无机及分析化学（教案）9第九章 紫外—可见分光光度法.doc

第九章 紫外—可见分光光度法 （Ultraviolet and Visible Spectrophotometry） 学习要求 1．了解物质颜色与光的吸收关系 2．了解紫外—可见分光光度法的仪器及测量误差和测量条件的选择 3．了解显色反应及其影响因素 4．熟悉紫外—可见分光光度法的实际应用 5．掌握朗伯—比尔定律及其偏离的原因 6．掌握紫外—可见分光光度法的测定方法 分光光度法（spectrophotometry）是基于物质分子对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。按物质吸收光的波长不同，分光光度法可分为可见分光光度法、紫外分光光度法及红外分光光度法（又称红外光谱法）。 分光光度法的灵敏度较高，适用于微量组分的测定。其灵敏度一般能达到1~10·L-1的数量级。但该方法的相对误差较大，一般可达到2~5%。 紫外—可见分光光度法具有操作方便、仪器设备简单、灵敏度和选择性较好等优点，目前已成为常规的仪器分析方法。在药物分析、卫生分析、生化检验等诸多领域都有极广泛的应用。本章主要讨论紫外—可见分光光度法的基本原理、常用仪器设备及若干基本应用。 9.1 概述 9.1.1 光的基本性质 光是一种电磁波。所有电磁波都具有波粒二象性，可用能量、波长、频率和速度等物理量来描述这些性质。 光的衍射、折射、偏振和干涉等现象，就明显地表现了波动性。光的波长、频率与光速c的关系为 （9-1） 光速在真空中等于2.9979×108m·s-1。 光同时具有粒子性。它是由一定能量的“光微粒子”（光子或光量子）所组成。通过光电效应、光压现象以及光的化学作用，可确证其粒子性。光子的能量与波长的关系为 （9-2） 式中E为光子的能量；为频率；h为普朗克常数，为6.626×10-34J·S。 若将光按波长或频率排列，则可得到如表9-1所示的电磁波谱表。波长范围在200~400nm的光称为紫外光；波长范围在400~750nm的电磁波，可被人们的视觉所辨别，称为可见光。 表9-1 电磁波谱范围表 光谱名称 波长范围 跃迁类型 分析方法 X射线 远紫外光 近紫外光 可见光 10-1~100nm 10~200nm 200~400nm 400~750nm K和L层电子 中层电子 ｝外层电子 X射线光谱法 真空紫外光度法 紫外光度法 比色及可见光度法 近红外光 中红外光 远红外光 微波 无线电波 0.75~2.5(m 2.5~5.0(m 5.0~1000(m 0.1~100cm 1~1000m ｝分子振动 分子转动和低位振动 分子转动 核的自旋 近红外光谱法 中红外光谱法 远红外光谱法 微波光谱法 核磁共振光谱法 9.1.2 物质的颜色与光的关系 只具有一种波长的光称为单色光(monochromatic light)，由两种以上波长组成的光为混合光。白光就是 混合光，它是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种 色光按一定比例混合而成的。如果把两种适当颜色的 光按一定的强度比例混合也可以得到白光，这两种光 就叫互补色光。 物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择 性的吸收作用而产生的。例如：硫酸铜溶液因吸收白 光中的黄色光而呈蓝色；高锰酸钾溶液因吸白光中的 绿色光而呈紫色。因此，物质呈现的颜色和吸收的光 颜色之间是互补关系，如图9-1和表9-2所示。 图9-1中处于一条直线的两种色光都是互补色光。 表9-2 物质颜色和吸收光颜色的关系 物质颜色 吸收光颜色 吸收光波长/nm 黄绿 紫 400~450 黄 蓝 450~480 橙 绿蓝 480~490 红 蓝绿 490~500 紫红 绿 500~560 紫 黄绿 560~580 蓝 黄 580~600 绿蓝 橙 600~650 蓝绿 红 650~760 以上只是粗略地用物质对各种色光的选择性吸收来说明物质呈现的颜色。如果测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图可得一条曲线，称为吸收光谱(absorption spectrum)或吸收曲线，它清楚地描述了物质对光的吸收情况。如图9-2。 从图9-2可以看出，KMnO4溶液对波长525nm附近的绿色光吸收最强，而对紫色光吸收最弱。光吸收程度最大处的叫做最大吸收波长，用max表示。不同浓度的KMnO4溶液所得的吸收曲线都相似，其最大吸收波长不变，只是相应的吸光度大小不同。从上面的讨论可以看出有色溶液呈现 的颜色，正是它所选择吸收光的互补色，吸收愈 多，则补色的颜色愈深。比较颜色的深浅，实质 上是比较溶液对于吸收光的吸收程度之强弱。 吸收曲线可作为分光光度分析中选择波长的 依据，测定时一般选择最大吸收波长的单色光作 为光源。这样即使被测物质浓度较低，也可得到 较大的吸光度，因而提高了分析的灵敏度。 9.2 光