紫外吸收光谱法.doc

第8章 紫外吸收光谱法 紫外-可见分子吸收光谱法ultraviolet-visible molecular absorption spectrometry,UV-VIS），又称紫外-可见分光光度法（ultraviolet-visible spectrophotometry）。它是研究分子吸收190~750nm波长范围内的吸收光谱。紫外-可见吸收光谱主要产生与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。通过测定分子对紫外-可见光的吸收，可以用于鉴定和定量测定大量的无机化合物和有机化合物。在化学和临床实验室所采用的定量分析技术中，紫外-可见分子吸收光谱法是应用最广泛的方法之一。 9-1 光吸收定律 一、朗伯-比尔定律 分子吸收光谱法是基于测定在光程长度为b（cm）的透明池中，溶液的透射比T或吸光度A进行定量分析。通常被分析物质的浓度c与吸光度A呈线性关系，可用下式表示： (9-1） 式中各参数的定义如表9-1所示。该式是朗伯-比尔定律的数学表达式，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呈正比。 　　由于被分析物质的溶液是放在透明的吸收池中测量，在空气/吸收池壁以及吸收池壁/溶液的界面间会发生反射，因而导致入射光和透射光的损失。如当黄光垂直通过空气/玻璃或玻璃/空气界面时，约有8.5%的光因反射而被损失。此外，光束的衰减也来源于大分子的散射和吸收池的吸收。故通常不能按表9-1所示的定义直接测定透射比和吸光度。为了补偿这些影响，在实际测量中，采用在另一等同的吸收池中放入溶剂与被分析溶液的透射强度进行比较。 二、吸光度的加和性 当溶液中含有多种对光产生吸收的物质，且各组分间不存在相互作用时，则该溶液对波长λ光的总吸收光度A等于溶液中每一成分的吸光度之和，即吸光度具有加和性。可用下式表示： （-2） 吸光度的加和性在多组分的定量测定中极为有用。 三、比尔定律应用的局限性 从式（9-1）可以看出，吸光度与试样溶液的浓度和光程长度呈正比。即当吸收池的厚度恒定时，以吸光度对浓度作图应得到一条通过原点的直线。但在实际工作中，测得的吸光度和浓度之间的线性关系常常出现偏差，即不再遵守比尔定律。引起偏离比尔定律的原因主要来源两个方面：①比尔定律本身的局限性；②实验条件的因素，它包括化学偏离和仪器偏离。 （一）比尔定律本身的局限性 严格地说，比尔定律只适用于稀溶液，从这个意义上讲，它是一个有限定条件的定律。在高浓度（0.01mol·L-1）时，将引起吸收组分间的平均距离减小，以致每个粒子都可影响其相邻粒子的电荷分布，导致它们的摩尔吸收系数ε发生改变，从而吸收给定波长的能力发生变化。由于相互作用的程度与其浓度有关，故使吸光度和浓度间的线性关系偏离了比尔定律。不难想像，在吸收组分低，但其它组分（特别是电解质）浓度高的溶液中也会产生类似的效应。 （二）化学偏离 在某些物质的溶液中，由于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。这些反应的进行，会使吸光物质的浓度与溶液的示值浓度不呈正比例变化，因而测量结果将偏离比尔定律。例如，未加缓冲剂的重铬酸钾溶液存在下列平衡： 在大多数波长处，重铬酸根离子和其它两种铬酸根离子的摩尔吸收系数并不相同，而溶液的总吸光度与其二聚体和单体间的浓度不成比例变化。而这一比值又明显地与溶液的稀释程度有关，因此在不同浓度测得的吸光度值和铬（Ⅵ）的总浓度间的线性关系发生偏离。 （三）仪器偏离 仪器偏离主要是指由于单色光不纯引起的偏离。由于只有采用真正的单色辐射，才能观测到吸收体系严格遵守比尔定律。事实上，通过波长选择器从连续光源中分离的波长，只是包括所需波长的波长带，即从连续光源中获得单一波长的辐射是很难办到的。 实验证明，在吸收物质的吸光度随波长变化不大的光谱区内，采用多色光所引起的偏离不会十分明显，相反在变化较大的光谱区内所引起的偏离则十分严重。 §9-2 紫外及可见分光光度计 现在许多紫外及可见分光光度计的测定范围可以延长到近红外光区。它们通常由5个部分组成：①一个或多个辐射源；②波长选择器；③式样容器（吸收池）；④辐射换能器；⑤信号处理器和读出装置。本节则主要介绍在185~3000nm光区范围的光源和试样池。 一、辐射源 对光源的主要要求是，在仪器操作所需的光谱区域内，能发射连续的具有足够强度和稳定的辐射，并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有白炽光源和气体放电光源两类。 在可见和近红外光区的常用光源为白炽光源，如钨灯和碘钨灯等。钨灯可使用的范围在320nm~2500nm。在可见光区，钨灯的能量输出大约随工作电压的四次