紫外-可见吸收光谱分析.ppt
第五章 紫外-可见吸收光谱分析,分子光谱之一,基本要求：,了解紫外-可见吸光光度法的特点，光的基本性质，物质对光的选择性吸收，吸收曲线。掌握朗伯-比耳定律，以及运用朗伯-比耳定律定量分析的方法。掌握紫外-可见分光光度计的基本结构、工作原理，了解其主要部件的基本性质和工作原理。掌握测量条件的选择以及显色反应选择的方法。了解双光束分光光度法的原理和应用。了解双波长分光光度法的原理和应用。,第一节 概述,一、仪器分析方法分类（回顾）：,电化学分析法光学分析法色谱分析法其它分析方法,原子光谱法分子光谱法 X射线光谱法核磁波谱,紫外可见光光谱法荧光光谱法红外吸收光谱法拉曼光谱法,二、应用：,1定量分析：有色物质 可见光区：340800nm 对紫外线有吸收的无色物质 紫外光区：200340nm 灵敏度ppm，精密度RSD:0.5%,二、应用：,2定性分析：提供某些分子的部分结构信息 例：苯的B带吸收（230270nm间出现7个 精细结构的峰）,第二节 吸收定律与光谱图,一、朗伯比耳定律,吸光度(A)的定义 I0 It 当一束平行光通过均匀的溶液介质时，光的一部分被吸收，一部分被器皿反射。设入射光强度为I0，透射光强度为It。则吸光度(A)表示物质对光的吸收程度，其定义为:,一、朗伯-比耳定律,朗伯-比耳定律(Lambert-Beer)是光吸收的基本定律，俗称光吸收定律，是分光光度法定量分析的依据和基础。当C采用重量单位时，吸收定律表达为:A=abc 式中：a：吸光系数，L/g*cm b：光程，cm c：浓度，g/L 可知：A与c呈线形关系，为定量分析的理论依据,b,c,一、朗伯比耳定律,2.当C采用摩尔浓度时，吸收定律表达为:A=bc:摩尔吸光系数，L/molcm c:摩尔浓度，mol/L,一、朗伯比耳定律,透光率（T）I0 It 定义为：则：应用：仪器的调整 T（%）：0 100（全吸收）（无吸收）A：0,二、紫外-可见吸收光谱图,定义：固定试样浓度和吸收池厚度，以吸收度（或透光率）对波长所作的曲线。例 0.001molL-1高锰酸钾、重铬酸钾光谱图。,扫描,（动画）,浓度与吸收曲线,紫外-可见吸收光谱图的应用,定量：一般总有一最大吸收峰，其对应波长称为最大吸收波长（max）,往往以max作为定量分析时的单色光波长，可最大限度地提高灵敏度。简单定性，回答“是不是”的问题。,第三节 紫外-可见光分光光度计,一、分类,二、基本光路图,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,1.光源：提供稳定的复合光 可见光区：钨灯、碘钨灯。其辐射波长范围在3202500 nm。紫外区：氢灯、氘灯。发射185400 nm的连续光谱。,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,2.单色器 作用：从光源的复合光中分离出所需单色光。组成：由色散元件和狭缝组成。,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,2.单色器 色散元件 作用：将复合光分解成连续单色光。A.棱镜（靠折射作用分光）可以得到波长非均匀分布 的连续光谱，光强损失较大。,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,B.光栅（靠衍射作用分光）提供波长均匀分布的连续光谱，可用于吸收光谱的自动扫描。,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,光栅,例：7530型紫外可见光分光光度计。步进马达带动光栅，得到匀速变化的单色光。光栅制作：机刻 6002880条/mm复制光栅（照相，化学腐蚀）,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,2.单色器 狭缝 由锐边金属片组成A.入射狭缝：位于光源与色散元件之间。作用：是限制杂散光进入色散元件。B.出口狭缝：位于色散元件与吸收池之间。作用：把额定波长单色光分离出单色器。,光源,样品室,检测器,显示,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,2.单色器 狭缝 狭缝宽度可调 定性分析时，窄一点，单色光纯，但光强弱。定量分析时，宽一点，灵敏度高。例：7530型分光光度计 0.2nm，1.0nm，2.0nm,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,3.吸收池（也可称为比色皿、样品池）作用：盛放试液。,材料 A.普通光学玻璃：用于可见光区，因为 它吸收紫外光。B.石英玻璃：用于紫外光区，亦可用于 可见光区。,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,3.吸收池（也可称为比色皿、样品池）宽度：0.5cm，1cm，2cm 使用注意事项 固定使用同一比色皿，因为每个比色皿的壁厚、光程、吸光特性等不尽相同。,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,4.检测器 一类光电转换元件。常用类型有：光电池 光电管 光电倍增管,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,4.检测器 光电池,对500600nm光灵敏，用于可见光区。容易产生疲劳效应，便易。72G型光电比色计。,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,4.检测器 光电管,灵敏度比光电池大例：721型可见光分光光度计,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,4.检测器 光电倍增管,1个光子产生106107个电子,对光特别敏感，灵敏度比光电管高200倍。对供电量要求高，需要达到0.010.05%的稳定性。,一种新型检测器：光电二极管阵列，PDA,SiO2窗,p 型硅,n 型硅基,0.025mm,2.5mm,侧视(cross section),顶视(top view),光束,512个 1024个,三、主要部件（以单光束分光光度计为例）,5.显示器 将检测器产生的光电流用直观的形式显示出来。例：72G型 722型 7530型 电表指针显示 数字形式显示 屏幕形式显示,第四节 测试条件,一、分析波长,1.一般情况下，选max作分析波长，以便 获得最高的灵敏度。2.对于高浓度样品，为保证足够的工作直线 的线形范围，可选用灵敏度较低的吸收 峰波长。3.max受到其它波峰干扰时，可选用别的 吸收峰波长。,二、出口狭缝宽度,最佳宽度的选择方法：在A不减小时的最大狭缝宽度。（因为，在一定宽度范围内，A不变；过大时，由于干扰谱带或非吸收光出现在光谱通带内，A减小。）,三、合适的吸收度范围,根据吸收定律，A=0.4343时，吸收度测试量误差最小。实际工作中，将试样吸收度控制在0.20.8之间。控制方法：选择合适的比色皿宽度，稀释待测样等。,第五节 试样体系条件的选择,一、酸碱度,pH会影响显色剂的解离，被测离子的水解等，所以，要选择最佳酸度，并用缓冲液来控制。,选择最佳pH值方法：固定试液浓度，改变pH值测A，做A-pH图，找出对A影响最小的pH值范围。,二、显色剂浓度,最佳浓度选择：作A-C显色剂图，找出对A影响最小的浓度范围。,三、显色时间,试液颜色常随时间而变化。1.找到对颜色变化影响最小的时间段。,2.每个试液都要有相同的显色时间。,四、温度,温度能影响显色反应的速度，影响颜色的稳定性。据此可以找到最佳的温度。有些显色反应受温度影响较大，这时候，要控制恒定的温度。,第六节 定量分析法,一、单组分的定量分析（测定样品中某一种成分的含量）,1.工作曲线法（适用组成较简单的、批量的样品）依据：A-C呈线性关系，作A-C曲线。,配制一系列待测成分的标准溶液 C1 C2 C3 C4 C5测出相应的吸光度 A1 A2 A3 A4 A5建立工作直线（AC）作图法 回归法测量待测样品，得A样 从工作直线上找到待测成分的浓度C样 由回归方程计算出C样,2.增量法（适用于组成较复杂的样品）,取若干份等体积待测液。加入与待测液等体积的一系列标准溶液。作A-C标曲线，此线与C标轴交点即为C样。,C0=0（试剂空白）,理论依据：A=bc=b(C样+C标)当A=0时，C样=-C标方法特点：适用于组成较复杂的样品，对于 批量样品较麻烦。,A,C标,0（C0）,-C样,二、多组分同时测定（同时测定一个样品中的几个组分）,（1）n个波长处分别测定样品的吸光度。（假设测定n个组分，一般选择各个组分的max）（2）根据吸光度的加和性建立n个方程，解联立方程，可得n个组分的浓度。,原理：吸光度加和性,例：同时测某样品中二个组分,分别在1、2处测样品的吸光度A1、A2。（设定光程b=1cm）1:A1=11C1+12C2 2:A2=21C1+22C2 ij：波长i处，j组分的摩尔吸光系数。文献，也可通过纯组分的工作直线的斜率求得。,例：同时测某样品中三个组分,分别在1、2、3处测样品的吸光度A1、A2、A3。（设定光程b=1cm）1:A1=11C1+12C2+13C3 2:A2=21C1+22C2+23C3 3:A3=31C1+32C2+33C3,第七节 双光束分光光度计的应用,应用：能克服光源不稳定造成的误差,一、光路图,二、工作原理,参比：样品：则：,作A-C工作直线，定量。由于A与I0无关，所以，能够克服I0不稳定所造成的误差。,第八节 双波长分光光度计的应用,特点：能消除共存干扰组分的影响；能消除浑浊试样的干扰；能用于高浓度试样的测量。,属于背景吸收,一、光路图,二、工作原理,1：A1=1bc+As1（As1：1处的背景吸收）2：A2=2bc+As2（As2：2处的背景吸收）如果As1=As2则 A=A2-A1=2bc-1bc+As2-As1=（2-1）bcA与c呈线性关系，可定量。,三、选择1和2,（目的是为了使1和2下背景吸收As1和As2相等。）,2,1,1.已知干扰组分,注意波长的选择原则,A=A2-A1=(2bc+As2)-(1bc+As1)=(2-1)bc,2,1,y,2、未知干扰组分 选择两波长十分接近但A差值较大的1和2。（1和2十分靠近，可以认为As1和As2相等；A尽可能大，可提供较高的灵敏度。）,光谱分析参考书,(1)光谱导论石油大学出版社 1992，李新安等译；(2)紫外可见光分光光度法，陈国珍,思考题及习题,一、概念 紫外-可见光吸收光谱图,二、思考题,什么是紫外-可见光吸收光谱图？从中可以得到哪些有用的信息？画出紫外-可见光分光光度计的光路图，并说明其主要部件和功能。棱镜和光栅的分光原理及分光效果有哪些不同？比色皿（或吸收池）有哪些不同的材料，在使用上有何不同，为什么？在定量分析中使用比色皿应当注意哪些事项，为什么？,试述紫外-可见光分光光度分析中，如何选择测试条件（分析波长、出口狭缝宽度、吸光度范围）？试述紫外-可见光分光光度分析中，如何确定试样体系的条件（酸碱度、显色剂浓度、显色时间、温度）？试述吸收光谱分析中工作直线法的基本测量步骤。并回答与增量法在应用上有何不同？试述吸收光谱分析中增量法的基本测量步骤。并回答与工作直线法在应用上有何不同？,某两个化合物x和y的吸收曲线如下图。试说明用双波长光度法定量分析x时，为消除y的干扰，如何选择两个波长点（标注于下）。并用公式推证如何消除y的干扰。,A,x,y,可见光分光光度分析通常选用哪个波长作分析波长？为什么？画出双光束分光光度计的光路图，并说明该种仪器为什么能消除光源带来的误差（用公式推证）。,
