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．凡是基于檢測能量作用于待測物質(zhì)后產(chǎn)生的輻射信號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主要過程：（1）能源提供能量，（2）能量與被測物質(zhì)相互作用，（3）產(chǎn)生被檢測的訊號．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)生被檢測訊號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為特征訊號，僅通過測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，通過檢測光譜的特征波長和強度來進行定性和定量分析．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)光被測粒子吸收輻射能后被激發(fā)，當躍回至低能態(tài)或基態(tài)時便產(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)停留的時間僅為10-8至10-4s，而后者的壽命可長達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；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；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，具有動量hv/c．光子的能量與波長的關(guān)系為：E=hv=hc/λ光子的動量與波長的關(guān)系為：

p=hv/c=h/λ2023/1/29表征輻射能的參數(shù)有：

周期(T)正弦波中相繼兩個極大通過空間某一固定點所需的時間間隔稱為輻射的周期，單位為s．頻率(v)：每秒鐘內(nèi)振動的次數(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(λ)：相鄰兩個波峰或波谷間的距離，單位為nm．波數(shù)(σ)：每厘米內(nèi)波的振動次數(shù)，單位為cm-1．電子伏特(ev)：一個電子通過1V電壓降時具有的能量．2023/1/210解：2023/1/2112023/1/2122023/1/213解：這四個選擇項各不相同，因此只有一個是對的．可用兩種思路解答此題．其一是逐個排除錯的，剩下就是對的．其二先算出正確答案，看它與哪個相符合，哪項就是應(yīng)當選擇的．有時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．而B項2lgT其值為-2A，T與A是成負對數(shù)關(guān)系，而不是成正比關(guān)系，因此不能選B項．

2023/1/214剩下C、D兩項中有一個是對的．它們都是T的指數(shù)形式，由吸光度A與透光率成負對數(shù)關(guān)系．當吸收池由1cm變?yōu)?cm時，A應(yīng)增大，而T應(yīng)當減小．有色溶液其透光率應(yīng)在0~1間，即0＜T＜1．＞T，C項肯定是錯的，剩下只有選D項．再則從與T2相比較來看，因為T＜1，則T2＜Ｔ＜，只有D項是對．故此題正確的選擇項是D項．

2023/1/215解法2而D項恰好等于T2，故本題應(yīng)選擇D項．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鐵標準溶液置于50ml容量瓶中，用鄰二氮菲顯色后加水稀釋至刻度，分別測得吸光度列于下表，用表中數(shù)據(jù)繪制工作曲線

鐵標準溶液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：先計算鐵標準溶液的濃度(mg·ml-1)2023/1/219工作曲線中各標準溶液對應(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A＝0.281時，對應(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處測得吸光度A＝0.400，計算吸光系數(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)計算吸光系數(shù)a,顯色液內(nèi)Fe的濃度為2023/1/223則(2)計算摩爾吸光系數(shù)ε顯色液內(nèi)Fe的濃度為(ε=a·Ar)2023/1/224S是儀器的檢測限A=0.001時，在單位截面積液柱內(nèi)能檢測出的物質(zhì)的最低含量．(3)計算桑德爾靈敏度S2023/1/225例3某有色溶液置于1cm吸收池中，測得吸光度為0.30，則入射光強度減弱了多少?若置于3cm吸收池中，入射光強度又減弱了多少?解：求入射光強度減弱了多少，即求光通過溶液后，吸收光強度與入射光強度的比值．已知當b=lcm時，A=0.30，由入射光強度I0、透過光強度I及吸收光強度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b=1cm時，A=0.30

則此時入射光強度減弱的程度為

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

此時入射光強度減弱的程度為

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)進行測定．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吸收池測量，希望測量誤差最小，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

由光度測量誤差公式可知，當A=0.434時，測量誤差最小．根據(jù)吸收定律A=εbc，此時顯色液的濃度為：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用普通光度法測得4.00x10-4mol·L-1KMnO4溶液的透光率為0.132．以此標準溶液作參比溶液，測得未知濃度的KMnO4溶液的透光率為0.50．計算未知溶液中KMnO4的濃度?(兩種方法測定所用吸收池的厚度相同)2023/1/232解：用普通光度法測定時，標準溶液的吸光度為As=-lgT=-lg0.132=0.879

用示差法測定時，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，若用普通光度法測定時吸光度為Ax．標準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，于最大吸收波長處，測得A=1.120，已知有色溶液的ε=2.5xl04L·mol-1·cm-1．若用示差法測定上述溶液時，使其測量誤差最小，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

用示差法測定有色溶液，欲使其測量相對誤差最小，即測量的吸光度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量時，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:先計算有色溶液的濃度用示差法測定有色溶液，欲使其測量相對誤差最小，即測量的吸光度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，選用1.0cm吸收池，測得T=8.0%．已知ε=1.1X104L·mol-1·cm-1，若用示差法測量上述溶液，需多大濃度的溶液作參比才能使測量的相對誤差最??？2023/1/240解：ｌ法：測量相對誤差最小時的T=36.8%，故標尺擴大的倍數(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525nm處用1cm吸收池測得下列吸光度數(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，cQ/cMn2+為橫坐標作圖，得到圖示的曲線．由外推法得一交點，其橫坐標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cQ=3.5×10-4mol·L-1時，Mn2+已定量轉(zhuǎn)化為MnQ．此時[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可計算出某吸光度值對應(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簡述單波長分光光度計和雙波長分光光度計的主要區(qū)別？解：就儀器組件而言，兩者最大的區(qū)別是單色器的個數(shù)不同，單波長分光光度計中有一個單色器，而雙波長分光光度計則有兩個單色器．另外，它們的出口信號不同：單波長分光光度計測得是樣品池和參比池吸光度之差，雙波長分光光度計測得是樣品在兩波長處吸光度之差．因此，前者用兩個比色皿進行測量，后者用一個比色皿進行測量．2023/1/249在應(yīng)用上的區(qū)別雙波長分光度計主要用來測定相互干擾的組分、混濁試樣及吸光度較大的試樣．特別適用于混濁液的分析，因為有效光程多變是混濁液的特征，只用一個吸收池，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處有相同的光程．單波長分光光度計常用于普通溶液的定量分析，也用于某些物理常數(shù)的測定．2023/1/250例10簡述用雙波長紫外－可見分光光度計測定干擾嚴重兩混合物原理．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．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是待測組分．如果在成分A的吸收光譜上選擇吸光度相等的兩個波長λ1和λ2(通常是B組分的吸收峰處或其附近)

，在這兩個波長處，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，在這兩個波長處進行混合物的測定，可消除A成分的影響，直接測定成分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λ1、λ2BA2023/1/252根據(jù)吸光度的加和性，混合物在兩波長處的吸光度分別為

Aλ1=Aλ1(A)+Aλ1(B)

Aλ2=Aλ2(A)+Aλ2(B)

雙波長分光光度計的輸出信號：

ΔA=Aλ2–Aλ1由于雙波長分光光度計采用