仪器分析紫外-可见分光光度法.ppt

第一章 紫外-可见分光光度法,掌握紫外-可见分光光度法的基本原理 及其方法应用；,熟悉紫外-可见分光光度计的结构；,教学目标,（一）、知识目标,熟练操作各种型号的紫外-可见分光光度计；,能应用紫外-可见分光光度法进行样品的 定性、定量分析。,（二）、能力目标,利用物质对紫外-可见光的选择性吸收，用紫外-可见分光光度计测定物质对紫外-可见光的吸收程度并进行定性、定量分析。,紫外-可见分光光度法简介,1、光的波粒二象性,波动性,粒子性,一、光的基本性质,波长：两个相邻波峰或波谷间的距离（nm）频率：单位时间里通过一固定点处波的数目（S-1）,光的波动性,光以波的形式传播，可用波长、频率来表示。,=c/c=31010 cm/s,返回,E=h=hc/h为普朗克常数 6.6310-34J.s,光的粒子性,光由光子组成，具有能量。,E越大，越小。E越小，越大。,根据E=hc/可知,能 量,小,大,紫、蓝、青、绿、黄、橙、红,可见光波长范围400-760nm,波 谱 分 区,书上P5,光 谱 分 区,能 量,小,200nm,400nm,760nm,大,波 长,光谱区域,紫外光区,可见光区,中红外,分析方法,紫外,可见分光光度法,25um,红外光谱法,紫、蓝、青、绿、黄、橙、红,2.5um,各种可见光的波长,2、单色光、复合光与光的互补,复合光：由不同波长的单色光按一定比例 组成的光，如白光。,单色光：具有单一波长的光。,若两种光可组成白光，则它们为互补光。,光的互补：,互 补 光 示 意 图,物质对光的吸收过程（P7）,二、溶液对光的选择性吸收,物质对光的吸收具有选择性,完全吸收,完全透过,吸收黄色光,光谱示意,表观现象示意,复合光,溶液对光的吸收与溶液颜色的关系,1）若溶液透明、均匀，人眼看到的溶液颜色是由透射光的波长决定的。,2）当入色光为白光（复合光），溶液吸收的光与透射的光互补。,光的互补：蓝 黄,结论：,溶液颜色与吸收光颜色和波段的关系,三、紫外-可见分光光度法的基本原理,朗伯比耳定律（光吸收定律）,布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。A b 1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。A c 二者的结合称为朗伯比耳定律。,T-透过率A-吸光度 b-液层厚度（光程长度）c-被测物浓度k-吸光系数,吸光度A：表征物质对光吸收程度的量。A=lgI0/It=-lgT=kbc,1、朗伯比耳定律,注意k的符号与c的对应关系,关于K：K 的物理意义：单位厚度、单位浓度溶液对一定波长光的吸光度。与溶液性质、温度和入射光波长有关。K越大，吸收能力越强，灵敏度越高。K与浓度单位之间的变化关系（P9）,摩尔吸光系数,吸光物质的特征常数；在最大吸收波长max处，常以max表示。在温度和介质条件一定时，仅与吸光物质的结构与性质有关，可作为定性鉴定的参数；不随浓度c 和光程长度b 的改变而改变：A/b c。在数值上等于浓度为1 mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。吸光能力与测定灵敏度的度量；max越大表明该物质的吸光能力越强，测定的灵敏度越高。105：超高灵敏=(610)104：灵敏 104：不灵敏,例：用1,10-二氮菲光度法测定铁，已知Fe2+浓度为0.5584mg/L，比色皿厚度2厘米，在=508nm测得配合物吸光度A=0.22，求。已知MFe=55.84g/mol,（1.1104L.mol-1.cm-1）,2、应用朗伯比耳定律时应注意的问题,入射光为平行单色光，且垂直照射；吸光质点之间无相互作用；吸光度具有加和性（A总=A1+A2+）。,吸收曲线（吸收光谱）,标准（工作）曲线,3、朗伯比耳定律的应用,绘制方法：在c、b固定的情况下,测定某一浓度的标准溶液在各个波长下的吸光度，作A-图。,吸 收 曲 线,吸光度随波长变化的曲线,（P6）,吸光度 A,XXX的吸收曲线,400,500,600,0.100,0.200,0.300,0.400,(nm),0.000,图例：,吸收曲线的绘制练习,试验溶液：,XXX的吸收曲线实验数据表,吸收曲线的特点,同一物质,不同的物质,因其结构不同而具有不同的吸收曲线；,浓度不同，其吸收曲线的形状和max的位置不变，但在同一波长下吸光度随浓度的增大而增大。,连续光谱（宽谱带）,吸收曲线的意义,为定量分析选择测量波长；,定性分析。,返回,在、b固定的情况下,测定一系列不同浓度的标准溶液的吸光度，作A-c图。,标准（工作）曲线,绘制方法：,吸光度随浓度变化的曲线,注意浓度的不同表示方法,铁的标准曲线,标准（工作）曲线的绘制练习,标准系列：,XXX的标准曲线实验数据表,浓度（mg/L）,吸光度A,为何有些点偏低？有些点偏高？,朗伯比耳定律的偏离,吸光度A,浓度 c,正偏离,负偏离,偏离原因,非单色光引起的偏离：LB定律要求入射光为单色光，但目前仪器提供的入射光是由波长范围较窄的光带组成的复合光。非平行入射光引起的偏离介质不均匀引起的偏离化学因素引起的偏离：高浓度时引起溶液中吸光粒子之间相互作用上升，使吸光能力发生变化；化学反应引起的偏离。,如何评价？,标准曲线的线性,如何保证？,-线性相关系数,-仪器、浓度范围、基本操作,通过人眼比较溶液颜色深浅来测定其中待测物质含量,比色管架,1、目视比色法,四、紫外-可见分光光度法分类,（1）优点：设备简单、操作快速、灵敏度较高。（2）缺点：准确性差，主观误差约达5-20%。（3）适用于准确度要求不高的常规样品分析，如钢铁炉前分析、水质分析中的色度分析。,目视比色法的优缺点,2、分光光度法,通过仪器测定被测溶液对某一波长光的吸收而确定其中物质的含量。,1、灵敏度高：试样中1%-0.001%微量成分2、准确度高：相对误差2%-5%（1%-2%）3、仪器结构简单、操作简便、性价比高4、应用广泛：几乎所有的无机离子及许多有机物,紫外-可见分光光度法的特点,五、紫外-可见分光光度计,光 源,吸收池,检测器,单色器,数据处理系统,1、仪器结构框图,工作原理及仪器结构示意图,光源,碘钨灯,氘灯,单色器,测量池,参比池,样品池,光电倍增管,数据处理和仪器控制,2、紫外-可见分光光度计的类型,单波长单光束（P15）,单波长双光束,双波长,3、紫外-可见分光光度计 主要部件,光源,在仪器工作的波长范围内，提供连续、有足够发射强度和良好稳定性的复合光，而且发射光的强度随波长的变化应尽可能小。,可见区：钨丝灯或碘钨灯，波长范围320-3200nm。紫外区：氢灯或氘灯，波长范围200-375nm。,基本要求,常用光源,紫外光源-氘灯(185-375 nm),可见光源-钨灯(320-1000nm),单色器,单色器作用：从光源发出的复合光中分出所需要的单色光。单色器组成：由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭缝等组成。单色器的核心部分是色散元件（如玻璃棱镜和光栅），起分光的作用。,吸收池用于盛放分析试样；可见光区可用玻璃吸收池，紫外区用石英吸收池；吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向；吸收池要配对。因为吸收池材料本身吸光 特征以及吸收池的光程长度的精度等对 分析结果都有影响。,吸收池,检测器的功能：检测透射光强度、将光学 信号转变成电信号。常用的检测器有光电池、光电管和 光电倍增管等。,检测器,功能：放大信号、显示或记录信号。常用的检测器有数字显示、自动记录仪等。,信号处理及显示系统,各部件作用及材料,常用紫外可见分光光度计,721型分光光度计,722型分光光度计,4、分光光度计的使用,预热20min。调节T=0。调节T=100%（A=0）。测定溶液的吸光度A。,六、紫外-可见分光光度法的应用,无机物、有机物吸收光谱的特点,一、定性分析,定性分析的方法,定性分析的方法,纯物质对照,与标准谱图对照,返回,back,标准吸收光谱谱图,Sadtler.Sdandard Spectra(Ultraviolet).Heyden,London,1978.共收集了46000种化合物的紫外吸收光谱R.A.Friedel and M.Orchin,Ultraviolet Spectra of Aromatic Compounds,Wiley,New York,1951.共收集了579种芳香化合物的紫外吸收光谱Kenzo.Hirayama,Handbook of Ultraviolet and Visible Absorption Spectra of Organic Compounds,New York,Plenum,1967M.J.Kamlet,Organic Electronic Spectra Data,Vol.1,19461952,Interscience，1960,返回,有机化合物的紫外吸收特性,常用术语,1）、生色团：能吸收近紫外光、可见光引起电子跃迁的基团。如：含键的基团（三键、双键）,2）、助色团：能使有机物吸收峰向长波方向移动并使吸收强度增强的基团。如：含有孤电子对的氧、氮、卤素等基团,注意：对“色”的理解,3）、紫（蓝）移和红移：因取代基的变更或溶剂的改变使吸收峰波长发生移动。红移：波长变长 蓝（紫）移：波长变短,几类有机化合物的紫外吸收特性,1、饱和烃类及其衍生物,烷烃（-*，在远紫外区产生吸收，一般作溶剂）,卤代烷烃（n-*，因助色团的作用，吸收光谱红移，在远紫外和近紫外区产生吸收）,2、不饱和烯烃及共轭烯烃,简单烯烃（远紫外区）,共轭烯烃（含多生色团，近紫外区及可见区产生吸收，且强度强，有实际意义）,共轭多烯烃的吸收,醛、酮,3、羰基化合物（-*，n-*）,羧酸类及其衍生物（210nm）,4、芳香族化合物（-*）,苯（三个特征吸收峰）,取代苯（吸收峰红移或紫移）,杂环化合物（1）五元杂环（两个吸收峰）（2）六元杂环（三个吸收峰）,苯和一些多芳香烃化合物的吸收光谱数据,温度 溶剂 pH值,影响紫外吸收光谱的因素,A,230,250,270,290,310,pH=7,pH=2,胞苷三磷酸在pH=2和pH=7的吸收光谱,（nm）,紫外-可见分光光度法的应用,二、检查物质的纯度,无紫外-可见吸收的物质（溶剂）中 杂质组分的检查,紫外-可见分光光度法的应用,三、定量分析,单组分定量分析的方法,多组分定量分析的方法,标准（工作）曲线的应用,配制标准系列溶液,配制未知样品溶液,测定某水样中微量铁含量,0.10,0.50,0.30,0.40,0.20,0.60(mg/L),在、b固定的情况下，选择使用分光光度计测标准系列、未知样品的吸光度A。,记录实验数据,绘制标准曲线,查出测定液的浓度并计算,浓度（c）,吸光度A,0.348,0.35mg/L,Goback,数据处理,设工作曲线方程为y=a+bxx为标准溶液的浓度；y为相应的吸光度；a、b称回归系数。可以通过计算公式直接得到a、b与的数值。相关系数接近1，说明工作曲线线性好。,测定时，为避免使用时出差错，所作工作曲线上必须标明标准曲线的名称、所用标准溶液（或标样）名称和浓度、坐标分度和单位、测量条件（仪器型号、入射光波长、吸收池厚度、参比液名称）以及制作日期和制作者姓名。,数据处理,使用工作曲线法的要点,为保证测定准确度，标样与试样溶液的组成应保持一致，待测试液的浓度应在工作曲线线性范围内，最好在工作曲线中部。工作曲线应定期校准，如果实验条件变动（如更换标准溶液、所用试剂重新配制、仪器经过修理、更换光源等情况），工作曲线应重新绘制。如果实验条件不变，那么每次测量只需带一个标样，校验一下实验条件是否符合，就可直接用此工作曲线测量试样的含量。,曲线绘制不当的比例,A,x,y,1,2,以两组分为例,1、当吸收光谱不重叠即a）1 处x 组分有吸收 y 无吸收b）2处y 组分有吸收 x 无吸收则分别在两波长下测定x、y互不干扰。,2、若吸收光谱重叠，即1、2下x、y均有吸收。通过解方程求Cx、Cy A1=x1bcx+y1bcy A2=x2bcx+y2bcyx1、y1 x、y的纯溶液分别在1处测得x2、y2 x、y的纯溶液分别在2处测得,1,2,A,公式见P20-21,七、紫外-可见分光光度法测定条件的选择,1、反应条件：,2、测量条件：,测量波长,测量的吸光度范围,测量参比,pH、温度、试剂用量,某些不饱和醛酮的吸收特性,返回,苯在乙醇中的紫外吸收光谱,（nm）,返回,某些苯衍生物的特征吸收带,返回,K2Cr2O7 和KMnO4溶液的吸收曲线,返回,返回,吸光度 A,XXX的吸收曲线,400,500,600,0.100,0.200,0.300,0.400,(nm),0.000,Goback,max,浓度（mg/L）,吸光度A,请评价该曲线的线性,Go,