項(xiàng)目一：紫外可見分光光度分析技術(shù)

光譜分析技術(shù)

基本原理一、光的基本特性1.光的波動(dòng)性光是一種電磁波，電磁波可以用周期T(s)、頻率?(Hz)、波長(zhǎng)λ(nm)和波數(shù)σ（cm-1）等參數(shù)描述。它們之間的關(guān)系為：

?=1/T=c/λ

σ=1/λ=?/c2.光的粒子性光具有粒子性，光是由光子組成的，光子具有能量，其能量與頻率或波長(zhǎng)的關(guān)系為：

E=h?=h·c/λ

二、光與物質(zhì)的作用

1.光的吸收物質(zhì)粒子如原子、分子、離子等總是處于特定的不連續(xù)的能量狀態(tài)，各狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能量稱為能級(jí)，用E表示。基態(tài)E0

，激發(fā)態(tài)Ej

EL=h?=△E(能級(jí)差)2.物質(zhì)顏色的產(chǎn)生

物質(zhì)的顏色是由于物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有選擇性吸收而產(chǎn)生的。白光青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)

一種物質(zhì)呈現(xiàn)何種顏色，與入射光組成和物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān),而溶液呈現(xiàn)不同的顏色是由于溶液中的吸光質(zhì)點(diǎn)(離子或分子)選擇性地吸收某種顏色的光而引起的。

常見的有下列三種情況：③如果對(duì)某種色光產(chǎn)生選擇性吸收，則溶液呈現(xiàn)透射光的顏色，即溶液呈現(xiàn)的是它吸收光的互補(bǔ)色光的顏色。如硫酸銅溶液選擇性地吸收了白色光中的黃色光，所以呈現(xiàn)藍(lán)色。①當(dāng)白光通過某一均勻溶液時(shí)，如果各種波長(zhǎng)光幾乎全部被吸收，則溶液呈黑色。②如果入射光全部透過（不吸收），則溶液無色透明。溶液的顏色與光吸收的關(guān)系完全吸收完全透過吸收黃色光光譜示意表觀現(xiàn)象示意復(fù)合光三、光譜吸收曲線1.紫外-可見吸收光譜產(chǎn)生的機(jī)理光子作用于物質(zhì)分子時(shí)，如果光子的能量與物質(zhì)分子的電子能級(jí)間的能級(jí)差滿足

△E=h?

光子將能量傳遞給物質(zhì)分子，分子獲得能量可發(fā)生電子能級(jí)的躍遷。在光吸收過程中基于分子中電子能級(jí)的躍遷而產(chǎn)生的光譜，稱為紫外-可見吸收光譜（或電子光譜）。三、光譜吸收曲線

吸收曲線：測(cè)定某種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的吸收程度，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖。KMnO4的吸收曲線最大吸收波長(zhǎng)，

max定量分析的基礎(chǔ)：某一波長(zhǎng)下測(cè)得的吸光度與物質(zhì)濃度關(guān)系的有關(guān)

任何一種溶液對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度是不一樣的。

若以不同波長(zhǎng)的光照射某一溶液，并測(cè)量每一波長(zhǎng)下溶液對(duì)光的吸收程度（即吸光度A），以吸光度為縱坐標(biāo)，相應(yīng)波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，所得A-λ曲線，稱為吸收曲線。它更清楚地描述了物質(zhì)對(duì)光的吸收情況。四種不同濃度KMnO4溶液的吸收曲線吸收曲線的討論：（1）同一種吸光物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光吸收程度不同。吸光度最大處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為最大吸收波長(zhǎng)λmax

。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長(zhǎng)的重要依據(jù)。（2）同一種物質(zhì)濃度不同，其吸收曲線形狀相似λmax不變。在λmax處，吸光度A正比于濃度C。測(cè)定最靈敏。（3）不同物質(zhì)吸收曲線的特性不同。吸收曲線的特性包括曲線的形狀、峰的數(shù)目、峰的位置和峰的強(qiáng)度等。它們與物質(zhì)特性有關(guān)，吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。四、光吸收定律

當(dāng)一束平行單色光，通過一均勻的溶液后，光的強(qiáng)度會(huì)減弱。I0=Ia+It入射光強(qiáng)度吸收光強(qiáng)度透過光強(qiáng)度2.朗伯-比爾定律的應(yīng)用條件朗伯-比爾定律不僅適用于紫外光、可見光，也適用紅外光；在同一波長(zhǎng)下，各組分吸光度具有加和性

A=A1+A2++An（1）入射光必須為單色光（2）被測(cè)樣品必須是均勻介質(zhì)（3）在吸收過程中吸收物質(zhì)之間不能發(fā)生相互作用。

定量分析時(shí)，通常液層厚度是相同的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關(guān)系應(yīng)該是一條通過直角坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。但在實(shí)際工作中，往往會(huì)偏離線性而發(fā)生彎曲。3.偏離朗伯一比爾定律的原因比爾定律的局限性

比爾定律假設(shè)了吸收粒子之間是無相互作用的，因此僅在稀溶液（c<10-2mol/L)的情況下才適用。在高濃度時(shí)，由于吸光物質(zhì)的分子或離子間的平均距離減小，是相鄰的吸光粒子的電荷分布互相影響，從而改變了它對(duì)光的吸收能力。

吸收定律成立的前提條件之一是入射光為單色光，但實(shí)際上難以獲得真正的純單色光。

在實(shí)際工作中，為了避免非單色光帶來的影響，一般選用峰值波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定。

分光光度計(jì)只能獲得近乎單色的狹窄光帶，而復(fù)合光可導(dǎo)致對(duì)朗伯—比耳定律的正或負(fù)偏離。選用峰值波長(zhǎng)，也可以得到較高的靈敏度。非單色光引起的偏離溶液本身發(fā)生化學(xué)變化

溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學(xué)平衡時(shí)，使吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。當(dāng)溶液濃度c>10-2mol/L時(shí)，吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對(duì)光的吸收。故：朗伯—比耳定律只適用于稀溶液例：鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：

2CrO42-＋2H＋

=Cr2O72-＋H2O

溶液中CrO42-、Cr2O72-的顏色不同，吸光性質(zhì)也不相同。故此時(shí)溶液pH對(duì)測(cè)定有重要影響。紫外-可見分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)與原理一、主要部件主要組成元件光源單色器樣品室檢測(cè)器顯示1、光源

在整個(gè)紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強(qiáng)度、較好的穩(wěn)定性、較長(zhǎng)的使用壽命。

可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長(zhǎng)范圍在320～2500nm。紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185～400nm的連續(xù)光譜。2、單色器將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任波長(zhǎng)單色光的光學(xué)系統(tǒng)。

棱鏡:玻璃350～3200nm,石英185～400nm

光柵:波長(zhǎng)范圍寬,色散均勻,分辨率高,使用方便3.吸收池：(比色皿)用于盛待測(cè)及參比溶液。 可見光區(qū)：光學(xué)玻璃池，有0.5cm1.0cm2.0cm3.0cm等規(guī)格。 紫外區(qū)：石英池4.檢測(cè)器：利用光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。 光電池，光電管，光電倍增管5.指示器：低檔儀器：刻度顯示中高檔儀器：數(shù)字顯示，自動(dòng)掃描記錄氙燈氫燈鎢燈棱鏡：依據(jù)不同波長(zhǎng)光通過棱鏡時(shí)折射率不同單色器入射狹縫準(zhǔn)直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ2800600500400

光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條痕(600、1200、2400條/mm)。M1M2出射狹縫光屏透鏡平面透射光柵光柵衍射示意圖原理：利用光通過光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光.返回吸收池光電管(Phototube)h

（片）紅敏管625-1000nm藍(lán)敏管200-625nm四、定量分析1.單組分的定量分析（1）吸光系數(shù)法（絕對(duì)法