第九章紫外可見吸收光譜分析法

9.4紫外可見吸收光譜的應(yīng)用

9.4.1顯色與測量條件的選擇一、顯色反應(yīng)的選擇1.選擇顯色反應(yīng)時，應(yīng)考慮的因素

靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測定波長處無明顯吸收，兩種有色物最大吸收波長之差：“對比度”，要求△>60nm。2.配位顯色反應(yīng)

當金屬離子與有機顯色劑形成配合物時，通常會發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移躍遷，產(chǎn)生很強的紫外—可見吸收光譜。3.氧化還原顯色反應(yīng)

某些元素的氧化態(tài)，如Mn（Ⅶ）、Cr（Ⅵ）在紫外或可見光區(qū)能強烈吸收，可利用氧化還原反應(yīng)對待測離子進行顯色后測定。

例如：鋼中微量錳的測定，Mn2＋不能直接進行光度測定

2Mn2＋＋5S2O82-＋8H2O=2MnO4－

+10SO42-＋16H+將Mn2＋

氧化成紫紅色的MnO4－后，在525nm處進行測定。二、影響顯色反應(yīng)的因素1.顯色劑用量吸光度A與顯色劑用量CR的關(guān)系會出現(xiàn)如圖所示的幾種情況。選擇曲線變化平坦處。2.反應(yīng)體系的酸度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

在相同實驗條件下，分別測定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對應(yīng)的pH范圍。二、影響顯色反應(yīng)的因素3.顯色時間與溫度

實驗確定4.溶劑一般盡量采用水相測定，二、影響顯色反應(yīng)的因素三、共存離子干擾的消除1.加入掩蔽劑

選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測組分反應(yīng)；掩蔽劑本身及掩蔽劑與干擾組分的反應(yīng)產(chǎn)物不干擾待測組分的測定。例：測定Ti4＋，可加入H3PO4掩蔽劑使Fe3+(黃色)成為Fe(PO４)23-(無色)，消除Fe3+的干擾；又如用鉻天菁S光度法測定Al3+時，加入抗壞血酸作掩蔽劑將Fe3+還原為Fe2+，消除Fe3+的干擾。2.選擇適當?shù)娘@色反應(yīng)條件3.分離干擾離子四、測定條件的選擇1.選擇適當?shù)娜肷洳ㄩL

一般應(yīng)該選擇λmax為入射光波長。如果λmax處有共存組分干擾時，則應(yīng)考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長。

2.選擇合適的參比溶液

為什么需要使用參比溶液？

測得的的吸光度真正反映待測溶液吸光強度。參比溶液的選擇一般遵循以下原則：

⑴若僅待測組分與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)物在測定波長處有吸收，其它所加試劑均無吸收，用純?nèi)軇ㄋ?作參比溶液；⑵若顯色劑或其它所加試劑在測定波長處略有吸收，而試液本身無吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；參比溶液的選擇一般遵循以下原則：

⑶若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液；

⑷若顯色劑、試液中其它組分在測量波長處有吸收，則可在試液中加入適當掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。3.控制適宜的吸光度（讀數(shù)范圍）

不同的透光度讀數(shù)，產(chǎn)生的誤差大小不同：－lgT=εbc微分：－dlgT＝－0.434dlnT=-0.434T-1

dT

=εbdc兩式相除得：

dc/c=（0.434/TlgT

）dT

以有限值表示可得：

Δc/c

=（0.434/TlgT）ΔT

濃度測量值的相對誤差（Δc/c）不僅與儀器的透光度誤差ΔT有關(guān)，而且與其透光度讀數(shù)T的值也有關(guān)。是否存在最佳讀數(shù)范圍？何值時誤差最??？

最佳讀數(shù)范圍與最佳值

設(shè)：ΔT=1%，則可繪出溶液濃度相對誤差Δc/c與其透光度T的關(guān)系曲線。如圖所示：當：ΔT=1%，T在15%～65%之間時，濃度相對誤差較小，最佳讀數(shù)范圍。

可求出濃度相對誤差最小時的透光度Tmin為：

Tmin＝36.8%,Amin＝0.434

用儀器測定時應(yīng)盡量使溶液透光度值在T%=15～65%(吸光度A=0.80～0.20)。b、如果溶液已顯色，則可通過改變比色皿的厚度來調(diào)節(jié)吸光度大小（光程長度b）吸光度范圍的控制A：0.20～0.80；T：15%～65%a、計算而且控制試樣的稱出量，含量高時，少取樣，或稀釋試液；含量低時，可多取樣，或萃取富集（濃度c）c、選擇適當?shù)膮⒈热芤海ㄊ静罘止夤舛确ǎ┪?、提高光度測定靈敏度和選擇性的途徑1.合成新的高靈敏度有機顯色劑2.采用分離富集和測定相結(jié)合3.采用三元(多元)配合物顯色體系

由一個中心金屬離子與兩種(或兩種以上)不同配位體形成的配合物，稱為三元(多元)配合物。多元配合物顯色反應(yīng)具有很高的靈敏度，一方面是因為多元配合物比其相應(yīng)的二元配合物分子截面積更大；另一方面是因為第二或第三配位體的引入，可能產(chǎn)生配位體之間、配位體與中心金屬離子間的協(xié)同作用，使共軛π電子的流動性和電子躍遷幾率增大。三元配合物主要類型有：三元離子締合物、三元混配配合物、三元膠束(增溶)配合物。9.4.2分光光度定量測定方法1.單組分的測定通常采用A-c

標準曲線法定量測定。一般測量步驟：(1)對于無色物質(zhì),選擇顯色反應(yīng)及適宜條件；(2)測量繪制吸收曲線，確定最大吸收波長；(3)確定測量條件,如:測量波長、參比溶液等；(4)配制一系列不同濃度的標準溶液；(5)測量吸光度，繪制標準曲線；(6)在相同條件下,配制試樣溶液,測量吸光度；(7)在標準曲線上,由試樣溶液吸光度查出對應(yīng)的濃度值。一、普通分光光度法一、普通分光光度法2.多組分的同時測定

⑴若各組分的吸收曲線互不重疊，則可在各自最大吸收波長處分別進行測定。這本質(zhì)上與單組分測定沒有區(qū)別。

⑵若各組分的吸收曲線互有重疊，則可根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。

Aλ1=εaλ1bca

＋εbλ1bcb

Aλ2=εaλ2bca

＋εbλ2bcb

二、示差分光光度法（示差法）

普通分光光度法一般只適于測定微量組分，當待測組分含量較高時，將產(chǎn)生較大的誤差。需采用示差法。即提高入射光強度，并采用濃度稍低于待測溶液濃度的標準溶液作參比溶液。

設(shè)：待測溶液濃度為cx，標準溶液濃度為cs(cs<cx)。則：

Ax=εb

cx

As=εb

csΔＡ＝Ａx

－Ａs=εb(cx

－cs

）=εbΔc

測得的吸光度相當于普通法中待測溶液與標準溶液的吸光度之差ΔＡ。示差分光光度法（示差法）

ΔA＝Ax

－As=εb(cx

－cs

）=εbΔc

測得的吸光度相當于普通法中待測溶液與標準溶液的吸光度之差ΔA

。

示差法測得的吸光度與Δc呈直線關(guān)系。由標準曲線上查得相應(yīng)的Δc值，則待測溶液濃度cx

：

cx=cs+Δc

示差法標尺擴展原理：普通法：cs的T=10%；cx的T=5%示差法：cs做參比，調(diào)T=100%則：cx的T=50%；標尺擴展10倍二、雙波長分光光度法

不需空白溶液作參比；但需要兩個單色器獲得兩束單色光(λ1和λ2)；以參比波長λ1處的吸光度Aλ1作為參比，來消除干擾。在分析渾濁或背景吸收較大的復(fù)雜試樣時顯示出很大的優(yōu)越性。靈敏度、選擇性、測量精密度等方面都比單波長法有所提高。

ΔA

＝Aλ2

－Aλ1

＝(ελ2

－ελ1)bc

兩波長處測得的吸光度差值ΔA與待測組分濃度成正比。ελ1和ελ2分別表示待測組分在λ1和λ2處的摩爾吸光系數(shù)。

關(guān)鍵問題:測量波長λ2和參比波長λ1的選擇與組合

以兩組分x和y的雙波長法測定為例：設(shè)：x為待測組分，y為干擾組分，二者的吸光度差分別為:

ΔAx和ΔAy，則該體系的總吸光度差ΔAx+y為：

ΔAx+y=ΔAx+ΔA

y如何選擇波長λ1

、λ2有一定的要求。選擇波長組合λ1

、λ2的基本要求是：

⑴選定的波長λ1和λ2處干擾組分應(yīng)具有相同吸光度，即：ΔAy=ΔAyλ2

－ΔAyλ1=0故：ΔAx+y=ΔAx=(εxλ2－εxλ1)bcx此時：測得的吸光度差ΔA只與待測組分x的濃度呈線性關(guān)系，而與干擾組分y無關(guān)。若x為干擾組分，則也可用同樣的方法測定y組分。

可采用作圖法選擇符合上述兩個條件的波長組合。⑵在選定的兩個波長λ1和λ2處待測組分的吸光度應(yīng)具有足夠大的差值。雙波長法的特點：雙波長法可以消除渾濁溶液背景和吸收光譜重疊的干擾1、雙波長分光光度法中只有參比波長，無參比溶液2、雙波長光高頻率交替通過試液，可以減少因光源、檢測器等的不穩(wěn)定性而引入的誤差，提高準確度3、可以避免單波長法中因被測試液和參比溶液在組成、均勻性上的差異以及兩個吸收池的差異而引入的誤差三、導數(shù)分光光度法

導數(shù)分光光度法在多組分同時測定、渾濁樣品分析、消除背景干擾、加強光譜的精細結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜光譜的辨析等方面，顯示了很大的優(yōu)越性。

利用吸光度(或透光度)對波長的導數(shù)曲線來進行分析：

Ｉ＝Ｉ0e-εbc假定入射光強度Ｉ0在整