《分析化學(xué)》-圖文課件-第八章

分析化學(xué)

第八章紫外-可見(jiàn)吸光光度法第二節(jié)吸光光度分析法的基本概念和基本原理第一節(jié)吸光光度法概述第四節(jié)測(cè)量誤差和顯色條件的選擇第三節(jié)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)第五節(jié)定性和定量分析方法

第一節(jié)吸光光度法概述以肉眼可見(jiàn)的有色物質(zhì)為例，其溶液之所以有顏色，是因?yàn)槲樟税咨庵心扯尾ㄩL(zhǎng)的光線，而其他沒(méi)有被吸收的波長(zhǎng)的光線則透過(guò)溶液，即肉眼所看見(jiàn)的顏色。物質(zhì)顏色與吸收光顏色的關(guān)系如表8-1所示。

第一節(jié)吸光光度法概述表8-1物質(zhì)顏色與吸收光顏色的關(guān)系

第一節(jié)吸光光度法概述不同的物質(zhì)具有不同的分子結(jié)構(gòu)，對(duì)不同波長(zhǎng)的光會(huì)產(chǎn)生選擇性吸收，因而具有不同的顏色。還有的物質(zhì)對(duì)不可見(jiàn)光產(chǎn)生選擇性吸收，憑人的肉眼就無(wú)法判斷了，可以借助儀器的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行辨別。常見(jiàn)的吸光光度法的類(lèi)型如表8-2所示。

第一節(jié)吸光光度法概述表8-2波譜區(qū)名稱(chēng)

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理電磁輻射和電磁波譜類(lèi)一、電磁輻射1.電磁輻射也稱(chēng)電磁波，是一種不需任何介質(zhì)即可高速傳播的粒子流，光屬于電磁輻射的一部分，光具有波粒二象性，一般用波長(zhǎng)（λ）、頻率（ν）或波數(shù)（σ）來(lái)表示，波長(zhǎng)越短，光的能量就越高。λ=1/σ=c/ν（8-1）式中，c為光速，c=3.0×108m·s-1。E=hν=hcσ=hc/λ（8-2）式中，h是普朗克常數(shù)，為6.63×10-34J·s。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理電磁波譜2.

電磁輻射按波長(zhǎng)的長(zhǎng)短順序排列和分段后稱(chēng)為電磁波譜，其部分分類(lèi)可參見(jiàn)表8-2。不同的波長(zhǎng)屬不同的波譜區(qū)，對(duì)應(yīng)有不同的光子能量和不同的能級(jí)躍遷。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理吸收光譜和發(fā)射光譜

二、吸收光譜1.由于物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度不同，若以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以每一波長(zhǎng)下某物質(zhì)對(duì)光的吸收程度即吸光度（A）為縱坐標(biāo)，則可得到一條曲線，該曲線稱(chēng)為吸收曲線或吸收光譜，它能更清楚地描述物質(zhì)對(duì)光的吸收情況，同時(shí)也是吸光光度法中選擇測(cè)量波長(zhǎng)的重要依據(jù)。如圖8-1所示即為KMnO4溶液的吸收曲線。從圖中可看出，KMnO4的最大吸收波長(zhǎng)λmax=525nm，而λmax是定量分析時(shí)的重要儀器條件。對(duì)于不同濃度的同一物質(zhì)，其最大吸收波長(zhǎng)和吸收曲線形狀不變，只是吸光度隨濃度增加而增大。不同的物質(zhì)由于結(jié)構(gòu)不同對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度不同，因此各物質(zhì)具有各自特征的吸收光譜，據(jù)此可對(duì)物質(zhì)進(jìn)行初步定性分析。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理（1）分子吸收光譜。分子吸收光譜是指分子對(duì)輻射的選擇性吸收由基態(tài)或較低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)產(chǎn)生的分子光譜，如紫外-可見(jiàn)吸收光譜、紅外吸收光譜等。（2）原子吸收光譜。原子吸收光譜是指物質(zhì)產(chǎn)生的原子蒸氣對(duì)輻射的選擇性吸收由基態(tài)或較低能級(jí)躍遷到[JP]較高能級(jí)產(chǎn)生的原子光譜，如各種元素的原子吸收光譜為帶狀光譜。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理圖8-1KMnO4溶液的吸收曲線

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理發(fā)射光譜2.

分子或原子對(duì)輻射的選擇性吸收后由較高能級(jí)回到較低能級(jí)或基態(tài)而產(chǎn)生的光譜稱(chēng)為發(fā)射光譜。例如，焰色反應(yīng)就是簡(jiǎn)單的發(fā)射光，將所發(fā)射出來(lái)的復(fù)合光進(jìn)行分光處理色散可得到發(fā)射光譜，為帶狀光譜，和原子吸收光譜對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)一樣。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理透光率和吸光度

三、當(dāng)一束平行單色光通過(guò)一均勻的吸光物質(zhì)的溶液時(shí)，光的一部分被吸收，一部分透過(guò)溶液，還有一部分被容器表面反射。用I0表示入射光的強(qiáng)度，Ia代表吸收光的強(qiáng)度，It代表透過(guò)光的強(qiáng)度，Ir代表反射光的強(qiáng)度，得下式：I0=Ia+It+Ir（8-3）

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理透過(guò)光強(qiáng)度和入射光強(qiáng)度之比稱(chēng)為透光率或透光度，用T表示，常表示為百分?jǐn)?shù)形式，即T=It/I0×100%（8-4）透光率為100%即表示溶液對(duì)光沒(méi)有吸收，透光率越小表示溶液對(duì)光吸收得越多。由于透光率與溶液濃度之間的非線性關(guān)系，又可以用吸光度A來(lái)表示溶液對(duì)光的吸收程度，定義為A=lg1/T=-lgT（8-5）

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理光吸收定律——朗伯-比耳（Lambert-Beer）定律

四、當(dāng)一束平行單色光通過(guò)一均勻的吸光物質(zhì)的溶液時(shí)，溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比，此即為朗伯比耳定律，表達(dá)式為（8-6）式中，A為吸光度，量綱為1的量；T為透光率；b為液層厚度(cm)，即光程長(zhǎng)度，也即為容器的內(nèi)寬；c為溶液濃度（g·L-1）；a為吸光系數(shù)（g-1·cm-1·L）。當(dāng)c的單位為mol·L-1時(shí)，吸光系數(shù)稱(chēng)為摩爾吸光系數(shù)，用ε表示，單位為mol-1·cm-1·L，則式（8-6）可變?yōu)椋?-7）

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理ε與吸光物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，是吸光物質(zhì)在特定波長(zhǎng)、溫度和溶劑條件下的特征常數(shù)，數(shù)值上等于光程為1cm，濃度為1mol·L-1的吸光物質(zhì)對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸光度，反映了該物質(zhì)吸收光的能力。摩爾吸光系數(shù)不可能直接用1mol·L-1濃度的吸光物質(zhì)測(cè)量，一般是由較稀溶液的摩爾吸光系數(shù)換算得到。它可作為定性鑒定的參數(shù)，還可用來(lái)估量定量分析的靈敏度，ε值越大，分析方法越靈敏，通常用于吸光光度分析的ε＞1×104。ε與a的關(guān)系為ε=Ma（8-8）式中，M為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量。

第二節(jié)吸光光度法的基本概念和基本原理【例8-1】配制2.00×10-5mol·L-1某標(biāo)準(zhǔn)溶液，用1cm比色皿于240nm處測(cè)得T=30%，求其摩爾吸光系數(shù)。解：根據(jù)式（8-7）得

第三節(jié)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)可見(jiàn)分光光度計(jì)和紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)是目前普及率比較高的吸光光度分析儀器。紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)種類(lèi)繁多，普及型號(hào)為722型-可見(jiàn)分光光度計(jì)（可選波長(zhǎng)為400～760nm）。紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（可選波長(zhǎng)為200～1000nm）基本上均由五大部分組成。各部分簡(jiǎn)介如下：（1）光源。[JP3]可見(jiàn)光區(qū)通常使用6～12V低壓鎢絲燈作為光源，其發(fā)射波長(zhǎng)為360～1100nm。近紫外光區(qū)常采用氫燈或氚燈產(chǎn)生[JP]的200～375nm的連續(xù)光譜作為光源。（2）單色器。單色器即將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置。單色器主要是由棱鏡或光柵等色散元件及狹縫和透鏡等組成。

第三節(jié)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（3）吸收池。吸收池也稱(chēng)比色皿。由無(wú)色透明的光學(xué)玻璃或石英玻璃制成，用來(lái)盛放被測(cè)溶液?？梢?jiàn)光區(qū)吸光光度法使用玻璃制的吸收池，因?yàn)椴Ａ?duì)紫外光有吸收，紫外光區(qū)吸光光度法則需使用石英制的吸收池。老式儀器吸收池的規(guī)格有0.5cm、1.0cm、2.0cm、5.0cm等，現(xiàn)代出廠的儀器只配備1.0cm吸收池。（4）檢測(cè)系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)包括光電轉(zhuǎn)換元件和指示器。常用的光電轉(zhuǎn)換元件有硒光電池、光電管和光電倍增管等。（5）顯示系統(tǒng)。顯示系統(tǒng)的儀器面板上指示的是透光率T和吸光度A而非電流值，且自動(dòng)進(jìn)行透光率T和吸光度A的換算，根據(jù)需要選擇要顯示的項(xiàng)目。

第四節(jié)測(cè)量誤差和顯色條件的選擇吸光光度分析中的誤差

一、吸收池1.

吸收池要求配套使用，每套四個(gè)（石英的為兩個(gè)），整套吸收池的ΔT≤0.05%，不是一套的吸收池不得混用，使用時(shí)應(yīng)保持吸收池的光潔，特別要注意應(yīng)保持透光面不受磨損或污染。

吸光度讀數(shù)范圍2.光度分析法的測(cè)量誤差與儀器的透光率絕對(duì)誤差的關(guān)系為(8-10)式中，Δc/c為濃度測(cè)量的相對(duì)誤差；ΔT為透光率測(cè)量的絕對(duì)誤差。分光光度計(jì)透光率讀數(shù)的波動(dòng)ΔT一般在±0.2%～±2.0%。設(shè)ΔT=±0.5%，當(dāng)A為0.15～0.70或T為70%～20%時(shí)，濃度測(cè)量誤差約為1.4%～1.6%，一般認(rèn)為這是測(cè)量誤差較小的讀數(shù)范圍。當(dāng)A=0.434或T=36.8%時(shí)，濃度測(cè)量誤差最小。如果測(cè)量的吸光度過(guò)低或過(guò)高，測(cè)量誤差將較大。吸光度過(guò)低，可通過(guò)多取樣或萃取富集；吸光度過(guò)高，可少取樣或稀釋?zhuān)刮舛茸x數(shù)在適當(dāng)范圍內(nèi)。第四節(jié)測(cè)量誤差和顯色條件的選擇

入射光波長(zhǎng)的影響3.根據(jù)朗伯-比耳定律，要求入射光是一束平行單色光，由于儀器本身的原因，難以得到很純的單色光，通常入射光是以調(diào)節(jié)顯示的波長(zhǎng)的光線及±5nm波長(zhǎng)范圍的混合光為主。而波長(zhǎng)不同，溶液的摩爾吸光系數(shù)也將改變。因此，選擇吸收曲線比較平坦的波長(zhǎng)段的光作為入射光，再考慮到測(cè)量的靈敏度要大（摩爾吸光系數(shù)大），而盡可能選擇ε值較大且隨波長(zhǎng)變化不太大的區(qū)域內(nèi)的波長(zhǎng)。通常選擇最大吸收波長(zhǎng)（λmax）。第四節(jié)測(cè)量誤差和顯色條件的選擇

參比溶液的類(lèi)型及選擇4.為了消除吸收池和溶液中其他組分及溶劑對(duì)光的反射和吸收對(duì)測(cè)定產(chǎn)生的誤差，用兩個(gè)同樣光學(xué)性質(zhì)的吸收池，一個(gè)裝被測(cè)溶液，另一個(gè)裝參比溶液（即空白），調(diào)節(jié)參比溶液的透光率100%（即沒(méi)有吸收）。選擇合適的參比溶液可以更好地減小測(cè)定誤差。常用的參比溶液有以下幾類(lèi)：（1）溶劑參比。如果僅待測(cè)物與顯色劑的反應(yīng)產(chǎn)物在測(cè)定波長(zhǎng)下有吸收，可用純?nèi)軇┳鲄⒈热芤?，如水溶液可用純化水作為參比溶液。第四?jié)測(cè)量誤差和顯色條件的選擇

（2）試劑參比。如果顯色劑或其他試劑略有吸收，應(yīng)用不加試樣的溶液（其他的按照顯色反應(yīng)的用量加入）作參比溶液。（3）試樣參比。如果試樣中其他組分有吸收，但不與顯色劑反應(yīng)，則當(dāng)顯色劑無(wú)吸收時(shí)，可用試樣溶液作為參比溶液；當(dāng)顯色劑略有吸收時(shí)，可在試樣溶液中加入適當(dāng)掩蔽劑將待測(cè)組分掩蔽后再加顯色劑，以此溶液作為參比溶液。第四節(jié)測(cè)量誤差和顯色條件的選擇

其他因素所引起的誤差5.根據(jù)朗伯比耳定律，測(cè)量條件不變時(shí)，以吸光度對(duì)濃度作圖，可得到一條通過(guò)原點(diǎn)的直線，由于溶液濃度過(guò)大、儀器產(chǎn)生的光線的單色性不純等因素的影響，會(huì)使得吸光度與濃度間的線性關(guān)系發(fā)生偏離而引起誤差，測(cè)定時(shí)，被測(cè)物濃度要在吸光度對(duì)濃度作圖所得的直線范圍內(nèi)進(jìn)行，該范圍稱(chēng)作線性范圍。第四節(jié)測(cè)量誤差和顯色條件的選擇

顯色條件的選擇

二、應(yīng)用最多的顯色反應(yīng)是配位反應(yīng)，作為顯色反應(yīng)應(yīng)滿足以下條件：（1）反應(yīng)定量，無(wú)副反應(yīng)；（2）有較大的摩爾吸光系數(shù)，提高測(cè)定的靈敏度；（3）選擇性要高，以減少干擾；（4）生成的有色物質(zhì)要組成恒定和有一定的穩(wěn)定性；（5）顯色劑在測(cè)定波長(zhǎng)下無(wú)吸收或少吸收。第四節(jié)測(cè)量誤差和顯色條件的選擇

要想滿足以上要求，除了選擇好的顯色劑外，還要控制好顯色反應(yīng)的條件。一般從以下四個(gè)方面來(lái)控制顯色反應(yīng)的條件：（1）溶液的pH值。顯色反應(yīng)生成的有色物質(zhì)往往只在一定pH值范圍穩(wěn)定存在。（2）顯色劑用量。顯色劑的用量少則反應(yīng)不完全，用量多又可能有副反應(yīng)。（3）顯色時(shí)間。顯色反應(yīng)的時(shí)間短則可能反應(yīng)不完全，時(shí)間長(zhǎng)又可能有副反應(yīng)。顯色反應(yīng)的時(shí)間也是通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定的。（4）顯色反應(yīng)的溫度。通常是在室溫下進(jìn)行。第四節(jié)測(cè)量誤差和顯色條件的選擇

第五節(jié)定性和定量分析方法定性分析

一、定性分析有簡(jiǎn)單的和復(fù)雜之分，簡(jiǎn)單的定性分析是確定樣品是不是某物質(zhì)或是不是含有某物質(zhì)；復(fù)雜的定性分析是確定樣品是什么物質(zhì)。紫外可見(jiàn)吸光光度法在定性分析方面的效果不是特別好，一般做的是確定樣品是不是某物質(zhì)或是不是含有某物質(zhì)。選擇合適的溶劑（非極性），使用有足夠純度單色光的分光光度計(jì)，在相同的條件下測(cè)定相近濃度的待測(cè)試樣和標(biāo)準(zhǔn)品的溶液的吸收光譜，然后比較兩者吸收光譜特征、吸收峰數(shù)目及位置、吸收谷及肩峰所在的位置（λ）等；分子結(jié)構(gòu)相同的化合物應(yīng)有完全相同的吸收光譜。

第五節(jié)定性和定量分析方法定量分析

二、單組分定量分析方法1.（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法。在線性范圍內(nèi)配制一系列（5～10個(gè)）不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)（通常為λmax）下，以適當(dāng)?shù)目瞻兹芤鹤鳛閰⒈热芤?，分別測(cè)定A，然后作A-c曲線，該曲線稱(chēng)為標(biāo)準(zhǔn)曲線或工作曲線。同條件下測(cè)定試樣溶液吸光度Ax，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出對(duì)應(yīng)的cx，如圖8-2所示。圖8-2標(biāo)準(zhǔn)曲線法

第五節(jié)定性和定量分析方法（2）標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法。已知試樣溶液基本組成，配制相同介質(zhì)、相近濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測(cè)液，在同樣條件下，分別測(cè)定吸光度A標(biāo)、A樣，根據(jù)朗伯-比耳定律：兩式相除，得(8-11)此方法操作簡(jiǎn)單，但誤差較大。

第五節(jié)定性和定量分析方法（3）標(biāo)準(zhǔn)加入法。已知試樣溶液基本組成，難以配制相同介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，可先測(cè)量試樣溶液的吸光度（A樣），然后向試樣中加入一小體積（Vs）、高濃度（cs）的待測(cè)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液，再測(cè)其吸光度（A′樣），由兩次測(cè)得的吸光度以及加入標(biāo)準(zhǔn)溶液的量計(jì)算待測(cè)組分的濃度。計(jì)算公式為（8-12）式中，V總為所配溶液的體積。此法可減小由于介質(zhì)的不同所引起的誤差。

第五節(jié)定性和定量分析方法【例8-2】用吸光光度法測(cè)定血清中某離子M，取血清樣5.00mL，加入各試劑后稀釋至10.00mL，測(cè)得A=0.435，同樣取血清樣5.00mL，加入0.50mL100μg·mL-1的M標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入各試劑后稀釋至10.00mL，測(cè)得A=0.835，求血清中M的含量(μg·mL-1)。解：由式(8-12)得血清中M的含量為5.44×2=10.9μg·mL-1

第五節(jié)定性和定量分析方法多組分定量分析2.由于吸光度具有加和性，可不經(jīng)分離同時(shí)測(cè)定某一試樣溶液中兩個(gè)以上的組分?；旌辖M分的吸收光譜相互重疊的情況不同，測(cè)定方法也不相同，常見(jiàn)混合組分吸收光譜相干擾情況有三種，如圖8-3所示。圖8-3常見(jiàn)混合組分吸收光譜相干擾情況

第五節(jié)定性和定量分析方法（1）兩種吸光物質(zhì)的吸收曲線相互不重疊或重疊很少，則可分別在λ1及λ2

處測(cè)定組分x及組分y的濃度。（2）兩種吸光物質(zhì)的吸收曲線部分重疊。先用x、y的標(biāo)準(zhǔn)溶液求得εx(λ1)、εx(λ2)、εy(λ2)，而后在λ1