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1、分析化学分析化学 第八章第八章 紫外紫外-可见吸光光度法可见吸光光度法吸光光度分析法的基本概念和基本原理吸光光度法概述测量误差和显色条件的选择紫外-可见分光光度计定性和定量分析方法 第一节第一节 吸光光度法概述吸光光度法概述以肉眼可见的有色物质为例，其溶液之所以有颜色，是因为吸收了白色光中某段波长的光线，而其他没有被吸收的波长的光线则透过溶液，即肉眼所看见的颜色。物质颜色与吸收光颜色的关系如表8-1所示。第一节第一节 吸光光度法概述吸光光度法概述表8-1 物质颜色与吸收光颜色的关系 第一节第一节 吸光光度法概述吸光光度法概述不同的物质具有不同的分子结构，对不同波长的光会产生选择性吸收，因而具有
2、不同的颜色。还有的物质对不可见光产生选择性吸收，凭人的肉眼就无法判断了，可以借助仪器的检测系统进行辨别。常见的吸光光度法的类型如表8-2所示。第一节第一节 吸光光度法概述吸光光度法概述表8-2 波谱区名称 第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度法的基本概念和基本原理念和基本原理 电磁辐射和电磁波谱类一、电磁辐射电磁辐射1.电磁辐射也称电磁波，是一种不需任何介质即可高速传播的粒子流，光属于电磁辐射的一部分，光具有波粒二象性，一般用波长（）、频率（）或波数（）来表示，波长越短，光的能量就越高。=1/=c/（8-1）式中，c为光速，c=3.0108ms-1。E=h=hc=hc/（8-2）式中，h是
3、普朗克常数，为6.6310-34 Js。第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度法的基本概念和基本原理念和基本原理电磁波谱电磁波谱2.电磁辐射按波长的长短顺序排列和分段后称为电磁波谱，其部分分类可参见表8-2。不同的波长属不同的波谱区，对应有不同的光子能量和不同的能级跃迁。第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度法的基本概念和基本原理念和基本原理 吸收光谱和发射光谱 二、吸收光谱吸收光谱1.由于物质对不同波长光的吸收程度不同，若以波长为横坐标，以每一波长下某物质对光的吸收程度即吸光度（A）为纵坐标，则可得到一条曲线，该曲线称为吸收曲线或吸收光谱，它能更清楚地描述物质对光的吸收情况，同时也是吸光
4、光度法中选择测量波长的重要依据。如图8-1所示即为KMnO4溶液的吸收曲线。从图中可看出，KMnO4的最大吸收波长max=525 nm，而max是定量分析时的重要仪器条件。对于不同浓度的同一物质，其最大吸收波长和吸收曲线形状不变，只是吸光度随浓度增加而增大。不同的物质由于结构不同对不同波长光的吸收程度不同，因此各物质具有各自特征的吸收光谱，据此可对物质进行初步定性分析。第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度法的基本概念和基本原理念和基本原理（1）分子吸收光谱。分子吸收光谱是指分子对辐射的选择性吸收由基态或较低能级跃迁到较高能级产生的分子光谱，如紫外-可见吸收光谱、红外吸收光谱等。（2）原子吸
5、收光谱。原子吸收光谱是指物质产生的原子蒸气对辐射的选择性吸收由基态或较低能级跃迁到JP较高能级产生的原子光谱，如各种元素的原子吸收光谱为带状光谱。第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度法的基本概念和基本原理念和基本原理图8-1 KMnO4溶液的吸收曲线 第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度法的基本概念和基本原理念和基本原理发射光谱发射光谱2.分子或原子对辐射的选择性吸收后由较高能级回到较低能级或基态而产生的光谱称为发射光谱。例如，焰色反应就是简单的发射光，将所发射出来的复合光进行分光处理色散可得到发射光谱，为带状光谱，和原子吸收光谱对应的波长一样。第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度
6、法的基本概念和基本原理念和基本原理 透光率和吸光度 三、当一束平行单色光通过一均匀的吸光物质的溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，还有一部分被容器表面反射。用I0表示入射光的强度，Ia代表吸收光的强度，It代表透过光的强度，Ir代表反射光的强度，得下式：I0=Ia+It+Ir （8-3）第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度法的基本概念和基本原理念和基本原理 透过光强度和入射光强度之比称为透光率或透光度，用T表示，常表示为百分数形式，即T=It/I0100%（8-4）透光率为100%即表示溶液对光没有吸收，透光率越小表示溶液对光吸收得越多。由于透光率与溶液浓度之间的非线性关系，又可以用
7、吸光度A来表示溶液对光的吸收程度，定义为A=lg1/T=-lg T （8-5）第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度法的基本概念和基本原理念和基本原理 光吸收定律朗伯-比耳（Lambert-Beer）定律 四、当一束平行单色光通过一均匀的吸光物质的溶液时，溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比，此即为朗伯比耳定律，表达式为（8-6）式中，A为吸光度，量纲为1的量；T为透光率；b为液层厚度(cm)，即光程长度，也即为容器的内宽；c为溶液浓度（gL-1）；a为吸光系数（g-1cm-1L）。当c的单位为molL-1时，吸光系数称为摩尔吸光系数，用表示，单位为mol-1cm-1L，则式（8-6
8、）可变为 （8-7）第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度法的基本概念和基本原理念和基本原理与吸光物质本身的性质有关，是吸光物质在特定波长、温度和溶剂条件下的特征常数，数值上等于光程为1 cm，浓度为1 molL-1的吸光物质对特定波长光的吸光度，反映了该物质吸收光的能力。摩尔吸光系数不可能直接用 1 molL-1 浓度的吸光物质测量，一般是由较稀溶液的摩尔吸光系数换算得到。它可作为定性鉴定的参数，还可用来估量定量分析的灵敏度，值越大，分析方法越灵敏，通常用于吸光光度分析的1104。与a的关系为 =Ma （8-8）式中，M为物质的摩尔质量。第二节第二节 吸光光度法的基本概吸光光度法的基本概念
9、和基本原理念和基本原理【例例8-18-1】配制2.0010-5 molL-1某标准溶液，用1 cm比色皿于240 nm处测得T=30%，求其摩尔吸光系数。解：根据式（8-7）得 第三节第三节 紫外紫外可见分光光度计可见分光光度计可见分光光度计和紫外-可见分光光度计是目前普及率比较高的吸光光度分析仪器。紫外-可见分光光度计种类繁多，普及型号为722型-可见分光光度计（可选波长为400760 nm）。紫外-可见分光光度计（可选波长为2001000 nm）基本上均由五大部分组成。各部分简介如下：（1）光源。JP3可见光区通常使用612 V低压钨丝灯作为光源，其发射波长为3601100 nm。近紫外光
10、区常采用氢灯或氚灯产生JP的200375 nm的连续光谱作为光源。（2）单色器。单色器即将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。单色器主要是由棱镜或光栅等色散元件及狭缝和透镜等组成。第三节第三节 紫外紫外可见分光光度计可见分光光度计（3）吸收池。吸收池也称比色皿。由无色透明的光学玻璃或石英玻璃制成，用来盛放被测溶液。可见光区吸光光度法使用玻璃制的吸收池，因为玻璃对紫外光有吸收，紫外光区吸光光度法则需使用石英制的吸收池。老式仪器吸收池的规格有0.5 cm、1.0 cm、2.0 cm、5.0 cm等，现代出厂的仪器只配备1.0 cm吸收池。（4）检测系统。检测系统包括光电转换元件和指示器。常用的光
11、电转换元件有硒光电池、光电管和光电倍增管等。（5）显示系统。显示系统的仪器面板上指示的是透光率T和吸光度A而非电流值，且自动进行透光率T和吸光度A的换算，根据需要选择要显示的项目。第四节第四节 测量误差和显色条件的选择测量误差和显色条件的选择 吸光光度分析中的误差 一、吸收池吸收池1.吸收池要求配套使用，每套四个（石英的为两个），整套吸收池的T0.05%，不是一套的吸收池不得混用，使用时应保持吸收池的光洁，特别要注意应保持透光面不受磨损或污染。吸光度读数范围吸光度读数范围2.光度分析法的测量误差与仪器的透光率绝对误差的关系为(8-10)式中，c/c为浓度测量的相对误差；T为透光率测量的绝对误差
12、。分光光度计透光率读数的波动T一般在0.2%2.0%。设T=0.5%，当A为0.150.70或T为70%20%时，浓度测量误差约为1.4%1.6%，一般认为这是测量误差较小的读数范围。当A=0.434或T=36.8%时，浓度测量误差最小。如果测量的吸光度过低或过高，测量误差将较大。吸光度过低，可通过多取样或萃取富集；吸光度过高，可少取样或稀释，使吸光度读数在适当范围内。第四节第四节 测量误差和显色条件的选择测量误差和显色条件的选择 入射光波长的影响入射光波长的影响3.根据朗伯-比耳定律，要求入射光是一束平行单色光，由于仪器本身的原因，难以得到很纯的单色光，通常入射光是以调节显示的波长的光线及5
13、 nm波长范围的混合光为主。而波长不同，溶液的摩尔吸光系数也将改变。因此，选择吸收曲线比较平坦的波长段的光作为入射光，再考虑到测量的灵敏度要大（摩尔吸光系数大），而尽可能选择值较大且随波长变化不太大的区域内的波长。通常选择最大吸收波长（max）。第四节第四节 测量误差和显色条件的选择测量误差和显色条件的选择 参比溶液的类型及选择参比溶液的类型及选择4.为了消除吸收池和溶液中其他组分及溶剂对光的反射和吸收对测定产生的误差，用两个同样光学性质的吸收池，一个装被测溶液，另一个装参比溶液（即空白），调节参比溶液的透光率100%（即没有吸收）。选择合适的参比溶液可以更好地减小测定误差。常用的参比溶液有以
14、下几类：（1）溶剂参比。如果仅待测物与显色剂的反应产物在测定波长下有吸收，可用纯溶剂作参比溶液，如水溶液可用纯化水作为参比溶液。第四节第四节 测量误差和显色条件的选择测量误差和显色条件的选择 （2）试剂参比。如果显色剂或其他试剂略有吸收，应用不加试样的溶液（其他的按照显色反应的用量加入）作参比溶液。（3）试样参比。如果试样中其他组分有吸收，但不与显色剂反应，则当显色剂无吸收时，可用试样溶液作为参比溶液；当显色剂略有吸收时，可在试样溶液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，以此溶液作为参比溶液。第四节第四节 测量误差和显色条件的选择测量误差和显色条件的选择 其他因素所引起的误差其他因素所引
15、起的误差5.根据朗伯比耳定律，测量条件不变时，以吸光度对浓度作图，可得到一条通过原点的直线，由于溶液浓度过大、仪器产生的光线的单色性不纯等因素的影响，会使得吸光度与浓度间的线性关系发生偏离而引起误差，测定时，被测物浓度要在吸光度对浓度作图所得的直线范围内进行，该范围称作线性范围。第四节第四节 测量误差和显色条件的选择测量误差和显色条件的选择 显色条件的选择 二、应用最多的显色反应是配位反应，作为显色反应应满足以下条件：（1）反应定量，无副反应；（2）有较大的摩尔吸光系数，提高测定的灵敏度；（3）选择性要高，以减少干扰；（4）生成的有色物质要组成恒定和有一定的稳定性；（5）显色剂在测定波长下无吸
16、收或少吸收。第四节第四节 测量误差和显色条件的选择测量误差和显色条件的选择 要想满足以上要求，除了选择好的显色剂外，还要控制好显色反应的条件。一般从以下四个方面来控制显色反应的条件：（1）溶液的pH值。显色反应生成的有色物质往往只在一定pH值范围稳定存在。（2）显色剂用量。显色剂的用量少则反应不完全，用量多又可能有副反应。（3）显色时间。显色反应的时间短则可能反应不完全，时间长又可能有副反应。显色反应的时间也是通过实验来确定的。（4）显色反应的温度。通常是在室温下进行。第四节第四节 测量误差和显色条件的选择测量误差和显色条件的选择 第五节第五节 定性和定量分析方法定性和定量分析方法 定性分析
17、一、定性分析有简单的和复杂之分，简单的定性分析是确定样品是不是某物质或是不是含有某物质；复杂的定性分析是确定样品是什么物质。紫外可见吸光光度法在定性分析方面的效果不是特别好，一般做的是确定样品是不是某物质或是不是含有某物质。选择合适的溶剂（非极性），使用有足够纯度单色光的分光光度计，在相同的条件下测定相近浓度的待测试样和标准品的溶液的吸收光谱，然后比较两者吸收光谱特征、吸收峰数目及位置、吸收谷及肩峰所在的位置（）等；分子结构相同的化合物应有完全相同的吸收光谱。第五节第五节 定性和定量分析方法定性和定量分析方法 定量分析 二、单组分定量分析方法单组分定量分析方法1.（1）标准曲线法。在线性范围内
18、配制一系列（510个）不同浓度的标准溶液，在适当的波长（通常为max）下，以适当的空白溶液作为参比溶液，分别测定A，然后作 A-c 曲线，该曲线称为标准曲线或工作曲线。同条件下测定试样溶液吸光度 Ax，在标准曲线上查出对应的 cx，如图8-2所示。图8-2 标准曲线法 第五节第五节 定性和定量分析方法定性和定量分析方法 （2）标准对照法。已知试样溶液基本组成，配制相同介质、相近浓度的标准溶液和待测液，在同样条件下，分别测定吸光度A标、A样，根据朗伯-比耳定律：两式相除，得(8-11)此方法操作简单，但误差较大。第五节第五节 定性和定量分析方法定性和定量分析方法 （3）标准加入法。已知试样溶液基
19、本组成，难以配制相同介质的标准溶液，可先测量试样溶液的吸光度（A样），然后向试样中加入一小体积（Vs）、高浓度（cs）的待测物质标准溶液，再测其吸光度（A样），由两次测得的吸光度以及加入标准溶液的量计算待测组分的浓度。计算公式为（8-12）式中，V总为所配溶液的体积。此法可减小由于介质的不同所引起的误差。第五节第五节 定性和定量分析方法定性和定量分析方法【例例8-28-2】用吸光光度法测定血清中某离子M，取血清样5.00 mL，加入各试剂后稀释至10.00 mL，测得A=0.435，同样取血清样5.00 mL，加入0.50 mL 100 gmL-1的M标准溶液，加入各试剂后稀释至10.00 m
20、L，测得A=0.835，求血清中M的含量(gmL-1)。解：由式(8-12)得血清中M的含量为 5.442=10.9 gmL-1 第五节第五节 定性和定量分析方法定性和定量分析方法多组分定量分析多组分定量分析2.由于吸光度具有加和性，可不经分离同时测定某一试样溶液中两个以上的组分。混合组分的吸收光谱相互重叠的情况不同，测定方法也不相同，常见混合组分吸收光谱相干扰情况有三种，如图8-3所示。图8-3 常见混合组分吸收光谱相干扰情况 第五节第五节 定性和定量分析方法定性和定量分析方法 （1）两种吸光物质的吸收曲线相互不重叠或重叠很少，则可分别在1及2 处测定组分x及组分y的浓度。（2）两种吸光物质
21、的吸收曲线部分重叠。先用x、y的标准溶液求得x(1)、x(2)、y(2)，而后在1 处测得混合组分中x组分的吸光度Ax(1)，求出cx,再在2 处测得混合组分的吸光度 Ax+y，根据吸光度具有加和性，按下式即可求得cx和cy：第五节第五节 定性和定量分析方法定性和定量分析方法 （3）两吸收曲线互相重叠，但服从朗伯-比耳定律。若试样中需要测定两种组分，则选定两个波长1 及2，先用x、y的标准溶液求得x(1)、y(1)、x(2)、y(2)，测得试液的吸光度分别为 A1和 A2，则可解下面的方程组求得组分x、y的浓度cx、cy：如果混合物含有 n 个组分，可不经分离，在 n 个适当波长处进行 n 次测量，获得 n个吸光度值，然后解 n 个联立方程以求得各组分的浓度。第五节第五节 定性和定量分析方法定性和定量分析方法【例例8-38-3】设有a和b两种组分的混合物。已知a组分在波长1和2处的摩尔吸光系数分别为1.98103 L mol-1cm-1和2.80104 L mol-1cm-1，b组分在波长1和2处的摩尔吸光系数分别为2.04104 L mol-1cm-1和3.13102 L mol-1cm-1，用1 cm比色皿，在1处测得总吸光度为0.301，在2处测得总吸光度为0.398。求a和b两种组分的浓度。解：根据吸光光度的加和性原理，列方程为代入数据得解方程组求得谢谢观看！