分光度光度法
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分光度光度法
分光光度法学习资料
一、分光光度法的基本概念
1. 定义
- 分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内光的吸收度,对该物质进行定性和定量分析的方法。它利用物质对光的选择性吸收特性,不同的物质由于其分子结构不同,对不同波长的光有不同程度的吸收。
2. 原理基础
- 朗伯 - 比尔定律(Lambert - Beer law)是分光光度法的基本定律。
- 朗伯定律指出:当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度与光通过的路径长度成正比,即A = k_1b(其中A为吸光度,b为光程长度,k_1为比例常数)。
- 比尔定律指出:当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时,其吸光度与吸光物质的浓度成正比,即A = k_2c(其中c为吸光物质的浓度,k_2为比例常数)。
- 合并朗伯定律和比尔定律得到朗伯 - 比尔定律:A=varepsilon bc,其中varepsilon为摩尔吸光系数,单位为L/(mol· cm),它表示物质对某一特定波长光的吸收能力,varepsilon越大,表明该物质对该波长光的吸收能力越强。 二、分光光度计的结构与组成
1. 光源
- 提供足够强度和稳定的连续光谱。在可见光区常用钨灯或卤钨灯,其发射光的波长范围为320 - 2500nm;在紫外光区常用氢灯或氘灯,发射光的波长范围为180 - 375nm。
2. 单色器
- 它的作用是将光源发出的复合光分解为单色光。主要部件包括狭缝、准直镜和色散元件(如棱镜或光栅)。通过调节狭缝宽度可以控制出射光的带宽和光强。
3. 样品池
- 用于盛放被测溶液。在可见光区可以使用玻璃样品池,而在紫外光区则需使用石英样品池,因为玻璃对紫外光有吸收。
4. 检测器
- 检测透过样品池后的光强,并将光信号转换为电信号。常见的检测器有光电管和光电倍增管等。光电倍增管具有更高的灵敏度,可检测微弱的光信号。
5. 信号显示与处理系统
- 将检测器输出的电信号进行放大、处理,并以吸光度或透光率等形式显示出来。现代的分光光度计通常配备计算机控制系统,可以进行数据采集、处理和分析。
三、分光光度法的定性分析 1. 吸收光谱的绘制
- 以波长为横坐标,吸光度为纵坐标,测定物质在不同波长下的吸光度,绘制吸收光谱曲线。不同物质具有不同特征的吸收光谱曲线,可根据吸收光谱的形状、最大吸收波长λ_{max}等特征来鉴别物质。
2. 比较法定性
- 将未知物的吸收光谱与已知标准物质的吸收光谱进行比较。如果两者的吸收光谱完全一致(包括吸收峰的位置、形状和相对强度等),则可初步判断未知物与标准物质为同一种物质。但要注意,有些结构相似的物质可能在某些波段有相似的吸收光谱,所以需要结合其他分析方法进行准确判断。
四、分光光度法的定量分析
1. 标准曲线法
- 配制一系列已知浓度的标准溶液,在选定的波长下测定其吸光度。以浓度为横坐标,吸光度为纵坐标绘制标准曲线。该曲线应为一条通过原点的直线(符合朗伯
- 比尔定律)。然后测定未知溶液的吸光度,从标准曲线上查得未知溶液的浓度。
- 操作步骤:
- 标准溶液的配制:准确称取一定量的标准物质,用适当的溶剂溶解并定容,配制成一系列不同浓度的标准溶液。
- 吸光度的测定:在分光光度计上,选择合适的波长,用空白溶液(不含被测物质的溶剂)调节仪器零点后,依次测定标准溶液的吸光度。 - 标准曲线的绘制:根据测定的吸光度和对应的标准溶液浓度,绘制标准曲线。
- 未知溶液浓度的测定:按照测定标准溶液的方法测定未知溶液的吸光度,然后在标准曲线上查出对应的浓度。
2. 直接比较法
- 当未知溶液的浓度与标准溶液的浓度接近时,可以采用直接比较法。分别测定未知溶液和标准溶液在相同波长下的吸光度A_x和A_s,根据朗伯 - 比尔定律A=varepsilon bc,由于varepsilon和b相同,则未知溶液的浓度c_x=(A_x)/(A_s)c_s(其中c_s为标准溶液的浓度)。
五、分光光度法的误差来源及消除方法
1. 仪器误差
- 光源不稳定:会导致光强波动,从而影响吸光度的测定准确性。可采用稳压电源或对光源进行预热等措施来稳定光源。
- 单色器的分辨率不足:可能使杂散光进入样品池,影响吸光度测量。选择质量好、分辨率高的单色器,定期对仪器进行校准。
- 检测器的灵敏度和线性范围:如果检测器灵敏度低或线性范围窄,可能导致测量误差。选用合适的检测器,并在其线性范围内进行测量。
2. 溶液误差 - 溶液不均匀:会使光通过溶液时发生散射,导致吸光度测量偏差。在测定前充分摇匀溶液。
- 化学因素:溶液中的化学反应(如解离、缔合、络合等)可能改变被测物质的吸光特性。控制溶液的化学条件(如pH值、离子强度等),避免化学反应对吸光特性的影响。
3. 操作误差
- 比色皿的使用:比色皿的透光性不一致、未清洗干净或放置位置不正确等都会引起误差。使用前对比色皿进行配对校正,清洗干净并正确放置在样品池中。
- 读数误差:在读取吸光度或透光率时的误差。提高读数的准确性,多次测量取平均值。