分析化学08-1紫外可见光度法.ppt

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1、第四章 紫外可见光分光光度法4.1 概述 分光光度分析法是以物质对光的选择性吸收为基础的分析方法。根据物质所吸收光的波长范围不同，分光光度分析法又有紫外、可见及红外分光光度法。本章重点讨论可见光光度法，并简单介绍紫外分光光度法。4.1.1 方法的特点 1. 灵敏度高 通常，待测物质的含量1105时，能够用分光光度 法准确测定。所以它主要用于测定微量组分。 2. 应用广泛 几乎所有的无机离子和许多有机化合物可以用分光光度法进行测定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、动物体液中各种微量元素的测定。 3. 操作简便、迅速、仪器设备不太复杂 若采用灵敏度高、选择性好的有机显色剂，并加入适当的掩蔽剂，一般不经

2、过分离即可直接进行分光光度法测定、其方法的相对误差通常为510，其准确度虽不及重量分析法和容量法，但对于微量组分的测定，结果还是满意的。4.2.1 颜色的产生4.2 4.2 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理4.2.2 电磁波和能量 光的波长(cm)、频率 (Hz) ，它们与光速c的关系是：4.2.3 光的基本性质光的基本性质 在真空介质中，光速为2.99791010cm/s。单个光子的能量E与上述三要素的关系是： E光子的能量，J；h普朗克常数（6.6251034Js）4.2.4 溶液颜色与光吸收的关系 光波是一种电磁波。电磁波包括无线电波、光波是一种电磁波。电磁波包括无线电波、光波是

3、一种电磁波。电磁波包括无线电波、光波是一种电磁波。电磁波包括无线电波、微波。红外光、可见光、紫外光、微波。红外光、可见光、紫外光、微波。红外光、可见光、紫外光、微波。红外光、可见光、紫外光、x x x x射线等。如果射线等。如果射线等。如果射线等。如果按照其频率或波长的的大小排列，可见光只是电磁按照其频率或波长的的大小排列，可见光只是电磁按照其频率或波长的的大小排列，可见光只是电磁按照其频率或波长的的大小排列，可见光只是电磁波中一个很小的波段。见表波中一个很小的波段。见表波中一个很小的波段。见表波中一个很小的波段。见表121212121 1 1 1 有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所

4、致。溶液能选择性地吸收某些波长的光，而让其他波长的光透过，这时溶液呈现出透过光的颜色。透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。有色溶液对各种波长的光的吸收情况，常用光吸收曲线来描述。将不同波长的单色光依次通过一定的有色溶液，分别测出对各种波长的光的吸收程度（用字母A表示）。以波长为横坐标，吸光程度为纵坐标作图，所得的曲线称为吸收曲线或吸收光谱曲线。能复合成白光的两种颜色的光叫能复合成白光的两种颜色的光叫互互补色光。补色光。物质所显示的物质所显示的颜色是吸颜色是吸收光的互补色。收光的互补色。KMnO4的颜色及吸收光谱叶绿素的结构和吸收光谱一个一个一个一个新配合物的吸收新配合物的吸收 光谱光谱光谱光谱4

5、.3 光吸收基本定律 当一束平行的单色光照射均匀的有色溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被比色皿的表面反射。如果人射光的强度为I0，吸收光的强度为Ia，透过光的强度为It，反射光的强度为Ir，则: I I0 0I Ia a I It t I Ir r 在吸光光度法中，由于采用同样质料的比色皿进行测量，反射光的强度基本上相同，其影响可以相互抵消，上式可简化为: I0Ia It 透过光的强度透过光的强度I It t；与入射光的强度；与入射光的强度I Io o比之比称比之比称为为透光度或透光率透光度或透光率，用，用T T表示。表示。 T T T T I I I It t t t/Io/

6、Io/Io/Io一束单色光通过溶液后，由于溶液一束单色光通过溶液后，由于溶液吸收了一部分光能，光的强度就吸收了一部分光能，光的强度就要减弱。若溶液的浓度不变，液要减弱。若溶液的浓度不变，液层越厚，透过光的强度越小，光层越厚，透过光的强度越小，光线减弱的程度越大。线减弱的程度越大。 如果将液层分成许多无限小的如果将液层分成许多无限小的相等的薄层，其厚度为相等的薄层，其厚度为dbdb。则。则dIdI应与应与dbdb及及I I成正比，即成正比，即dIdI IdbIdb，从而，从而，dIdI/I=k/I=k1 1dbdb，积分此式，积分此式，得：得： 动 画1.1.朗伯定律朗伯定律将上式变成常用对数，

7、得上式称为朗伯定律。如用A=lg(I0/It)或lg(1/T),则A称为吸光度。 例1. 有一单色光通过厚度为1cm的有色溶液,其强度减弱20%。若通过5cm厚度的相同溶液, 其强度减弱百分之几? 解： lgT1 c1 = , lgT2 5c1 lglgT T2 2 = 5lg= 5lgT T1 1= 5= 5lg0.80 = - 0.485lg0.80 = - 0.485 T2= 32.7% , 即减弱67.3% 当一束单色光通过液层厚度一定的溶液时，当一束单色光通过液层厚度一定的溶液时，当一束单色光通过液层厚度一定的溶液时，当一束单色光通过液层厚度一定的溶液时，溶液的浓度愈大，光线强度减弱

8、愈显著。若有色溶液的浓度愈大，光线强度减弱愈显著。若有色溶液的浓度愈大，光线强度减弱愈显著。若有色溶液的浓度愈大，光线强度减弱愈显著。若有色溶液的浓度增加溶液的浓度增加溶液的浓度增加溶液的浓度增加dcdcdcdc，入射光通过溶液后，强度的入射光通过溶液后，强度的入射光通过溶液后，强度的入射光通过溶液后，强度的减弱减弱减弱减弱- - - -dIdIdIdI与人射光强度与人射光强度与人射光强度与人射光强度I I I I及及及及dcdcdcdc成正比，成正比，成正比，成正比， 即即即即- - - -dIdIdIdI=k=k=k=k3 3 3 3IdcIdcIdcIdc，或，或，或，或 - - - -

9、dIdIdIdI/I=k/I=k/I=k/I=k3 3 3 3dcdcdcdc，积分，可得到积分，可得到积分，可得到积分，可得到: : : :通常称比耳定律。动 画2.2.比耳定律比耳定律 例例2. 2. 一符合比尔定律的有色溶液，当浓度为一符合比尔定律的有色溶液，当浓度为c c时，透时，透射比为射比为T T，若其它条件不变，浓度为若其它条件不变，浓度为c/3c/3时，时，T T为为_，浓度为，浓度为2c2c时，时，T T为为_。 解解: : T1/3 T2 这说明浓度与透射比透射比T T 的是指数关系。的是指数关系。3 3朗伯一比耳定律朗伯一比耳定律 如果溶液浓度和液层厚度都是可的，就要同如

10、果溶液浓度和液层厚度都是可的，就要同时考虑溶液浓度时考虑溶液浓度c c和液层厚度和液层厚度b b对吸光度的影响。对吸光度的影响。为此，将为此，将朗伯和比耳公式朗伯和比耳公式和合并，得到和合并，得到即通常所称的朗伯一比耳定律。4吸光系数、摩尔吸光系数和桑德尔灵敏度 在在朗伯朗伯- -比耳比耳公式，公式，k k值决定于值决定于c c，b b所用的单位，所用的单位，它与入射光的波长及溶液的性质有关。当浓度它与入射光的波长及溶液的性质有关。当浓度c c以以gLgL-1-1、液层厚度液层厚度b b以以cmcm表示时，常数表示时，常数k k是以是以a a表示，表示，此时称为此时称为吸光系数吸光系数，单位为

11、，单位为LgLg-1-1cmcm-1-1。朗伯朗伯比耳比耳公式可表示为公式可表示为: : Aabc 若若b b以以 cmcm为单位，为单位，c c以以 molLmolL-1-1为单位时，则将为单位时，则将k k称为称为摩尔吸光系数摩尔吸光系数，以符号，以符号表示，其单位为表示，其单位为LmolLmol-1-1cmcm-1-1。 的物理意义表达了当吸光物质的物理意义表达了当吸光物质的浓度为的浓度为1molL1molL-1-1，液层厚度为液层厚度为1cm1cm时溶液的吸光时溶液的吸光度。在这种条件下上式可改写为度。在这种条件下上式可改写为: : A=bc 摩尔吸光系数是有色化合物的重要特性。 愈大

12、，表示该物质对某波长的光吸收能力愈强，因而光度测定的灵敏度就越高。 的值，不能直接取1mol/L 这样高浓度的有色溶液来测量，而只能通过计算求得。由于溶液中吸光物质的浓度常因离解、聚合等因素而改变。因此，计算 时，必须知道溶液中吸光物质的真正浓度。但通常在实际工作中，多以被测物质的总浓度计算，这样计算出的 值称为表观摩尔吸光系数。文献中所报道的 值就是表观摩尔吸光系数值。桑德尔（Sandell)灵敏度 桑德尔灵敏度又叫桑德尔指数，用桑德尔灵敏度又叫桑德尔指数，用S S表示。在分光表示。在分光光度分析中常常使用。桑德尔灵敏度规定仪器的检测光度分析中常常使用。桑德尔灵敏度规定仪器的检测极限为极限为

13、A=0.001A=0.001时，单位截面积光程内所能检测出被时，单位截面积光程内所能检测出被测物质的最低含量，以测物质的最低含量，以g/cmg/cm2 2表示。表示。 S S与与的关系的关系可如下推导：可如下推导： A=0.001=b c A=0.001=b c ，即即 cbcb=0.001/ =0.001/ c c为为mol/1000cmmol/1000cm3 3; b; b为为cm,cm,故故cbcb为单位截面积为单位截面积光程内的物质量，即光程内的物质量，即mol/1000cmmol/1000cm2 2。如果如果cbcb乘以被测乘以被测物质的摩尔质量物质的摩尔质量M M，就是单位截面积光

14、程内被测物质就是单位截面积光程内被测物质的质量，即为的质量，即为S S，所以所以 , , S S=cb/1000M10=cb/1000M106 6=cbM10=cbM103 3 g/cmg/cm2 2，代入代入cbcb后后, , 5. 偏离朗伯比耳定律的原因 朗伯比耳定律是吸光光度分析的理论基础、朗伯比耳定律是吸光光度分析的理论基础、在实际应用时，通常是使液层厚度保持不变，然后测在实际应用时，通常是使液层厚度保持不变，然后测定一系列浓度不同的标准溶液的吸光度，根据定一系列浓度不同的标准溶液的吸光度，根据A=A=kbckbc=kc=kc关系式，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐关系式，以浓度为横坐标，

15、吸光度为纵坐标作图，应得到一通过原点的直线，称为标准曲线或标作图，应得到一通过原点的直线，称为标准曲线或工作曲线。但是，在实际工作中，当有色溶液的浓度工作曲线。但是，在实际工作中，当有色溶液的浓度较高时，往往不成直线，这种现象称为偏离朗伯比较高时，往往不成直线，这种现象称为偏离朗伯比耳定律。见图耳定律。见图12128 8， 引起偏离朗伯耳定律的原因主要有以下几个引起偏离朗伯耳定律的原因主要有以下几个方面：方面： ( (1). 由于入射光不是单色光而引起的偏离 朗伯比耳定律只适用于单色光。但实际上朗伯比耳定律只适用于单色光。但实际上单波长的光不能得到。目前各种方法所得到的入射光单波长的光不能得到

16、。目前各种方法所得到的入射光是具有一定波长范围的波带，而非单色光。因而发生是具有一定波长范围的波带，而非单色光。因而发生偏离朗伯一比耳定律的现象。单色光的纯度愈差，吸偏离朗伯一比耳定律的现象。单色光的纯度愈差，吸光物质的浓度愈高，偏离朗伯光物质的浓度愈高，偏离朗伯- -比耳定律的程度愈严重。比耳定律的程度愈严重。在实际工作中，若使用精度较高的分光光度计，可获在实际工作中，若使用精度较高的分光光度计，可获得较纯的单色光。得较纯的单色光。 (2). 由于介质的不均匀性引起的偏离 当被测溶液是胶体溶液、悬浊液或乳浊液时，当被测溶液是胶体溶液、悬浊液或乳浊液时，入射光通过溶液后除一部分被吸收外，还有一

17、部分因入射光通过溶液后除一部分被吸收外，还有一部分因溶液中存在微粒的散射作用而损失，并使透光度减小。溶液中存在微粒的散射作用而损失，并使透光度减小。而当胶体或其他微粒凝聚沉淀时，又会使溶液吸光度而当胶体或其他微粒凝聚沉淀时，又会使溶液吸光度下降。下降。(3). 溶液中的化学变化引起的偏离 溶液中的化学变化如缔合、离解、溶剂溶液中的化学变化如缔合、离解、溶剂化、形成新的化合物、互变异构等，使吸光度不随化、形成新的化合物、互变异构等，使吸光度不随溶液浓度而成正比地改变，而导致偏离朗伯比耳溶液浓度而成正比地改变，而导致偏离朗伯比耳定律。定律。 例如，重铅酸钾在弱酸性介质中有如下平例如，重铅酸钾在弱酸

18、性介质中有如下平衡：衡： CrCr2 2O O7 72-2- +H +H2 2O O 2HCrO2HCrO4 4- - 在在450nm450nm波长处测量不同浓度重铬酸钾溶液的吸波长处测量不同浓度重铬酸钾溶液的吸光度。由于在浓度低时重铬酸根的离解度大，而浓光度。由于在浓度低时重铬酸根的离解度大，而浓度高时离解度小，同时由于铬酸氢根离子（度高时离解度小，同时由于铬酸氢根离子（HCrOHCrO4 4- -）的摩尔吸光系数比重铬酸根离子的摩尔吸光系数）的摩尔吸光系数比重铬酸根离子的摩尔吸光系数要小得多，因此低浓度时重铬酸根离子的吸光度降要小得多，因此低浓度时重铬酸根离子的吸光度降低十分显著，这就使工

19、作曲线偏离朗伯和耳定律。低十分显著，这就使工作曲线偏离朗伯和耳定律。4.4 4.4 光度分析的方法和仪器光度分析的方法和仪器 4.4.1 4.4.1 光度分析的方法光度分析的方法 1.1.目视比色法目视比色法 用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法称为目视比色法。将一系列不同量的标含量的方法称为目视比色法。将一系列不同量的标准溶液依次加入各比色管中，再分别加入等量的显准溶液依次加入各比色管中，再分别加入等量的显色剂和其他试剂，并控制其他实验条件相同，最后色剂和其他试剂，并控制其他实验条件相同，最后稀释至同样体积，配成一套颜色逐渐加深的标准色稀释至

20、同样体积，配成一套颜色逐渐加深的标准色阶。将一定量的被测溶液置于另一比色管中，在同阶。将一定量的被测溶液置于另一比色管中，在同样条件下进行显色，并稀释至同样体积，从管口垂样条件下进行显色，并稀释至同样体积，从管口垂直向下（有时由侧面）观察颜色。如果被测溶液与直向下（有时由侧面）观察颜色。如果被测溶液与标准系列中某溶液的颜色相同，则被测溶液的浓度标准系列中某溶液的颜色相同，则被测溶液的浓度就等于该标准溶液的浓度。如果被测试液浓度介于就等于该标准溶液的浓度。如果被测试液浓度介于相邻两种标准溶液之间，则试液的浓度就介于这两相邻两种标准溶液之间，则试液的浓度就介于这两个标准溶液浓度之间。个标准溶液浓度

21、之间。2标准曲线法 根据朗伯比耳定律，保持根据朗伯比耳定律，保持液层厚度，入射光波长和液层厚度，入射光波长和其它测其它测量条件也不变，则在一定浓度范量条件也不变，则在一定浓度范围内，所测得吸光度与溶液中待围内，所测得吸光度与溶液中待测物质的浓度成正比。因此，配测物质的浓度成正比。因此，配制一系列已知的具有不同浓度的制一系列已知的具有不同浓度的标准溶液，分别在选定波长处测标准溶液，分别在选定波长处测其吸光度其吸光度A A，然后以标准溶液的然后以标准溶液的浓度浓度c c为横坐标，以相应的吸光为横坐标，以相应的吸光度度A A为纵坐标，绘制出为纵坐标，绘制出A Ac c关系关系曲线。如果符合光的吸收定

22、律，曲线。如果符合光的吸收定律，则可获得一条直线，称为则可获得一条直线，称为标准曲标准曲线或称工作曲线线或称工作曲线。在相同条件下。在相同条件下测量样品溶液的吸光度，就可以测量样品溶液的吸光度，就可以从标准曲线上查出样品的浓度。从标准曲线上查出样品的浓度。Ac标准工作曲线标准工作曲线标准工作曲线标准工作曲线动 画3.加入标准法 所谓的加入标准法，即在一定浓度的试样溶液测定吸光度A0后，加入合适浓度的标准溶液，再测吸光度A1，或再加几次标准溶液，得A2, A3吸光度，计算或作图外推求试样浓度的方法。即： A0=kC样；A1=k(C样C标）设试样体积为V0;加入的标准溶液体积为V标，则：A1=k(

23、C样V0+ C标V标)/(V0+V标），联解方程可求出C样。或用A对C标作图，外推求出C样。4. 二元混合组分的测定 混合溶液里两组分的测定有如图混合溶液里两组分的测定有如图12125 5的三种情况：的三种情况： （a a）若）若1 1和和2 2两组分的最大吸收峰互不重合，而且在两组分的最大吸收峰互不重合，而且在1 1组分的最大吸收波长组分的最大吸收波长 1 1处，处，2 2组分没有吸收；或在组分没有吸收；或在2 2组组分的最大吸收波长分的最大吸收波长 2 2处，处，1 1组分无吸收。这样比较简单，组分无吸收。这样比较简单，按单组分测定方法测按单组分测定方法测1 1和和2 2两组分即可。两组分

24、即可。 （b b）若）若1 1和和2 2组分在混合溶液中的吸光光谱曲线如图组分在混合溶液中的吸光光谱曲线如图12125(b)5(b)所示，则当所示，则当1 1和二混合在一起时，在和二混合在一起时，在1 1组分的最组分的最大吸收波长处，大吸收波长处，2 2组分无吸收，所以只需在组分无吸收，所以只需在 1 1处测定处测定1 1组组分。但在分。但在 2 2处所测定吸光度是处所测定吸光度是1 1和和2 2的总吸收，因此必须的总吸收，因此必须事先测得事先测得1 1组分在组分在 2 2的的 ，先从先从 1 1出出1 1组分，再从叠加处组分，再从叠加处得的和量中减去组分得的和量中减去组分1 1。 (c)这种

25、情况比较复杂，要解一个一元二次方程。5.三元络合物的应用三元络合物的应用 所谓的三元络合物是指由三个组分所形所谓的三元络合物是指由三个组分所形成的络合物。目的是提高灵敏度和选择性。成的络合物。目的是提高灵敏度和选择性。例：Co(H2O)3(NH3)32+ 淡红色 Co(H2O)2(NH3)42+ 暗红色 Co(H2O) (NH3)52+ 红色 Co (NH3)62+ 黄色4.4.2 4.4.2 分光光度计分光光度计停留分光光度计A 原理光栅光栅和棱和棱镜分镜分光原光原理理光栅分光动画棱镜分光动画B.B.分光光度计的类型分光光度计的类型动 画双光束光度计动画示意动 画双波长光度计光路示意图动 画

26、C. C. 光电转换器光电转换器 I . 定义定义 光电转换器是将光辐射转化为可以测量的电信光电转换器是将光辐射转化为可以测量的电信号的器件。号的器件。 S = kP + kd = kP k:校正灵敏度；校正灵敏度；P：辐射功率；：辐射功率；kd: 暗电流（可暗电流（可通过线路补偿，使为通过线路补偿，使为0）II. 理想的光电转换器要求理想的光电转换器要求灵敏度高；灵敏度高；S/N大；暗电流小；大；暗电流小； 响应快且在宽响应快且在宽的波段内响应恒定。的波段内响应恒定。1.硒光电池硒光电池+-SeFe(Cu)h 玻璃玻璃Ag(Au)透明膜透明膜-收集极收集极塑塑料料-( (当外电阻当外电阻40

27、0 ，i =10-100 A)优点：优点：光电流直接正比于辐射能；光电流直接正比于辐射能； 使用方便、便于携带（耐用、成本低）；使用方便、便于携带（耐用、成本低）；缺点：缺点：电阻小，电流不易放大；响应较慢。电阻小，电流不易放大；响应较慢。 只在高强度辐射区较灵敏；只在高强度辐射区较灵敏； 长时间使用后，有长时间使用后，有“疲劳疲劳”(fatigue)现象。现象。2.2.真空光电管真空光电管90V DC直流放大直流放大阴极阴极R-+光束光束e阳极丝（阳极丝（Ni）抽真空抽真空 阴阴极极表表面面可可涂涂渍渍不不同同光光敏敏物物质质：高高灵灵敏敏( (K,Cs,SbK,Cs,Sb其其中中二二者者)

28、 )、红红光光敏敏(Na/K/Cs/(Na/K/Cs/SbSb, , Ag/O/Cs)Ag/O/Cs)、紫紫外外光光敏敏、平平坦坦响响应应( (GaGa/As/As，响响应应受受波波长长影影响响小小) )。产产生生的的光光电电流流约约为为硒硒光光电电池池的的1/101/10。优点：优点：阻抗大，电流易放大；响应快；应用广。阻抗大，电流易放大；响应快；应用广。缺点：缺点：有微小暗电流（有微小暗电流（Dark currentDark current，4040K K的放射线激发）。的放射线激发）。 3.3.光电倍增管光电倍增管（photomultiplier tube, PMTphotomultip

29、lier tube, PMT） 石英套石英套光束光束1个个光子产生光子产生106107个电子个电子栅极，栅极，Grill阳极阳极屏蔽屏蔽光电倍增管示意图光电倍增管示意图共有共有9个打拿极个打拿极(dynatron)，所加直流电压共为所加直流电压共为90 10VPMT动画900V dc90V123456789阳极阳极阴极阴极石英封石英封读出读出装置装置R光电倍增管（光电倍增管（PMT）电路图电路图优优点点：高高灵灵敏敏度度；响响应应快快；适适于于弱弱光光测测定定，甚甚至至对对单单一一光光子均可响应。子均可响应。缺缺点点：热热发发射射强强，因因此此暗暗电电流流大大，需需冷冷却却（-30-30o o

30、C)C)。不不得得置置于强光于强光( (如日光如日光) )下，否则可永久损坏下，否则可永久损坏 PMTPMT！4.4.硅二极管硅二极管p 区区n 区区pn 结结p 区区n 区区(反向偏置反向偏置)耗尽层耗尽层空穴空穴电子电子 反反向向偏偏值值耗耗尽尽层层(depletion layer)pn结结电电导导趋趋于于0 (i=0)； 光照光照耗尽层中形成空穴和电子耗尽层中形成空穴和电子空穴移向空穴移向p区并湮灭区并湮灭外外 加电压对加电压对pn“电容器电容器”充电充电产生充电电流信号产生充电电流信号 (i 0) 。特点：特点：灵敏度介于真空管和倍增管之间。灵敏度介于真空管和倍增管之间。5.5.光电二

31、极管阵列，光电二极管阵列，photodiode photodiode array(PDAarray(PDA) )SiO2窗窗p 型硅型硅n 型硅基型硅基pnpnpnpnpnpn0.025mm2.5mm侧视侧视(cross section)顶视顶视(top view)光束光束说明：说明：i.在一个硅片上，许多在一个硅片上，许多 pn 结以结以一维线性排列一维线性排列，构成，构成“阵列阵列”；ii.每个每个 pn 结或元（结或元（element，64-4096个）相当于一个硅二极管检测器；个）相当于一个硅二极管检测器；iii.硅片上布有集成线路，使每个硅片上布有集成线路，使每个 pn 结结相当于一

32、个独立的光电转换器；相当于一个独立的光电转换器；iv.硅片上置于分光器焦面上，经色散的不同波长的光分别被转换形成电信号；硅片上置于分光器焦面上，经色散的不同波长的光分别被转换形成电信号；v.实现多波长或多目标实现多波长或多目标同时（同时（simultaneously）检测。检测。vi.PDA在灵敏度、线性范围和在灵敏度、线性范围和S/N方面不如光电倍增管。应用较少。方面不如光电倍增管。应用较少。 6.6.电荷转移器件电荷转移器件, CTD, CTDSiO2绝缘体绝缘体掺杂掺杂n区区衬基衬基-5V-10V电极电极h CTD侧视图（一个电荷转移单元或像素）侧视图（一个电荷转移单元或像素）光子光子空

33、穴空穴空穴聚集（金属空穴聚集（金属-SiO-SiO2 2电容电容) )a a行转换器单元行转换器单元 b b个检测单元个检测单元/ /行行= a = a b b个像素个像素 = = 二维排列于一片硅片上；二维排列于一片硅片上；类似胶片上的信息存贮；类似胶片上的信息存贮；测量两电极间电压变化测量两电极间电压变化CID使使电荷移至电荷放大器并测量电荷移至电荷放大器并测量CCD衬基衬基5V10Vh -5V-10Ve-v1n型型Si衬基衬基5V10V+5V+10V衬基衬基5V10V-10Vv1n型型Sin型型Siv2衬基衬基5V10V+10Vn型型Si电电荷荷形形成成并并聚聚集集测测量量V1测测量量V

34、2电电荷荷重重新新注注入入(1) CID破坏性读出破坏性读出非破坏性读出非破坏性读出(2) CCD512320320 512 pixel高速寄存器高速寄存器123三相时钟输出三相时钟输出（存贮）（存贮）h 金属基电极金属基电极(electrode)SiO2绝缘体绝缘体(insulator)p型硅型硅-势阱势阱(potential well)On-chip preamp1234CCD光电转换演示动画CCDCCD动画动画CIDCID与与CCDCCD之比较之比较 与PDA相比，CTD最大的优势在于其二维特性，可作为影像检测器，在电视及航空等领域有广泛应用。Charge injection devic

35、eCharge coupled device4.5 显色反应和显色条件4.5.14.5.1分光光度法对显色反应的要求分光光度法对显色反应的要求 在光度分析法中，使被测物质在试剂（显色剂）的作用下形成有色化合物的反应称为显色反应。对于显色反应，一般必须满足下列要求： （1）选择性好。即在显色条件下，显色剂尽可能不要与溶液中其他共存离子显色，如果其他离子也和显色剂反应，干扰离子的影响应容易消除。 (2)灵敏度高。显色反应的灵敏度高，才能测定低含量的物质。灵敏度可从摩尔吸光系数来判断，但灵敏度高的显色反应，不一定选择性好。在实践中应全面考虑。 （3）显色产物应具有固定的组成，符合一定的化学式。对于形

36、成不同配合比的配合物的显色反应，需要严格控制实验条件，使生成一定组成的配合物，以提高其重现性。 （4）显色产物的化学性质应该稳定。在测量过程中溶液的吸光度应改变很小。 (5）显色产物与显色剂之间的颜色差别要大。4.5.24.5.2显色条件显色条件 1.1.显色剂的用量显色剂的用量 被测物质与显色剂的反应可用下列一般式表示： M 十 R MR （被测物）（显色剂）（有色配合物） 为了使显色反应尽可能完全，一般应加入过量的显色剂。如果配合物稳定度高，而且在一定条件下能保持稳定，显色剂不必大量过量。在分析实践中，由于待测物质的浓度未知，稍过量的显色剂是必要的。 当生成不太稳定的有色配合物时，必须加入

37、相当过量的试剂，以保证获得足够的有色配合物并有可观的吸光度。 有时显色剂的用量过大，反而会引起副反应，对光度测定不利。应严格控制显色剂的用量，以保证得到正确的结果。通常，显色剂的用量是根据实验结果来确定的。2. 溶液的酸度 (1)(1) 酸度对显色剂浓度的影响 所用的显所用的显色剂不少是有机弱酸（以色剂不少是有机弱酸（以HRHR表示），酸度提高则平衡表示），酸度提高则平衡倾向于生成倾向于生成HRHR，使，使R R的实际浓度降低，不利于显色反的实际浓度降低，不利于显色反应的进行。因此。显色时溶液的酸度不能高于某一限应的进行。因此。显色时溶液的酸度不能高于某一限度。此外，在不同的酸度下，度。此外，

38、在不同的酸度下，R R的浓度不同，有时可的浓度不同，有时可引起有色配合物配位数的改变。引起有色配合物配位数的改变。 (2(2）酸度对被测离子形态的影响 当被当被测离子是容易水解的金属离子时，若酸度低于某一限测离子是容易水解的金属离子时，若酸度低于某一限度，被测离子形成羟基配合物、多核羟基配合物、碱度，被测离子形成羟基配合物、多核羟基配合物、碱式盐或氢氧化物沉淀，不利于光度分析。式盐或氢氧化物沉淀，不利于光度分析。 （3）对显色剂颜色的影响 许多有机显色剂具有酸碱指示剂的性质，随着pH的改变，显出不同的颜色，在选择酸度时必须考虑这种情况。例如 H2R H+ + HR HR2- （黄色） （橙色）

39、 （红色）pH6.9pH12.4 3显色时间 有些显色反应能瞬间完成，且有色化合物的颜色很快达到稳定状态，在较长时间内保持不变；有些显色反应虽能迅速完成，但由于空气的氧化、光的照射或其他原因使有色化合物的颜色逐渐减退；有些显色反应需要一定时间才能完成。 4显色温度 （1 1）对显色反应速度的影响。反应速度常随温）对显色反应速度的影响。反应速度常随温度的升高而加快。度的升高而加快。 （2 2）由于温度的升高可能导致某些有色配合物）由于温度的升高可能导致某些有色配合物发生分解或氧化还原反应，因而会发生分解或氧化还原反应，因而会 使有色配合物使有色配合物破坏而不利于光度测定。破坏而不利于光度测定。

40、（3）温度升高会引起有色配合物离解度的增大，使其稳定性降低而导致吸光度下降。 （4）温度变化会使有色配合物的摩尔吸光系数改变，从而使吸光度发生改变。必须指出，在分析实践中，并不是每一显色反应都同时存在上述四个方面的影响。通过绘制吸光度一温度曲线可以确定反应的适宜温度。 5溶剂 通常，水溶性有色配合物因加入适当有机溶剂，使溶液的介电常数降低，使配合物离解度减小，或稳定性增大。有时，可增大速度。4.6 仪器测量误差和测量条件4.6.14.6.1仪器测量误差仪器测量误差 在分光光度分析法中，使用任何光度计进行测在分光光度分析法中，使用任何光度计进行测量时，都会产生一定的误差。这些误差可能来自量时，都

41、会产生一定的误差。这些误差可能来自光源的电压不稳定，光电元件灵敏度的变化和仪光源的电压不稳定，光电元件灵敏度的变化和仪器刻度读数不准确等。器刻度读数不准确等。 如果测量时透光率读数的绝对误差是如果测量时透光率读数的绝对误差是TT，对于，对于同一台仪器，它基本上是常数。但由于吸光度与同一台仪器，它基本上是常数。但由于吸光度与透光率之间是负对数关系，在不同透光率之间是负对数关系，在不同A A值时，同样的值时，同样的TT的读数误差所引起的吸光度的绝对误差的读数误差所引起的吸光度的绝对误差AA是不是不同的。同的。A A值越大，由值越大，由TT引起的引起的AA也越大。也越大。 根据朗伯比耳定律根据朗伯比

42、耳定律, ,由由AA引起的被测物质浓度的引起的被测物质浓度的误差误差cc为为 AAk kcc 再是根据吸收公式微分，可得：再是根据吸收公式微分，可得：仪器测量误差仪器测量误差TT引起的浓度测量的相对误差为：引起的浓度测量的相对误差为：设设TT0.010.01，计算不同，计算不同T T值与值与c/cc/c的关系，可的关系，可得到下图：得到下图：lnT=-1 lgT=-0.434 T=0.368这时误差最小动 画4.6.2 测量条件的选择 除选择适宜的显色条件外，还应当选择合适的测量条件。主要的测量条件包括入射光波长、吸光度范围和空白溶液等。下面将分别讨论。 1选择入射光波长 入射光的波长对测定结

43、果的灵敏度和准确度都有很大的影响。选择时，应先绘制有色溶液的光吸收曲线。然后选用该溶液的最大吸收波长来进行测量。如果试液中某种组分在同样的波长也有吸收，则对测定有干扰，这时，可选另一灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。 2控制吸光度的范国 由仪器测量误差的讨论中可知，为了使测定结果获得较高的准确度，应该控制溶液的吸光度在一定的范围内，一般要求是0.150. 8。控制吸光度范围的方法是改变比色皿的厚度，也可以改变溶液的浓度或试样的质量。 3选择适当的参比溶液 参比溶液又称空白溶液。在光度分析法中，利用参比溶液调节仪器的吸光度零点、消除显色溶液中其他有色物质的干扰，抵消比色皿壁及溶液对入射光的反射

44、和吸收的影响等。4.6.3 共存离子的影响及其消除 1. 共存离子与显色剂生成有色化合物，使测定结果偏高。 2. 共存离子与被测组分或显色剂生成无色化合物或发生其 它反应，降低了被测组分或显色剂的浓度，使测定结果偏低。 3. 共存离子本身具有颜色。 消除共存离子的干扰主要有以下几种方法： (1）加入适当的掩蔽剂，使干扰离子形成无色的化合物。从而降低溶液中干扰离子的浓度，使干扰消除。 (2）控制显色条件，消除干扰。一种显色剂对不同金属离子的显色 反应，所要求的酸度常不相同。因此可以将溶液的酸度控制在适当的范围内，便显色剂只与被测组分反应而不与干扰离子显色。 (3(3）改变干扰离子的价态。有些干扰

45、离子在某）改变干扰离子的价态。有些干扰离子在某一价态时与显色剂反应生成有色化合物，而在另一价一价态时与显色剂反应生成有色化合物，而在另一价态则无此种反应。在这种情况下，利用氧化还原反应态则无此种反应。在这种情况下，利用氧化还原反应使干扰离子改变价态，以消除干扰。使干扰离子改变价态，以消除干扰。 （4 4）控制测量条件，如入射光的波长、空白溶液）控制测量条件，如入射光的波长、空白溶液等，以消除某些干扰离子的影响。等，以消除某些干扰离子的影响。 （5 5）采用适当的分离方法将干扰离子分离。）采用适当的分离方法将干扰离子分离。4.7 4.7 分光光度法的应用分光光度法的应用2.7.1 2.7.1 定

46、性鉴定定性鉴定2.7.2 2.7.2 定量测定微量成份定量测定微量成份 分光光度法被广泛的应用在各个领分光光度法被广泛的应用在各个领域，环境、医药、石油等测定无机、域，环境、医药、石油等测定无机、有机微量成份。由于操作简单，仪器有机微量成份。由于操作简单，仪器廉价，一般说是常用的首选方法。廉价，一般说是常用的首选方法。1.磷钼兰法测定核酸中的磷max=660nm2.铁的测定铁的测定pH控制在56,最大吸收在max=512nm,=1.1104Lmol-1cm-14.7.3 配合物的组成比的测定1.摩尔比法（饱和法）摩尔比法（饱和法）2. 等摩尔连续变化法（等摩尔连续变化法（Job法）法）4.7.

47、4 光度滴定法 依据滴定过依据滴定过依据滴定过依据滴定过程中被滴定溶程中被滴定溶程中被滴定溶程中被滴定溶液的吸光度突液的吸光度突液的吸光度突液的吸光度突变来确定滴定变来确定滴定变来确定滴定变来确定滴定终点的方法。终点的方法。终点的方法。终点的方法。只要滴定溶液只要滴定溶液只要滴定溶液只要滴定溶液中被测物质、中被测物质、中被测物质、中被测物质、滴定剂、产物滴定剂、产物滴定剂、产物滴定剂、产物任意物质在紫任意物质在紫任意物质在紫任意物质在紫外可见有吸外可见有吸外可见有吸外可见有吸收都可作为判收都可作为判收都可作为判收都可作为判别依据。别依据。别依据。别依据。4.7.5 4.7.5 差示分光光度法差

48、示分光光度法 普通分光光度法一般只适于测普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采高时，将产生较大的误差。需采用差示法。即提高入射光强度，用差示法。即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。的标准溶液作参比溶液。 设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为c cx x，标准溶液浓度为，标准溶液浓度为 cs(cs cx)。则：则： Ax b cx As b cs A x s =b(cx cs ） bc 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差准溶液的吸光度之差。 差示法测得的吸光度与差示法测得的吸光度与c呈直线关系。由标呈直线关系。由标准曲线上查得相应的准曲线上查得相应的c值，则待测溶液浓度值，则待测溶液浓度cx ： c cx x = = c cs s + + c c 接紫外部分接紫外部分