1、第八章 吸收光谱法 28.1 8.1 概概 述述 分子光谱法（分子光谱分析）分子光谱法（分子光谱分析） 紫外紫外-可见分光光度法分类可见分光光度法分类 紫外紫外-可见分光光度法的特点可见分光光度法的特点3分子光谱分析分子光谱分析 光学分析法光学分析法基于物质分子、原子基于物质分子、原子等微粒对辐射的相互作用而建立的分等微粒对辐射的相互作用而建立的分析方法。析方法。 分子光谱分析分子光谱分析：物质分子与电磁辐射物质分子与电磁辐射作用时，物质内部发生了量子化的能作用时，物质内部发生了量子化的能级之间的跃迁，测量由此产生的发射、级之间的跃迁，测量由此产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度而进行吸收或
2、散射辐射的波长和强度而进行分析的方法。分析的方法。4分子光谱分析类型分子光谱分析类型紫外紫外-可见：分子外层电子能级跃迁时吸收紫外可见：分子外层电子能级跃迁时吸收紫外-可见光（可见光（200780nm）而建立的电子光谱法。）而建立的电子光谱法。红外光谱：分子在振动红外光谱：分子在振动-振动能级之间跃迁吸收振动能级之间跃迁吸收红外光。红外光。分子荧光：物质分子被紫外光或波长较短的可分子荧光：物质分子被紫外光或波长较短的可见光激发，再返回基态时发射出的波长与入射见光激发，再返回基态时发射出的波长与入射光相同或更长的光。光相同或更长的光。化学发光分析：分子吸收了化学反应中放出的化学发光分析：分子吸收
3、了化学反应中放出的化学能而被激发，回基态时发射一定波长的光。化学能而被激发，回基态时发射一定波长的光。拉曼散射：物质从基态被激发到非量子化的能拉曼散射：物质从基态被激发到非量子化的能量区所吸收的光辐射，及从非量子化能量区跃量区所吸收的光辐射，及从非量子化能量区跃迁回基态时所发射的波长与入射光不同的辐射。迁回基态时所发射的波长与入射光不同的辐射。5一、紫外一、紫外- -可见分光光度法分类可见分光光度法分类u1比色分析法比色分析法比较待测溶液颜色或加入试比较待测溶液颜色或加入试剂后呈现的颜色深浅来确定物质含量的分析方剂后呈现的颜色深浅来确定物质含量的分析方法。适合于可见光范围。按检测器不同分为：法
4、。适合于可见光范围。按检测器不同分为：u（1）目视比色法）目视比色法眼睛眼睛u（2）光电比色法）光电比色法光电转换元件（如光电池）光电转换元件（如光电池）u2分（吸）光光度法分（吸）光光度法使用分光光度计，根使用分光光度计，根据物质对不同波长的单色光吸收程度不同进行据物质对不同波长的单色光吸收程度不同进行定性定量分析的方法。定性定量分析的方法。u按光谱区不同分为：按光谱区不同分为：可见（可见（400780nm）、紫外）、紫外（200400nm）、红外（、红外（300030000nm）。）。u1nm=109m6二、二、 紫外紫外- -可见分光光度法的特点可见分光光度法的特点J与仪器分析法的共同特
5、点类似：与仪器分析法的共同特点类似：v灵敏度较高，适于微痕量分析，浓度检测灵敏度较高，适于微痕量分析，浓度检测下限约下限约10-6molL-1；v精密度和准确度高，相对误差为精密度和准确度高，相对误差为2%-5%；v操作简便、快速、成本低，易于推广；操作简便、快速、成本低，易于推广；v应用范围广，无机、有机分析（对复杂有应用范围广，无机、有机分析（对复杂有机物的分析能力弱），化学平衡研究等。机物的分析能力弱），化学平衡研究等。78.2 8.2 基本原理基本原理 光的基本特性光的基本特性 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收 吸收定律吸收定律8一、一、 光的基本特性光的基本特性Q1. 电磁波
6、谱电磁波谱波粒二象性波粒二象性Q（1）波动性）波动性光的偏振、干涉、衍射、折射光的偏振、干涉、衍射、折射等现象，用等现象，用 （nm）、 （Hz）、c（31010cms1）、波数）、波数(cm1)描述；描述； = c，波数波数 = 1/ = /cQ（2）微粒性）微粒性光由光子流组成，光由光子流组成，Q光子的能量光子的能量: E = h = hc/ Q （Planck常数常数：h=6.6261034 Js ）Q光的能量范围很广，在波长或频率上相差大约光的能量范围很广，在波长或频率上相差大约20个数量级。光的波长越短（频率越高），其个数量级。光的波长越短（频率越高），其能量越大。能量越大。Q不同光
7、的波长范围及其在分析化学中的应用情况。不同光的波长范围及其在分析化学中的应用情况。910 电磁波谱电磁波谱光谱区频率范围(Hz) 空气中波长 作用类型 分析方法宇宙或射线 1020v ru分子在某一状态时的能量：分子在某一状态时的能量：E=E零零+E平平+Ee+Ev+Er。19紫外-可见分子吸收光谱与电子跃迁20（2 2）分子吸收光谱的产生）分子吸收光谱的产生M + h M *基态 激发态E1 （E） E2M + 热M + 荧光或磷光E = E2 - E1 = h ：量子化条件；选择性吸收。21三种能级跃迁及其讨论三种能级跃迁及其讨论Lr：0.0050.050eV，跃迁产生吸收光谱位于，跃迁产
8、生吸收光谱位于远红外区，即远红外光谱或分子转动光谱。远红外区，即远红外光谱或分子转动光谱。Lv：0.05eV，跃迁产生的吸收光谱在红外，跃迁产生的吸收光谱在红外区区,即红外光谱或分子振动光谱。即红外光谱或分子振动光谱。LEe:120eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外-可见光区，即紫外可见光区，即紫外-可见光谱或分子的电子光谱。可见光谱或分子的电子光谱。L电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动和转动能电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带转动能
9、级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带（非线光谱）。（非线光谱）。224. 4. 吸收光谱的应用吸收光谱的应用1吸收光谱的波长分布由产生谱带的跃迁能级吸收光谱的波长分布由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映分子内部能级分布，间的能量差所决定，反映分子内部能级分布，是物质定性的依据。是物质定性的依据。1吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数大吸收波长处测得的摩尔吸光系数max也作为也作为定性的依据。定性的依据。不同物质的不同物质的max有时可能相同，
10、有时可能相同，但但max不一定相同。不一定相同。1吸收谱带的强度与该物质分子吸收的光子数吸收谱带的强度与该物质分子吸收的光子数成正比，是定量分析的依据。成正比，是定量分析的依据。23三、三、 吸收定律吸收定律朗伯朗伯-比耳定律比耳定律吸光系数吸光系数吸光度的加和性吸光度的加和性3nm时，应仔细调节波长调节螺丝，再按的方法测定时，应仔细调节波长调节螺丝，再按的方法测定，重复以上两步操作，直至，重复以上两步操作，直至=529nm对应的吸光值最大。对应的吸光值最大。 62波长准确度的检验波长准确度的检验 方法二：在紫外光区校正波长比较实用的方方法二：在紫外光区校正波长比较实用的方法是采用苯蒸汽的吸收
11、光谱检查校正波长读法是采用苯蒸汽的吸收光谱检查校正波长读数，苯蒸汽在紫外区有特征吸收峰（图数，苯蒸汽在紫外区有特征吸收峰（图2-18）。只要在吸收池内滴一滴液体苯，盖上吸）。只要在吸收池内滴一滴液体苯，盖上吸收池盖，待苯挥发充满整个吸收池后，就可收池盖，待苯挥发充满整个吸收池后，就可测绘苯蒸汽的吸收光谱。若实测结果与苯的测绘苯蒸汽的吸收光谱。若实测结果与苯的标准光谱曲线不一致，表示仪器有波长误差标准光谱曲线不一致，表示仪器有波长误差，可调整波长分度盘标值。，可调整波长分度盘标值。63（2 2）透射比正确度的检验）透射比正确度的检验通常用标准溶液检查，如通常用标准溶液检查，如K2Cr2O7溶溶液
12、。液。在选定波长下，测定标准溶液的透射在选定波长下，测定标准溶液的透射比，与已知标准值（比，与已知标准值（P64表表2-2）比较，根据仪器等级，其差值应在比较，根据仪器等级，其差值应在0.8%2.5%之内。之内。64（3 3）稳定度的检验）稳定度的检验 零点稳定度零点稳定度在光电管不受光的条在光电管不受光的条件下，观察仪器零点件下，观察仪器零点3min，读取透射比，读取透射比的变化值。的变化值。 光电流稳定度光电流稳定度在仪器测量波长范在仪器测量波长范围两端向中间靠围两端向中间靠10nm处，使光电管受光处，使光电管受光，调节透射比为，调节透射比为95%（数显仪器调至（数显仪器调至100%），观
13、察），观察3min，读取透射比的变化，读取透射比的变化值。值。65（4 4）吸收池配套性检验）吸收池配套性检验实验基础工作实验基础工作实训实训吸收池规格的选择吸收池规格的选择在定量工作中，尤其是在紫外光区测定时，需在定量工作中，尤其是在紫外光区测定时，需要对吸收池作配对和校正工作，以便消除吸收要对吸收池作配对和校正工作，以便消除吸收池误差，提高测量准确度。池误差，提高测量准确度。根据根据JJG178-96规定，石英吸收池在规定，石英吸收池在220nm处处装蒸馏水；在装蒸馏水；在350nm处装处装K2Cr2O7 0.001molL1HClO4溶液，玻璃吸收池在溶液，玻璃吸收池在600nm处装蒸馏
14、处装蒸馏水；在水；在400nm处装处装K2Cr2O7溶液（浓度同上）。溶液（浓度同上）。以一个吸收池为参比，调节以一个吸收池为参比，调节为为100%，测量其，测量其它各池的透射比，它各池的透射比，透射比的偏差小于透射比的偏差小于0.5%的吸的吸收池可配成一套收池可配成一套。66吸收池的校正吸收池的校正实际工作中可以采用下面较简便的方法进行吸收实际工作中可以采用下面较简便的方法进行吸收池的校正：池的校正：用铅笔在洗净的吸收池毛面外壁编号并标注放置用铅笔在洗净的吸收池毛面外壁编号并标注放置方向，在吸收池中装入测定用空白参比溶液（或方向，在吸收池中装入测定用空白参比溶液（或溶剂），以其中一个为参比，
15、在测定波长下，测溶剂），以其中一个为参比，在测定波长下，测定其它吸收池的吸光度。如果测定的吸光度为零定其它吸收池的吸光度。如果测定的吸光度为零或两个吸收池吸光度相等，即为配对吸收池。若或两个吸收池吸光度相等，即为配对吸收池。若不相等，可以选出吸光度最小的吸收池为参比，不相等，可以选出吸光度最小的吸收池为参比，测定其它吸收池的吸光度，求出测定其它吸收池的吸光度，求出修正值（皿差）修正值（皿差）。测定样品时，将待测溶液装入校准过的吸收池。测定样品时，将待测溶液装入校准过的吸收池中，中，将测得的吸光度值减去该吸收池的修正值即将测得的吸光度值减去该吸收池的修正值即为测定真实值。为测定真实值。672 2
16、分光光度计的维护和保养分光光度计的维护和保养正确安装、使用和保养仪器是保证仪器性能和测正确安装、使用和保养仪器是保证仪器性能和测试准确度的关键试准确度的关键读读树立专业意识！树立专业意识！（1）对仪器工作环境的要求（）对仪器工作环境的要求（P65）分光光度计应安装在稳固的工作台上（周围不应分光光度计应安装在稳固的工作台上（周围不应有强磁场，以防电磁干扰）室内温度宜保持在有强磁场，以防电磁干扰）室内温度宜保持在1528，室内应干燥，相对湿度宜控制在，室内应干燥，相对湿度宜控制在45%75%，不应超过，不应超过80%。室内应无腐蚀性气体（如。室内应无腐蚀性气体（如SO2、NO2及酸雾等）；应与化学
17、分析操作室隔及酸雾等）；应与化学分析操作室隔开，室内光线不宜过强。开，室内光线不宜过强。68（2 2）仪器保养和维护方法）仪器保养和维护方法 A. 仪器工作电源一般允许仪器工作电源一般允许220V10%的电压波动。为保的电压波动。为保持光源灯和检测系统的稳定性，在电源电压波动较大的实持光源灯和检测系统的稳定性，在电源电压波动较大的实验室，最好配备稳压器（有过电压保护）。验室，最好配备稳压器（有过电压保护）。 B. 为了延长光源使用寿命，在不使用时不要开光源灯，如为了延长光源使用寿命，在不使用时不要开光源灯，如果光源灯亮度明显减弱或不稳定，应及时更换新灯。更换果光源灯亮度明显减弱或不稳定，应及时
18、更换新灯。更换后要调节好灯丝位置。不要用手直接接触窗口或灯泡，避后要调节好灯丝位置。不要用手直接接触窗口或灯泡，避免油污沾附，若不小心接触过，要用无水乙醇擦拭。免油污沾附，若不小心接触过，要用无水乙醇擦拭。 C. 单色器是仪器的核心部分，装在密封盒内，不能拆开，单色器是仪器的核心部分，装在密封盒内，不能拆开，为防止色散元件受潮生霉，必须经常更换单色器盒内干燥为防止色散元件受潮生霉，必须经常更换单色器盒内干燥剂。剂。 D. 必须正确使用吸收池，保护吸收池光学面。必须正确使用吸收池，保护吸收池光学面。 E. 光电转换元件不能长时间曝光，应避免强光照射或受潮光电转换元件不能长时间曝光，应避免强光照射或受潮积尘。积尘。
