紫外-可见分光光度分析法的特点和常用术语PPT课件%20ppt

第二章紫外-可见分光光度法(Ultraviolet-VisibleSpectrophotometry)又称紫外-可见分子吸收光谱法（Ultraviolet-VisibleMolecularAbsorptionSpectrometry）（7）漫反射光谱技术当光线照射到粗糙的表面时形成漫反射。所反射的光可定量表示为反射比，即所有反射光线的量与入射光线的量的比值。积分球就是用来精确定量测量漫反射反射比的工具。实际应用时，反射比是将样品的反射光谱和标准参考物的反射光谱相比较而得到的。常用的三种标准参考物是：金溶胶、聚四氟乙烯微珠和硫酸钡。积分球漫反射光谱技术，可直接用于测量固体表面、粉末、浑浊试样（乳浊液、悬浊液）等的紫外-可见吸收光谱。（8）光纤在线测量技术光纤主要是基于光线反射与折射中的全反射原理，使得光线可以沿着细小的石英纤维传导，即光导纤维的波导作用。用途：光纤的一个主要用途就是将光线从一些不便于引入光谱仪的环境中导出进行光谱测量。另一个主要用途就是向少量样品或者很小的容器中传送或者获取光线。2.6紫外-可见分光光度法分析的特点和常用术语1.特点（1）灵敏度较高分光光度法具有较高的灵敏度，其检测下限一般为10-5mol/L，有些体系也可能达到10-6mol/L。（2）精密度高分光光度法的精密度是指多次重复分析结果的弥散程度。精密度一般用相对标准偏差来表示。光度分析中，一般分析的相对标准偏差在2%~5%范围内。由于近代分光光度仪器的改进，其相对标准偏差可控制在n0/00甚至更小。（3）分析范围广随着有机试剂的迅速发展，多数元素的离子可通过选择适当显色剂显色而进行比色测定。同时，对许多有机化合物来说，光度法亦不失为一个好的测定方法。（4）分析速度较快光度法测定的主要过程为溶样、显色和测定。一般分析中，干扰离子可通过掩蔽和控制实验条件加以消除，不必分离，因而具有较快的分析速度。2.术语(1)生色团在有机化合物中，能在紫外或可见光区产生光吸收的含有键的不饱和基团称为生色团。如：-COOH、-NO2、-CHO等。(2)助色团指本身不会使化合物产生颜色或产生紫外光吸收的基团，但这些基团与生色基团连接时，却能使生成基团的吸收波长移向长波并使吸收强度增加。通常助色基团是由含孤对电子的元素（如氧、氮、卤素等）所构成的官能团，如-NH2、-OH、-OR、-SH、-SR、-Cl、-Br、-I等。(3)蓝移由于取代基或溶剂极性的影响，使吸收谱带的最大吸收波长向短波方向移动的现象称为短移、紫移或蓝移。(4)红移由于共轭作用、引入助色团或溶剂极性影响等原因，使吸收谱带的最大吸收波长向长波方向移动的现象，称为长移或红移。(5)溶剂效应有些溶剂，特别是极性溶剂对溶质吸收峰的波长、强度及形状可能产生影响，这种现象称为溶剂效应。例如：异丙叉丙酮CH3COCH=C(CH3)2的溶剂效应见表2-3所示。表2-3异丙叉丙酮的溶剂效应吸收带正己烷氯仿甲醇水迁移*230nm238nm237nm243nm向长波移动n*329nm315nm309nm305nm向短波移动溶剂除了对吸收波长有影响外，还影响吸收强度和精细结构。例如：B吸收带的精细结构在非极性溶剂中较清楚，但在极性溶剂中则较弱，有时要消失而出现宽峰。因此，在溶解度允许范围内，应选择极性较小的溶剂。2.7紫外-可见分光光度分析中的一些影响因素1.溶剂：同一样品的吸收峰峰位、吸收曲线形状在不同溶剂中可能不同，这可能是溶质与溶剂之间相互作用引起的。选择溶剂的原则：a.溶剂在整个选用的波长范围内吸收尽可能地小；b.样品可以在溶剂中得到充分的溶解；c.一般采用非极性溶剂，尤其当吸收物质为极性分子时，更应该如此。2.浓度：依据比耳定律，它的适用范围是极稀的溶液（一般c0.01mol/L）。3.pH值：它直接影响生成物的形成速率、结构和稳定性，故pH的变化不仅可以引起吸收峰的位移，还可以改变吸收曲线的形状。4.温度：显色反应与温度有很大关系。5.共存离子的干扰：（1）种类：干扰主要分为三类：a.共存离子本身有颜色；b.共存离子与显色剂反应生成有色化合物或沉淀；c.共存离子与待测离子或显色剂作用，生成更稳定的无色络合物或发生氧化-还原反应，阻碍了待测离子与显色剂间的反应。（2）消除干扰的方法：a.加入掩蔽剂；b.改变干扰离子的价态；c.选择最佳的显色条件以避免干扰；d.选择适当的测定波长以消除干扰。e.利用空白液抵消某些有色离子的干扰；f.利用校正系数消除干扰；g.预先使被测离子与干扰离子分离；h.利用被测物质（如：金属离子）能形成三元络合物的特点，提高显色反应的选择性。6.杂散光的影响从单色器出口狭缝出来的单色光，除了所需要的单色光外，其他波长的光都叫杂散光。杂散光对测定结果的影响程度取决于光源的能量分布、试样的吸收特性以及检测器的波长灵敏特性。I杂散光1/42.8实验技术1.样品的制备紫外-可见吸收光谱测定通常是在溶液中进行，固体样品需转变成溶液，无机样品用合适的酸溶解或用碱熔融，有机样品用有机溶剂溶解或抽提。对光谱分析溶剂的要求是：良好的溶解能力，在测定波段没有明显的吸收，被测组分在溶剂中具有良好的吸收峰形，挥发性小，不易燃，无毒性，价格便宜等。2.测定条件的选择为了使测定获得比较满意的结果，必须注意选择合适的测定条件。(1)波长的选择一般根据待测组分的吸收光谱，选择最大吸收波长max作为测定波长，这样灵敏度最高，同时吸光度随波长的变化最小，可以得到较好的测定精度。但在实际工作中，并不一定选择max，例如：待测组分的max受到共存杂质干扰，或待测组分的浓度太高等，在这样情况下，可以选用其它吸收峰进行测定。(2)狭缝宽度的选择狭缝宽度直接影响测定的灵敏度和工作曲线的线性范围。一般在不减少吸光度时最大狭缝宽度，就是应该选取的合适的狭缝宽度。(3)吸光度范围吸光度在0.2~0.8时，吸光度测定误差最小。因此，应把待测组分浓度的吸光度控制在0.2~0.8。3.反应条件的选择（1）溶液酸度溶液酸度对待测组分的测定有显著影响。表现在：直接影响待测组分的吸收光谱、显色剂的形态、待测组分的化合状态及显色化合物组成。在实际工作中常用单因素实验来确定适宜的溶液酸度。（2）显色剂浓度显色剂用量将影响显色反应。过量的显色剂可以使显色反应趋于完全，但是过量太多，有可能改变有色化合物的组成，影响化合物的颜色。可用单因素实验测定溶液吸光度随显色剂用量的变化，根据变化曲线，选择获得具有高灵敏度且吸光度恒定的显色剂用量。（3）温度的影响在分光光度测定中，通常都选用室温显色反应。当温度对显色反应速度可能有较大的影响时，需要考虑温度的影响。合适的温度可用单因素实验来确定。（4）显色时间这里包括两种时间：一种是由于显色反应速度不同，达到反应完全所需的时间；另一种是有色化合物维持稳定的时间。这两种时间均可用单因素实验来考察。4.参比溶液的选择（1）溶剂参比溶液：当待测组分溶液的组成较为简单，共存的组分在测定波长的光吸收很小时，可用溶剂作为参比溶液。（2）试剂参比溶液：如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件，以不加入试样的溶液作为参比溶液。5.共存离子干扰的消除方法（1）加入适当的掩蔽剂：例如：用铬天青S测定铍时，Cd，Co，Cu，Fe，Mn，Mo，Pb，V(IV)，W及Zn等有干扰。在pH为4.6的溶液中，这些干扰元素可用EDTA掩蔽。（2）改变干扰离子的价态：例如：用铬天青S测定Al(III)时，Fe(III)有干扰，可加入抗坏血酸使其还原为Fe(II)而消除。（3）选择适当的波长：这种方法仅在干扰组分与待测组分的吸收峰波长相距较大的情况下使用。如果上述方法都不能使用，也可采用预分离的方法，如：萃取分离、色谱分离、沉淀分离、离子交换和蒸馏等方法，将干扰组分与待测组分分开，然后进行吸收光谱测定。6.表观摩尔吸收系数的精确求法根据朗伯-比耳定律，可以计算物质的表观摩尔吸收系数：=A/bc值：反映物质对光吸收的灵敏度。精确求取摩尔吸收系数的方法是：在不同带通宽度时测定表观摩尔吸收系数，绘制表观摩尔吸收系数对带通宽度的曲线关系图，将曲线外推到带通宽度为零处，这时相应的摩尔吸收系数即为精确的表观摩尔吸收系数。29紫外-可见分光光度计的构造、类型及发展趋势1.构造通常由5个部分组成：（1）一个或多个辐射源；（2）波长选择器；（3）试样容器（吸收池）；（4）辐射换能器；（5）信号处理器和读出装置。（1）辐射源：对光源的主要要求是：在仪器操作所需的光谱区域内，能发射连续的具有足够强度和稳定的辐射，并且辐射能随波长的变化尽可能小，使用寿命长。紫外-可见的辐射光源有白炽电源和气体放电光源两类。在可见和近红外光区的常用光源为白炽光源，如：钨灯和碘钨灯等。紫外光区主要采用氢灯、氘灯和氙灯等放电灯。氘灯与氢灯的特性相似，不同的是氘灯的辐射强度约高2~3倍，寿命较长，成本较高。氙灯是让电流通过氙气产生强辐射。其强度高于氢灯，但欠稳定。（2）波长选择器波长选择器通常有两种类型：滤光片和借助棱镜或衍射光栅的几何色散。现在的商品仪器几乎都用光栅做色散元件。光栅在整个波长区可以提供良好的、均匀一致的分辨能力、而且成本低、便于保存。（3）吸收池/试样容器在紫外-可见分光光度法中，一般使用液体试液，试液放在分光光度计光束通过的液体池中。吸收池又称比色皿或比色杯。对吸收池的要求：主要是能透过所研究的光谱区辐射线。按材料可分为玻璃吸收池和石英吸收池两种。前者不能用于紫外区，紫外光区用石英吸收池，可见光区可以用玻璃吸收池；而石英吸收池也能透过可见光及近红外光。吸收池的两个光学面必须平整光洁，使用时不能用手触摸。吸收池有多种尺寸和不同结构，吸收池的光径可在0.1~10cm之间变化，其中以1cm光径吸收池最为常用，根据使用要求选用。（4）辐能转换器/检测器/接受器作为一个理想的检测器，它应具有高灵敏度、高信噪比、响应时间快，并且在整个研究的波长范围内有恒定的响应。在紫外-可见分光光度计上，现在广泛使用的检测器是光电倍增管。它不仅响应速度快，能检测10-8~10-9s的脉冲光，而且灵敏度高，比一般光电管高200倍。（5）信号处理器和读出装置通常信号处理器是一种电子器件。它可放大检测器的输出信号。此外，它也可以把信号从直流变成交流（或相反），改变信号的相位，滤掉不需要的成分。同时信号处理器也可用来执行某些信号的数学运算，如：微分、积分或转换成对数。在现代仪器中，常用的读出器件有数字表、记录仪、电位计标尺和阴极射线管等。现在很多紫外-可见分光光度计都装有微处理机，一方面将信号记录和处理，另一方面可对分光光度计进行操作控制。2.分光光度计的类型目前市售的分光光度计类型很多。但可以归纳为四种类型：单光束、双光束、双波长和多道分光光度计。其中多道仪器具有快速扫描的特点，整个光谱扫描时间不到1s。3.紫外-可见分光光度计的发展趋势（1）分光光度计的组件发展a.全息光栅正在迅速取代机刻光栅全息光栅的杂散光很少，与一般光栅相比，全息光栅的刻蚀误差显著地下降了。b.电视式显示和电子计算机绘图迅速普及表头数子电压表电视式显示c.光电倍增管作为检测器已成为主导光电管或光电池光电倍增管（灵敏度高、响应快）（2）分光光度计的构型发展a.电子计算机控制的分光光度计日见增多微处理机控制的分光光度计不仅促使分光光度计进一步自动化，而且大大地改善了仪器的性能，例如：使分光光度计具有多级导数的能力，具有光谱累积和平均的特点(性)，从而大大提高了仪器的信噪比。b.双波长分光光度计迅速发展1968年日立公司制造出第一台商品化的365型双波长分光光度计。c.快速扫描分光光度计陆续问世利用光分析可以跟踪化学反应历程，一般分光光度计只适于历程为20~30min以上的反应，要研究速度较快的反应，就需要设计出快速扫描分光光度计，如：多道分光光度计（采用：多道光子检测器，整个光谱扫描时间不到1s）。4.仪器的最新进展(1)仪器的自动化程度大大提高；(2)重视适用附件的开发；(