1/226已知I0=I+Ia,而I/I0=T,所以Ia/I0=1-T

又據(jù)公式A=-lgT,T=10-A

因此Ia/I0=1-T=1-10-A(1)當(dāng)b=1cm時(shí)，A=0.30

則此時(shí)入射光強(qiáng)度減弱的程度為

Ia/I0=1-10-A=1-10-0.30=1-0.50=0.502023/1/227(2)由公式A=kbc，當(dāng)b=3cm時(shí)，其吸光度為1cm的3倍，即A=3×0.30=0.90

此時(shí)入射光強(qiáng)度減弱的程度為

Ia/I0=1-10-A=1-10-0.90

=1-0.126=0.8742023/1/228例4某鋼樣合鎳約0.12％，用丁二酮肟光度法(ε=1.3x104L·mol-1·cm-1)進(jìn)行測(cè)定．試樣溶解后轉(zhuǎn)入I00ml容量瓶中，顯色，再加水稀釋至刻度．在λ=470nm處用1cm吸收池測(cè)量，希望測(cè)量誤差最小，應(yīng)該稱取試樣多少克?(已知Ar,Ni2+=58.69)2023/1/229解：已知b=1cm,ε=1.3X104L·mol-1·cm-1

由光度測(cè)量誤差公式可知，當(dāng)A=0.434時(shí)，測(cè)量誤差最?。鶕?jù)吸收定律A=εbc，此時(shí)顯色液的濃度為：2023/1/230100ml顯色液內(nèi)Ni的質(zhì)量為m已知鋼樣中含Ni0.12%，則應(yīng)稱取試樣質(zhì)量為msg2023/1/231例5用普通光度法測(cè)得4.00x10-4mol·L-1KMnO4溶液的透光率為0.132．以此標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液，測(cè)得未知濃度的KMnO4溶液的透光率為0.50．計(jì)算未知溶液中KMnO4的濃度?(兩種方法測(cè)定所用吸收池的厚度相同)2023/1/232解：用普通光度法測(cè)定時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度為As=-lgT=-lg0.132=0.879

用示差法測(cè)定時(shí)，未知溶液的吸光度

Ar=-lgTr=-lg0.50=0.301

設(shè)未知KMn04溶液濃度為cx，若用普通光度法測(cè)定時(shí)吸光度為Ax．標(biāo)準(zhǔn)KMn04溶液濃度用cs表示由示差法原理可得

Ar=Ax-As=εb(cx-cs)

2023/1/233由公式A=εbc得到

(Ax-As)/As=(cx-cs)/cs

cx=cs·Ar/As+cs

將有關(guān)數(shù)據(jù)代入得到2023/1/234例6某有色溶液以試劑空白作參比，用1cm吸收池，于最大吸收波長(zhǎng)處，測(cè)得A=1.120，已知有色溶液的ε=2.5xl04L·mol-1·cm-1．若用示差法測(cè)定上述溶液時(shí)，使其測(cè)量誤差最小，則參比溶液的濃度為多少?(示差法使用吸收池亦為1cm厚．)2023/1/235解法1:由公式A=εbc,有色溶液的濃度為

用示差法測(cè)定有色溶液，欲使其測(cè)量相對(duì)誤差最小，即測(cè)量的吸光度A=0.434,即Ar為0.434．2023/1/236設(shè)所用的參比溶液用普通光度法測(cè)量時(shí)，其吸光度為As

As=1.120-0.434=0.686則參比溶液的濃度cs為2023/1/237解法2:先計(jì)算有色溶液的濃度用示差法測(cè)定有色溶液，欲使其測(cè)量相對(duì)誤差最小，即測(cè)量的吸光度Ar為0.434．2023/1/238設(shè)所選用的參比溶液的濃度為cs，由示差法的工作原理可知，有色溶液與參比溶液兩的濃度差為2023/1/239例7某有色溶液以試劑空白作參比時(shí)，選用1.0cm吸收池，測(cè)得T=8.0%．已知ε=1.1X104L·mol-1·cm-1，若用示差法測(cè)量上述溶液，需多大濃度的溶液作參比才能使測(cè)量的相對(duì)誤差最?。?023/1/240解：ｌ法：測(cè)量相對(duì)誤差最小時(shí)的T=36.8%，故標(biāo)尺擴(kuò)大的倍數(shù)為

36.8%/8.0%=4.6(倍)則100%/Ts=4.6，Ts=21.7%

2023/1/241Ⅱ法：有色溶液的濃度為2023/1/242例8Mn2+與Q生成有色絡(luò)合物，用飽和法測(cè)定其組成．用Mn2+和Q按以下方法配制一系列溶液，固定Mn2+的濃度為2.0×10-4mol·L-1，而改變Q的濃度，于波長(zhǎng)525nm處用1cm吸收池測(cè)得下列吸光度數(shù)據(jù)：求(1)絡(luò)合物的組成，(2)絡(luò)合物在525nm處的摩爾吸光系數(shù)，(3)絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)．2023/1/243解:(1)依題意，一系列溶液中cMn2+均為2.0×10-4

mol·L-1，顯色劑Q的濃度不斷變化，由題給數(shù)據(jù)可算出cQ/cMn2+比值分別為0.250,0.375,0.500,1.00,1.25,1.50,2.00．以吸光度A為縱坐標(biāo)，cQ/cMn2+為橫坐標(biāo)作圖，得到圖示的曲線．由外推法得一交點(diǎn)，其橫坐標(biāo)cQ/cMn2+比值為1.0，因此絡(luò)合比為1:1．2023/1/2442023/1/245(2)由題給數(shù)據(jù)看出，當(dāng)cQ=3.5×10-4mol·L-1時(shí)，Mn2+已定量轉(zhuǎn)化為MnQ．此時(shí)[MnQ]=cMn2+=2.0×10-4mol·L-1

而b=1cm，由公式A=εbc得絡(luò)合物的摩爾吸光系數(shù)為2023/1/246(3)由可看出曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)不敏銳，這是由于絡(luò)合物離解所致．在該區(qū)域由Mn2+，Q及吸光度A可計(jì)算出某吸光度值對(duì)應(yīng)的溶液中，Mn2+、Q及MnQ三者的平衡濃度．由作圖法已知絡(luò)合比為1:1，故可求出絡(luò)合物的穩(wěn)定常數(shù)．

A=0.372的溶液中，

cMn2+=cQ=2.0×10-4

mol·L-1

，已知b=1cm，ε=2.35x103，可知此溶液中2023/1/247因此絡(luò)合物MnQ的穩(wěn)定常數(shù)為2023/1/248例9簡(jiǎn)述單波長(zhǎng)分光光度計(jì)和雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)的主要區(qū)別？解：就儀器組件而言，兩者最大的區(qū)別是單色器的個(gè)數(shù)不同，單波長(zhǎng)分光光度計(jì)中有一個(gè)單色器，而雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)則有兩個(gè)單色器．另外，它們的出口信號(hào)不同：?jiǎn)尾ㄩL(zhǎng)分光光度計(jì)測(cè)得是樣品池和參比池吸光度之差，雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)測(cè)得是樣品在兩波長(zhǎng)處吸光度之差．因此，前者用兩個(gè)比色皿進(jìn)行測(cè)量，后者用一個(gè)比色皿進(jìn)行測(cè)量．2023/1/249在應(yīng)用上的區(qū)別雙波長(zhǎng)分光度計(jì)主要用來測(cè)定相互干擾的組分、混濁試樣及吸光度較大的試樣．特別適用于混濁液的分析，因?yàn)橛行Ч獬潭嘧兪腔鞚嵋旱奶卣?，只用一個(gè)吸收池，消除了不同吸收池的差別帶來的影響，也保證了溶液在兩波長(zhǎng)處有相同的光程．單波長(zhǎng)分光光度計(jì)常用于普通溶液的定量分析，也用于某些物理常數(shù)的測(cè)定．2023/1/250例10簡(jiǎn)述用雙波長(zhǎng)紫外－可見分光光度計(jì)測(cè)定干擾嚴(yán)重兩混合物原理．解：為了消除干擾組分的吸收，一般采用作圖法，以確定干擾組分的等吸收波長(zhǎng)．下圖是混合試樣中A、B兩組分的吸收曲線．其中A組分是干擾組分，B是待測(cè)組分．如果在成分A的吸收光譜上選擇吸光度相等的兩個(gè)波長(zhǎng)λ1和λ2(通常是B組分的吸收峰處或其附近)

，在這兩個(gè)波長(zhǎng)處，二者的吸光度差值A(chǔ)不隨成分A的濃度變化而產(chǎn)生差異，于是，在這兩個(gè)波長(zhǎng)處進(jìn)行混合物的測(cè)定，可消除A成分的影響，直接測(cè)定成分B的量．其濃度與吸光度差值成正比．

2023/1/251作圖法選擇波長(zhǎng)λ1、λ2BA2023/1/252根據(jù)吸光度的加和性，混合物在兩波長(zhǎng)處的吸光度分別為

Aλ1=Aλ1(A)+Aλ1(B)

Aλ2=Aλ2(A)+Aλ2(B)

雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)的輸出信號(hào)：

ΔA=Aλ2–Aλ1由于雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)采用