紫外可见分光光度法.

紫外可见分光光度法UV-VISUltraviolet-visiblespectrophotometry第12章非光谱法不以光的波长为特征讯号例如折射法，浊度法，旋光法光谱法光学分析法基于物质光化学性质而建立起来的分析方法在光（或其它能量）的作用下，通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的方法。分为：吸光光度法，发射光谱法基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法,叫吸光光度法.包括：比色法：通过比较有色溶液颜色深浅分光光度法：根据物质对一定波长的光的吸收程度真空紫外光度法：10～200nm（远紫外光）紫外吸光光度法：200400nm（近紫外区）可见吸光光度法：400750nm红外光度法：2.51000m依据物质对不同波长范围光的吸收主要有：特点–灵敏度高：测定下限可达10-5～10-6mol·L-1,10-4%～10-5%–准确度能够满足微量组分(1%)的测定要求:Er:1%～5%－操作简便快速–应用广泛12.1概述12.2光度分析方案的设计12.3吸光光度法应用简介12.1概述12.1.1光的基本性质12.1.2物质对光的选择性吸收12.1.3光吸收的基本定律12.1.4分光光度法及其仪器波动性粒子性E光的折射光的衍射光的偏振光的干涉光电效应光的波粒二象性光的基本性质c－真空中光速：~3.0×108m/s－波长：1m=10-6m,1nm=10-9m,1Å=10-10m－频率，单位：赫兹Hz次/秒n－折射率，真空中为1：=c；波数=1/=/c==cVn光的传播速度:波动性h－普朗克(Planck)常数6.626×10-34J·s－频率E－光量子具有的能量单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)1eV=1.602×10－19J微粒性Eh光是由光子流组成，光子的能量：结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越长(频率越低)，光量子的能量越低.波粒二象性hchE光谱区间射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光400～750nm0.1nm～10nm~750nm~0.1cm0.1mm～1m1m～1000m10nm~200nm200~400nm远紫外近紫外（真空紫外）单色光,复合光单色光复合光单一波长的光由不同波长的光组合而成的光白光青蓝青绿黄橙红紫蓝互补色M+热M+荧光或磷光M+hM*基态激发态E1（△E）E2物质对光的吸收满足Plank条件hchEEEj0物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。1.吸收光与透射光当复合光照射到物体上时，一部分光被吸收，而另一部分光则被透射过去。即：入射光=吸收光＋透射光吸收光透射光互补物质的颜色与光的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意光的作用方式表观现象示意复合光/nm颜色互补光400-450紫黄绿450-480蓝黄480-490绿蓝橙490-500蓝绿红500-560绿红紫560-580黄绿紫580-610黄蓝610-650橙绿蓝650-760红蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光蓝黄紫红绿紫黄绿绿蓝橙红蓝绿300400500600700/nm5451.00.80.60.40.2AbsorbanceMnO4-的吸收光谱2.吸收光谱(AbsorptionSpectra)S2S1S0Ah分子内电子跃迁带状光谱用不同波长的单色光照射，测吸光度—吸收曲线紫外可见吸收光谱：分子价电子能级跃迁。电子跃迁的同时，伴随着振动能级、转动能级的跃迁。带状光谱。定性分析基础定量分析基础物质对光的选择性吸收在一定实验条件下,A∝cAc增大AB)(maxA)(maxBA最大吸收波长max（1）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的ΔΕ所决定，反映了分子内部能级分布状况--定性分析基础（2）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比--定量分析基础同一种物质不同浓度下，其吸收曲线形状相似λmax不变。在λmax处吸光度A随浓度变化的幅度最大。所以测定最灵敏。此特性可作为定量分析时选择入射光波长的重要依据。Lambert-Beer定律吸收曲线的讨论：1.透光率(透射比,Transmittance)透光率定义:0IITtT取值为0.0%~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光强度I0透射光强度It一束平行单色光2.吸光度(Absorbance)T=0.0%A=∞T=100.0%A=0.0TTIIAtlg1lglg0＝溶液的T越大,说明对光的吸收越小,浓度低;T越小，溶液对光的吸收越大，浓度高1.00.50AcA100500T%TA,T,C三者的关系iAA＝吸光度的加合性在多组分体系中如果各吸光物质之间无相互作用这时体系总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。吸光度的测量：用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等。3.光吸收基本定律:Lambert-Beer定律K--吸光系数b--吸光液层的厚度(光程)，cmc--吸光物质的浓度，g/L,mol/LKbcA当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质时，其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比.吸光度与光程的关系A=Kbc0.10b0.202b0.00光源检测器显示器参比朗伯定律(1760)吸光度与浓度的关系A=Kbc0.10c0.202c0.00光源检测器显示器参比比尔定律(1852)KKa吸光系数，L·g–1·cm-1bcAabcAc：mol/Lc：g/Lc：g/100mLK比吸光系数,100mL·g-1·cm-1%11cmEbcEAcm%11吸光系数(K)入射光波长物质的性质温度与浓度无关,取值与浓度的单位相关摩尔吸光系数，L·mol–1·cm-1朗伯-比尔定律的适用条件单色光应选用max处或肩峰处测定.稀溶液浓度增大，分子之间作用增强.吸光质点形式不变离解、络合、缔合会破坏线性关系,应控制条件(酸度、浓度、介质等).溶液浓度的测定A＝bc工作曲线法(校准曲线)朗伯-比尔定律的分析应用01.02.03.04.0c(mg/mL)A*0.800.600.400.200.00Axcx偏离朗伯—比耳定律的原因标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯—比耳定律的偏离。引起这种偏离的因素（两大类）：（1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；（2）化学性因素。（1）物理性因素单色光不纯，导致负偏差。散射光的影响，胶体、乳浊液或悬浊液由于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通过比色皿（非平行入射光）产生正偏差为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。(2)化学性因素吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生负偏差，朗伯-比尔定律只适合于稀溶液（C10-2mol/L)。平衡效应：溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。•例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：CrO42-＋2H＋=Cr2O72-＋H2O溶液中CrO42-、Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液pH对测定有重要影响。摩尔吸光系数ε的讨论摩尔吸光系数ε(L·mol-1·cm-1)在数值上等于浓度为1mol/L,液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度,吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数在温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；同一吸光物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，以εmax表示表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。4.吸光光度法的灵敏度的表示方法105超高灵敏度=(6～10）×104高灵敏=(2～6)×104中等灵敏度;2×104不灵敏.越大,灵敏度越高:MS定义：当产生吸光度为0.001时，单位截面积(1cm2)的液层内所能检测出的吸光物质的最低含量。用S表示，单位：g·cm-2S小灵敏度高;相同的物质,M小则灵敏度高.Sandell(桑德尔)灵敏度(S)A=bc=0.001bc＝0.001/3210==(g/cm)10.00MMS变换单位:bcmcmol/L=bcM106g/1000cm2例1邻二氮菲光度法测铁:(Fe)=1.0mg/L,b=2cm,A=0.38,计算，S和解：c(Fe)=1.0mg/L=1.0×10-3g/L/55.85g/mol=1.8×10-5mol/L1%1cmE4-1-1-50.38==1.110Lmolcm21.810（）S=M/=55.85/1.1×104=0.0051(g/cm2)c=1.0mg/L=1.0×10-3g/1000mL=1.0×10-4g/100mL1%1cm=AEbc-111%cm-431=0.38/2.010=1.910100mLgcmE（）分光光度法通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光.波长可调,故选择性好,准确度高.光源单色器检测系统吸收池仪器可见分光光度计仪器紫外-可见分光光度计光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。可见光区：钨灯，碘钨灯(320～2500nm)紫外区：氢灯，氘灯(180～375nm)氙灯：紫外、可见光区均可用作光源/nm钨灯（热辐射光源）4006008001000氙灯（气体放电光源）氢灯强度一、分光光度计的主要部件氙灯氢灯钨灯单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。棱镜:依据不同波长光通过棱镜时折射率不同入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光λ1λ2800600500400光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。M1M2出射狭缝光屏透镜平面透射光栅光栅衍射示意图原理：利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光.波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便吸收池(比色皿)：用于盛待测及参比溶液。可见光区：光学玻璃池（350～3200nm）紫外区：石英池玻璃（185～4000nm）检流计（指示器）：低档仪器：刻度显示中高档仪器：数字显示，自动扫描记录检测器：利用光电效应，将光能转换成电流讯号。光电池，光电管，光电倍增管吸光光度法仪器主要差异比较可见光(400～750nm)紫外光(200～400nm)光源钨灯碘钨灯320～2500氢灯氘灯180～375吸收池材料玻璃（350～3200）石英（185～4000）二、分光光度计的类型1.单光束分光光度计2.双光束分光光度计多通道仪器同时测量200～820nm范围内的整个光谱,比单个检测器快316倍,信噪比增加3161/2倍.3.其他类型分光光度计纤维光度计将光度计放入样品中,原位测量.对环境和过程监测非常重要.0.575光源单色器吸收池检测器显示单波长单光束分光光度计简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。单波长双光束分光光度计比值光源单色器吸收池检测器显示光束分裂器自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。212.2光度分析方案的设计12.2.1显色反应及其条件的选择12.2.2光度测量条件的选择12.2.3标准曲线、线性方程及方法评价12.2.4建立光度分析方法的一般步骤一.显色反应mX(待测物)＋nR(显色剂)＝XmRn(有色化合物)主要有配位反应(为主)和氧化还原反应。配位显色反应当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外—可见吸收光谱。氧化还原显色反应例如：