紫外-可见分光光度法

2020/3/31第十章紫外-可见分光光度法第一节概述第二节基本原理第三节紫外-可见光光度计第四节分析条件选择第五节定性与定量分析第六节应用2020/3/31222020/3/31基于物质吸收紫外或可见光引起分子中价电子跃迁、产生分子吸收光谱与物质组分之间的关系建立起来的分析方法，称为紫外可见分光光度法。1.了解光学分析基本概述2.熟悉物质对光的选择性吸收3.掌握紫外-可见一可见分光光法特点4.掌握光的吸收定律5.掌握分光光度计的构造及原理6.熟悉显色反应及显色条件的选择7.掌握紫外-可见分光光度法的测定原理8.熟悉测定方法及应用本章要点2020/3/31332020/3/31第一节概述基于物质光学性质(电磁辐射或物质与辐射作用)而建立起来的分析方法称之。吸收光谱分析、发射光谱分析光学分析法：在光(或能量)作用下，通过测定物质产生(发射、吸收或散射)光的波长和强度来进行定性、定量分析的方法。内部能级变化.光谱分析法或光谱法非光谱分析法改变电磁波的传播方向、速度等物理性质进行分析的方法。内部能级不变化,仅电磁辐射性质改变分子光谱分析、原子光谱分析按作用物分:按能级跃迁方向：按波长不同分：红外、可见光、紫外光谱法等2020/3/31442020/3/31一、基本概念（一）电磁辐射和电磁波谱1．电磁辐射（电磁波，光是其中一种）：以巨大速度通过空间、不需要任何物质作为传播媒介的一种粒子流（能量）。2．电磁辐射的性质：具有波、粒二向性1，cchhE波动性：光的反射、折射、偏振、干涉衍射现象。微粒性：光的吸收、放射、光电效应等现象。光子能量:E∝1/λ，λ↓E↑σ是波数，C=2.9979×108m/s例1:P1532020/3/31552020/3/31紫外--可见光在电磁波谱中的位置电磁辐射本质是一样的，区别在于频率不一样。按波长不同排列起来就形成电磁波谱。表13-1高能辐射区γ射线能量最高，来源于核能级跃迁χ射线来自内层电子能级的跃迁光学光谱区紫外光来自原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光来自分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波来自原子核自旋能级的跃迁(10-3~10nm)(10nm~10μm)(0.1cm~1000m)电磁波谱：γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波10-20.1nm10nm102nm103nm0.1cm100cm1cm103m|||||||波长短长2020/3/31662020/3/31（二）原子光谱与分子光谱1、原子光谱：气态原子或离子外层电子在不同能级间跃迁而产生的光谱。包括：原子吸收、原子放射、原子荧光光谱等。原子吸收辐射能条件：Ech　　chhEEE12原子光谱为一条条彼此分立的线状光谱。2、分子光谱：在辐射能作用下，分子内能级间的跃起迁产生的光谱。包括：分子吸收、分子荧光光谱等。分子光谱产生的机制与原子光谱相同，但复杂得多，包括：电子运动、原子间振动、分子转动三种不同运动。2020/3/31772020/3/31分子吸收外来辐射能后，其能量改变（ΔE）为：ΔE=ΔEe+ΔEv+ΔEr对多数分子而言，ΔEe（电子）约为1-20ev，紫外可见ΔEv（振动）约为0.05-1ev，近红外、中红外区ΔEr（转动）小于0.05ev，远红外、微波区ΔEeΔEvΔEr因无法获得纯粹的振动光谱和电子光谱，故分子光谱为带状光谱。分子光谱2020/3/31882020/3/31（三）吸收光谱与发射光谱1、吸收光谱：物质由基态跃迁至激发态时，对辐射能选择性吸收而得到的原子或分子光谱。激发态光基态吸收辐射能量*MhM吸收光谱(1)紫外分光光度法(UV):λ∈(200~400nm),用于有机物定性、定量、结构分析。(2)可见分光光度法(Vis):λ∈(400~760nm),用于有色物质定量分析。(3)红外分光光度法(IR):λ∈(2.5~50μm),用于有机物结构分析。(4)核磁共振谱(NMR)：原子核吸收无线电波，发生核自旋级跃迁，产生光谱。用于分子结构分析。2020/3/31992020/3/31原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁物质由激发态跃迁至基态而产生的原子或分子光谱。包括：原子发射光谱、原子或分子荧光光谱、分子磷光光谱等。光基态激发态释放能量发光hMM*发射光谱2、发射光谱：2020/3/3110102020/3/31二、物质对光的选择性吸收●物质的颜色由物质与光的相互作用方式决定。●人眼能感觉到的光称可见光，波长范围是：400~760nm。表13-2●让白光通过棱镜，能色散出红、橙、黄、绿、蓝、紫等各色光。●单色光：单一波长的光●复合光：由不同波长的光组合而成的光，如白光。●光的互补：若两种不同颜色的单色光按一定比例混合得到白光，称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。2020/3/3111112020/3/31物质的颜色：是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生。即物质的颜色是它所吸收光的互补色。无色溶液：透过所有颜色的光有色溶液：透过光的颜色黑色：吸收所有颜色的光白色：反射所有颜色的光物质的本色2020/3/3112122020/3/31完全吸收完全透过吸收黄光光谱示意表观现象示意复合光蓝光无色黑色物质的颜色与光的关系2020/3/3113132020/3/31基于物质吸收紫外或可见光引起分子中价电子跃迁、产生分子吸收光谱与物质组分之间的关系建立起来的分析方法，称为紫外可见分光光度法（UV-vis）。三、紫外-可见分光光度法特点（1）灵敏度高，可测到10-7g/ml。（2）准确度好，相对误差为1%-5%，满足微量组分测定要求。（3）选择性好，多种组分共存，无需分离直接测定某物质。（4）操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单、便宜。（5）应用广泛，无机、有机物均可测定。2020/3/3114142020/3/31物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生。即物质的颜色是它所吸收光的互补色。为什么溶液呈黑色或白色呢?物质的颜色光的互补规律2020/3/3115152020/3/31第二节紫外-可见分光光度法的基本原理一、透光率（透光度）和吸收度①透光率T定义：T取值为0.0%~100.0%T=0.0%：光全吸收T=100.0%：光全透过②吸光度（吸收度）AT=ItI0×100%显然，T↑，溶液吸收度↓；T↓，溶液吸收度↑。即透光率T反映溶液对光吸收程度，通常用1/T反映吸光度。定义：A=lg1T=-lgT=lgI0ItA=-lgT,T=10-AtI0=It+Ia+Ir吸收光反射光透过光Ia③T与A关系：Ir例2：P157A∝1/T，T=0，A=∞，T=100%，A=02020/3/3116162020/3/31二、光的吸收定律朗伯(Lambert)和比尔(Beer)分别于1760年和1852年研究吸光度Ａ与溶液厚度Ｌ和其浓度Ｃ的定量关系：朗伯定律：A=k1×L比尔定律：A=k1×CA=kCL一束平行单色光通过一均匀、非散射的吸光物质溶液时，在入射光的波长、强度以及溶液温度等保持不变时，该溶液的吸光度A与其浓度C及液层厚度L的乘积成正比。①入射光为单色光，适用于可见、红外、紫外光。②均匀、无散射溶液、固体、气体。③吸光度A具有加和性。Aa+b+c=Aa+Ab+Ac注意!适用范围朗伯-比尔定律:L→2L时，A、T→？2AA=-lgT,T=10-A=10-kcL吸光系数浓度液层厚度T22020/3/3117172020/3/31三、吸光系数1、摩尔吸光系数或Em：在一定λ下，c=1mol/L，L=1cm时的吸光度。单位：L/(mol.cm)%1110cmEM%11cmE（1）一定条件下是一个特征常数。（2）在温度和波长等条件一定时，ε仅与物质本身的性质有关，与待测物浓度c和液层厚度L无关；（3）定性和定量分析依据：同一物质在不同波长时ε值不同。不同物质在同一波长时ε值不同。εmax表明了该物质在最大吸收波长λmax处的最大吸光能力。4、吸光系数的意义:2、百分吸光系数/比吸光系数：3、两者关系:例：P158~159A=kcLk=A/cL一定λ下,c=1%(W/V)，L=1cm时的吸光度。单位：100ml/g.cm1g/100ml2020/3/3118182020/3/311．定义：以A为纵坐标，λ为横坐标，绘制的λ~A曲线。四、吸收光谱（吸收曲线）2．吸收光谱术语：①吸收峰→λmax,②吸收谷→λmin③肩峰→λsh,④末端吸收⑤强带：max104，弱带：max103特征值2020/3/3119192020/3/31吸收光谱特征值：λmaxλminλsh●同一物质的吸收光谱特征值相同,(每一波长处吸光系数相同)。同一物质相同浓度的吸收曲线重合。●同一物质不同浓度，其吸收曲线形状相似,λmax相同。（定量）●不同物质相同浓度，其吸收曲线形状,λmax不同。（定性）定性、定量分析：在吸收曲线λmax处测吸光度A。2020/3/3120202020/3/31五、偏离光的吸收定律原因朗伯-比尔定律：A=kCL依据Beer定律，A与C关系应为经过原点的直线（一）化学因素（二）光学因素偏离Beer定律的主要因素表现为以下两个方面：2020/3/3121212020/3/31该定律适用于稀溶液，溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。尤其浓度过高(0.01mol/L)会使C与A关系偏离定律：①粒子相互作用加强，吸光能力改变。②溶液对光的折射率显著改变。（二）光学因素1．非单色光的影响：入射光为单色光是应用该定律的重要前提：2．杂散光的影响：仪器本身缺陷；光学元件污染造成。3．反射和散色光的影响：散射和反射使T↓，A↑，吸收光谱变形。通常可用空白对比校正消除。4．非平行光的影响：使光程↑，A↑，吸收光谱变形。（一）化学因素朗—比耳定律假定所有的吸光质点之间不发生相互作用；2020/3/3122222020/3/310.575第三节紫外-可见分光光度计依据朗伯-比尔定律，测定待测液吸光度A的仪器。（选择不同波长单色光λ、浓度）光源单色器吸收池检测器信号处理及显示分光光度计外观分光光度原理图:2020/3/3123232020/3/31一、主要部件1.光源：2.单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件钨灯或卤钨灯氢灯或氘灯—可见光源350~1000nm—紫外光源200~360nm色散元件棱镜光栅对不同波长的光折射率不同衍射和干涉,不同波长的投射方向不同玻璃棱镜:适用于可见区石英棱镜:适用于紫外区高度抛光的玻璃上刻有等宽、等距平行条痕狭缝：进出光狭缝。准直镜：复合光→平行光→色散后→聚集狭缝最佳宽度:减小狭缝宽度而溶液吸光度不变。3.吸收池：比色皿、比色杯，装样品溶液。有玻璃、石英杯两种4.检测器：光→电，光电池(硒,硅)，光电管(红,紫)，光电倍增管。5.信号处理显示器：放大较弱的电信号，并在检流计上显示出来。2020/3/3124242020/3/31二、光学性能1.波长范围：2.波长准确度：一般误差为±0.5nm—可见光400~1000nm—紫外-可见光190~360nm3.波长重现性：波长准确度的1/2左右。4.狭缝和谱带宽：单色光纯度指标。最小谱带宽度可达0.1~0.5nm5.分辨率：数值越小越好。中等仪器≤0.5nm,高级仪器≤0.1nm6.杂散光：所含杂散光强度百分比作指标。中等仪器≤0.5%,高级仪器≤0.001%7.透光率测量范围：中档仪器为0%~150%8.吸光度测量范围：中档仪器为-0.1730~+2.009.测光准确度：中档仪器误差为±0.5%10.测光重现性：测光准确度误差范围的1/2左右。2020/3/3125252020/3/31三、分光光度计类型单波长分光光度计双波长分光光度计单光束分光光度计双光束分光光度计可见光区:可紫外-见光区:721型