越后流出；反之，在柱中迁移的速度越快，保留时间越；5.常用的吸附剂有哪些？其吸附性能如何？各适合于；答：常用的吸附剂有硅胶、氧化铝；6．在吸附色谱中，以硅胶为固定相，当用氯仿为流动；答：当改用氯仿－甲醇时，原来保留时间短的组分保留；7.已知某混合物中A、B、C三组分的分配系数分别；解：A&B&C；8．在硅胶薄层板A上，以苯－甲醇（1:3）为展开；
越后流出；反之，在柱中迁移的速度越快，保留时间越短，将先流出色谱柱。
5. 常用的吸附剂有哪些？其吸附性能如何？各适合于分离哪些类型的物质？
常用的吸附剂有硅胶、氧化铝。硅胶呈弱酸性，适于分离酸性和中性物质。由于硅胶依靠其表面的硅醇基与极性化合物或不饱和化合物形成氢键而具有吸附能力，故随着它吸附的水分增多，它会逐渐失去活性，但经100～2000C加热活化后，可脱去水分又具有吸附能力。与其它吸附剂相比，它还具有对样品无催化作用、有较大的线性容量和较高的柱效等优点，是首选的吸附剂。氧化铝的吸附能力稍高于硅胶，对不同类型的化合物的选择性与硅胶相似，只是氧化铝能强烈地保留酸性化合物。另外，用氧化铝分离芳香族异构体较优。按其制备方法不同它可分为碱性、中性、酸性氧化铝。碱性氧化铝适于分离碱性和中性化合物，中性氧化铝适于分离生物碱、挥发油、萜类及在酸碱中不稳定的酯类等化合物，酸性氧化铝适于分离酸性化合物。除此外，常用的吸附剂还有聚酰胺和活性炭。
6．在吸附色谱中，以硅胶为固定相，当用氯仿为流动相时，样品中某些组分保留时间太短，若改用氯仿－甲醇（1:1）时，则样品中各组分的保留时间是变长，还是变得更短？为什么？
当改用氯仿－甲醇时，原来保留时间短的组分保留时间会变得更短。用氯仿作流动相时组分的保留时间短，说明组分在固定相上的吸附能力较弱，在流动相氯仿中溶解能力较强。现加入甲醇后流动相极性增强，则原来保留时间短的组分更易被洗脱。
7. 已知某混合物中A、B、C三组分的分配系数分别为440、480及520，问三组分在吸附薄层上的Rf值顺序如何？
8．在硅胶薄层板A上，以苯－甲醇（1:3）为展开剂，某物质的Rf值为0.50；在硅胶薄层板B上，用上述相同的展开剂，该物质的Rf值降为0.40。问A、B两种硅胶板，哪一种板的活性大些？
解： B块的活性大
9．某一色谱柱长10cm，流动相流速为0.01cm/sec，组分A的洗脱时间为40min，问A在流动相中消耗的时间及 Rf值各是多少？
解：消耗在流动相中的时间为：tm=l010==1000sec=16.7min v0.01
则消耗在固定相中的时间为：tS=40?16.7=23.3min 由
Rf=11==0.42 tS23.31+1+16.7tm
10. 已知化合物化合物A在薄层板上从样品原点迁移7.6cm，样品原点至溶剂前沿16.2cm，试计算(a)化合物A的Rf值，(b)在相同的薄层板上，展开系统相同时，样品原点至溶剂前沿14.3cm，化合物A的斑点应在此薄层板上何处？
解：（a）化合物A的Rf为：
Rf=lA7.6==0.47 l016.2
lA=Rfl0=0.47×14.3=6.72 cm
化合物A的斑点应在该薄层板6.72cm 处。
11．已知A与B两物质的相对比移值为1.5。当B物质在某薄层板上展开后，斑点距原点9cm，此时溶剂前沿到原点为18cm，问A若在此板上同时展开，A物质的展距应为多少？A物质的Rf值应为多少？
Rf=BlB9==0.50 l018
AlllAlAl0Rfl==B=1.5
AB0=A=1.5 Rst=0.50lBlBl0RfRf
则A物质的展距为：
lA=1.5×0.50×18=13.5 cm 由
RfA=1.5×0.5=0.75
Rf=AlA13.5==0.75 l018
12．今有两种性质相似的组分A和B，共存于同一溶液中。用纸色谱分离时，它们的Rf值分别为0.45、0.63，欲使分离后两斑点中心间的距离为2cm，问滤纸条应取多长？ 解：由
lB?lA=2 cm
Rf=AlAlB=0.45
RB==0.63 fl0l0
f=lA0lAl0.45==A=∴
lB0lBlA+20.63
l0=lA5==11.1 cm
滤纸条长度至少应11.1cm 。
13．已知含有NaCl和KBr的混合试样重0.2567g，今通过阳离子交换树脂柱，收集流出液、用NaOH标准溶液（0.1023mol/L）滴定、消耗了34.56ml，问混合试样中NaCl和KBr的百分含量各是多少？
设NaCl占x，则KBr占(1-x)
S×xS×(1?x)+=CNaOHVNaOH MNaClMKBr
0.2567×x0.2567×(1?x)+=0.×10?3 58.44119.00
1?x=38.34%
试样中NaCl和KBr的百分含量分别为61.66%和38.34% 。
气相色谱法
1．名词解释
分配系数比
相对重量校正因子
答： 基线：在操作条件下，没有组分进入检测器时的流出曲线称为基线。
色谱图：色谱仪记录器所描绘的电信号对时间的曲线图。
保留时间：试样中某组分从进样开始到色谱峰峰顶的时间间隔，称为该组分的保留时间。 死时间：不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。
死体积：由进样器至检测器的流路中，未被固定相占有的总的空隙称为死体积。 容量因子：指组分达到分配平衡时，组分在固定相与流动相中的质量之比。
分配系数比：指混合组分中相邻两组分的分配系数或容量因子或调整保留值之比。 分离度：指相邻两组分色谱峰的保留时间之差与两组分色谱峰基线宽度总和之半的比值。
检测器：将经色谱柱分离后的各组分的浓度或质量的变化转变成易测量的电压或电流信号的装置。
检测限：又称敏感度，它是指组分在检测器产生的响应信号恰好为噪音信号的两倍时，该信号所代表的物质的量。
程序升温：指按预先设定的加热速度对色谱柱分期加热以使混合物中所有的组分均能在最佳温度下获得良好的分离。
相对重量校正因子：指被测物质单位峰面积所相当物质的量是标准物质单位峰面积所相当物质的量的几倍。
2． 气相色谱法的特点是什么？
气相色谱法的主要特点：（1）分离效能高，选择性好；（2）检测灵敏度高，样品用量少；（3）操作简单，分析速度快。
3． 简述气相色谱法的分离原理。
样品由进样器注入，由载气携带进入色谱柱。试样中各组分在色谱柱内的固定相和载气间进行分配平衡。由于各组分的分配系数或吸附平衡常数不同，各组分在色谱柱中移行的速度就不同。最后各组分依分配系数大小或吸附平衡常数的大小顺序相互分离，并由载气带出色谱柱进入检测器检测，并由检测器记录下来，得到色V分离图谱。
4． 一个组分的色谱峰，可用哪些参数描述，其参数各有何意义？
一个组分的色谱峰可用三项参数说明：（1）峰高或峰面积，它与组分的量对应成正比，可用于定量分析。（2）峰位置（即保留值），表示组分在色谱柱上的流出时间，它与组分的性质相关，可用于定性。（3）峰宽可用于衡量柱效。
5． 什么是塔板理论？它有何优缺点？
塔板理论将整个色谱柱看作一个分馏塔，色谱柱的每一小段距离就相当于分馏塔的一块塔板，简称板高。在每一塔板内，一部分空间为担体上的固定液所占据，另一部分空间为载气所充满。当组分随载气进入色谱柱后，就在气－液两相间进行分配。载气每进入一块新塔板内，就重新进行一次分配平衡。经过多次的平衡后，分配系数小的组分 14
就先到达塔顶，即先流出色谱柱。塔板理论对解释浓度极大点的位置以及评价柱效等方面有很大理论和实用价值。但由于它的某些基本假设与实际色谱过程不符，只能定性地给出塔板数和塔板高度的概念，而不能说明影响塔板数和塔板高度的因素。
6． 简述范第姆特（Van Deemter）方程式中各项的名称及物理意义。
范第姆特方程式为H=A+B+Cu，A、B、C是三个常数，它们是影响塔板高u
度的三个因素。其中A为涡流扩散项，表示填充的均匀程度、填充颗粒直径的大小对塔板高度的影响；板高度的影响；Cu是传质阻力项，表示组分在气－液两相中进行分配时，由于传质阻是纵向扩散项，表示组分在柱中的停留时间及组分的扩散系数对塔力存在对塔板高度的影响。
范第姆特方程式说明了柱子的填充均匀度、载体的粒度、载气的种类、载气流速、固定液膜厚度以及柱温等因素对板高及峰扩张的影响，它为色谱分离操作条件的选择提供了理论指导。
7． 常用的载体有哪些？为什么要对载体进行钝化，其处理方法有哪些？
载体可分为硅藻土型和非硅藻土型两大类。常用的是硅藻土型载体，根据处理载体的方法不同，又将它分为红色载体和白色载体。载体是用来承载固定液的，它应该是惰性的，但实际上由于它们的表面总存在一些活性中心，因此在应用之前，常需对载体加以钝化，以除去表面的活性中心。常用的处理方法有：酸洗法、碱洗法、硅烷化法。
8． 对固定液有何要求，如何选择固定液？
对固定液的要求主要有以下几点：（1）选择性能要高；（2）热稳定性要好；（3）化学稳定性要高；（4）对试样中各组分要有足够的溶解能力。选择固定液的基本原则是：分离非极性组分，一般选用非极性固定液；分离极性组分，选用极性固定液；分离中等极性的物质可选中等极性的固定液；分离能形成氢键的物质，应选用氢键型固定液；分离难分离的试样，可采用混合固定液。
9． 简述热导检测器和氢火焰检测器的检测原理，它们各有何特点。
热导检测器是利用被测组分与载气的热导率的差别来测量组分浓度。当无组分只有载气通过热导池中热敏元件，电阻值无变化，因此也无信号输出；当组分通过色V柱分离后进入热导池，由于载气及各个组分的热导系数不同，引起热敏元件的电阻值改变，产生不同的信号，其信号大小与组分的量呈正比。它的优点是结构简单，测定范围广、线性范围宽，样品不被破坏。缺点是灵敏度较低，噪音较大。
氢焰离子化检测器是利用氢气在空气中燃烧所产生的火焰使样品燃烧生成离子，并在电场作用下形成离子流，通过测定离子流的强度便可检测出样品的浓度。该检测器具有灵敏度高，线性范围宽，响应快等优点。缺点是一般只能测定含碳有机物，而且使检测的样品被破坏，不利于制备分析。
10．色谱定量分析为什么要引入定量校正因子？如何测校正因子？什么情况下可以不需校正因子？
由于检测器对相同质量的不同物质具有不同的响应值，即检测器对不同的组分有“歧视作用”。也就是说，尽管两物质的量完全相等，但它们的峰面积或峰高不一定相等。这 15
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第一章绪论§1-1仪器分析定义、内容和分类一.定义与内容分析化学是人们用来认识自然的重要手段之一，是一门研究物质组成状态和结构的学科。它包括化学分析和仪器分析两大部分。前者是利用化学反应和它的计量关系来确定 被测物质的组成和含量，测定时需要使用化学 试剂、天平和一些玻璃仪器。它是分析化学的 基础。后者是以物质的物理和物理化学性质为基础 而建立起来的一种分析方法，测定时常常需要 使用比较复杂的仪器，它是分析化学发展的方 向。 通过本课程的学习，要求学生能够掌握常用仪 器分析方法的原理和仪器的简单结构；初步具有根据分析的目的，结合学到的各种仪器分析的方法特点和应用范围，选择合适分析方法的能力。仪器分析与化学分析不同，具有以下几个特点： ? 灵敏度高 检出用量小，样品用量由化学分析的mL、mg级降至仪器分析的?L、?g级，甚至更低。适用于微量、痕量和超痕量成分的测定。 ? 选择性好很多仪器分析方法可通过选择或调整测定条件，使共存组分在测定时，相互 间不产生干扰。 ? 操作简便 分析速度快,易于实现自动化。 一般为5%，不适用于常量 ? 相对误差比较大和高含量成分的测定。 ? 需要价格昂贵的专用仪器。二.分类仪器分析方法很多，而且相互比较独立，自 电化学分析法、色谱法、质谱法和热分析法。1.光化学分析法 基于电磁波作用于待测物质后产生辐射信号成体系。常用的仪器分析方法分为光化学分析法、的变化而建立的分析方法。光化学分析法分为光谱法和非光谱法两大类。 光谱法又可分为原子光谱法和分子光谱法。属于原子光谱法的有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法等。属于分子光谱的有紫外-可见分光光度法、红外光谱法、分子荧光光谱法、分子磷光光谱法等。2.电化学分析法该方法是以物质在溶液中和电极上的电化学 性质为基础而建立起来的一种分析方法。测量时 将试液构成某化学电池的组成部分，通过测量该 电量的变化对物质进行分析。电池的某些参数，如电阻(电导)、电动势、电流、根据测量参数的不同,电化学分析法可分为电导分析法，电位分析法，电解和库仑分析法及伏安和极谱分析法等。 3.色谱分析法 该方法根据混合物中各组分在互不相溶的 两相(通常称为固定相和流动相)中吸附能力、 分配系数或其它亲和力作用的差异而建立的分 离及测定方法。 4.其它方法(1)质谱法试样在离子源中被电离成带电的离子，在质量分析器中按离子的质荷比(m/z)大小进行分离。根据质谱图上谱线的位置(m/z数)和谱线的相对强度来进行分析。 (2)热分析法 该方法是通过测定物质的质量、体积、热导 或反应热与温度之间的关系而建立起来的一种分 析方法。有热重量法，差热分析法等。§1-2仪器分析的发展趋势当前分析化学的特点：不仅要解决静态物质的 成分分析，而且要解决瞬时变化的暂态的物质的成分分析；不仅要解决物质总体的总量分析，而且要解决微区、薄层以及元素所存在的状态与价态分析。分析的灵敏度、准确度、精密度、速度和选择 性等方面也达到了一个新的水平。其发展趋势体 现在以下几个方面：第一.各学科的相互渗透，出现了一些新的分析方法。如电感偶合等离子体光谱(ICP)、激光拉曼光谱、激光光声光谱、电子能谱及化学修饰电极和半积分半微分极谱等。第二.分析方法的相互渗透。不同分析方法的联用，又出现了一批新的分析方法与仪器，如色谱-质谱联用仪，色谱-核磁共振联用仪，色谱-红外光谱联用仪以及高效液相色谱与库仑、荧光、等离子体联用仪等。第三.电子计算机在仪器分析中的应用，既可以进行程序控制，使分析自动化、连续化和数字化，也可进行基线校准、曲线校直、背景扣除与数据处理，自动显示分析结果；而且能进行人机对话，实现智能化。 第四.对分析方法的理论和技术的深入研究，推 动了一些分析方法的发展。如在极谱分析 中发展了新型的脉冲伏安法、现代方波伏 安法、间断扫描伏安法、多次溶出伏安法 等。第二章 分析化学中常用的分离与富集方 法 在定量分析中，如果试样组成比较复杂，测 定时往往会受其它组分影响，严重时可导致测 定工作无法进行，因此需要选择适当的分离方法使待测组分与干扰组分达到分离；另一方面，对于试样中微量或痕量组分的测 定，则由于含量低于测定方法的检测限而造成 测定工作的困难，为此需要富集后才能测定； 鉴于以上两种情况，本章讨论几种常用的分 离与富集的方法。§2-1 沉淀分离法这是一种较经典的分离方法，经过不断的发展与完善，目前还经常使用。 一.无机沉淀剂沉淀分离法 定量分析中，当试样组成较简单，如碳酸钠、 氢氧化铁等，可直接把它们处理成溶液后进行滴 定；但如果为混合试样时，如Fe3+、Zn2+混合溶 液，要测其中的Fe3+含量，就必须除去Zn2+。 已知： KspFe(OH )3 ? 3.5 ?10?38 , KspZn(OH ) 2 ? 1.2 ?10?17设Fe3+和Zn2+的初始浓度均为 0.01mol/L，通过计算，当[OH-]＞1.6×10-12mol/L(pH＞ 2.2)，Fe3+开始沉淀；如果认为溶液中[Fe3+]=10-6mol/L时沉淀完全，则计算得到pH值为3.5；同理，同浓度的Zn2+刚开始沉淀时，pH值为 6.5，使0.01mol/LZn2+沉淀完全其pH值应大于 8.5。 由此可以得到，只要把pH值控制在3.5~6.5之 间即可分离Fe3+和Zn2+。像这种使用无机化合物作沉淀剂的，称之为无机沉淀剂沉淀分离法。1.氢氧化物沉淀分离法 如上所述，用控制溶液pH值而使被测离子沉 淀为氢氧化物的称为氢氧化物沉淀分离法。 一些常见金属氢氧化物开始沉淀和沉淀完全 时的pH值，见P.381表13-1。 常用于氢氧化物沉淀分离法中的常用试剂有： (1)NaOH溶液 可控制pH值≥12，用于两性金属离子和非两性金属离子的分离；非两性金属离子一般均生成氢氧化物沉淀，两性的则生成含氧酸阴离子而留在了溶液中，介于两者之间的。则部分生成沉淀。如有一混合溶液含Al3+、Mg2+、Cu2+、Zn2+,当 加入NaOH溶液后，Mg2+、Cu2+生成沉淀，而Al3+ 和Zn2+则留在溶液中生成含氧酸根离子AlO2-、 ZnO2-。(2)氨和氯化铵缓冲溶液此溶液可控制pH值在8~9左右，常用于沉淀不与NH3形成配离子的许多金属离子，也可使许多两性金属离子生成氢氧化物沉淀。如有一混合溶液含有Fe3+、Cr3+、Cu2+、Ag+, 加入氨和氯化铵缓冲溶液后， Fe3+和Cr3+沉淀下 来， Cu2+和Ag+则生成Cu(NH3)42+和Ag(NH3)2+。 (3)氧化锌悬浊液 ZnO在水溶液中有如下平衡：?? Zn(OH )2 ?? Zn2? ? 2OH ? ? ?? ? ZnO ? H 2O ?? ? ?根据溶度积常数： KspZn(OH ) 2 ? 1.2 ?10?17假设：[Zn2+]=0.01mol/L，pH≈6.5 [Zn2+]=0.1mol/L，pH≈6 [Zn2+]=1.0mol/L，pH≈5.5 由此可见，[Zn2+]改变100倍，pH只改变了一个 单位，∴氧化锌悬浊液可控制溶液pH在5.5~6.5 之间。 利用氢氧化物沉淀分离的缺点是选择性较差， 且大部分沉淀属于非晶形沉淀，同时还可能有共 沉淀现象产生，P.181介绍了几种改善的方法。2.硫化物沉淀分离法 沉淀为硫化物的即称为硫化物沉淀分离法。方法使用的沉淀剂为H2S，能与H2S生成沉淀物的金属离子约有40余种，且它们之间的溶解度相差悬殊。 由以上平衡得知，控制一定的pH值，即可控制 [S2-]的浓度，进行沉淀分离。方法的缺点类似 于氢氧化物沉淀法，即选择性较差，沉淀系非 晶形沉淀，吸附现象严重。通过改用硫代乙酰胺为沉淀剂，利用其在酸性或碱性溶液中产生H2S和S2-来进行均相沉淀，则沉淀性能和分离效果将有所改善。CH 3CSNH 2 ? 2H 2O ? H ? CH 3COOH ? H 2 S ? NH? ? 2? ? ? 4CH 3CSNH 2 ? 3OH ? CH 3COO ? S ? NH 3 ? ? H 2O例：在pH2~3，可生成ZnS↓；在pH5~6可 生成CoS↓和NiS↓；pH中性时，In3+和Tl3+可生 成沉淀。 二.有机沉淀剂沉淀分离法与无机沉淀剂相比较，有机沉淀剂在选择性和灵敏度方面性能要优越许多。其与金属离子形成的沉淀主要存在三种形式：螯合物沉淀、缔合物沉淀和三元配合物沉淀。1.形成螯合物沉淀 所谓的螯合物是指具有五元或六元环的稳定配 合物。即通过加入某种有机试剂，使之与溶液中 的被测离子形成螯合物，举例P.384。 大部分这样的有机试剂必须含有较多的憎水 性基团，形成的螯合物不带电荷，难溶于水。从水中分离得到沉淀后，可作进一步的测定。 2.形成缔合物的沉淀有些有机沉淀剂在水中可解离成带正电荷或带负电荷的大体积离子，这些离子与溶液中带不同电荷的金属离子（包括金属配离子）相互缔合，可生成不带电荷的难溶于水的中性分子而产生沉淀。举例见P.384。有机沉淀剂与哪种金属离子能够形成沉淀， 主要决定于有机沉淀剂分子中的官能团。如：―SH可与易生成硫化物的金属离子形成沉淀；―OH可与易生成氢氧化物的金属离子形成沉淀；―NH2易于金属离子形成螯合物。3.形成三元配合物沉淀三元配合物指被沉淀的组分与两种不同的配位体形成三元混配配合物或三元离子缔合物。举例P.384。三元配合物的沉淀反应选择性和灵敏度都较好 ，生成的沉淀物摩尔质量较大，作为后处理阶段 的称量形式也较合适。缺点反应条件较难控制。三.共沉淀分离法重量分析中，共沉淀现象是指由于沉淀的表 面吸附作用、混晶现象、吸留和包藏等原因，使 重量分析的测定产生误差。但利用上述的共沉淀现象，可达到微量和痕量组分的富集和分离的目的。 如：利用CuS沉淀的生成，可使至少0.02?g Hg2+从一升溶液中与CuS一起沉淀出来；若单独 沉淀其中的Hg2+，则因为浓度太低无法直接进行 沉淀操作。这里我们把CuS称为共沉淀剂或载体。这种方法称为共沉淀分离法。 利用共沉淀现象进行分离主要有三种情况： 1.利用表面吸附作用进行共沉淀分离 具有表面吸附作用的沉淀大都为胶状的非晶形 沉淀，如Fe(OH)3、 Al(OH)3，因其沉淀的表面 这种形式的沉淀，富集效率较高，但选择性较 差，且引入过多的载体离子，往往给下一步的分 析造成一定的难度。举例P.385积大，吸附性能强，对痕量组分易产生吸留现象。2.利用生成混晶进行的共沉淀分离如果两种金属离子的晶格相同，则在进行沉淀时，这两种金属离子就有可能生成混晶。常见的混晶有BaSO4-RaSO4，BaSO4-PbSO4，MgNH4AsO4MgNH4PO4等。同样这种方法也存在载体干扰痕量 组分的测定。 3.利用有机共沉淀剂进行的共沉淀分离 方法的作用机理与无机共沉淀剂不同，可采用 离子与离子之间进行缔合进行共沉淀，也可利用 胶体的凝聚作用进行共沉淀；其选择性优于无机沉淀剂，并且由于共沉淀剂是有机物，因而沉淀后可以灼烧，不影响下一步的测定。 §2-2 溶剂萃取分离法 一.分配系数，分配比和萃取效率，分离因数 溶剂萃取又称液―液萃取法，使用与水不相 溶的有机溶剂与试液一起振荡，试样中某些组 分进入了有机相，某些组分留在了水相，达到 彼此分离。该方法简单、快速、应用广泛。 方法的基本原理是基于不同的物质在不同溶剂中分配系数的不同。 如有一溶质A，同时接触两种互不相溶的溶剂(水和某有机溶剂)，振荡后，A物质在两相中的分配达到了平衡，即： 示： KD=[A有]/[A水] 如I2在水和CCl4之间的分配系数KD是一常数为 85.3，即:?? ? A水 ?? A有 ?A物质在两相中的浓度关系可用分配系数KD表[ I 2]CCl 4 / [ I 2]H 2O ? 85.3有些物质在两相中的存在形式与I2不同比较复杂，如：Os(锇)，如果同样用CCl4来萃取溶液中OsO4时，水相中Os是以OsO4、OsO52-、HOsO-5等三种形式存在；此时若用分配系数(KD=[OsO4]有/[OsO4]水)来表示锇元素在两相中分配就说明不了实际情况，为此引入了分配比D的概念，即：D ? [ A总]有/[ A总]水由此可见，D是存在于两相中溶质总浓度之比。 如前所述，用CCl4萃取I2，溶质I2在两相中的存 在形式完全相同，这时D=KD，但大多数情况下 D≠KD。对于D较大的物质，根据公式可知，溶质进入有机相的量↑，有利于该物质与水相中其它组分的分离，即萃取效率愈高。 当溶质A的水溶液用有机溶剂萃取时，如已知 水溶液的体积为V水，有机溶剂的体积为V有，则 萃取效率(E)：A在有机相中的总含量 E% ? ?100 A在两相中的总含量 [ A总]有 ? V 有 = ?100 [A总]水 ? V 水+[ A总]有 ?V 有如果分子分母同除以[A总]水V有，得到：D E% ? ?100 V水 D+ V有可见，萃取效率E由分配比D及V水/V有决定，D↑，E↑，如果D不变，V水/V有↓，E↑；所以增加有机溶剂的用量，可提高萃取效率；实际工作中，一般不采用增加有机溶剂的用量，而是采取分几次加入溶剂的方法来提高萃取效率E。P.387举例说明。如果两种共存的组分可同时被萃取到有机相， 那么在考虑萃取效率E的同时，还必须考虑共存组分的分离效果，一般用分离因素?表示分离效果。?=DA/DB，DA/DB表示A、B两种物质分配比的比值；?↑或↓，DA与DB相差↑，A、B两物质可达到定量分离；反之，A、B两物质就难以 分离。 以上我们介绍了分配系数、分配比、萃取效 率和分离因素。 二.萃取体系的分类和萃取条件的选择 萃取过程一般都用到有机溶剂，而无机物质中 只有少数的共价分子可直接用有机溶剂萃取，多数难溶于有机溶剂。为使这部分无机离子的萃取过程也能顺利进行，则必须在水溶液中加入某种试剂与被萃无机离子结合形成不带电荷并能溶于有机溶剂的中性分子，这种试剂称为萃取剂。根据萃取剂与被萃离子所形成的分子性质的不同，可把萃取体系分类如下： 1.形成螯合物的萃取体系 此方法所用的萃取剂一般是有机弱酸，如Cu2+ 在pH=9的氨性溶液中，可与铜试剂(DDTC)生成疏水性的螯合物：欲分离水溶液中的Cu2+，可在上述条件下加入 铜试剂，然后用氯仿萃取，形成的螯合物即进 入有机相。又如，用8-羟基喹啉作萃取剂分离 一些金属离子，在P.388作了介绍。 另外，书上P.389有一个萃取剂与金属离子螯 合和萃取过程的简单示意图。2.形成离子缔合物的萃取体系 从而被有机溶剂所萃取。P.390举例说明。 有时在离子缔合物的萃取体系中，加入大量的 与被萃化合物具有相同阴离子的盐类，可显著提 高萃取效率，这种现象我们称为盐析现象。 3.形成三元配合物的萃取体系 如前所述，三元配合物具有选择性好，灵敏度 高的特点，因而这类体系发展较快，研究较多。 P.390举例说明。阴离子和阳离子通过互相缔合，形成中性分子，以上大都是针对金属离子的萃取分离，对于有机物的萃取分离，一般遵守“相似相溶”原则。即：极性有机物和有机物的盐类，通常溶于水而不溶于非极性的有机溶剂中；反之，非极性的有机化合物可溶于非极性的有机溶剂中。 §2-3 色谱法 色谱法也称色层法、层析法。该方法由俄国植 物学家M.茨维特在1906年创立，他用此方法为了 分离叶绿素的成分。? ? 其中起分离作用的柱称为色谱柱；? ? 固定在柱内的填充物(如CaCO3)称为固定相；? ? 沿着柱流动的溶剂(如石油醚)称为流动相；试样混合物的分离过程也就是试样中各组分在色 谱分离柱中的两相间不断进行着的分配过程。当流动相(石油醚)携带的混合物(叶绿素)流经固定相时，组分与固定相发生了相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，固定相 对植物叶中不同组分(叶绿素中的色素)的吸附 力不同，随着流动相的移动而使它们彼此分离，结果被固定相CaCO3吸附牢固的往下流动慢些，反之，流动快些，如此形成色谱带。 茨维特即根据谱带颜色对植物叶的色素进行 鉴定分析，为此命名该方法为色谱法或层析法 等(chromatography)。一.色谱法的分类1.按固定相和流动相性质的不同进行分类：流动相 液体 固定相 固体 液体 气体 固体 色谱法 液固色谱法 液液色谱法 气固色谱法 气相色谱法 液相色谱法液体气液色谱法2.按固定相操作方式以及所处的状态不同进行分 类：?? 柱色谱将固定相装入玻璃管或金属管中做成色谱柱进行色谱工作。?? 纸色谱利用滤纸作为层析工具进行色谱工作。?? 薄层色谱 把一种吸附剂粉末铺在一玻璃板上，作为固 定相进行色谱工作．3.按色谱法的工作原理不同进行分类：?? 吸附色谱其固定相是一种吸附剂，利用它对被分组分吸附能力的差别来进行分离。?? 分配色谱其固定相是一种液体，利用不同组分在固定相和流动相两相间的分配系数的差别来进行分离。?? 离子交换色谱 利用离子交换原理进行分离。?? 排阻色谱利用多孔性物质对不同大小分子的排阻作用进行分离。 二. 纸色谱法和薄层色谱法 1.纸色谱法 纸色谱法(paper chromatography)是在滤纸 上进行的一种色谱分析法。 其固定相为结合于滤纸上的水分或其他溶剂 ；而滤纸则被看作一种惰性载体，不参与分离 组分的过程；流动相(展开剂)为分离过程中沿 滤纸流动的溶剂。纸色谱方法中，组分在固定相和流动相两相间作相对运动，其分离原理属于分配原理。一般要求适合于做纸色谱的滤纸能吸收20~ 25%的水分。其中6%的水通过 氢键与滤纸纤维素上的羟基 结合，形成纸色谱中的固定相。因此在纸色谱法分离中，组分在两相中的分配系数起主要作用。分配系数定义为： 在流动相中的浓度。K=Cs/CmCs表示组分在固定相中的浓度，Cm表示组分 在纸色谱和薄层色谱法中，组分的移动情况 通常以比移值Rf来表示，其定义如下：原点至组分中心的距离 Rf ? 原点至流动相前沿的距离在纸色谱法和类似的其他色谱法中，Rf值与分配系数K值有关。两者的关系为：Vm 1 K? ?( ? 1) Vs Rf该公式推导如下： 设组分移动距离为d1，流动相 移动距离为dm，两者之差为d2，则：Rf=d1/dm=d1/(d1+ d2)如果在纸色谱中组分的K值愈大，说明组分 在固定相(水)中的分配量也愈大，该组分易溶 于固定相，而不易溶于流动相,(K=Cs/Cm) d1减 小， Rf减小，因此： K?d2/d1另一方面，组分的移动距离还与两相的体积比有关，Vs/Vm?d2/d1 ；综合以上两式：d2/d1=K?(Vs/Vm)根据Rf的定义，可推出： K=Vm/Vs(1/Rf -1) 如果实验条件固定，则决定组分Rf值的主要 因素为它的分配系数。 在分配色谱中，当固定液的极性大于流动 相的极性时，称为正相色谱；当固定液的极性 小于流动相的极性时，称为反相色谱。通常在纸色谱中，因固定相(水)的极性较强，所以常属于正相色谱；如果将滤纸用极性较低的液体(如烃类)进行处理替代水作固定液，而以极性较大的溶剂为流动相，即可形成反相纸色谱。 2.薄层色谱法 薄层色谱法(thin layer chromatography) 是在纸色谱法的基础上发展而来。薄层色谱按 其分离机理也可分为两种，即分配色谱和吸附 色谱。分配色谱是利用试样中各组分在流动相和固定相中溶解度的不同，在两相间不断进行分配而达到分离的目的。吸附色谱是利用吸附剂对试样中各组分吸 附能力的不同来进行分离。常用流动相按极性增强次序排列如下：石油醚、环己烷、四氯化碳、苯、甲苯、氯仿、乙醚、乙酸乙脂、正丁醇、正丙醇、1,2-二氯甲烷、丙酮、乙醇、甲醇、水、吡啶、醋酸。3.分配等温线 在一定温度下，组分在固定相与流动相之 间的分配情况可用分配等温线表示，即达到分 配平衡时组分在固定相中的浓度对流动相中浓 度作图得到的曲线(固定相为吸附剂时称为吸附 等温线)。一般有三种形式：第一种为直线型，此时组分在两相间的分配与 组分浓度无关，这种类型的物质展开后，斑点 对称，形状较好呈圆形。第二种为凸线型，又称Langmuir等温线， 当组分浓度较高时，曲线向下弯曲，浓度大的 区域较浓度小的区域移动快，在展开过程中形 成前沿清晰而后面拖尾的斑点。第三种为凹线型，又称Frenundlich等温线，与凸线型相反，组分浓度较高时移动慢，斑点的后沿明显而前沿呈“伸舌头”状。 从三种等温线图可看出，在低浓度时它们 都有一段呈线性的关系。分离时如将样品量控制在一定范围内，则可获得较好的斑点形状，有利于鉴定和定量。 三.纸色谱和薄层色谱法的基本操作两种方法的基本操作相同，包括点样、展 开、显色、定位等几个步骤。分别概述如下： 1.纸和薄板的制备? 纸色谱中选择滤纸的要求：a.纸的质地要均一，厚薄均匀，平整无折痕， 否则流动相流速不均匀，分离不规则。b.纸纤维松紧程度适中，过于疏松则斑点易扩散, 过于紧密则流速太慢，时间过长。 c.有适宜的厚度，流动相粘度大的(丁醇)宜用 较薄的滤纸，粘度小的(己烷，氯仿等)则可用较厚的滤纸。d.有一定的机械强度，不易断裂。 e.纯度高，灰分在0.01%以下。常见的金属离子 杂质如Fe、Cu、Ca、Mg等含量不得过高，否 则这些离子会与某些组分反应，影响分离效 果或出现其它斑点。需注意的是不同厂家，不同牌号的滤纸由于生产方法与生产条件不同，吸收的水分量不相同(有时pH值也不同)。实验时，特别在用纸色谱法进行定性鉴别时，应尽量将标准样品与未知样品点在同一纸上进行操作对照。 ? 薄板的制备(吸附色谱)： 在薄板制备中，将吸附剂均匀地涂铺在规 定尺寸的玻璃板(或金属、塑料板)上，此过程 称为铺层或铺板。通常有两种方法：(1)干法制板：将吸附剂(氧化铝或硅胶)均匀撒在薄层上，用手拉动两端带有套圈的玻棒，套圈的厚度即为薄层所需的厚度，一般为0.25~0.3mm。此法的缺点：薄板不易保存，展开时毛细管作用力大，斑点较易扩散，展开方式只能近水平位置。(2)湿法制板：称取一定量的吸附剂用适量溶剂(通常为水)调成糊状；根据所需薄层厚度及玻板的大小，量取一定体积的吸附剂糊状物倒在板上，振动，使之均匀分布形成薄层，然后平 放阴干，置烘箱中活化(80～105℃)1/2～2h， 放于干燥器中备用。 吸附薄层中，对吸附 剂有如下要求： a.具有大的表面积与足 够的吸附能力。b.对不同的组分具有不同的吸附性，能较好地分离不同的物质。c.在所用的溶剂和展开剂中不溶解。d.不与试样中各组分、溶剂和展开剂起化学反 应。 e.具有可逆的吸附性能。 f.为便于观察分离效果，最好使用白色固体。 最常用的吸附剂有硅胶，氧化铝，其次是 聚酰胺，硅酸镁等；活性炭的吸附性太强，又 呈黑色，不易观察；故现在很少使用。如果做成分配薄层，则对所用载体的要求为：a.表面积大。 b.在展开剂中不溶解，与展开剂和样品组分不 起化学反应或分解作用。c.对样品组分无吸附性(或吸附性极弱)。d.对其上的固定液是惰性的。 常用的载体有纤维素和硅藻土等。 实际工作中，吸附剂、载体的选择，首先 决定于样品的性质，即溶解度、酸碱性、极性 以及与吸附剂是否起化学反应等等。其次要考虑吸附剂p载体是否容易得到以及 价格问题等。2.点样 在纸或薄层板的一端约1～3cm处点上样品溶液，等溶剂挥发后即将纸或薄板放入槽内展开。3.展开 所谓展开即使流动相溶剂沿滤纸或薄层板 从点有样品的一端向另一端流动的过程。样品 中组分被流动相带动前移，并由于各组分与固 定相的作用力不同而得到分离。纸色谱分离时，应将滤纸用流动相蒸汽饱和，展开时间也比薄层色谱长些。 4.定位经上述展开至溶剂前沿到达纸或薄板另一端时，即可将其取出。待溶剂挥发干后，用适当方法确定斑点的位置。如荧光p喷试剂等使斑点显色。纸色谱与薄层色谱的检出方法很相似，根据不同的检出对象与检出目的，可选用不同的试剂与方法。如果希望定位后，物质不改变，可采用非破环性检出法。如需确认某一成分，可用专属性显色剂或几种显色剂定位。一般纸色谱所用的显色剂均可用于分配薄 层，但颜色可能不同；薄板的灵敏度通常较纸 色谱高，显色剂的应用取决于载体的性质。分配薄层的载体和粘合剂均为无机物，可使用很多种试剂包括腐蚀性试剂浓硫酸等。而纸色谱则不能用。 一般定位方法分为物理检出法和化学检出法。 物理检出法属于非破坏性检出法，方法包括使 用紫外光、碘和水。对于未知化合物展开后在显色前，一般都 先使用紫外光进行观察，常用的波长为254nm和 365nm。芳香胺化合物使用365nm波长较多。如 果被检化合物在紫外区某波长处有较强吸收， 其特征为薄板用此波长照射时斑点处会变暗。 碘也属于非破坏性显色剂。显色迅速、灵 敏。碘的显色反应往往是可逆的；当化合物用I2 定位后放置于空气中，I2即可升华，组分可恢复 原来状态。I2简单的显色方法：在一个密闭的容器中，放入几粒碘晶体一会儿整个容器即充满I2蒸汽。把展开后的薄板(晾干)放入盛碘的容器内，斑点即呈淡黄色或褐色。取 出薄板，用小针画出斑点轮廓，在空气中放置一 段时间，碘挥发以后颜色随之褪去。 I2对许多化合物(含氮，脂类，甾体，皂苷等) 检出灵敏度较高。另外要注意被检化合物的性 质，因为有的有机物与I2也可能进行不可逆的 反应，导致化合物的结构发生改变。水也是一种非破坏性的显色剂，通常用于硅胶薄层，许多憎水性化合物的硅胶板展开后，用水喷薄板，在光照下观察，半透明薄板上可显出不透明的斑点，此法已用于环己醇、烃类、 胆酸等化合物的分析。 化学检出法在纸或薄层上使用一种或数种化 学试剂与被检物反应，生成有色化合物而定位。 这种试剂通常称为显色剂。对显色剂的基本要求：1.背景与斑点颜色需形成鲜明对比。2.能在纸和薄板上显出一个轮廓清晰的斑点。3.显出的颜色有足够的稳定性。4.反应灵敏，能显出微量组分。常用的显色剂： ? H2SO4系列：硫酸－水溶液 硫酸－甲醇或 乙醇溶液 硫酸溶液 硫酸铵溶液 喷雾后有的化合物立即反应，而有的则需加 热经数分钟后才显色。? 磷钼酸铵溶液(NH4)3[P(Mo3O10)4]适用于多种有机化合物的显色，常常喷后于120℃加热，磷钼酸铵的还原性物质显蓝色，薄板如用氨气熏一熏，背景可变为无色。 ? 高锰酸钾溶液 可与许多有机化合物反应，在淡红色背景 下，斑点呈黄色。? 荧光黄溶液 喷雾后，常常把板置于紫外光下观察，为芳香族与杂环化合物的通用显色剂．有时还常采用专用显色剂，如茚三酮为检 测氨基酸的专用显色剂。要注意的是对于有些 反应在纸色谱中是无法应用的。综上所述，纸色谱和薄层色谱法相比较： 1.操作过程基本相同； 2.薄层分离所需时间较短，纸色谱分离所需时 间较长； 3.薄层分离能力强，斑点较集中，检出灵敏度较 高；纸色谱分离后斑点较为扩散，检出灵敏度 不如薄层；但有些水溶性物质如糖p苷p氨基 酸等用纸色谱法比用薄层法的分离效果好些． 两者共有的优点是不需特殊设备，操作简便, 可用于微克量样品的分离．§2-4 离子交换分离法 该方法利用离子交换剂与溶液中的离子之间发生交换反应来进行的分离方法。这种方法不仅可分离带不同电荷的离子，也 可分离带相同电荷的离子，同时可富集微量或痕 量组分，制备纯物质。 离子交换剂有无机交换剂也有有机交换剂， 常用的大都为有机交换机，即离子交换树脂。 一.离子交换树脂离子交换树脂是一种高分子聚合物，具有稳定的网状结构的骨架部分，与酸、碱、弱氧化剂、某些有机溶剂都不起作用，如常用的聚苯乙烯型骨架，是由苯乙烯和二乙烯苯聚合得到：此聚合物经浓硫酸 磺化可制得聚苯乙 烯型磺酸基离子交 换树脂，用R表示。这里把磺酸基称为可以交换的活性基团，根据可被交换活性基团的不同，可把离子交换树脂分成阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。1.阳离子交换树脂 所谓的阳离子交换树脂是指在树脂上含有可以 和阳离子发生交换作用的酸性基团，如-SO3H、COOH、酚基和磷酸基等。根据这些酸性基团的酸 性强弱，又可分为强酸型阳离子交换树脂和弱酸 型阳离子交换树脂。强酸型的如R-SO3H，因其酸性较强，外界pH的变化对它影响很小，所以在酸性、中性、碱性溶液中均可使用，另外磺酸基上的H容易电离，所以交换速度快，与各种复杂的、无机的和有机的阳离子都可交换。 相反，弱酸型的如R-COOH，在溶液中有如下 的平衡：?? ? R ? COOH ?? R ? COO ? + H ? ?当溶液酸度过高时，交换过程就难以进行， 只有当pH值＞4时，羧基才具备一定的离子交换 能力；对于酚基，pH值必须＞9.5。虽然应用上受到一定的限制，但选择性提高了，可用来分离不同强度的有机碱。上述各种树脂均利用了酸性基团中H+与溶液中的其它阳离子进行交换来达到分离的目的，因此这类阳离子交换树脂也称为H-型阳离子交换树脂。如R-SO3H与溶液中Na+的交换反应可表示如下：交换过程 ????? R ? SO3 Na+ H ? R ? SO3 H ? Na ?????? ? 洗脱过程?溶液中的Na+进入树脂的网状结构中，交换了磺酸基上的H+，H+则进入了溶液，此时树脂转化为Na型，此过程称为交换过程；如果以适当浓度的酸溶液处理已交换的树脂(Na型)，反应向反方向进行，树脂可恢复原状，此过程称为再生或洗脱过程。再生后的树脂可重复使用。1.阴离子交换树脂 阴离子交换树脂一本含有碱性基团，可以 交换溶液中的阴离子。如：伯氨基-NH2、仲胺基 -NH(CH3)、叔胺基-N(CH3)2，季胺基--N(CH3)+3OH-，
第二章 紫外-可见分光光度法紫外-可见分光光度法属于分子吸收光谱法，主要产生于价电子在电子能级间的跃迁，广泛用于无机和有机物的定性和定量测定。 该方法灵敏度高，选择性好，仪器设备价格适 中。在分析化学领域中是一种较受欢迎的方法。 在介绍分子吸收光谱法之前，先了解一下电磁 辐射的性质。 §2-1 电磁辐射的性质电磁辐射包括无线电波、微波、红外、紫外及X射线和?射线等形式。其在真空中的传播速度等于光速： 一. 波动性 光的波动性可用以下的波动性参数来描述。 1.周期T 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所 需要的时间间隔称为周期。单位为s。 c=?? ?=3?1010 cm/s 由光学知识可知，电磁辐射具有波微两重性。2.频率? 单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波 谷的数目。即单位时间内电磁场振动的次数，称 为频率，其值等于T的倒数，单位为Hz。3.波长? 相邻两个波峰或波谷间的直线距离。不同电磁 波谱区可采用不同的单位。用cm、?m和nm表示。 4.波数 波长?的倒数，即每cm长度内含有波长的数目， 单位cm-1。5.传播速度cc=?? 单位：cm/s ? 二.微粒性 光的微粒性特征为：光由光子组成，而光子 具有能量，其能量与波长之间的关系为： E=h? ?=hc/? h-普朗克常数 6.626×10-34J? s 由上式可知，不同波长的光具有不同的能量， 波长愈长，光的能量愈低；反之，则愈高。§2-2 分子光谱概述如果某分子吸收了光辐射的能量，其外层电子可从较低能级跃迁至较高能级，但由于分子内部运动的能级变化较复杂，所以分子吸收光谱相对也较复杂。 在分子内部除了电 子运动外，还存在核间 的相对运动，即核的振 动和分子绕着重心的转 动。如图所示：A、B表示不同能量的电子能级；在每个电子能级中因振动能量不同而分为若干个振动能级；在同一 电子能级和同一振动能级 中，因转动能量不同而分 为若干个转动能级。 若用?E电、?E振、?E转分别表示三个能级， 则三者的关系为：?E电＞?E振＞?E转。?E电约为1~20ev，?E振在0.05~1ev之间，?E转一般小于0.05ev，由此可算出相应的波长分别为：?E电?60~1250nm，?E振、?E转?50?m~1.25cm。 所以前者的吸收光谱基本位于紫外或可见 光区内；后者的吸收光谱则属于红外和远红外区。而分子的总能量 E =E电+E振+E转。在电子能级发生变化时，往往不可避免地 伴随着分子的振动和转动能级的变化。因此分 子光谱通常比原子光谱复杂。由分子光谱可知:? 如果用红外光去激发分子，则不足以引起电子能级的跃迁，而只能引起分子的振动和转动能级的跃迁；各种物质的分子对红外光的吸收与其分子结构密切相关，因此红外吸收光谱可应用于分子结构的研究。? 物质对不同波长的光线具有不同的吸收能力， 物质也只能选择性地吸收那些能量相当于该分子 内部三种能量总合(E电+E振+E转)的辐射光。由于每种物质分子内部结构的不同，它们的能级 千差万别，如此就决定了它们对不同波长光线的 选择性吸收。 §2-3 Lamber-Beer定律 一.吸光度和透光度 当一束平行光通过均匀的液 体时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿反射。设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia，透射光强 度为It，反射光强度为Ir，则I0=Ia+It+Ir。在分析时，一般在仪器中放两个相同材料和厚度的器皿分别盛装待测液和参比液，使强度为I0的单色光分别通过两器皿，然后再测量透射光强度，如此可抵消反射光的影响。什么叫透光度？即透射光的强度(It)与入射光 的强度(I0)之比称为透光度或透射比。用T表示： T= It/I0不难理解，溶液的透光度?，它对光的吸收?；反之，则吸收?。一般用吸光度A来表示物质对光的吸收程度。其定义为：A=lg(1/T)=lg(I0/It)实际应用中，T以百分率表示。 二. Lamber-Beer定律 该定律是光吸收基本定律，也是分光光度 分析法的依据和基础。 Lamber-Beer定律指出，当入射光波长一定 时，溶液的吸光度A是待测物质浓度c和液层厚 度b的函数。Lamber和Beer分别于1760年和1852年研究了吸 光度与液层厚度、溶液浓度之间的定量关系。 Lamber定律指出，当用一定波长的单色光照射某一固定浓度的溶液时，其吸光度与光透过的液层厚度成正比。数学表达式为：A=k?? b式中k?为比例常数，b为液层厚度。Beer定律指出，当用一定波长的单色光照射 厚度一定的均匀溶液时，其吸光度与溶液的浓 度成正比。数学表达式为：A=k??? 式中k??为比 c 例常数，c为溶液浓度。当溶液浓度(c)和液层厚度(b)均可变时，它们都会影响吸光度(A)的数值。合并L和B两式，即得到L-B定律： A=kbc? L-B定律的推导：据量子化理论，光是由光子 组成，其能量 E=h?。 吸收过程就是光子被吸光质点(分子或离子) 它们俘获光子的几率与其面积有关。所俘获，结果使吸光质点能量增加而处于激发态；如图所示，假设有一束强度为I0的单色平行光，垂直通过一横面积为s的均匀介质。 当光强度为Ix的单色光通过吸收层(db)后，光强度减弱了dIx，则厚度为db的吸收层对光的吸收率为-dIx/Ix，又由于db为无限小，所以截面积上所有吸光质点 所占的面积之和(ds)与横截面积(s)之比(ds/s) 可视为该截面积上光子被吸收的几率，即： -dIx/Ix=ds/s如果在吸收介质里含有m种吸光质点，且它 们之间没有相互作用，设ai为第i种吸光质点对 特定光子的吸收面积，dni为ds中第i种吸光质点 的数目，则：代入上式，得到:当光束通过厚度为b的吸收层时，对上式两边积分，得到：根据前述的吸光度A=lgI0/It定义，可得到:将式子中截面积s用均匀介质的体积V和光程b来表示，即：s=V/b 代入上式，NA为Avogadro常数；ni/(NA?V)即为第i种质点 在均匀介质中的浓度(ci)；将0.4343NAai合并为 常数k，则：该公式表明：总吸光度等于吸收介质内各吸 光物质的吸光度之和。即吸光度具有加和性。这 是进行多组分光度分析的理论基础。如果吸收介 质内只有一种吸光物质时，公式可简化为: A=kbc 三.比例常数的表示形式 从L-B定律的表达式中可知，k值随c、b所取的单位不同而不同。当c以g?-1为单位，b以cm为 L单位时，k用a来表示，称为吸光系数，单位为L?-1? -1。此时， g cmA=abc如果溶液的浓度c以moL/L为单位，b以cm为 单位，k称为摩尔吸收系数，用?表示。单位：L? -1? -1。它的物理意义是：浓度为1moL/L， moL cm厚度为1cm的溶液，在一定波长下测得的吸光度大小。此时,A=?bc除了用a、?表示吸光度分析的灵敏度外,常 用的还有桑德尔灵敏度和百分吸收系数。?桑德尔灵敏度S是指人眼借助颜色反应，在单位截面积柱内能够检出的物质最低含量，以?g? -2表示。将此概念推广到各种光度仪器，则 cm规定仪器的检测限A为0.001时，单位截面积光程 内所能检测出的吸光物质的最低含量。同样以 ?g? -2表示。 cm S与?的关系可推导如下：A=0.001=?bc ? bc=0.001/?这里c的单位为：moL? 3)-1=moL? -3? -3 L(dm cm 10而b的单位为cm, 故b? c的单位为：moL? -2? -3 cm 10即单位截面积光程内吸光物质的物质量。如果乘以吸光物质的摩尔质量M，即为单位截 面积光程内吸光物质质量。 ?S=(b? c/1000)?M?106 (?g? -2) cm =b? c?M?103 (?g? -2) 把b? cm c=0.001/? 代入: S=(0.001/?)?M?103 ? S=M/?(?g? -2) cm? 百分吸收系数对于不知道分子量的物质，c常采用百分浓度表示，相应的系数称为百分吸收系数或比吸收系数，用 来表示。它的物理意义为： 含有1%浓度的溶液，在1cm厚的吸收池中测得的吸光度。单位：102? 2/g cmA= ?c b?推导过程：?=a? M?A=a? c c的单位：g/L ? g/(103cm3) b? c的单位：g/102mL? g/102cm3 即:四.光谱曲线的表示方法 将不同波长的光依次通过被分析的溶液，分别测定不同波长下的吸光度或透光度。以波长为横坐标，吸光度或透光度为纵坐标作图，得到的谱图称为该物质的吸收曲线或透光曲线。在紫外-可见光谱中，纵坐标的参数除了用 T%、A表示外，还可用?、lg?或百分吸收系数表 示。 曲线中具有最大吸收值的波长，称为最大 吸收波长，一般用?max表示。吸收曲线描述了物质对不同波长光的吸收能力。它反映了物质分子能级的变化。所以吸收曲线形状和?max的位置以及吸收强度等与分子的结构密切相关。因此，利用吸收曲线可以对物质进行定性分析，而在某一波长下测得的吸光度与物质浓度的工作曲线(A~C曲线)可对物质进行定量分析。为了提高测定的灵敏度，波长往往选择在 ?max处进行。五.光吸收定律发生偏离的原因 1.吸光度A的测量 在光度分析中，测量A的工作是先配置一系列浓度不同的标准溶液；用容量瓶或比色管来配置，如图。根据L-B定律 A=?bc，b即为比 色皿的厚度，如果实验中使用 相同材料和厚度的比色皿，b 可视为常数。以测得的A为纵坐标，对应的溶液浓度c为横坐标，将测得的数据作图，所得的曲线称工作曲线。(或称标准曲线，理论上应为一条直线。) 但在实际工作中，经常发现该 曲线不成直线，且不过原点； 特别当吸光物质的浓度比较高 时，曲线有明显地偏离直线现 象。? 关于曲线不过原点的原因在测定过程中，溶液中除了吸光物质吸收入射光以外，含有的其它试剂或离子也可能吸收入射光；另外，在测定过程中，部分光被器皿表面反射而会造成损失。 克服的方法通常将试液和空白液分别置于相 同材料和厚度的比色皿中，此空白液即称为参比 溶液。调节仪器，使参比溶液的A=0，然后再测 定其它溶液的A值。一般通常使用纯溶剂作参比液(即C0溶液)。使用了参比液后，实际上是以通过参比液的光强度作为测定的入射光强度，如此测得的吸光度能比较真实地反映待测物的浓度。 2.偏离比耳定律的原因 (1)由于非单色光引起的偏离 L-B定律适用于单色光。但由于仪器中单色器 的色散能力及出口狭缝的宽度等，各种分光光度 计得到的入射光实际上都是某一波段的复合光。由于物质对不同波长光的吸收程度不同，导致曲线负偏离。设一束入射光为含有两个 波长?max、??的复合光,两个波 长对应的入射光强度分别为I0 和I0?，透过光强度为It和It?,总入射光强度I0总=I0+I0?；总透过光强度It总=It+It?；实际测得的吸光度为：A实=lg(I0+I0?)/(It+It?)=lg(It? ?bc+It?? ??bc)/(It+It?) 10 10=lg10?bc[It+It?? (??-?)bc]/(It+It?) 10=?bc+lg[It+It?? (??-?)bc]/(It+It?)=A+?A 10由于????，所以?A为负值；A实?A，产生负偏。 ?与??的差值及浓度C愈大，则负值?A愈大,对光吸 收定律的偏离程度就愈严重。降低由于单色光不纯造成负偏的方法： ? 选择吸收曲线的?max作入射光波长。因为吸收 峰顶部曲线较平坦，入射光谱带内各波长的?值 相近。选择?max，偏离光吸收定律较小。 只有当干扰物质存在并对待测物质的?max产生吸收时，才选择没干扰的其它波长作入射光波长。? 选择高分辨率仪器，使入射光波长范围尽可能窄。(2)杂散光的影响 在光度分析中，杂散光指不包括在入射光带 内即不通过吸收池而直接进入检测器的非单色 光。其来源有几方面：? 仪器内光学部件及机 械零件反射和散射的光；? 外界及光源漏进检测器的光；? 光学系统有缺陷而引起的不均匀散射等；杂散光一般引起负偏离。(3)溶液本身的原因? 溶液折射率变化的影响若溶液浓度的变化能显著改变溶液的折射 率，则可观察到偏离比尔定律的现象，此时必 须对光吸收定律进行折射率(n)校正： A=?bc? 2+2)2 n/(n 一般在浓度小于0.01moL/L时，n基本上为常数， 其影响可忽略不计，说明Beer定律只适用于稀 溶液。 ? 散射的影响溶液若为胶体溶液、乳浊液或悬浊液时，在入射光通过溶液时，除一部分被吸光粒子吸收外，还有部分因散射而损失，使透光度减小，A实?。所以往往发生正偏离。 ? 化学因素引起的偏离 吸光物质常因离解、缔合而形成新化合物或 互变异构等化学变化而改变其浓度，导致偏离。 例如 K2Cr2O7在水溶液中存在下列平衡：此平衡随溶液酸度及稀释程度不同而左右移动，因而Cr2O72- 和CrO42-的浓度比不同。因此在某一波长下，测得的吸光度与铬的总浓度之间的线性关系被破坏。§2-3 比色分析法及仪器 一.目视比色法 用眼睛去观察、比较溶液颜色深浅以确定物 质含量的方法称为目视比色法。该方法将被测溶液在相同条件下和一系列不同浓度的标准溶液进行比较，颜色深浅相同者，则它们的浓度认为相同。推导如下：∵It=I010-?bc 对标准液和试液则分别有： I试=I010-?试bc试I标=I010-?标bc标当溶液颜色相同时，说明 I标=I试 ∵两溶液为同一种物质, 则：?标=?试 设液层厚度相等, b标= b试， ∴ c 标= c 试操作方法：取一套大小相同的比色管，加入系列标准溶液和相应的显色剂及缓冲溶液，然后稀释至同一刻度，形成颜色由浅至深的标准色阶。 另取一大小相同的比色管，加入被测液后按 配制标准色阶的方法处理，在管底下方放置一 块白板沿比色管中心垂直观察比较颜色。 该方法的优点：(1)操作简便，仪器简单，特别适用于工厂里大批样品的分析；(2)因所用的平底比色管较长,可测定颜色淡的稀溶液中的微量物质；(3)该方法的准确度不高，相对误差约为?5~20%。 二.分光光度法 1.概述 分光光度法原理上不同与目视法，它是比 较有色溶液(吸光物质)对某一波长的吸收情况， 而目视法是比较透过光的强度。 分光光度法是在光电法的基础上发展而来。分光光度法与光电法的基本原理相同，所不同的仅在于两者获得单色光的方法不同。前者采用棱镜或光栅等分光元件，后者采用传统滤光片，利用棱镜或光栅获得的“单色光”纯度要比滤光片高许多。分光光度法中所用的仪器称为分光光度计， 它的测量范围不再局限于可见光区域内，可扩 展到紫外和红外光区域。对测定而言，单色光愈纯愈好。其纯度一 般用光谱半宽度表示，即指透光曲线上，峰高 一半时所对应的峰宽度。半宽度?，说明透过的 单色光就愈纯。 分光光度法的特点： (1)因得到的入射光纯度较光电 比色法高得多，所以进行测量时，偏离比耳定律的情况大为减少，从而也扩大了测定的线性范围。(2)由于测定波长可任意选定，故在一定条件下,利用吸光度的加和性，可同时测定溶液中两种或两种以上的组分。(3)由于入射光波长范围扩大，测定不仅局限于可见光区域，还可用于紫外光区域，即可测定那些吸收紫外光的无色物质。 2.分光光度计 用于分光光度法分析的仪器称为分光光度 计。根据其波长范围可分为可见分光光度计， 紫外-可见分光光度计，红外分光光度计。紫外及可见分光光度计主要应用于含量的 测定；红外分光光度计主要应用于结构分析。 其原理的框示图如下：(1)光源 可见光源常用钨灯或碘钨灯，属于热光源； 其发射波长约为320~2500nm，除用作可见光源 外，还可用作红外光源。紫外光源多为气体放电光源。如氢、氘、 氙放电灯及汞灯等。其中以氢灯和氘灯应用最 广泛。其发射波长为160~500nm。氘灯发射强度 比同样的氢灯大3~5倍。一般仪器上都设置有稳压电源，因为电源电压的变化会引起光源发光强度的波动，从而影响测定结果。(2)单色器 将光源发出的连续光谱色散为单色光的装 置称为单色器。单色器是利用光的色散原理制成，所谓的色 散即是把复合光变成各种单色光的过程。单色器 由棱镜或光栅等色散元件及狭缝和透镜组成。 棱镜由玻璃或石英制成。因为玻璃吸收紫外 紫外分光光度计必须使用石英材料的棱镜。 狭缝和透镜系统的作用是调节光的强度，控 制光的方向并获得所需波长的单色光。光，所以玻璃制的棱镜只能用于可见分光光度计。光栅是另一种色散元件。当复合光照射到光栅上时，根据光的衍射和干涉原理，色散为不同波长的单色光。近年来，由于光栅刻制技术的发展，使用光栅作为色散元件的分光光度计日益增多。 (3)吸收池 吸收池是盛装试液并决定液层厚度的元件， 常用的吸收池(比色皿)材料有石英和玻璃两种。 石英吸收池可用于紫外-可见及近红外光区，玻 璃的只能用于可见及近红外光区。常见的比色皿为长方形，光程有0.5~3cm。 同样厚度的比色皿之间透光度相差应小于0.5%。 (4)检测器 所谓光度检测器就是将紫外-可见光的信号 转变为电信号的装置。常用的检测器有光电池、 光电管和光电倍增管。 它们都是基于光电效 应的原理而制成。a.硒光电池的工作原理：当光线照射到光电池上时，半透明膜金属及半导体硒都会吸收光子。 金属膜吸收光子后释放光电子，由于硒的 半导体性质，使得透明金属层的光电子密度较 大，相对来说，光电池的底板成为正极。当照射光强度不大，且光电池外电路电阻小于100Ω 时，光电流i=KI。受光照后，硒光电池可产生约100~200?A电流。该电流不需放大可直接用灵敏电流计测量。使用光电池需注意几点： ?受强光照射或长时间连续使用，会产生疲劳现 象，即光电流逐渐下降，i与I不成正比。 ?内阻小，不能与一般直流放大器相匹配；温度 系数较大，使用时要注意隔热，防止光线直射。?易受潮，受潮后光电流大小不正常，甚至使光电池完全失效。b.光电管的工作原理：光电管在紫外-可见分光光度计上应用较广。 构造：以一弯成半圆柱型的 金属片为阴极，其内表面涂 有一层光敏物质，多采用碱 金属或其氧化物，受光照射时，可放出光电子。阳极通常为镍环或镍片，两极密封于玻璃或石 英内，抽真空。两极间施加约90v的直流电压。当光线照射到阴极内表面时，光子轰击出阴极 表面的电子(即光电子)，此电子在电场作用下 流向阳极，形成电流，经测量该电流的大小与 照射到阴极上的光强度成正比。 与光电池不同，光电管产生的光电流很小， 需经放大后才能被测定。根据阴极上光敏材料不 同，光谱的灵敏区可分为蓝敏和红敏两种。前者 在阴极表面沉积锑和铯(Sb-Cs)，可用于波长 210~625nm测定，后者在阴极表面沉积了银和氧化铯(Ag-Cs2O-Cs)，可用于波长625~1000nm测定。与光电池比较，它的光敏范围宽，不易疲劳，但灵敏度只有光电池的1/4左右。 (5)显示系统其作用是将检测器输出的电信号以吸收光谱的形状(A或T)显示。常用的显示测量仪器有电位计、检流计、自动记录仪及数字显示装置。 §2-4 显色反应及显色剂无机物分析中，很少利用金属离子本身的颜 色进行光谱分析。因为其吸光度数值都比较小。一般选用适当的试剂，与待测离子反应生成对某波长有较大吸收的物质后再进行测定，这种反应称显色反应。所用的试剂称显色剂。应用最多的显色反应为络合反应；此外还有O-R反应，取代反应等。往往同一种物质有数种显色反应，其原理和 灵敏度各不相同。可根据具体情况进行选择。 一.分光光度法对显色反应的要求1.生成物必须在紫外-可见光区有较强的吸光能力，即吸收系数(一般指?)较大。 2.生成物应组成恒定，稳定性好，显色条件易于控制，保证测量结果有良好的重现性。 3.对照性好，显色剂与有色络合物两者的?max差 别要在60nm以上。 选好显色剂后，认真仔细地研究显色反应的 条件十分重要，下面介绍影响反应的主要因素。二.影响显色反应的因素1.显色剂用量显色反应通常可表示为： M + R ? MRM-被测组分，R-显色剂，MR-生成的有色络合物为了保证显色反应进行完全，一般需要加入 过量的显色剂；但对于有些显色反应，R加入过 多，会引起某些副反应，对测定不利。 显色剂的加入量通常根据实验结果来确定。 显色剂用量对显色反应的影响一般有三种情况：第一种曲线是比较常见的。随着显色剂浓度cR?，A?。当浓度达到某一数值时，A值趋于平坦；选择显色剂的量可在a、b之间。 第二种曲线的平坦部分较窄，即cR?，A反而?。 如： Mo(SCN)32+?Mo(SCN)5?Mo(SCN)6浅红 橙红 浅红用于测定的化合物应生成Mo(SCN)5，其??，A?。SCN-的量加入过多，会生成Mo(SCN)6C 而使A?。 ∴必须控制cR的量。 第三种曲线与前两种不同，随着cR?，A?；没有较明显的平坦可选择。∴cR的量需用某个标准液作对比，通过实验确定。 2.溶液的酸度 酸度在显色反应中的影响是多方面的。 (1)多数显色剂都是有机弱酸或弱碱，溶液的pH 会影响显色剂的平衡浓度和颜色。一般对显 色反应： M + HR ? MR + H+增加酸度(pH?)对显色反应不利；另外，有些 显色剂在不同的酸度下有不同的颜色。(2)影响待测金属离子的存在状态。当溶液pH?,大部分金属离子容易水解生成氢氧化物，使 溶液颜色褪去，破坏了有色络合物的生成。 (3)影响生成的络合物的组成。对于某些金属离 子与配位体生成逐级络合的显色反应，酸度 不同，络合物的配位数往往不同。如：磺基 水杨酸与Fe3+的显色反应，在不同酸度下，可pH值范围 &44~7 8~10络合物组成 Fe(C7H4O3)+Fe(C7H4O3)2Fe(C7H4O3)3-颜色 紫红色(1:1)棕橙色(1:2) 黄色(1:3)对于这种情况，应严格控制溶液的酸度。3.显色反应的时间、温度放置时间及温度不仅影响络合物的稳定性，也 影响显色反应，一般通过条件试验来确定。 4.溶液和溶剂中共存干扰离子的影响在某些显色反应中，如果加入某种有机溶 剂，常常会发现降低有色络合物的离解度，提 高显色反应灵敏度。 而共存离子的影响往往是负面的。如有的 本身有颜色或与显色剂生成有色络合物，会使 A?，造成正干扰；如果干扰离子与被测组分或显色剂生成无色络合物，则会降低被测组分或显色剂的浓度，影响显色剂与被测组分的反应，造成A?，引起负干扰。消除干扰离子的方法通常有如下几种： (1)控制溶液酸度； (2)加入掩蔽剂； (3)利用O-R反应，改变干扰离子的价态；(4)利用参比溶液消除显色剂和某些干扰离子；(5)选取适当波长；三.显色剂(6)采用某种分离方法。1.无机显色剂 无机显色剂在光度分析中应用不多，主要原 因是因为生成的络合物不够稳定，灵敏度和选择 性较差。目前应用较多的有：硫氰酸盐：可与铁、钴、钼、钨、铌及铼等元素 形成络合物。 钼酸铵：在酸性溶液中，可与磷、硅、砷及锗 等元素的含氧酸阴离子生成二元杂多酸络合物。如：PO43-及SiO32-与钼酸铵 生成黄色的H3PO4? OO3及H2SiO3? OO3 12M 12M 二元杂多酸。钼及钨等元素形成络合物。过氧化氢：在酸性溶液中，能与钛、钒、铌、铬、2.有机显色剂大多数有机显色剂能与金属离子生成稳定的络合物(螯合形式)，显色反应的选择性和灵敏度都较高，应用范围也较无机显色剂广得多。有机显色剂种类繁多，常用的有偶氮类， 三苯甲烷类，醌亚胺类，含肟(RC=NOH)及含硝 基类，安替比林类及邻菲掷唷Ｉ傻尿 物有些可溶于水中，而有些则溶于有机溶剂中。 溶于有机溶剂的可考虑采用萃取方法来进行光度法测定。另外，有机显色剂中一般都含有生色团和助 色团。所谓生色团即表示有机显色剂中含有不饱 和基团，能吸收大于200nm的光。如：-N=N-， ＞C=O, ＞C=S，-N=O等。 所谓助色团表示结构中含有孤对电子的基 团，与生色团的不饱和键相互作用，可以影响有 机化合物对光的吸收程度，往往使颜色加深，吸 光度增大。如胺基，羧基等等。 3.多元络合物由三种或三种以上的组分形成的络合物。在分光光度法中应用较多的是由一种金属离子与两种配位体所组成的络合物，称为“三元络合物”。主要类型有：(1)三元混配络合物适用于配位数较高，容易形成未饱和络合物的金属离子，即如果金属离子与络合剂络合时，第一络合剂的体积较小，且配位数未饱和， 就容易与第二络合剂配位。(2)离子缔合物 金属离子首先与络合剂生成络阴离子或络 阳离子，再与带相反电荷的离子生成离子缔合 物。与(1)不同的是金属离子的配位数已经满足， 但电荷没有饱和。一般离子缔合物具有疏水性，主要应用于萃取光度测定。(3)金属离子-络合剂-表面活性剂体系 M与R反应时，如加入某些长链的季胺盐、 Op乳化剂等表面活性剂，可形成胶束化合物。而这些胶束化合物的吸收峰有明显的红移现象。测定时，灵敏度可显著提高。 §2-5 光度测量误差和测量条件的选择 一.光度测量误差分光光度法的误差，除了来源于各种化学因素外，还包括仪器的精度、测得的透光率和吸光度的读数误差等，这些误差可由几方面引起光源不稳定、实验条件的偶然变动等。光度计中，透光率的标尺刻度是均匀分布的，而吸光度A与透光度T为负对数关系，∴导致A的标尺刻度分布是不均匀的。A=-lgTT=100%， T= 10%， T=0%，A=0 A=1.0 A=∞对于同一台仪器，读数的波动对透光率来说， 基本上为一定值，但由于A的标尺刻度不是均匀 的，所以A的读数波动不为定值；根据标尺可知， A?，读数波动引起的误差?，因此选择合适的吸 光度范围，可减小测量结果的误差。 据L-B定律, A=-lgT=?bc 微分得到:得到:要使测定结果(?c/c)的相对误差最小，对上式求导应有一极小值。即：得： A=-lgT=0.4343或T=36.8%说明当 A=0.4343时，吸光度测量误差最小。 通过作图(?c/c-T)可进一步了解吸光度测量对 结果测量的误差关系。当透光度为15%~65% (吸光度0.2~0.8)时,浓度 测量的相对偏差较小;此即分光光度分析中比较适宜的吸光度测量范围. 二.测量条件的选择 为使测定结果有较高的灵敏度和准确度，必 须注意选择适当的测量条件。主要有以下几点：1.入射光波长的选择选择的原则：一般以被测物质的最大吸收波长作为入射光，即所谓的最大吸收原则。在此波长下测定，不仅灵敏度较高，而且测定时偏离L-B定律的程度减小(如前所述)，准确度较高。 如果共存干扰物质在?max处也有吸收，应选择待测物有吸收而干扰物无吸收的波长作入射 光。即所谓的“吸收最大，干扰最小”的原则。如图，a表示丁二酮肟镍的吸收曲线；b表示酒石酸铁的吸收曲线； 用丁二酮肟显色测定 钢中的镍，其最大吸收波 长在470nm左右；试样中的铁用酒石酸钾掩蔽,在 同样波长下，也有吸收，对测定有干扰。 从图可知，当波长大于500nm时，干扰变小， 所以测定时，可将入射光波长选在500nm以上。 虽然灵敏度有所降低，但可消除干扰。2.控制适当的吸光度范围 由以上讨论的光度测量误差中得知，为使测 量结果的误差尽可能小，一般应控制标准溶液的 吸光度在0.2~0.8范围内。从 A=?bc 的公式中可 二是改变浓度c。 3.选择适当的参比溶液 在测量吸光度A时，利用参比溶液调节仪器 零点，可消除溶液中其它成份以及吸收池和溶 剂对光的反射和吸收所带来的误差。知，控制A值可从两方面取得结果，一是调节b值；如此根据试样溶液的性质，选择合适组分的参比溶液是很重要的。(1)溶剂参比 若样品基体、试剂及显色剂均在测定波长处 无吸收，则可用溶剂作参比液(有时用蒸馏水 替代)。 (2)试样参比 若显色剂或溶剂无吸收而样品基体组分有吸 收时，则应采用不加显色剂的样品溶液作为 参比液。(3)若显色剂、试剂及样品基体均有吸收时，则应在样品溶液中加入适当的试剂，将被测物掩蔽起来，使之与显色剂不再起反应，然后依次加入显色剂及其它试剂，以此作参比液。 在光度分析实验中，有时标准曲线不过原点，其重要的原因之一就是参比液选择不当。 §2-6 定量分析法光度分析法的定量依据是L-B定律。即在一定 波长处，被测物的吸光度与其浓度呈线性关系。因此通过测定某溶液对一定入射光波长的吸光度，即可求出该物质在溶液中的浓度和含量。 一.标准曲线法(校准曲线法或工作曲线法)该方法是应用最多的一种方法。具体做法：配制一系列不同含量的标准溶液，以不含被测组分的空白溶液为参比液(视具体情况而定)，测定标准溶液的吸光度。 绘制吸光度AC浓度c曲线， 此曲线即称为标准曲线。在相同条件下，测定未知试液的吸光度，从标准曲线上对应出未知试液的浓度。在建立一个方法时，首先要确定符合L-B定律的 浓度范围，即线性范围。定量测定一般在线性 范围内进行。 对于常规性的测定，有时往往采用标准对比 法。即在相同条件下，测定试样溶液和某标准 溶液的吸光度(AX和AS)，由标准溶液的浓度CS可 计算出试样中被测物的浓度Cx。Ax ? ? bcx As ? ? bcs?cs ? A x cx ? As使用该方法须在测定的线性范围内，且Cs和Cx较接近时，才能得到较为准确的结果。二.差示分光光度法 光度分析法具有简便、快速、灵敏和高选择 性等优点。但只适用于测定一定含量的组分。当待测组分浓度过高或过低，即吸光度值过大或过小时，测量会产生很大的误差，导致准确度降低。为适应分析的需求，在普通光度法的基础上，提出了差示分光光度法。该方法扩大了待测物的浓度范围，可获得较满意的测定结果。介绍差示法中的一种方法―高吸光度差示法。 普通方法之所以不适于测定高浓度的溶液， 原因在于：(1)普通法以试剂空白作参比,因待测液浓度较 高,它与参比液之间的A相差太大；由于C?,透过 的光强度T很小，以至于仪器测量发生困难。 (2)由于两者A值相差大,使A或T的读数落在标尺 的一端,造成读数的相对误差很大. 而差示法是采用一个比被测溶液浓度稍低 的标准溶液作为参比溶液。使AX和AS之间的差距 缩小；AX可落在准确测量的读数范围之内，克 服了一般光度法误差大的不足。其操作方法：当入射光通过一个比试样浓 度稍低的参比溶液时，将仪器的透光度调至 100% (参比A=0)，然后测定试样的吸光度；用 标准曲线法或对比法确定试样浓度。下面讨论 差示法的原理： 普通法： 即： AS =?bCS?AAX =?bCX两式相减： AX CAS =?b(CX CCS) =?b?C 结论：浓度为CX和CS的两溶液吸光度差?A与两溶 液的浓度差?C成正比。若以浓度为CS的溶液代替普通空白溶液作为参比，调节其透光度的读数为100%(A=0)，然后测量待测液的吸光度，得到的是两溶液(CX和CS)吸光度的差值。此差值与两溶液的浓度差成正比。 举例：两个溶液浓度分别为CS和CX，普通法测得TS 和TX分别为10%和5%，两溶液的T读数相差5%。差示法中把浓度为CS的溶液作参比溶液调节仪器光强度至标尺读数T为100%，即把普通法测定中光强度T=10%的标准溶液用作差示法中的参比溶液(T=100%)，标尺扩大100/10=10倍。所以CX溶液的透光度在差示法中相应的变为 5%?10=50%，此时两溶液读数差：100%?50%=50%。可见在普通法和差示法中，两溶液的透光度比并未改变，但差示法中相当于把刻度读数放大了10倍。这样使待测液的TX从普通法的5%(落在测量误差较大的区域)通过差示法后变为50%(落在测量误差较小的区域)。差示法的测量误差经过推导，得到：?C=CX-Cs，?T为扩大标尺后的TX值。三.双波长分光光度法对于吸收光谱有重叠的单组分(显色剂与待 测物的吸收光谱重叠)或多组分试样(由于性质相近与待测物的吸收光谱重叠)、浑浊试样以及背景吸收较大的试样，由于存在散射和特征吸收，难以找到一个合适的参比溶液来抵消这种影响，可采用双波长分光光度法进行测量。方法：让两束强度相同，波长不同的单色光交替 照射于同一吸收液，测量两者的吸光度差值，可 消除上述各种干扰，求得待测组分的含量。设波长?1和?2光强度相等且均为I0,通过吸收池 后其透光度的强度分别为I1和I2。据L-B定律：lgI0/I1=A?1=??1bclgI0/I2=A?2=??2bc得到吸收液对?1和?2两波长光的吸光度差值?A：?A=A?2-A?1=lgI1/I2=(??2C??1)bc上式表明，被测液在两个波长?1和?2处的吸光度之差与溶液中被测物的浓度成正比，可根据所测得的?A求出被测组分的含量。双波长法与普通法相比,其特点是不用参比溶液,而以试液本身对某一波长?1的吸光度(A?1) 作参比。 这样可避免因试样和参比两个吸收池之间的差 异所引入的误差；消除背景吸收及光散射所引 起的误差。 介绍双波长法的一种应用：等吸收法。 该方法适用于吸收曲线有部分重叠的混合物 的分析。如图：在?1和?2处, 2,4,6-三氯苯酚的吸 光度相等；若要测定 苯酚，以?2为测量波 长，?1为参比波长， 则可消除三氯苯酚对 苯酚的干扰。∵ 2,4,6-三氯苯酚在?1、?2处的A相等，所以：?A与cx成正比，与cy无关，即消除了组分Y的干扰。§2-7 有机化合物的紫外吸收光谱 一.有机化合物紫外吸收光谱的产生紫外吸收光谱是有机物分子中价电子的跃迁而产生的。因此，这种吸收光谱决定于分子中价 电子的分布和结合情况。有机化合物分子中有几种不同性质的价电 子：形成单键的电子称为?键电子；形成双键的 电子称为?键电子；氧、氮、硫、卤素等含有未 成键的孤对电子，称为n电子(或p电子)。 按分子轨道理论，两个键合原子的原子轨 道结合形成分子轨道时，会形成一个低能级的 成键分子轨道和一个高能级的反键分子轨道， 即每一个?或?键轨道必须有一个与之对应的?* 反键或?*反键轨道。n电子是非键轨道，所以无对应的反键轨道。当有机物吸收可见-紫外光时，若吸收的光 能恰等于某电子基态(?、?或n轨道)与激发态(?* 或?*轨道)的能级差，则分子中的价电子就会被 激发到相应的反键轨道而产生吸收光谱，通常产 生的跃迁为???*，???*，n??*，n??*。 二.跃迁类型1. ???*它需要的能量较高，一般发生在真空紫外区。饱和烃中的CCC键属于这类跃迁。如甲烷的?max=125nm；乙烷为135nm。2. n??* 实现这类跃迁所需的能量也较高，波长一般 位于150~250nm范围内。含溴、碘、硫和氮的 化合物n??*吸收峰大多在大于200nm的近紫 外区，含氟、氯、氧的化合物，n??*吸收峰一般在小于200nm的真空紫外区。3.???*它需要的能量通常情况下低于以上两种。吸收峰一般位于近紫外区，在200nm左右。其特点是?值较大，?max≥104，属强吸收带。如乙烯的最大吸收波长?max=162nm。 4.n??* 在由杂原子直接构成?键的基团中，例如 -C=O及-C=N等。杂原子上的n电子跃迁到?*轨道， 发生n??*跃迁,在四类跃迁中，n??*跃迁能量 最小，?max最长，吸收强度弱(??)，??100。由上可知，有机物价电子可能产生的跃迁主 要为四种类型；且各种跃迁所需的能量各不相同, 跃迁能量的大小顺序为： ???*&n??*≥???* &n??* 三.有机化合物的紫外吸收光谱 1.饱和烃及其取代衍生物 此类化合物中分子只含?键。因此只产生???* 跃迁。由于这类跃迁的紫外吸收光谱在＞200nm 区域内无吸收，所以无法用紫外吸收光谱来分析 这些化合物，但常用作光谱分析的溶剂。其取代衍生物卤代烃，由于其卤素原子上存在n电子，可产生n??*的跃迁，能量低于???*。如：CH3Cl、CH3Br、CH3I的紫外吸收光谱中出现了173、204、258nm的吸收峰，说明Cl、Br、l引 入甲烷后，其相应的吸收波长发生了红移，显示 了助色团的助色作用。 2.不饱和烃及共轭烯烃 分子中含有?键，跃迁所需的能量较???*小， 吸收峰大都位于近紫外区，?值较大。属于强 吸收谱带。在各类不饱和烃类中，存在单双键(乙烯)或共轭双键(丁二烯)。共轭形成的大?键使各能级间的差距减小，电子容易激发，吸收波长增大产生红移现象,加强了生色效应。如乙烯的特征吸收约为175nm，??1?104；而丁二烯的吸收波长为217nm，??2?104；共轭体系中共轭双键愈多，吸收强度也随之加强。当有五个以上?键共轭时，吸收带可落在可见光区。 这种由于共轭双键中???*跃迁所产生的吸 收带称为K吸收带.3.羰基化合物 由杂原子直接构成的?键的基团中,如C=O,氧原子上的n电子跃迁到?*轨道而发生n??*跃迁,也称为R带.四种跃迁类型中，此类跃迁所需能量最小， ?max最大, 位于紫外或可见光区。?值通常?100， 如乙醛在170，180和290nm处有三个吸收峰，分别对应于???*，n??*和n??*跃迁。同样醛、酮的羰基与双键共轭时,将使???* 和n??*吸收带产生红移现象。4.苯及其衍生物 苯有三个吸收带，均由???*跃迁引起。 苯环的三个吸收带是由苯环结构中三个乙烯的 环状共轭系统的跃迁所产生的，是芳香族化合物 的特征吸收。 苯环中6个P电子在形成 大?键时产生三个成键分子轨道和三个反键分子轨道。形成三个吸收带，分别为E1、B、E2。E1带在185nm，E2带在 204nm, B带在255nm。其?max值的大小为：B&E2&E1；?max值：B&E2&E1；图中可看出，苯的B吸收带上叠加有分子振动产生的精细结构；E2带只含有少量的精细结构。因此常用B吸收带的精细结构来识别芳香族化合物。但在极性溶剂中或有取代基与苯环共轭时，精细结构变弱且模糊甚至消失。四.溶剂对紫外吸收光谱的影响 即所谓的溶剂效应，溶剂的极性会影响吸收的强度及波长大小。主要表现在两个方面：1.带有孤对电子的分子能与极性溶剂形成氢键； 使R带(n??*)蓝移。2.极性溶剂的偶极子和待测分子的偶极子相互作用，使?电子活性减小, ???*跃迁能量变小， K带(???*)发生红移。 此外溶剂极性也影响吸收光谱的精细结构。 所以在选择紫外吸收光谱曲线时，应注意几点： (1)尽量选用低极性溶剂； (2)对样品的溶解度大，形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性。(3)溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。五.紫外分光光度法的应用 1.定性分析紫外光谱分析与可见光谱分析相比具有一些突出的特点，每类化合物都有自己的特征吸收带。可据此对紫外区有吸收峰的物质进行结构分析。但要注意在紫外区没有吸收带的有机物或 其物质组成的变化不会显著影响其吸收光谱的不能应用。如甲苯和乙苯的紫外吸 收光谱实际上是相同的,无法鉴别出。因此物质的紫外吸收光谱基本上是其分子中生色团及助色团的特性，而不是整个分子的特性。以此可推断物质的某些基团及结构框架，在配合红外或核磁共振光谱进行结构鉴定中，该方法无疑是一个十分有用的辅助方法。二.定量分析 其依据为L-B定律。通 过测定溶液对一定入射 波长?的吸光度，可求 出溶液中物质的浓度和含量。第三章 分子荧光光度法§3-1 分子荧光概述 分子荧光法的分 析一般都在溶液 中进行，如前所 述每个分子都具有一系列严格的分立能级：图中S0表示分子的基态，S1、S2分别为第一激发单重态和第二激发单重态；T为激发三重态；基 态和激发态都存 在几个不同的振 动能级。物质吸收了电磁辐射并发射出荧光的过程中 大致会经历以下几个过程：1.激发：通常在室温下，大部分分子处于基态的最 低振动能级，含有偶数个电子且自旋配对，处 于基态单重态(sinlet state；Pauli原理)；当 其吸收一定频率的电磁辐射(光量子)后电子可 发生能级跃迁至第一激发单重态(S1)，这一过程 称为激发。2.去活化过程： 处于激发态的分子是不稳定的，可通过几 种不同的途径回到基态，这一过程称为去活化。 去活化过程主要有以下几种：(1)振动驰豫：溶液中分子之间通过碰撞，受激溶质分子 向溶剂分子转移过剩的振动能量，以10-13~10-11 秒的速度，通过非辐射跃迁而降至同一电子能 级的最低振动能级。这一过程称为振动驰豫。(2)荧光发射： 处于第一激发单重态最低振动能级的分子， 有几种可能的去活化过程发生，其中之一是以 10-9~10-7秒左右的时间内发射光量子回到基态的 各振动能级，这一过程称为荧光发射。 (3)内转移：激发态分子从较高的电子能级转换至较低的电子能级。内转移过程的速度很大程度上决定于产生此过程所包含的能态之间的相对能量差。当两电子能级非常靠近以至其振动能级有重叠时，内转移就容易发生。 如激发单重态S1的高振动能级常与S2的低振 动能级重叠，两激发态的位能一样，内转移过程容易发生，一般需10-13~10-11秒的时间。(4)体系间的系间窜跃：受激分子从激发单重态转至能量较低的激发三重态的过程称为系间窜跃。如果两个能态的振动能级重叠时，这种跃 迁的几率较大；这些处于激发三重态的分子， 继续通过辐射光能而回到基态单重态的各振动 能级，所发出的辐射称为磷光。 由于不同物质的分子结构及分析时所处的化学环境不同，因此各去活化过程的速度也就不同。如果荧光发射过程比其他去活化过程的速度快，就可看到荧光发射现象；相反，则看不到荧光，或其强度减弱。§3-2 荧光分析法定量依据任何荧光化合物都具有两个特征光谱：激发 光谱和发射光谱。它们是荧光定性和定量分析的基本参数和依据。一.激发光谱 以激发光波长为横坐标，荧光强度为纵坐 标，绘得的谱图称荧光化合物的激发光谱。 绘制激发光谱曲线时，在荧光的最大发射波 长处，改变激发光波长来测量相应的荧光强度。激发光谱与吸收光谱不仅形状相同,而且波长位置也一样,这是因为物质分子吸收能量的过程就是被激发的过程.二.荧光发射光谱 简称荧光光谱或发射光谱。如果将激发光波 长固定在最大激发波长处，然后扫描发射波长， 测定不同发射波长处的荧光强度，即得到荧光发射光谱。下图为萘的激发光谱、荧光发射光谱和磷光发射光谱。
三．荧光和分子结构的关系 产生荧光的分子必须具备下列条件： (一)物质分子必须具有与所照射的光辐射相同频率的吸收结构，才能吸收激发光。(二)吸收了与其本身特征频率相同的能量之后， 必须具有一定的荧光效率。 荧光效率也称为荧光量子产率，表示物质 发射荧光的本领，为发出荧光量子数和吸收激 发光量子数的比值。?值一般＜1，如罗丹明B的乙醇溶液，?=0.97； 蒽乙醇溶液的?=0.30；菲乙醇溶液溶液的 ?=0.10。 有许多吸光物质不发荧光，原因在激发态分 子释放激发能（去活化）过程中，除荧光发射以 外，还有许多非辐射跃迁与之竞争。显然荧光效 率与物质结构以及所处的环境密切相关。什么样的物质会发生荧光?实验表明：1.具有共轭双键结构体系的分子容易发荧光；其共轭度愈大，?电子越易被激发,分子的荧光效率也将越大，荧光发射光谱向长波长方向移动。2.具有刚性平面结构的分子，具有较强的荧光。 这两个物质的荧光效 率分别为1.0和0.2。这是由于加入了亚甲基使芴的刚性和共平面性增大的缘故。这种结构可减少分子振动，即减少了体系间跨越到三重态和碰撞去活的可能性。3.芳环化合物上不同取代基影响该芳环化合物的 荧光强度和荧光光谱。给电子基团常常使荧光 增强，吸电子基团会减弱甚至破坏荧光；另外 将原子序数大的原子引入到?电子体系中常使荧光减弱。如：氟苯的荧光效率为0.16，氯苯为0.05， 溴苯为0.01，而碘苯则没有荧光。 取代基之间能形成氢键的，则荧光加强，反之则荧光减弱。了解荧光和物质分子结构的关系，可以帮 助我们考虑如何将非荧光物质转化为荧光物质， 或将荧光强度不大或选择性不高的荧光物质转化为荧光强度大及选择性高的荧光物质以提高分析的灵敏度。四.荧光强度和溶液浓度的关系 按荧光发生机理，可得到溶液的荧光强度和该溶液吸收光的强度Ia以及荧光物质的荧光效率?成正比： F=??a I A=lg(I0/It)=?bc 代入上式： 根据Beer定律： Ia=I0-It=I0? (1C10-?bc) F=?I0? e-2.303?bc) (1C式中I0是激发光强度, ?是摩尔吸光系数, b是液层厚度, c是样品浓度。又∵ e?2.303? bc ? 1 ? 2.303? bc ? (?2.303? bc) ? (?2.303? bc) ??2 32!3!当?bc≤0.05时，可略去第二项后的各项。 ∴ e-2.303?bc =1C2.303?bc F=?I0?(1Ce-2.303?bc) F=?I0?[1C(1C2.303?bc)]=2.303?I0?bc 当激发光(入射光)强度I0一定，并且浓度c 很小时，荧光强度与荧光物质浓度成正比。即： F=K? c上式仅适用于稀溶液，对于较浓的溶液，其?bc超过0.05时，F与c的线性关系将发生偏离。 由于浓度过高，使荧光物质分子间以及荧光物质分子同溶剂分子间的碰撞增加，导致无辐射去活增加而发生自熄灭。 另外在荧光发射波长同化合物的吸收波长 有重叠的情况下，物质发射出的荧光可能有部分被自身吸收，造成结果负偏差。§3-3 影响荧光强度的因素影响荧光强度的因素可归纳为如下几方面:一.激发光的照射某些荧光物质的溶液在入射光照射较长时间时，不会发生显著