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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 Date §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 Date 单色光单色光 ：只具有一种波长的光。 混合光混合光 ：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 Date 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， 物质的颜物质的颜 色由透过光的波长决定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。 Date /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 Date 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 Date Date 300 400 500 600350 525 545 Cr2O72- MnO4 - 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 Absorbance Cr2O72-、 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 Date §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 T－ 透光率（透射比） A－ 吸光度 Date κ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。 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。 Date 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。 Date 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。 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-1×3.00×102 L·g-1·cm-1 =1.92×104(L·mol-1·cm-1) Date 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？ Date 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 0 1 2 3 4 mg/mL A 。 。 。 。 * 0.8 0.6 0.4 0.2 0 工作曲线 Date 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 （ c 10-2 mol/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。 Date 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)3 Fe3+ + 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。 Date §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 Date u作用： 提供能量，激发被测物质分子，使之产 生电子谱带 u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 u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 Date u作用： 从连续光源中分离出所需要的足够窄波 段的光束 u常用的元件： 棱镜、光栅 二、 单色器 Date u功能： 用于盛放试样，完成样品中待测试样对光的 吸收 u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 u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 Date u作用： 接受、记录信号 u组成： 检测器、放大器和读数和记录系统 u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 Date u单光束分光光度计 u双光束分光光度计 u双波长分光光度计（相互重叠多组分分析） 五、 仪器类型 Date 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 u 可见 : 721 360~800nm， 电表读数 722 330~800nm， 数字显示 7230 330~900nm， 带微处理器，配打印机 u 紫外、可见： 752 200~800nm 754 200~800nm， 带微处理器，配打印机 UV758 190~900nm， 扫描功能 u 紫外、可见及近红外 751G 200~1000nm UV755B 200~100nm ， 带微处理器，配打印机 Date 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。 Date v 选择性好选择性好 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。 v 灵敏度足够高灵敏度足够高 有色化合物有大的摩尔吸光系数，一般 应有 104~105数量级。 v 有色配合物的组成要恒定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。 v 生成的有色配合物稳定性好生成的有色配合物稳定性好 v 色差大色差大 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 Date 二、影响显色反应的因素 1、显色剂的用量、显色剂的用量 M+R = MR Date 2、溶液的酸度、溶液的酸度 Ø（ 2） 对显色剂的平衡浓度和颜色的影响 Ø（ 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。 Ø（ 1） 对被测组分存在状态的影响 Date pH 与吸光度的关系曲线 Date 3、显色温度、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、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、溶 剂：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、共存离子的影响 Date §11. 6 测量的误差和测量条件的选择 误差来源：误差来源： 入射光源不稳定入射光源不稳定 吸收池玻璃的厚度不均匀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，光电流测量不准确光电池不灵敏，光电流测量不准确 误差影响：误差影响： 透光度读数误差透光度读数误差 一、仪器测量误差 Date