紫外可见分光光度法测定排放水部分指标-郭熠

紫外可见分光光度法监控排放水各项指标郭熠信邦集团研发部§1主要测试项目•1.1氨氮——纳氏试剂显色法•1.2总氮——双波长分光光度法•1.3总磷——过硫酸钾消解法•1.4六价铬——二苯碳酰二肼显色法•紫外可见光基础知识•紫外可见分光光度计仪器构造、原理、测试能力及适用范围•排放水测试项目的检测方法、原理及操作步骤•仪器的维护和保养1.紫外光，紫外辐射（ultravioletlight,ultravioletradiation）•紫外光波长比可见光短，但比X射线长的电磁辐射。紫外光在电磁波谱中范围波长为10~400nm•紫外光被划分为A射线、B射线、C射线（简称UVA、UVB、UVC）波长范围：UVA：400~315nmUVB：315~280nmUVC：280~190nm•紫外可见分光光度法又称紫外—可见分子吸收光谱法(Ultraviolet-VisibleMolecularAbsorptionSpectrometry)•紫外—可见吸收光谱主要产生于分子价电子在电子能级间的跃迁，是研究物质电子光谱的分析方法•它可用于定性和定量测定大量的无机化合物和有机化合物•各种化合物由于组成和结构上的不同都有各自特征的紫外—可见吸收光谱•通过吸收光谱的形状、波峰的位置及强度、波峰的数目等进行定性分析TU-1810紫外可见分光光度计四种测量模式：光度测量：测定一定波长下物质的吸光度值。光谱扫描：吸光度值与波长的曲线，用于扫描物质的特征吸收峰。定量测定：选定最大吸收波长，在此波长下测定不同浓度的标液绘制标准曲线，用于定量测定未知浓度的样液。时间扫描：定波长下的吸光度值随时间的变化线。一、定性分析（一）定性方法•紫外－可见分光光度法在无机定性分析中并未得到广泛的应用•利用紫外－可见分光光度法确定未知不饱和化合物结构的结构骨架时，一般有两种方法：一是比较吸收光谱的曲线二是用经验规则计算最大吸收波长，然后与实测值比较二、定量分析1.UV-VIS定量分析特性•灵敏度可达10-4~10-5mol·L-1，甚至可达10-6~10-7mol·L-1•准确度好，相对误差在1%-3%范围内，如果操作得当，则误差往往可减少到百分之零点几•操作容易、简单2.分析条件的选择A．仪器测量条件•合适的吸光度范围（调节待测物浓度、选用适当厚度的吸收池等）•入射光波长和狭缝宽度B．反应条件的选择•显色剂用量•溶液酸度的选择•显色反应时间、温度等C．参比溶液的选择•溶剂参比•试剂参比•试样参比•平行操作溶液参比D．干扰及消除方法•控制酸度•掩蔽剂•选择适当分析波长•分离3．单组分定量方法•对单一物质的定量分析比较简单，一般选用工作曲线法和标准加入法进行定量分析4.多组分定量方法两个以上吸光组分的混合物，根据其吸收峰的相互干扰情况，选择适当分析方法•当两组分仅部分重叠时，可通过选择适当的入射光波长，按单一组分的方法测定•当两组分相互重叠严重时，不可能采用单纯的单波长分光光度法测定，只能采用多组分定量方法•随着测量组分的增多，实验结果的误差也将增大双波长法测定混浊样品•在双波长法测定中，若将λ2设在试样的吸收峰上，λ1设在试样无特征吸收的波长上，此时λ1和λ2处的背景吸收应相等。显然，λ2上测得的是试样本身的吸收与背景吸收的总和，λ1测得的是背景吸收。因此用双波长法可以消除因试样混浊产生的背景吸收双波长分光光度法的特点•可进行混浊试样的分析•通过适当的波长组合，可进行双组分或三组分混合物的同时测定•当λ1、λ2相差1-2nm时，使用双波长同时扫描，可记录一阶导数光谱•采用一波长固定，另一波长扫描，记录吸收光谱，可消除混浊背景的影响•采用双笔记录器，可记录溶液中发生的两种现象三、朗伯比耳定律(Lambert-Beer’sLaw)•分子吸收光谱定量分析的基本定律•它指出：当一束单色光穿过透明介质时，光强度的降低同入射光的强度、吸收介质的厚度以及光路中吸光微粒的数目成正比A=-lgT=lg(I0/I)=εbcA：吸光度T：透射比（百分透射比%）I0：入射光辐射强度I：透射光辐射强度b：光通过试样的光程长度（cm）c：分析物浓度（mol●L-1）ε:摩尔吸收系数（L●mol-1●cm-1）（摩尔吸光系数是有色化合物的重要特性。ε愈大，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。）朗伯比耳定律的局限性（LimitationstoBeer’sLaw）（1）比耳定律本身的局限性•比耳定律只适用于稀溶液（0.01mol●L-1）（2）化学偏离•主要是指分析物质涉及到任何平衡反应时，如分析物质与溶剂发生缔合、离解及溶剂化反应，产生的生成物与被分析物质具有不同的吸收光谱，出现化学偏离（3）仪器偏离•复色光•杂散光•不平行入射光四、紫外－可见分光光度计(UV-VISSpectrophotometer)主要组成部件1.光源•对光源的主要要求：在仪器操作所需的光谱区域内，能发射连续的、稳定的、具有足够强度的辐射，且辐射能随波长的变化尽可能小，使用寿命长•紫外及可见区的辐射光源：白炽光源、气体放电光源和激光光源白炽光源•在可见和近红外光区的常用光源•钨灯的使用范围320~2500nm•碘钨灯与钨灯相比，碘钨灯具有更大的发射强度和更长的使用寿命，是近代分光光度计中广泛使用的光源•辐射能量与施加的外加电压有关，在可见光区，辐射的能量与工作电压的4次方成正比•光电流也与灯丝电压的n次方(n＞1)成正比•使用时必须严格控制灯丝电压，必要时须配备稳压装置，以保证光源的稳定气体放电光源•氢灯、氘灯和氙灯以及空心阴极灯光源等•可使用的波长范围为160～375nm，由于受石英窗吸收的限制，通常紫外光区波长的有效范围一般为200～375nm•灯内氢气压力为100Pa时，用稳压电源供电，放电十分稳定，且光强度恒定激光光源•根据可以产生受激辐射的工作物质的物态特性分为气体、固体、半导体和液体激光器2.波长选择器•波长选择器：滤光片和借助棱镜或衍射光栅的几何色散滤光片•滤光片是一种简单而廉价的波长选择器，其作用是选择性地透过一定波长范围的光•滤光片有吸收滤光片和干涉滤光片，前者仅限于可见光谱区，后者可用于紫外、可见和红外辐射单色仪•棱镜、光栅和声光可调滤波器3.吸收池•吸收池用于盛放分析的试样溶液，让入射光束通过•吸收池一般由玻璃和石英两种材料做成，玻璃池只能用于可见光区，石英池可用于可见光区及紫外光区•吸收池的大小规格从几毫米到几厘米不等，最常用的是1厘米的吸收池•为减少光的反射损失，吸收池的光学面必须严格垂直于光束方向•在精度分析测定中（紫外光区尤其重要），吸收池要挑选配对，使它们的性能基本一致，因为吸收池材料本身及光学面的光学特性、以及吸收池光程长度的精确性等对吸光度的测量结果都有直接影响4.光电转换器I.定义光电转换器是将光辐射转化为可以测量的电信号的器件。S=kP+kd=kPk:校正灵敏度；P：辐射功率；kd:暗电流（可通过线路补偿，使为0）II.理想的光电转换器要求灵敏度高；S/N大；暗电流小；响应快且在宽的波段内响应恒定C）光电转换器种类及应用波段检测器种类检测器应用波段早期检测器人眼(Vis)，相板及照像胶片(UV-Vis)UV-Vis硒光电池（Photovoltaiccell,光伏管）350-(500)max-750nm真空光电管（Vacuumphototube）据光敏材料而定光电倍增管（Photomultipliertube）ibid光电转换器(phototransducer)硅二极管（Silicondiode）190-1100nm光二极管阵列（Photodiodearray,PDA）多通道转换器(Multichanneltransducer)电荷转移器件Charge-transferdevice,CTD：电荷注入器件(Charge-injectiondevice,CID)电荷耦合器件(Charge-coupleddevice,CCD)电导检测器电导检测器（Photoconductivity）；UV-Vis热电偶（Thermocouple）辐射热计（Bolometer）热检测器(Thermaltransducer)热释电（Pyroelectrictransducer）IR光电倍增管（photomultipliertube,PMT）石英套光束1个光子产生106~107个电子栅极，Grill阳极屏蔽光电倍增管示意图共有9个打拿极(dynatron)，所加直流电压共为9010V900Vdc90V123456789阳极阴极石英封读出装置R光电倍增管（PMT）电路图优点：高灵敏度；响应快；适于弱光测定，甚至对单一光子均可响应缺点：热发射强，因此暗电流大，需冷却（-30oC)。不得置于强光(如日光)下，否则会永久损坏PMT！水质氨氮——纳氏试剂分光光度法1、测定原理水样中的氨与碘化汞和碘化钾的碱性溶液反应生成淡红棕色胶态化合物，该化合物的色度与氨氮的含量成正比，可在410~425nm范围内进行检测。2、水样处理（pH＜2）煮沸凝聚沉淀络合掩蔽显色，定量测定用10%硫酸调节pH小于2后煮沸除去有机物加入硫酸锌溶液,用25%氢氧化钠溶液调节pH约为10.5,静置,除去硫化物加入纳氏试剂使其显色.1cm光程,420nm处吸光度取上清液,加入酒石酸钾钠溶液,掩蔽钙镁离子1、测定原理K2S2O8+H2O→2KHSO4+1/2O2KHSO4→K++HSO4-HSO4-→H++SO42-2、水样处理水质总氮——碱性过硫酸钾消解法取污水10ml加碱性过硫酸钾消解加1:9HCL消除碳酸盐和碳酸氢盐的影响140℃消解30min，使有机氮和无机氮全部转化为硝酸盐定容，定量测定1cm光程,在220nm和275nm下的吸光度•利用硝酸根在220nm处的吸收而定量测定硝酸盐氮的含量，但是溶解的有机物在220nm也有吸收，而硝酸根离子在275nm处没有吸收，因此，在275nm处做另一次测量，以校准硝酸盐氮值1、测定原理在中性条件下用过硫酸钾使试样消解，将所含磷全部氧化为正磷酸盐。在酸性条件下，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下生成磷钼杂多酸后，立即被抗坏血酸还原，生成蓝色的络合物。2、水样处理水质总磷——过硫酸钾消解法取污水5ml加过硫酸钾消解加钼酸盐，抗坏血酸生成磷钼杂多酸后被还原为钼蓝140℃消解15min定容，定量测定3cm光程，在700nm下的吸光度1、测定原理当溶液的酸性在pH为2.0±0.5之间时，溶液中的六价铬离子与二苯碳酰二肼反应生成紫红色化合物，利用标准曲线法，通过测量显色后溶液在540nm处的吸光度。2、水样处理水质六价铬——二苯碳酰二肼显色法取污水50ml调节pH~2.0加显色剂定容，定量测定六价铬与显色剂反应显紫红色1cm光程,在540nm下的吸光度1、仪器应放在坚固的工作台上，避免因振动的影响，光学系统各元件相对位置发生移动；2、确保电压稳定,保证仪器放置和运行环境：20-25℃,40-80%RH，防止仪器受潮和酸的侵蚀；3、测量的液体体积约为比色皿的2/3高度，避免液体污染仪器内部，破坏元器件，影响仪器的稳定性；4、每次测量前应关闭光源，预热半小时，开机后，如长时间不使用光源需将其关闭，以减小损耗当仪器不经常使用时，保证每星期至少开机1～2h，避免各元件受潮；5、比色皿必须保持干净，使用前后必须彻底清洗，并用酒精浸泡，或定期用盐酸-过氧化氢溶液清洁，不能用手接触光面，檫试比色皿时用试镜纸按照一个方向檫试，为了确保通光的均匀性，两个比色皿上有“s”标记的光面必须朝向同一个方向；6、每次使用之后要收拾好桌面并将仪器用布罩好，避免灰尘污染。7、根据需求选择比色皿材质和光程。可一律使用石英比色皿，可见光区也可使用玻璃比色皿（玻璃比色皿对紫外光有吸收），光程有10mm和30mm两种。仪器维护和保养