紫外可见分光光度分析法

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1、第二章第二章 紫外紫外-可见分可见分光光度分析法光光度分析法第一节第一节 基本原理基本原理第二节第二节 紫外紫外-可见分光光可见分光光度计度计第三节第三节 显色与测量条件显色与测量条件的选择的选择第四节第四节 分光光度测定方分光光度测定方法法ultraviolet visible spectrophotometers第二章第二章 紫外紫外-可见分光光度分析可见分光光度分析法法一、概述一、概述二二、紫外可见吸收光谱、紫外可见吸收光谱三、分子吸收光谱与电三、分子吸收光谱与电子跃迁子跃迁四、光的吸收定律四、光的吸收定律第一节第一节 基本原理基本原理一、概述一、概述 基基于于物物质质光光化化学学性性质

2、质而而建建立立起起来来的的分分析析方方法法称称之之为为光光化化学分析法。学分析法。 分为分为: :光谱分析法和非光谱分析法。光谱分析法和非光谱分析法。 光光谱谱分分析析法法是是指指在在光光（或或其其它它能能量量）的的作作用用下下，通通过过测测量量物物质质产产生生的的发发射射光光、吸吸收收光光或或散散射射光光的的波波长长和和强强度度来来进进行行分析的方法。分析的方法。 吸收光谱分析吸收光谱分析发射光谱分析发射光谱分析分子光谱分析分子光谱分析原子光谱分析原子光谱分析概述概述: 在在光光谱谱分分析析中中，依依据据物物质质对对光光的的选选择择性性吸吸收收而而建建立立起起来来的分析方法称为吸光光度法的分

3、析方法称为吸光光度法, ,主要有主要有: : 红红外外吸吸收收光光谱谱：分分子子振振动动光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围2.5 1000 m ,主要用于有机化合物结构鉴定。主要用于有机化合物结构鉴定。 紫紫外外吸吸收收光光谱谱：电电子子跃跃迁迁光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围200 400 nm（近紫外区）近紫外区） ，可用于结构鉴定和定量分析。，可用于结构鉴定和定量分析。 可可见见吸吸收收光光谱谱：电电子子跃跃迁迁光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围400 750 nm ，主要用于有色物质的定量分析。主要用于有色物质的定量分析。 本章主要讲授紫外可见吸光光度法。本章主要讲授紫外

4、可见吸光光度法。二、紫外可见吸收光谱二、紫外可见吸收光谱 1 1光的基本性质光的基本性质 光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长波长 、频率、频率 、光速、光速c、波数（波数（cm-1）等参数来描述：等参数来描述： = c ； 波数波数 = 1/ = /c 光是由光子流组成，光子的能量：光是由光子流组成，光子的能量： E = h = h c / （Planck常数常数：h=6.626 10 -34 J S ) 光的波长越短（频率越高），其能量越大。光的波长越短（频率越高），其能量越大。 白光白光(太阳光太阳光)：由各种单色光组成的复合光

5、：由各种单色光组成的复合光 单色光单色光：单波长的光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成由具有相同能量的光子组成) 可见光区可见光区：400-760 nm 紫外光区紫外光区：近紫外区：近紫外区200 - 400 nm 远紫外区远紫外区10 - 200 nm （真空紫外区）真空紫外区） 辐射区段辐射区段波长范围波长范围原子或分子的主要能级跃迁原子或分子的主要能级跃迁 射线射线 X射线射线 远紫外辐射远紫外辐射 紫外辐射紫外辐射 可见光可见光 近红外辐射近红外辐射 中红外辐射中红外辐射 远红外辐射远红外辐射 微波微波 无线电波无线电波 10-30.1 nm 0.110 nm 10200 nm 2

6、00400 nm 400760 nm 0.762.5 m 2.550 m 50300 m 0.3mm1 m 11000 m原子核反应原子核反应原子内层电子跃迁原子内层电子跃迁分子中原子的中壳层电子能级跃迁分子中原子的中壳层电子能级跃迁分子中原子外层价电子能级跃迁分子中原子外层价电子能级跃迁分子中原子外层价电子能级跃迁分子中原子外层价电子能级跃迁分子中涉及氢原子的振动能级跃迁分子中涉及氢原子的振动能级跃迁分子中原子的振动能级和分子转动能级跃迁分子中原子的振动能级和分子转动能级跃迁分子转动能级跃迁分子转动能级跃迁分子转动能级跃迁分子转动能级跃迁磁场诱导核自旋能级跃迁磁场诱导核自旋能级跃迁电磁波谱分

7、区表电磁波谱分区表2. 2. 物质对光的选择性吸收及吸收曲线物质对光的选择性吸收及吸收曲线M + 热M + 荧光或磷光 E = E2 - E1 = h 量子化量子化 ；选择性吸收；选择性吸收; 分子结构的复杂性使其对不同波分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；长光的吸收程度不同； 用不同波长的单色光照射，测吸光用不同波长的单色光照射，测吸光度度 吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长 max；M + h M * 光的互补光的互补：蓝：蓝 黄黄基态基态 激发态激发态E1 （E） E2白色白色620760nm590620nm400430nm560590nm500560nm48050

8、0nm430480nm红红黄黄绿绿橙橙青青青蓝青蓝紫紫蓝蓝吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论： （1）同一种物质对不同波长光的吸光度不）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长最大吸收波长max （2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似形状相似max不变。而对于不同物质，它们的不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和吸收曲线形状和max则不同。则不同。 （3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。之一。 （4）不

9、同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在有差异，在max处吸光度处吸光度A 的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。 （5）在在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。3.3.紫外紫外 可见分子吸收光谱与电子跃迁可见分子吸收光谱与电子跃迁 物质分子内部三种运动形式：物质分子内部三种运动形式： （1）电子相对于原子核的运动）电子相对于原子核的运

10、动 （2）原子核在其平衡位置附近的相对振动）原子核在其平衡位置附近的相对振动 （3）分子本身绕其重心的转动）分子本身绕其重心的转动 分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级 三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量 分子的内能：电子能量分子的内能：电子能量Ee 、振动能量振动能量Ev 、转动能量、转动能量Er 即即 EEe+Ev+Er evr 能级跃迁能级跃迁 紫外紫外- -可见光谱属于电子可见光谱属于电子跃迁光谱。跃迁光谱。 电子能级电子能级间跃迁的同时间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间

11、总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。宽谱带。讨论：讨论：1（1 1）转动能级间的能量差）转动能级间的能量差E Er r：0.0050.0050.0500.050eVeV，跃迁跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；1（2 2）振动能级的能量差）振动能级的能量差E Ev v约为：约为：0.050.05eVeV，跃迁产跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；生的吸收光谱位于红外区

12、，红外光谱或分子振动光谱；1（3 3）电子能级的能量差）电子能级的能量差E Ee e较大较大1 12020eVeV。电子跃迁产生电子跃迁产生的吸收光谱在紫外的吸收光谱在紫外 可见光区，紫外可见光区，紫外 可见光谱或分子的电可见光谱或分子的电子光谱子光谱讨论：讨论：1 （4 4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。的依据。1 （5 5）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子

13、结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数尔吸光系数max也作为定性的依据。也作为定性的依据。不同物质的不同物质的max有时可能有时可能相同，但相同，但max不一定相同不一定相同；1 （6 6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。定量分析的依据。三、分子吸收光谱与电子跃迁三、分子吸收光谱与电子跃迁紫外紫外 可见吸收光谱可见吸收光谱 有机化合物的紫外有机化合物的紫外可见吸收光谱，是其分子中外层价可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：电子跃迁的结果（三

14、种）：电子、电子、电子、电子、n电子电子。 分子轨道理论分子轨道理论：一个成一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。轨道或非键轨道上。 外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态( (反键轨道反键轨道) )跃迁。主要有四种跃迁所需能量跃迁。主要有四种跃迁所需能量大小顺序为：大小顺序为：n n n n 跃迁跃迁 所需能量最大，所需能量最大，电子只有吸收远紫外光的能量才能发生电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃

15、的分子吸收光谱出现在远紫外区跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长吸收波长200nm。这类跃迁在跃迁选律这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为上属于禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为10100 Lmol-1 cm-1，吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和键同时存在键同时存在时发生时发生n 跃迁。丙酮跃迁。丙酮n 跃迁的跃迁的为为275nm max为为22 Lmol-1 cm -1（溶剂环己烷溶剂环己烷)。生色团与助色团生色团与助色团生色团：生色团： 最有用的紫外最有用的紫外可见光谱是由可见光谱是由和和n跃迁产生的。跃迁产生的。这两种跃迁均要

16、求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基NN、乙炔乙炔基、腈基基、腈基CN等等。助色团： 有一些含有有一些含有n n电子的基团电子的基团(如如 OH、OR、NH、NHR、X等等)，它们本身没有生色功能它们本身没有生色功能( (不能吸收不能吸收200nm200nm的光的光) )，但当它们与生色团相连时，就会发生，但当它们与生色团相连时，就会发生n n共轭作用，共轭作用，

17、增强生色团的生色能力增强生色团的生色能力( (吸收波长向长波方向移动，且吸收强吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加度增加) )，这样的基团称为助色团。，这样的基团称为助色团。红移与红移与蓝移蓝移 有机化合物的吸收谱带常常因有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长波长maxmax和吸收强度发生变化和吸收强度发生变化: : maxmax向长波方向移动称为红移，向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移向短波方向移动称为蓝移 ( (或紫移或紫移) )。吸收强度即摩尔吸光系数。吸收强度即摩尔吸光系数增增大或减小的现象分别称为增色效应大或减小的现象

18、分别称为增色效应或减色效应，如图所示。或减色效应，如图所示。四、光的吸收定律四、光的吸收定律 1.1.朗伯朗伯 比耳定律比耳定律 布格布格( (BouguerBouguer) )和朗伯和朗伯( (Lambert)Lambert)先后于先后于17291729年和年和17601760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。A Ab b 18521852年比耳年比耳( (Beer)Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。浓度之间也具有类似的关系。A A c c 二者的结合称为朗伯二者的结合称为朗伯 比耳定律，

19、其数学表达式为：比耳定律，其数学表达式为： 朗伯朗伯 比耳定律数学表达式比耳定律数学表达式 Alg（I0/It)= b c 式中式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b：液层厚度液层厚度(光程长度光程长度)，通常以，通常以cm为单位；为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位溶液的摩尔浓度，单位molL； ：摩尔吸光系数，单位摩尔吸光系数，单位Lmolcm； 或或: c：溶液的浓度，单位溶液的浓度，单位g100mL ：吸光系数，单位吸光系数，单位100mLgcm 与与的关系为：的关系为： （M为摩尔质量）为摩尔质量） 透光度透光度( (透光率透光率) )T T透过度

20、透过度T : 描述入射光透过溶液的程度描述入射光透过溶液的程度: T = I t / I0吸光度吸光度A与透光度与透光度T的关系的关系: A lg T 朗伯朗伯比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量；依据。应用于各种光度法的吸收测量； 摩尔吸光系数摩尔吸光系数在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 mol/L、液层厚度液层厚度为为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度；时该溶液在某一波长下的吸光度； 吸光系数吸光系数 相当于浓度为相当于浓度为1 g/100mL、液层厚度为液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。时该

21、溶液在某一波长下的吸光度。2.2.摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论 （1 1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数特征常数； （2 2）不随浓度不随浓度c c和光程长度和光程长度b b的改变而改变的改变而改变。在温度和波。在温度和波长等条件一定时，长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；物浓度无关； （3 3）可作为可作为定性鉴定的参数定性鉴定的参数； （4）同一吸收物质在不同波长下的同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大值是不同的。在最大吸收波长吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以处的摩尔吸

22、光系数，常以max表示。表示。max表明了表明了该该吸收物质最大限度的吸光能力吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。质可能达到的最大灵敏度。 摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论（5 5）max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。该物质的灵敏度越高。105：超高灵敏；：超高灵敏； =(610）104 ：高灵敏；：高灵敏； 2104 ：不灵敏。：不灵敏。（6）在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为液层厚度为1cm时该时该溶液在某一波长下的吸光度。溶

23、液在某一波长下的吸光度。3.3.偏离朗伯偏离朗伯 比耳定律的原因比耳定律的原因 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），这种现象称为对常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯朗伯 比耳定律的偏离。比耳定律的偏离。 引起这种偏离的因素（两大类）：引起这种偏离的因素（两大类）： （1 1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；物理性因素，即仪器的非理想引起的； （2 2）化学性因素。化学性因素。（1）物理性因素物理性因素 难以获得真正的纯单色光难以获得真正的纯单色光。 朗朗 比耳定律的前提条件之一是入

24、射光为单色光。比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。 分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯致对朗伯 比耳定律的正或负偏离。比耳定律的正或负偏离。 非单色光、杂散光、非平行入射非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯光都会引起对朗伯 比耳定律的偏离，比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离的偏离。 (2) (2) 化学性因素化学性因素 朗朗比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；作用；假定只有在稀溶液假定只有在稀溶液(c10

25、 2 mol/L 时，吸光质点间可能发生缔合等时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。相互作用，直接影响了对光的吸收。 故：朗伯故：朗伯比耳定律只适用于稀溶液比耳定律只适用于稀溶液。 溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等溶液中存在着离解、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。化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。 例：例： 铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡： CrO42- 2H = Cr2O72- H2O 溶液中溶液中CrO42-、 Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不

26、相的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液同。故此时溶液pH 对测定有重要影响。对测定有重要影响。(3)偏离比尔定律的其他因素偏离比尔定律的其他因素 1. 待测组分的浓度过高待测组分的浓度过高 2. 谱带宽度过大谱带宽度过大 3. pH值的影响值的影响 4. 杂质的影响杂质的影响 5. 光散射的影响光散射的影响第二章第二章 紫外紫外 可见分可见分光光度法光光度法一、基本组成一、基本组成二、分光光度计的类型二、分光光度计的类型第二节第二节 紫外紫外 可见分光可见分光光度计光度计仪器仪器 可见分光光度计仪器仪器 紫外-可见分光光度计一、基本组成一、基本组成1. 1. 光源光源 在整个紫外光区或可见

27、光谱区可以发射连续光谱，具在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。 可见光区：钨灯作可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范为光源，其辐射波长范围在围在3203202500 2500 nmnm。 紫外区：氢、氘灯。紫外区：氢、氘灯。发射发射185185400 400 nmnm的连的连续光谱。续光谱。 2.2.单色器单色器 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。波长单色光的光学系统。 入射狭缝：光源的光由此进入单色器；入射狭

28、缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅棱镜或光栅； 聚焦装置：透镜或聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至后所得单色光聚焦至出射狭缝；出射狭缝； 出射狭缝。出射狭缝。3. 3. 样品室样品室 样品室放置各种类型的吸收池样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一在紫外区须采用石英

29、池，可见区一般用玻璃池。般用玻璃池。4. 4. 检测器检测器 利用光电效应将透过吸收池的利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。有光电池、光电管或光电倍增管。5. 5. 结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理仪器自动控制和结果处理二、分光光度计的类型二、分光光度计的类型1.1.单光束单光束 简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，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一般不能作全波段

30、光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。的稳定性。2.2.双光束双光束 自动记录，快速全波自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价结构分析。仪器复杂，价格较高。格较高。3.3.双波长双波长 将不同波长的两束单色光将不同波长的两束单色光( (1 1、2 2) ) 快束交替通过同快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。 = =1 12 2nmnm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。两波长同时扫

31、描即可获得导数光谱。第二章第二章 紫外紫外-可见分光可见分光光度法光度法一、一、显色反应的选择显色反应的选择二、显色反应条件的选择二、显色反应条件的选择三、共存离子干扰的消除三、共存离子干扰的消除四、测定条件的选择四、测定条件的选择五、提高光度测定灵敏度五、提高光度测定灵敏度和选择性的途径和选择性的途径第三节第三节 显色与测量条件显色与测量条件的选择的选择一、一、显色反应的选择显色反应的选择1.1.选择显色反应时，应考虑的因素选择显色反应时，应考虑的因素 灵敏度高、选择性高、生成物稳定、灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波显色剂在测定波长处无明显吸收长处无明显吸收，两种有色物最大吸收

32、波长之差：，两种有色物最大吸收波长之差：“对比度对比度”，要求要求 60nm。2.2.配位显色反应配位显色反应 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，产生很强的紫外电荷转移跃迁，产生很强的紫外可见吸收光谱。可见吸收光谱。3.3.氧化还原显色反应氧化还原显色反应 某些元素的氧化态，如某些元素的氧化态，如Mn（）、）、Cr（）在紫外或在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。显色后测定。 例如：钢中微量锰的测定，例如：钢中微量锰的测定，Mn2不能直接

33、进行光度测不能直接进行光度测定定 2 Mn2 5 S2O82-8 H2O =2 MnO4 + 10 SO42- 16H+ 将将Mn2 氧化成紫红色的氧化成紫红色的MnO4后后，在在525 nm处进行测处进行测定。定。4.4.显色剂显色剂 无机显色剂：无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。 有机显色剂：有机显色剂：种类繁多种类繁多 偶氮类显色剂偶氮类显色剂：本身是有色物质，生成配合物后，颜本身是有色物质，生成配合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，应用最广泛。

34、偶氮胂择性好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂、PARPAR等等。 三苯甲烷类三苯甲烷类：铬天青铬天青S S、二甲酚橙等、二甲酚橙等二、显色反应条件的选择二、显色反应条件的选择1.1.显色剂用量显色剂用量 吸光度吸光度A A与显色剂用量与显色剂用量C CR R的关系会出现如图所示的几种的关系会出现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。情况。选择曲线变化平坦处。2.2.反应体系的酸度反应体系的酸度 在相同实验条件下，分别测定不同在相同实验条件下，分别测定不同pHpH值条件值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的恒定的平坦区

35、所对应的pHpH范围。范围。3.3.显色时间与温度显色时间与温度 实验确定实验确定4.4.溶剂溶剂 一般尽量采用水相测定，一般尽量采用水相测定，三、共存离子干扰的消除三、共存离子干扰的消除1.1.加入掩蔽剂加入掩蔽剂 选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。的测定。 例：测定例：测定TiTi4 4，可加入可加入H H3 3POPO4 4掩蔽剂使掩蔽剂使FeFe3+3+( (黄色黄色) )成为成为Fe(POFe(PO) )2 23-3-(

36、 (无色无色) )，消除，消除FeFe3+3+的干扰；又如用铬天菁的干扰；又如用铬天菁S S光光度法测定度法测定AlAl3+3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将FeFe3+3+还原为还原为FeFe2+2+，消除消除FeFe3+3+的干扰。的干扰。2.2.选择适当的显色反应条件选择适当的显色反应条件3.3.分离干扰离子分离干扰离子四、测定条件的选择四、测定条件的选择1.1.选择适当的入射波长选择适当的入射波长 一般应该选择一般应该选择maxmax为入射光波长。为入射光波长。 如果如果maxmax处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但

37、能避免干扰的入射光波长。稍低但能避免干扰的入射光波长。 2.2.选择合适的参比溶液选择合适的参比溶液 为什么需要使用参比溶液？为什么需要使用参比溶液？ 测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。 参比溶液的选择一般遵循以下原则：参比溶液的选择一般遵循以下原则： 若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水) )作参比溶液；作参比溶液； 若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无

38、吸收，用液本身无吸收，用“试剂空白试剂空白”( (不加试样溶液不加试样溶液) )作参比溶液；作参比溶液；参比溶液的选择一般遵循以下原则：参比溶液的选择一般遵循以下原则： 若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用则可用“试样空白试样空白”( (不加显色剂不加显色剂) )作参比溶液；作参比溶液； 若若显显色色剂剂、试试液液中中其其它它组组分分在在测测量量波波长长处处有有吸吸收收，则则可可在在试试液液中中加加入入适适当当掩掩蔽蔽剂剂将将待待测测组组分分掩掩蔽蔽后后再再加加显显色色剂剂，作为参比溶液。作为参比溶液。3.3.控制适宜的吸光度（

39、读数范围）控制适宜的吸光度（读数范围） 不同的透光度读数，产生的误差大小不同：不同的透光度读数，产生的误差大小不同： lgT=bc微分：微分：dlgT0.434dlnT = - 0.434T -1 dT =b dc两式相除得：两式相除得： dc/c = （ 0.434 / TlgT ）dT 以有限值表示可得：以有限值表示可得： c/c =（0.434/TlgT）T 浓度测量值的相对误差（浓度测量值的相对误差（c/c）不仅与仪器的透光度误不仅与仪器的透光度误差差T 有关，而且与其透光度读数有关，而且与其透光度读数T 的值也有关。的值也有关。 是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？是否存在最佳读数

40、范围？何值时误差最小？ 最佳读数范围与最佳值最佳读数范围与最佳值 设：设：T =1%，则可绘出溶液浓度则可绘出溶液浓度相对误差相对误差c/c与其透光度与其透光度T 的关系曲线。的关系曲线。如图所示：如图所示： 当：当：T =1%，T 在在20%65%之之间时，浓度相对误差较小，间时，浓度相对误差较小，最佳读数最佳读数范围范围。 可求出浓度相对误差最小时的透光度可求出浓度相对误差最小时的透光度Tmin为：为： Tmin36.8%, Amin0.434 用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T %=2065% (吸光度吸光度 A =0.700.20)。第二章第二章 紫

41、外紫外- -可见可见分光光度法分光光度法一、普通分光光度法一、普通分光光度法二、示差分光光度法二、示差分光光度法三、双波长分光光度法三、双波长分光光度法四、导数分光光度法四、导数分光光度法第四节第四节 分光光度测定方法分光光度测定方法一、普通分光光度法一、普通分光光度法1.1.单组分的测定单组分的测定 通常采用通常采用 A-C 标准曲线法定量测定。标准曲线法定量测定。2.2.多组分的同时测定多组分的同时测定 若各组分的吸收曲线互不重叠，则可若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收波长处分别进行测定。这在各自最大吸收波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。本质上与单组分测定没有区

42、别。 若各组分的吸收曲线互有重叠，则可若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。各组分的含量。 A1= a1bca b1bcb A2= a2bca b2bcb 二、双波长分光光度法二、双波长分光光度法 不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色光光( (1 1和和2 2) )；以参比波长以参比波长1 1处的吸光度处的吸光度A A11作为参比，来作为参比，来消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优

43、越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。波长法有所提高。 A A A22 A A11 ( (22 11) )b cb c 两波长处测得的吸光度差值两波长处测得的吸光度差值A与待测组分浓度成正比。与待测组分浓度成正比。11和和22分别表示待测组分在分别表示待测组分在1 1和和2 2处的摩尔吸光系数。处的摩尔吸光系数。 关键问题关键问题: : 测量波长测量波长2 2和参比波长和参比波长1 1的选择与组合的选择与组合 以两组分以两组分x x和和y y的双波长法测定为例：的双波长法测定为例：设：设：x x为待测组分，为待测组分，y

44、 y为干扰组分，二者的吸光度差分别为为干扰组分，二者的吸光度差分别为: : Ax和和Ay，则该体系的总吸光度差则该体系的总吸光度差Ax+y为：为： Ax+y = A x + A y 如何选择波长如何选择波长1 、2有一定的要求。有一定的要求。选择波长组合选择波长组合1 1 、2 2的基本要求是：的基本要求是： 选定的波长选定的波长1 1和和2 2处干扰组分应具有相同吸光度，处干扰组分应具有相同吸光度，即：即： Ay y = = A y y22 A y y11 = 0 = 0故：故： Ax+yx+y = = A x=(x=(x x22x x11) )bcbcx x此时：测得的吸光度差此时：测得的

45、吸光度差A只与待测组分只与待测组分x x的浓度呈线性关系，的浓度呈线性关系，而与干扰组分而与干扰组分y y无关。若无关。若x x为干扰组分，则也可用同样的方法为干扰组分，则也可用同样的方法测定测定y y组分。组分。 可采用作图法选择符合可采用作图法选择符合上述两个条件的波长组合上述两个条件的波长组合。 在选定的两个波长在选定的两个波长1 1和和2 2处待测组分的吸光度应具有处待测组分的吸光度应具有足够大的差值。足够大的差值。三、导数分光光度法三、导数分光光度法 导数分光光度法在多组分同时测定、浑浊样品分析、消导数分光光度法在多组分同时测定、浑浊样品分析、消除背景干扰、加强光谱的精细结构以及复杂

46、光谱的辨析等除背景干扰、加强光谱的精细结构以及复杂光谱的辨析等方面，显示了很大的优越性。方面，显示了很大的优越性。 利用吸光度利用吸光度( (或透光度或透光度) )对波长的导数曲线来进行分析：对波长的导数曲线来进行分析： 0 0 e e-bcbc假定入射光强度假定入射光强度0 0 在整个波长范围内保持恒定：在整个波长范围内保持恒定： d dI I 0 0 /d /d0 0则则：d dI I/d/d0 0 bcbc e e - -bcbc d d/d/d 0 0 bcbc d d/d/d 导数分光光度法导数分光光度法 d dI I/d/d 0 0 bcbc d d/d/d 一阶导数信号与试样浓度呈一阶导数信号与试样浓度呈线性关系；线性关系； 测定灵敏度依赖于摩尔吸光测定灵敏度依赖于摩尔吸光系数对波长的变化率系数对波长的变化率d d/d/d。吸。吸收曲线的拐点处收曲线的拐点处d d/d/d最大，故最大，故其灵敏度最高其灵敏度最高( (见图）。见图）。 同理可以导出其二阶和三阶导同理可以导出其二阶和三阶导数光谱（略）数光谱（略）