分光光法学习.pptx

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1、化学分析化学分析：常量组分：常量组分(1%),Er 0.1%0.2%依据化学反应依据化学反应,使用玻璃仪器使用玻璃仪器 化学分析法与仪器分析方法有什么不同？化学分析法与仪器分析方法有什么不同？仪器分析仪器分析：微量组分：微量组分(105：超高灵敏；：超高灵敏；=(610）104：高灵敏；：高灵敏；=104 103：中等灵敏；：中等灵敏；103 ：不灵敏。：不灵敏。（6）可作为可作为定性鉴定的参数定性鉴定的参数。摩尔吸收系数摩尔吸收系数的讨论的讨论分析化学第九章 分光光度法第15页/共62页透射比透射比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/I0吸光度吸光度A与透射比与透射

2、比T 的关系的关系:透射比透射比T T及吸光度的加和性及吸光度的加和性 吸光度具有加和性吸光度具有加和性(即同一入射波长下即同一入射波长下,多个物质有吸收时多个物质有吸收时,总吸总吸光度为各个物质吸光度之和光度为各个物质吸光度之和)。分析化学第九章 分光光度法第16页/共62页偏离郎伯偏离郎伯-比耳定律的原因比耳定律的原因1.1.现象现象 标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准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），这种现曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯象称为对朗伯 比耳定律的偏离。比耳定律的偏离。2.2.引起偏离的因素引

3、起偏离的因素（两大类）（两大类）（1 1）物理性因素，）物理性因素，即仪器的非理想引起的；即仪器的非理想引起的；（2 2）化学性因素。）化学性因素。分析化学第九章 分光光度法第17页/共62页物理性因素：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。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合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光可导致对朗伯 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、非平行入非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯射光都会引起对朗伯 比耳定律的比耳定律的偏离，偏离，最主要的是非单色光作为入最主要的是非单色光作为入射光引起的

4、偏离。射光引起的偏离。分析化学第九章 分光光度法第18页/共62页非单色光作为入射光引起的偏离：非单色光作为入射光引起的偏离：假设由波长为假设由波长为1和和2的两单色光的两单色光组成的入射光通过浓度为组成的入射光通过浓度为c的溶液，则：的溶液，则：A1lg（01/t1）1 bc A2lg(02/t2）2 bc故：故：式中：式中：01、02分别为分别为1、2 的入射光强度；的入射光强度；t1、t2分别为分别为1、2 的透射光强度；的透射光强度；1、2分别为分别为1、2的摩尔吸收系数；的摩尔吸收系数；分析化学第九章 分光光度法第19页/共62页 A总总=lg（0总总/t总总)=lg(I01+02)

5、/(t1+t2）=lg(I01+o2)/(01 10-1bc+02 10-2bc）令：令：1-2=；设：设：01=02 A总总=lg(2I01)/t1(1+10-bc）=A 1+lg2-lg(1+10-bc)因实际上只能测总吸光度因实际上只能测总吸光度A总总，故，故分析化学第九章 分光光度法第20页/共62页讨论：讨论：A总总=A1+lg2-lg(110 bc)(1)=0；即：即：1=2=则：则：A总 lg（o/t）bc(2)0 若若 1；bc0,lg(110 bc)值随c值增大而增大，则标准曲线偏离直线向c 轴弯曲，即负偏离；反之，则向A轴弯曲，即正偏离。分析化学第九章 分光光度法第21页/

6、共62页讨论：讨论：(3)很小时，即很小时，即 1 2：可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离。若浓度较高，即使偏离。若浓度较高，即使 很小，很小，A总总 1，且随着且随着c值增大，值增大，A总总 与与A 1的差异愈大，表现为的差异愈大，表现为A-c曲曲线上部线上部(高浓度区高浓度区)弯曲愈严重。弯曲愈严重。故朗伯故朗伯-比耳定律只适比耳定律只适用于稀溶液用于稀溶液。(4)为克服非单色光引起的偏离，首先为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的应选择比较好的单色器单色器。此外还应。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大将入射波长选定在待测物质

7、的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处吸收波长且吸收曲线较平坦处。分析化学第九章 分光光度法第22页/共62页讨论：讨论：选选用用谱谱带带a的的复复合合光光进进行行测测量量，得得到到右右图图的的工工作作曲曲线，线，A与与c基本呈直线关系。基本呈直线关系。选用谱带选用谱带b的复合光进行测量，的复合光进行测量，的变化较大，的变化较大，则则A随随波波长长的的变变化化较较明明显显，得得到到的的工工作作曲曲线线明明显显偏离线性。偏离线性。分析化学第九章 分光光度法第23页/共62页(2)(2)化学性因素化学性因素朗伯朗伯比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用

8、；互作用；仅在稀溶液仅在稀溶液(c10-2 mol L-1时，吸光质点间可能发生缔合时，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。等相互作用，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成等化学平衡时,使吸光质点的浓度发生变化使吸光质点的浓度发生变化,注意保持注意保持测定条件的一致测定条件的一致。例：例：CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O分析化学第九章 分光光度法第24页/共62页9.2 光度计及其基本部件光度计及其基本部件1.1

9、.分光光度计分光光度计分析化学第九章 分光光度法第25页/共62页 基本组成基本组成光源单色器样品室检测器显示分析化学第九章 分光光度法第26页/共62页分光光度计的主要部件分光光度计的主要部件 1.光源光源 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。可见光区：可见光区：钨灯作为钨灯作为光源，其辐射波长范围在光源，其辐射波长范围在3202500 nm。紫外区：紫外区：氢、氘灯。氢、氘灯。发射发射185400 nm的连续的连续光谱。光谱。分析化学第九章 分光光度法第27页/共62页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

10、一将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任意波长单色光的光学系统。任意波长单色光的光学系统。入射狭缝入射狭缝准直透镜准直透镜棱镜棱镜聚焦透镜聚焦透镜出射狭缝出射狭缝白光白光红红紫紫1 12 2800 600 500400棱镜：棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同依据不同波长光通过棱镜时折射率不同分析化学第九章 分光光度法第28页/共62页光栅：光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等宽度等间距等间距条痕条痕(600、1200、2400条条/mm)。M1M2出出射射狭狭缝缝光屏光屏透透镜镜平面透平面透射光栅射光栅光栅衍射示意图光栅衍射示意图原理：原理：

11、利用光通过光栅时利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光发生衍射和干涉现象而分光.分析化学第九章 分光光度法第29页/共62页3.样品池样品池 样品室放置各种样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一采用石英池，可见区一般用玻璃池。般用玻璃池。分析化学第九章 分光光度法第30页/共62页4.检测系统检测系统 将光强度转换成电流来进行测量。光电检测器。要求：对测将光强度转换成电流来进行测量。光电检测器。要求：对测定波长范围内的光有快速、灵敏的

12、响应，定波长范围内的光有快速、灵敏的响应，产生的光电流应与照产生的光电流应与照射于检测器上的光强度成正比。射于检测器上的光强度成正比。(1)(1)光电管光电管碱金属碱金属光敏阴极光敏阴极Ni环（片）环（片）h 分析化学第九章 分光光度法第31页/共62页(2)(2)光电二极管阵列光电二极管阵列电容器再次充电的电量与每个二极管检测到的光子数目成正比，而光子数又与光强成正比。通过测量整个波长范围内光强的变化就可得到吸收光谱。电容器充电电容器放电光照射再次充电测量周期分析化学第九章 分光光度法第32页/共62页9.3 显色反应与条件的选择为什么要进行显色反应？为什么要进行显色反应？光度分析中，对于本

13、身无吸收的待测组分，先要通过显色反应将待测组分转变成有色化合物，然后测定吸光度或吸收曲线。与待测组分形成有色化合物的试剂称为显色剂。Fe2+3橘橘红红色色分析化学第九章 分光光度法第33页/共62页 显色反应的选择显色反应的选择1.1.灵敏度高灵敏度高2.选择性高选择性高3.生成物稳定生成物稳定4.显色剂在测定波长处无明显吸收显色剂在测定波长处无明显吸收(两种有色物最大吸两种有色物最大吸收波长之差收波长之差,即即“对比度对比度”，要求，要求 60 nm)。分析化学第九章 分光光度法第34页/共62页9.3.2 显色反应条件的选择显色反应条件的选择1.1.显色剂用量显色剂用量 吸光度A与显色剂用

14、量cR的关系会出现如图所示的几种情况。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pH值条件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pH范围。3.3.显色时间与温度显色时间与温度 实验确定4.4.溶剂溶剂分析化学第九章 分光光度法第35页/共62页9.3.3 显色剂显色剂无机显色剂：无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵等。有机显色剂：有机显色剂：种类繁多偶氮类显色剂偶氮类显色剂：性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大，应用最广泛。偶氮胂III、PAR等。三苯甲烷类三苯甲烷类：铬天青S、二甲酚橙等分析化学第九章 分光光度法第36页

15、/共62页9.3.4 三元配合物在光度分析中的应用三元配合物在光度分析中的应用特性简介特性简介 由一种金属离子同时与两种不同的配位体形成的三元配合物具有下列分析特性：1.稳定，可提高分析测定的准确度和重现性稳定，可提高分析测定的准确度和重现性 例:Ti-EDTA-H2O2三元配合物的稳定性，比Ti-EDTA和Ti-H2O2二元配合物的稳定性，分别增强约1000倍和100倍。2.比二元配合物具有更高的灵敏度和更大的对比度比二元配合物具有更高的灵敏度和更大的对比度 灵敏度通常可提高12倍，有时甚至提高5倍以上。3.比二元体系具有更高的选择性比二元体系具有更高的选择性 减少了金属离子形成类似配合物的

16、可能性。分析化学第九章 分光光度法第37页/共62页9.4 吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择选择适当的入射波长选择适当的入射波长 一般应该选择max为入射光波长 如果max处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。例:如图,该如何选工作波长?分析化学第九章 分光光度法第38页/共62页参比溶液的选择参比溶液的选择 为什么需要使用参比溶液？为什么需要使用参比溶液？以通过参比池的光强度I参比代替入射光强度I0的,以消除比色皿器壁对光的反射,非待测物质对光的吸收等。相当于在待测溶液的吸光度中减去非待测溶液引起的吸光度值 选择参比溶液所遵循的一般原则：谁干扰以谁为参比

17、选择参比溶液所遵循的一般原则：谁干扰以谁为参比 若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其他所加试剂均无吸收，收，其他所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水用纯溶剂（水)作参比溶作参比溶液；液；分析化学第九章 分光光度法第39页/共62页 若显色剂或其他所加试剂在测定波长处略有吸收若显色剂或其他所加试剂在测定波长处略有吸收,而试液本身无吸收，而试液本身无吸收，用用“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；若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，收，则可用则可用“试样空白

18、试样空白”(不加显色剂不加显色剂)作参比溶液；作参比溶液；若显色剂、试液中其他组分在测量波长处有吸收若显色剂、试液中其他组分在测量波长处有吸收,则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。显色剂，作为参比溶液。分析化学第九章 分光光度法第40页/共62页吸光度读数范围的选择吸光度读数范围的选择不同的透射比读数，产生的误差大小不同：A=lgT=bc (1)微分：(2)(2)式除以(1)式得：c/c不仅与仪器的透射比读数误差T 有关，而且与其透射比读数T 的值也有关。是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？是否存在最佳读数范围？何

19、值时误差最小？分析化学第九章 分光光度法第41页/共62页最佳读数范围与最佳值最佳读数范围与最佳值:当：当：T=0.5%，c/c T 关系曲线关系曲线最佳读数范围最佳读数范围:T 在在 70%10%,A在在0.11.0之间时之间时,浓度相对误差约浓度相对误差约小于小于2%浓度相对误差最小时的透射比浓度相对误差最小时的透射比Tmin为为：Tmin 36.8%,Amin 0.434如何保证如何保证使吸光度读数处在适宜范围使吸光度读数处在适宜范围:通过改变吸收池厚度待测液浓度分析化学第九章 分光光度法第42页/共62页9.5 吸光光度法的应用吸光光度法的应用普通分光光度法普通分光光度法1.1.单组分

20、的测定单组分的测定 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 各组分的吸收曲线不重叠各组分的吸收曲线不重叠 各组分的吸收曲线互有重叠各组分的吸收曲线互有重叠根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。A1 =a1 bca b1bcb A2 =a2 bca b2bcb 分析化学第九章 分光光度法第43页/共62页酸碱离解常数的测定酸碱离解常数的测定用于测定对光有吸收的弱酸（碱）的离解常数。HL =H+L-(1)配制一系列总浓度(c)相等，而pH不同的HL溶液(2)测定各溶液的pH值。(3)在酸

21、式(HL)或碱式(L-)最大吸收波长处，测吸光度。分析化学第九章 分光光度法第47页/共62页根据分布系数的概念(4)假设高酸度时，弱酸全部以酸式形式存在，则:AHL=HLc(5)在低酸度时，弱酸全部以碱式形式存在，则:AL=Lc分析化学第九章 分光光度法第48页/共62页光度法测定一元弱酸离解常数的基本公式。分析化学第九章 分光光度法实验过程实验过程:每改变一个pH,测定一个吸光度A;思考思考:AL 和AHL如何得到?第49页/共62页配合物组成及稳定常数的测定配合物组成及稳定常数的测定摩尔比法 M+nL=MLn(1)测定金属离子浓度cM固定，而配位体浓度cL逐渐改变的不同溶液的吸光度。作图

22、(2)当cL/cMn时，配位不完全 当cL/cMn时，配位完全分析化学第九章 分光光度法思考:吸光光度法测定配合物组成的条件是什么?第50页/共62页双波长分光光度法双波长分光光度法两束光交替照射：两束光交替照射：试液本身作参比液。试液本身作参比液。主要应用：主要应用：(1)多组分混合物的测定(2)混浊样品的测定(3)反应动力学过程研究分析化学第九章 分光光度法第51页/共62页9.6 紫外吸收光谱法简介紫外吸收光谱法简介 有机化合物电子跃迁的类型有机化合物电子跃迁的类型 有机化合物三种价电子：有机化合物三种价电子：、n 电子电子。分子轨道理论分子轨道理论：一个成键轨道反键轨道。外层电子均处于

23、分子轨道的基态(成键或非键轨道)。外层电子吸收紫外或可见辐射后，从基态向激发态(反键轨道)跃迁。四种跃迁:n n 分析化学第九章 分光光度法第52页/共62页1.1.跃迁跃迁 所需能量最大。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区所需能量最大。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(max 104 Lmol-1 cm-1以上，以上，强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳类均可发生该类跃迁。乙烯强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳类均可发生该类跃迁。乙烯*跃迁的跃迁的max为为162 nm，max为为:1104 L mol-1cm-1共轭烯炔中的跃迁的吸收峰称共轭烯炔中的跃迁的吸收峰称 K 吸收带吸收带。苯环上的跃

24、迁产生三个谱带：苯环上的跃迁产生三个谱带：E1带带（max 180nm，max 104），），E2带带（max 200nm，max 104）和和 B带带（max 278nm，max=10103）。）。用于芳香化合物的鉴别。用于芳香化合物的鉴别。分析化学第九章 分光光度法第54页/共62页4.n 跃迁跃迁需能量最低，吸收波长需能量最低，吸收波长max 200nm。属禁阻跃迁。属禁阻跃迁。摩尔吸收系数：摩尔吸收系数：10100 Lmol-1 cm-1，强度较弱。强度较弱。分子中孤对电子和分子中孤对电子和键同时存在时发生键同时存在时发生 n 跃迁。跃迁。丙酮丙酮n max 为为 275nm,max

25、为为 22 Lmol-1 cm-1分析化学第九章 分光光度法第55页/共62页影响紫外吸收光谱的因素影响紫外吸收光谱的因素溶剂的影响：溶剂的影响：改变光谱形状(精细结构)和吸收波长。极性大的溶剂会使*跃迁谱带红移；使n*跃迁谱带向蓝移。溶剂溶剂pH值的影响：值的影响：具有酸或碱性基团时影响较大。空间效应的影响：空间效应的影响：存在空间阻碍，影响了较大共轭体系的生成，则吸收波长max较短，小。分析化学第九章 分光光度法第56页/共62页红移与蓝移红移与蓝移 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波长max和吸收强度发生变化。max向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移(

26、或紫移)。吸收强度即摩尔吸收系数增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应。分析化学第九章 分光光度法第57页/共62页紫外吸收光谱法的应用紫外吸收光谱法的应用1.1.化合物结构鉴定化合物结构鉴定 与标准谱图对比。具有相同生色团的不同分子结构,有时会产生相同的紫外吸收光谱，但它们的吸收系数是有差别的。初步鉴定:仅在280nm范围内有最大吸收,说明有不饱和结构;在280nm范围内有弱吸收,则说明有不饱和结构和n电子.2.计算最大吸收波长计算最大吸收波长max分析化学第九章 分光光度法第58页/共62页思考题思考题1.为什么物质对光会发生选择性吸收？2.朗伯-比耳定律的物理意义是什么？什么是透射比

27、？什么是吸光度？二者之间的关系是什么？3.摩尔吸收系数的物理意义是什么？其大小和哪些因素有关？在分析化学中有何意义？4.什么是吸收光谱曲线？什么是标准曲线？它们有何实际意义？利用标准曲线进行定量分析时可否使用透射比T和浓度c为坐标？分析化学第九章 分光光度法第59页/共62页思考题思考题5.当研究一种新的显色剂时，必须作哪些实验条件的研究？为什么？6.分光光度计有哪些主要部件？它们各起什么作用？7.测定金属钴中微量锰时，在酸性液中用KIO3将锰氧化为高锰酸根离子后进行吸光度的测定。若用高锰酸钾配制标准系列，在测定标准系列及试液的吸光度时应选什么作参比溶液？分析化学第九章 分光光度法第60页/共62页思考题思考题8.吸光度的测量条件如何选择？为什么？普通光度法与示差法有何异同？9.光度分析法误差的主要来源有哪些？如何减免这些误差？试根据误差分类分别加以讨论。10.常见的电子跃迁有哪几种类型？11.在有机化合物的鉴定和结构判断上，紫外-可见吸收光谱提供信息具有什么特点？分析化学第九章 分光光度法第61页/共62页感谢您的观看！第62页/共62页