分析化学紫外可见光分光光度法-

(真空紫外)
10nm~ 200nm
中层 电子
200nm ~380nm
价电 子
380nm 780 nm 2.5 m 50 m ~ 780nm ~ 2.5 m ~ 50 m ~300 m
价电子 分子 振动
分子 振动
分子 转动
9
•光学分析法及其分类 1）光学分析法
依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐射相互 作用而建立起来的各种分析法。
表
示，A＝
E
1% 1cm
b
c，E
1% 1cm
叫做比消光系数
23
3）吸光度(A)、透光率(T)与浓度(c)的关系
A
T
T =10-kbc
A=kbc
线性关系
c
24
吸光度与光程的关系 A = bc
吸光度
光源
0.00
检测器
吸光度
0.22
b
光源
检测器
吸光度
0.44
样品
b
b
光源
检测器
样品
样品
25
吸光度与浓度的关系 A = bc
14
Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱 (Absorption spectra of Cr2O72-、MnO4- )
525 545
1.0 350 Cr2O72-
0.8
MnO4-
0.6
0.4
440 nm
0.2
Absorbance
350
400
500
600
700 /nm
15
4.吸收光谱产生的原理
物质分子内部六种运动形式： （1）电子相对于原子核的运动Ee； （2）原子核在其平衡位置附近的相对振动Ev； （3）分子本身绕其重心的转动Er； （4）原子的核能En； （5）分子的平动能Et； （6）基团间的内旋转能Ei。
47
单色器
①入射狭缝：光源的光由此进入单色器； ②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行
光束； ③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或
光栅； ④聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得
单色光聚焦至出射狭缝； ⑤出射狭缝：
48
单色器 棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同
白光 入射狭缝 准直透镜
T=10-kbc=10-A
22
2）吸光系数
当c的单位用g·L-1表示时，用a表示，
A＝a b c
a的单位: L·g-1·cm-1
当c的单位用mol·L-1表示时，用表示.
－摩尔吸光系数
A＝ b c
的单位: L·mol-1·cm-
1
当c的单位用g·(100mL)-1表示时，用
E
1 1
% cm
2) 吸光质点形式不变：离解、络合、缔合会破坏 线性关系， 应控制条件(酸度、浓度、介质等)
3) 稀溶液： 浓度增大，分子之间作用增强
28
例：亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱
x104
a. 6.36×10-6 mol/L b. 1.27×10-4 mol/L c. 5.97×10-4 mol/L
亚甲蓝阳离子 单体
玻璃 — 能吸收UV光，仅适用于可见光区 石英 — 不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区
要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）
• 消除干扰和吸收池不 匹配引起的误差
46
三。分光光度计的主要部件
1. 光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有 足够的光强度,稳定。
可见光区：钨灯，碘钨灯(320 ～ 2500 nm) 紫外区：氢灯，氘灯(180 ～ 375 nm)
2. 单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色 光的装置。
棱镜:玻璃350 ～ 3200 nm, 石英185 ～ 4000 nm 光栅:波长范围宽, 色散均匀,分辨性能好, 使用方便
吸光度
0.00
光源
检测器 吸光度
0.22
b
检测器 吸光度 b
0.44
光源 光源
检测器
26
4）摩尔吸光系数()的讨论
（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征 常数，可作为定性鉴定的参数； （2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在 温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身 的性质有关，与待测物浓度无关； （3）同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的 。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以 εmax表示。εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光 能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最 大灵敏度。
32
第三节 吸光光度法及仪器
一。光度分析的几种方法
1.目视比色法
观察方向
c1
c2
c3
c4
c1c2
c3
c4
方便、灵敏，准确度差。常用于限界分析。
33
2. 光电比色法
通过滤光片得一窄范围的光(几十nm)
灵敏度和 准确度较 差 光电比色计结构示意图
34
3. 吸光光度法和分光光度计
通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光.
波长可调, 故选择性好, 准确度高.
光源
单色器
吸收池
检测系统
稳压电源
分光光度法的基本部件
35
光路示意图
36
分光光度计内部光的传播途径
37
二。分光光度计的类型
38
1．单光束分光光度计
特点： • 使用时来回拉
动吸收池 →移动误差 • 对光源要求高 • 比色池配对
39
722型分光光度计结构方框图
棱镜
800
λ1
600
500
λ2
聚焦透镜 出射狭缝 400
49
光栅： 在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等
宽度等间距条痕(600、1200、2400
条/mm )。
原理：
平面透 射光栅
透 镜
光屏
利用光通过光栅时
发生衍射和干涉现
M1
象而分光.
光栅衍射示意图
M2
出 射 狭 缝
50
光栅
51
3.吸收池:用于盛待测及参比溶液。
27
（4）εmax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。 ε>105：超高灵敏； ε=(6～10）×104 ：高灵敏； ε<2×104 ：不灵敏。
（5）ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该 溶液在某一波长下的吸光度。
5）朗伯-比尔定律的适用条件
1) 单色光: 应选用max处或肩峰处测定
分类：折射法、旋光法、比浊法、χ射线衍射法
(3) 光谱法与非光谱法的区别：
光谱法：内部能级发生变化 (波长改变) 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
非光谱法：内部能级不发生变化仅测定电磁辐 射性质改变(波长不变)
11
二。吸光光度法
吸光光度法是基于被测物质的分子对光 具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方 法。
在紫外-可见光的照射下， En不变， Et和 Ei较小。所以，体系吸收能量而发生跃迁时：
△E = △ Ee + △Ev+ △Er
16
分子的能级
三种能级都是量子 化的，且各自具有 相应的能量
ΔEe(1~20eV) >ΔEv (0.05~1eV) >ΔEr (0.005~0.05eV)
17
电子能级的跃迁
蓝 绿蓝 蓝绿
绿 黄绿
黄 橙 红
互补光 黄绿
黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
13
3。物质对光的选择性吸收及吸收曲线
吸收与结构有关。溶液呈现不同的颜色是由溶
液中的质点（离子或分子）对不同波长的光具 有选择性吸收而引起的。当白光通过某一有色 溶液时，该溶液会选择性地吸收某些波长的光 而让未被吸收的光透射过，即溶液呈现透射光 的颜色，亦即呈现的是它吸收光的互补光的颜 色。例如，KMnO4溶液选择吸收了白光中的绿 色(500~560nm)光，与绿色光互补的紫色光因未 被吸收而透过溶液，所以KMnO4溶液呈现紫色 。
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
8
•光学光谱区
远紫外 近紫外 可见 近红外 中红外 远红外
第十章
吸光光度法
1
化学分析法总结
• 酸碱滴定法 • 配位滴定法 • 氧化-还原滴定法 • 沉淀滴定法 • 重量分析法
2
化学分析与仪器分析方法比较
化学分析
准确度高
常量组分(>1%), Er 0.1%～0.2%
依据化学反应, 使用玻璃仪器
仪器分析
灵敏度高
微量组分(<1%), Er 1%～5% 依据物理或物理化学性质, 需要特殊的仪器
1。 特点
灵敏度高：测定下限可达10－5～10－6mol/L, 10-4%～10-5%
准确度能够满足微量组分的测定要求： 相对误差2～5％
操作简便快速 应用广泛
12
2。溶液中溶质分子对光的吸收
不同颜色的可见光波长及其互补光
/nm 颜色 400-450 紫
450-480 480-490 490-500 500-560 560-580 580-610 610-650 650-760
单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)
6
结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越 长(频率越低)，光量子的能量越低。
单色光：具有相同能量(相同波长)的光。 混合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在
一起。
电磁波谱的波段如何划分?
7
•电磁波谱 电磁辐射按波长顺序排列，称~。
γ射线→ X 射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波
2）分类：
(1)光谱法：利用物质与电磁辐射作用时，物质内 部发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或 散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、 定量分析方法
按能量交换方向分 吸收光谱法 发射光谱法
按作用结果不同分 原子光谱→线状光谱 分子光谱→带状光谱
10
(2) 非光谱法：
• 利用物质与电磁辐射的相互作用,测定电磁辐 射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性 质变化的分析方法
例: 含Fe约0.05%的样品, 称0.2g, 则m(Fe)≈0.1mg 重量法 m(Fe2O3)≈0.14mg, 称不准
容量法 V(K2Cr2O7)≈0.02mL, 测不准 光度法 结果0.048%～0.052%, 满足要求
3
第一节 物质对光的选择吸收
• 光是电磁波，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能量
用参比溶液调T = 100%（A=0），再测 样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光 的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等。
31
6。引起偏离朗—比定律的因素 1）物理因素
• 非单色光---实际光源为具有一定范围的光。 • 非平行入射光--- 若入射光不垂直 • 介质不均匀-----溶液不均匀，混浊、胶体等 2）化学因素 • 溶液浓度过高 • 化学反应---分子缔合、解离等改变质点个数
一。光的基本性质
光的传播速度: C=λ×ν
c－真空中光速 2.99792458×108m/s
λ－波长，单位 nm
ν－频率，单位：Hz
4
与物质作用 电场向量 Y
Z 磁场向量
X 传播方向
5
光量子，具有能量。
Eh
E hc

h－普朗克(Planck)常数 6.626×10-34J·s
－频率
E－光量子具有的能量
光 Байду номын сангаас光系 源统
吸收池
检测系统
显示系统
40
可见分光光度计
41
可见分光光度计
42
2．双光束分光光度计
特点：不用拉动吸收池，可以减小移动误差 • 对光源要求不高 • 可以自动扫描吸收光谱
43
紫外-可见分光光度计
44
U-3400型紫外-可见分光光度计
45
3．双波长分光光度计
特点：
• 利用吸光度差值定量
max= 660 nm
二聚体
max= 610 nm
(nm) 二聚体的生成 破坏了A与c的 线性关系
29
4 朗伯-比尔定律的分析应用
溶液浓度的测定 A
A＝ bc
A~c
工作曲线法
0.8
0.6
*
0.4
0.2
0
0 1 2 3 4 mg/ml
30
5。吸光度的测量与吸光度的加和性 A = A1 + A2 + … +An
A
230
250
270

20
第二节 光吸收基本定律
1. 朗伯定律
I I-dI
I0
s
It
b dx
A=lg(I0/It)=k1b—光程
2. 比尔定律
A=k2c
21
3。朗伯-比尔定律
A=k b c
A— 吸光度 b— 介质厚度 c— 浓度 K— 吸光系数
1) T－透光率
T = It I0
A = lg (I0/It) = lg(1/T) = k b c
分子结构的复杂性使其对不同波长光 的吸收程度不同；
用不同波长的单色光照射，测吸收光 的程度随光波长的变化— 吸收曲线与最大
吸收波长 max。
19
苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱 (Absorption spectra of benzene and
toluene in cyclohexane)
苯(254nm) 甲苯(262nm)
当用可见光或紫外光 照射分子时，价电子可以 跃迁产生吸收光谱，在电 子能级变化的同时，不可 避免地伴随分子振动和转 动的能级变化。因此他包 含了大量谱线，并由于这 些谱线的重叠而成为连续 的吸收带。
18
分子的激发(Excitation)
M + h M*
基态
激发态
E1
△E
E2
E = E2 - E1 = h