第十章紫外—可见分光光度法-无机化学电子教案

第十章紫外—可见分光光度法§1概述§2光的吸收定律§3偏离朗伯－比尔定律的原因§4紫外可见分光光度计§5显色反应及其影响因素§6测量的误差和测量条件的选择§7分光光度测定的方法§11.1概述利用被测物质的分子对紫外-可见光具有选择性吸收的特性而建立的分析方法。一、紫外－可见吸光光度法的特点（1）具有较高的灵敏度。（2）有一定的准确度，该方法相对误差为2%-5%，可满足对微量组分测定的要求。（3）操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单。（4）应用广泛单色光：只具有一种波长的光。混合光：由两种以上波长组成的光，如白光。二、物质对光的选择性吸收白光青蓝青绿黄橙红紫蓝1、光的互补性与物质的颜色物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产生的，物质的颜色由透过光的波长决定。例：硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色；高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以得白光，这两种光就叫互为补色光。物质呈现的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。/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白光青蓝青绿黄橙红紫蓝2、吸收光谱或吸收曲线吸收曲线：测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。KMnO4的吸收曲线最大吸收波长，max定量分析的基础：某一波长下测得的吸光度与物质浓度关系的有关300400500600350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光谱350光谱定性分析基础：吸收曲线的形状和最大吸收波长§11.2光的吸收定律—朗伯－比尔定律I0：入射光强度I：透过光强度c：溶液的浓度b：液层宽度0lgIAbcIT－透光率（透射比）IT=I0tA－吸光度T=10-Aκ与入射光波长、溶液的性质及温度有关。当这些条件一定时，κ代表单位浓度的有色溶液放在单位宽度的比色皿中的吸光度。0lgIAbcIc的单位为g·L-1，b的单位为cm时，κ以a表示，称为吸光系数，其单位为L·g-1·cm-1，A=abc。c的单位为mol·L-1，b的单位为cm，κ用ε表示。称为摩尔吸光系数，其单位为L·mol-1·cm-1，A=εbc。摩尔吸光系数ε的讨论（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数（2）不随浓度c和液层厚度b的改变而改变。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；（3）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，常以εmax表示εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力。例1浓度为25.0μg/50mL的Cu2+溶液，用双环已酮草酰二腙分光光度法测定，于波长600nm处，用2.0cm比色皿测得T=50.1%，求吸光系数a和摩尔吸光系数ε。已知M(Cu)=64.0。)1000.5100.50100.251436LgLgc（11-2-14.L.g103.001000.50.2300.0cmLgcmbcAa解已知T=0.501，则A=－lgT=0.300，b=2.0cm,则根据朗伯—比尔定律A=abc，而ε=Ma=64.0g·mol-1×3.00×102L·g-1·cm-1=1.92×104(L·mol-1·cm-1)解:由A=-lgT=abc可得T=10-abc当b1=1cm时，T1=10-ac=T当b2=2cm时，T2=10-2ac=T2例2某有色溶液，当用1cm比色皿时，其透光度为T，若改用2cm比色皿，则透光度应为多少？定量分析时，通常液层厚度是相同的，按照比尔定律，浓度与吸光度之间的关系应该是一条通过直角坐标原点的直线。但在实际工作中，往往会偏离线性而发生弯曲。§11.3偏离朗伯一比尔定律的原因01234mg/mLA*0.80.60.40.20工作曲线一、物理因素(1)比尔定律的局限性比耳定律假设了吸收粒子之间是无相互作用的，因此仅在稀溶液（c10-2mol/L)的情况下才适用。(2)非单色光引起的偏离朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，但在实际工作中，入射光是具有一定波长范围的。二、化学因素溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。例：测定时，在大部分波长处，Cr2O72-的k值与CrO42-的k值是很不相同的。A与c不成线性关系。例：显色剂KSCN与Fe3+形成红色配合物Fe(SCN)3，存在下列平衡：Fe(SCN)3Fe3++3SCN－溶液稀释时一倍时，上述平衡向右，离解度增大。所以Fe(SCN)3的浓度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，导致偏离朗伯—比尔定律。§11.4紫外—可见分光光度计光源单色器吸收池检测器和信号显示系统作用：提供能量，激发被测物质分子，使之产生电子谱带要求：发射足够强的连续光谱，有良好的稳定性及足够的适用寿命类型：可见与近红外区：钨灯400~1100nm紫外区：氢灯或氘灯180~400nm一、光源作用：从连续光源中分离出所需要的足够窄波段的光束常用的元件：棱镜、光栅二、单色器功能：用于盛放试样，完成样品中待测试样对光的吸收常用的吸收池：石英（紫外区）玻璃（可见区）吸收池光程：1cm、2cm、3cm等注意：为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。吸收池要挑选配对，因为吸收池材料的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。三、吸收池作用：接受、记录信号组成：检测器、放大器和读数和记录系统常用检测器：光电管和光电倍增管蓝敏（锑铯）光电管210~625nm红敏（氧化铯）光电管625~1000nm四、检测系统单光束分光光度计双光束分光光度计双波长分光光度计（相互重叠多组分分析）五、仪器类型单光束分光光度计优点：结构简单，价格便宜缺点：受光源影响波动大可见:721360~800nm，电表读数722330~800nm，数字显示7230330~900nm，带微处理器，配打印机紫外、可见：752200~800nm754200~800nm，带微处理器，配打印机UV758190~900nm，扫描功能紫外、可见及近红外751G200~1000nmUV755B200~100nm，带微处理器，配打印机显色剂§11.5显色反应及其影响因素显色反应：将被测组分转变成有色化合物的化学反应。显色剂：能与被测组分反应使之生成有色化合物的试剂。选择性好所用的显色剂仅与被测组分显色而与其它共存组分不显色，或其它组分干扰少。灵敏度足够高有色化合物有大的摩尔吸光系数，一般应有104~105数量级。有色配合物的组成要恒定显色剂与被测物质的反应要定量进行。生成的有色配合物稳定性好色差大有色配合物与显色剂之间的颜色差别要大，这样试剂空白小，显色时颜色变化才明显。一、对显色反应的要求二、影响显色反应的因素1、显色剂的用量M+RMR2、溶液的酸度（2）对显色剂的平衡浓度和颜色的影响（3）对有色化合物组成的影响不同的显色反应的适宜pH是通过实验确定的。（1）对被测组分存在状态的影响pH与吸光度的关系曲线3、显色温度：要求标准溶液和被测溶液在测定过程中温度一致。4、显色时间：通过实验确定合适的显色时间，并在一定的时间范围内进行比色测定。5、溶剂：有机溶剂降低有色化合物的解离度，提高显色反应的灵敏度。6、共存离子的影响§11.6测量的误差和测量条件的选择误差来源：入射光源不稳定吸收池玻璃的厚度不均匀池壁不平行，表面有水迹，油污或划痕光电池不灵敏，光电流测量不准确误差影响：透光度读数误差一、仪器测量误差二、测量条件的选择1、入射光波长的选择测量的入射光波长：最大吸收波长λmax。若干扰物在λmax处也有吸收，在干扰最小的条件下选择吸光度最大的波长。2、吸光度范围的选择两式相除：BBd0.434dlgcTcTTB0.434ddlgdTTdcTBlg==TAdc不同透光率时测定浓度的相对误差ΔcB/cB(ΔT=0.01)T/%95908070605036.83020105220.610.75.64.03.32.92.72.83.24.36.513.0测定相对误差与透光率的关系BB(/)/%cc在T=36.8%(A=0.434)时，浓度测定的相对误差最小。在实际测定时，常将吸光度控制在0.2~0.7(T=20%~65%)之间。3、参比溶液的选择I0参比样品未考虑吸收池和溶剂对光子的作用原则:使试液的吸光度能真正反映待测物的浓度。利用空白试验来消除因溶剂或器皿对入射光反射和吸收带来的误差。（1）如果仅待测物与显色剂的反应产物有吸收，可用纯溶剂（或蒸馏水）作参比溶液（2）如果显色剂或其他试剂略有吸收，应用空白溶液（包括显色剂或其它试剂不加待测试样溶液）作为参比溶液。（3）如试样中其它组分有吸收，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，以此溶液作参比溶液。§11.7分光光度测定的方法一、单组分的测定参比标准样品待测样品00.10.20.30.40.50.60.70.8024681012Concentration(ug/mL)Abs二、多组分的测定111ABAABBAcLcL222ABAABBAcLcLa不重叠b重叠例：用光程为1cm的吸收池，在两个测定波长处测定含有K2Cr2O7和KMnO4两种物质溶液的吸光度。混合物在450nm处的吸光度为0.38，在530nm处的吸光度为0.71，求混合物的组成。已知1.010-3mol/L的K2Cr2O7在450nm处吸光度为0.20，而在530nm处为0.05；1.010-4mol/L的KMnO4在450nm处无吸收，在530nm处吸光度为0.42。KMnO4K2Cr2O711AAAAcL111130.20200Lmolcm1101AAAAcL22AAAAcL221130.0550Lmolcm1101AAAAcL221140.424200Lmolcm1101BBBAcL22BBBAcL450nm530nm530nm