现代分析测试技术及实验(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：孟哲 主编 李红英、戴小军、李媛媛 副主编

出版社：化学工业出版社

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现代分析测试技术及实验试读：

前言

以大型精密仪器为基础的现代分析测试技术，近年来获得迅猛的发展。大型精密仪器设备是高校开展科学研究和教学工作及学科建设的基本手段和必备物质基础，因此大型仪器设备的数量和结构不仅是高校实验教学条件的重要体现，同时在一定程度上能够衡量高校的综合实力。随着双一流学科建设的推进，本着充分利用这些大型精密仪器，使其服务于本科教学和研究生教学，提升学生素质的原则，本书作者基于学校大型精密仪器及多年的教学经验，编写了《现代分析测试技术及实验》教材。本教材的出版对学生系统地了解和掌握现代分析方法，培养学生分析、解决实际问题的能力，具有重要的意义。

全书共4个部分19章，第一部分光学分析包括紫外-可见吸收光谱、红外光谱、分子荧光和磷光光谱、激光拉曼光谱、核磁共振波谱、X射线分析；第二部分色谱分析包括气相色谱、高效液相色谱、离子色谱、毛细管电泳分离分析以及质谱分析；第三部分显微分析包括扫描电子显微镜和透射电子显微镜；第四部分综合热分析包括热重法和差热分析。

本书由孟哲统筹并主编。参加各章编写的教师有李红英（第4章），戴小军（第10章），李媛媛（第6章），李海波（第16章）。每一章分别安排2～3个实验，通过实验使学生对现代分析仪器的主要功能和应用有一个比较全面的了解。在实验的选择编写中，一些是很成熟的经典实验，也有不少是从参加编写本教材的各位教师的教学实践或科研成果中总结出来的，具有较好的实用性。校稿工作由孟哲、李红英、戴小军、李媛媛等老师承担。本书在编写过程中，晋晓勇、王淑华、全晓塞、张霞、林克英、彭亚鸽、纳鹏军等同事都给予了无私的帮助和支持，在此一并表示衷心的感谢。

本书出版得到了宁夏高等学校一流学科建设项目（宁夏大学化学工程与技术学科，编号：NXYLXK2017A04）的资助，同时获得了省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室、化学国家基础实验教学示范中心（宁夏大学）、化学化工学院和化学工业出版社等单位的大力支持。在此，致以诚挚的谢意。

由于作者学识所限，书中内容难免有欠缺和不妥之处，恳请专家、读者批评指正。　　编者2019年1月第一部分　光学分析第1章　光学分析概述

光学分析（optical analysis）是基于电磁辐射与物质相互作用后产生的辐射信号的变化来测定物质的性质、含量和结构的一类分析方法。光学分析是仪器分析的重要分支，应用范围很广。在经典的光学分析方法中，强调的是电磁辐射与物质间的相互作用，而现代的光学分析已经扩展到各种形式的辐射与物质间的相互作用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用，采用光电转换或其他电子器件测定光辐射与物质相互作用之后的辐射强度等光学特性。如原子发射光谱法或原子吸收光谱法常用于痕量金属的测定。紫外-可见吸收光谱法和荧光光谱法用于金属、非金属和有机物质的测定。红外吸收光谱法、拉曼光谱法、核磁共振波谱法和X射线衍射光谱法用于测定纯化合物的性质和结构。旋光和圆二色谱法为研究分子的立体结构提供了重要的信息。因此，光学分析方法在定性分析、定量分析和化学结构的研究方面有着极其重要的作用。随着科学技术的发展，光学分析法也日新月异，许多新技术、新方法将会不断涌现。1.1　电磁辐射的性质10

电磁辐射是一种以极大的速度（在真空中为2.9979×10cm/s）通过空间，而不需要以任何物质作为传播介质的能量形式。电磁波包括无线电波、微波、红外光、紫外-可见光、X射线和γ射线等。1.1.1　电磁波的波动性和微粒性

电磁辐射（也称为电磁波）具有波粒二象性。

电磁波的波动性可以用电场矢量E和磁场矢量H来描述。如图1-1是最简单的单个频率的平面偏振电磁波。图1-1　平面偏振电磁波

平面偏振就是电场矢量E在一个平面内振动，磁场矢量H在另一个与电场矢量相垂直的平面内振动。电场和磁场矢量都是正弦波形，并且垂直于波的传播方向。与物质的电子相互作用的是电磁波的电场矢量，所以磁场矢量可以忽略，仅用电场矢量代表电磁波。波的传播以及反射、衍射、干涉、折射和散射等现象表现了电磁波具有波的性质，可以用速度、频率、波长和振幅等参数来描述。（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（秒）。（2）频率ν　单位时间内完成周期性变化的次数，是表示周期运动频繁程度的量，常用符号ν表示，它等于周期的倒数即ν=1/T，单位为1/s（1/秒），称为赫兹，以Hz表示。电磁波的频率与通过的介质无关，只取决于辐射源。（3）波长λ　相邻两个波峰或波谷间的直线距离。若电磁波传播速度为c，频率为ν，则波长λ为：　　（1-1）（4）波数σ　每厘米长度内含有的波长数目，即波长的倒数：　　（1-2）-1-1

波数的单位为cm（厘米），将波长换算为波数的关系式为：　　（1-3）

光速c与波长λ、频率ν、波数σ及能量E之间的关系如下：　　（1-4）　　（1-5）

式中，h为普朗克常数。可见光的波长λ越大，光量子的能量E就越小。

电磁辐射是以接近光速（真空中光速为c）传播的能量。

根据量子理论，原子、分子或离子都有确定的能量，它们仅仅能存在于一定的不连续能级上。当物质改变其能级时，它吸收或发射的能量（即辐射）应完全等于两能级间的能量差。即相应辐射的波长与两能级间的能量差应符合下式：　　（1-6）

式中，E和E分别表示高能级和低能级的能量。10

对原子和离子来说，有围绕原子核运动的电子的电子能级，而分子除电子能级外，还存在原子间相对位移所引起的振动能级和转动能级。原子或分子的最低能级称为基态，较高能级称为激发态。室温下，物质一般处于它们的基态。1.1.2　电磁波谱

各种电磁波按照波长或频率的大小顺序依次排列所绘制的图表称为电磁波谱，表1-1列出了电磁波的有关参数。电磁波的波长愈短，其能量愈大。γ射线的波长最短，则能量最大；X射线，能量次之；紫外-可见光和红外光，能量依次减小；无线电波，波长最长，其能量最小。电磁波的波长或能量与能级跃迁的类型有关。若要使分子或原子的价电子从低能级激发至高能级，所需要的能量为1～20eV，该能量范围对应的电磁波的波长为60～1240nm，而波长为200～400nm的电磁波属于紫外光区，波长为400～800nm的电磁波属于可见光区。因此，分子吸收紫外-可见光区的光子获得的能量足以使价电子跃迁。根据式（1-6）可以算出各种跃迁类型需要的能量所对应的波长。表1-1　电磁波谱1.2　光学分析法的分类

根据物质与电磁辐射作用方式的不同，光学分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。光谱法是基于物质与辐射能作用时，分子（或原子）发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度等信号变化进行分析的方法。利用光谱学的原理和实验方法来确定物质的组成、结构和相对含量的方法称为光谱分析法。按照产生光谱的基本粒子分类，可以分为原子光谱和分子光谱。

原子光谱（atomic spectrometry，AS）多以气态的原子或离子外层电子的跃迁为基础。一般来说，原子外层电子处于基态，当受到热能或电能激发时，其外层的电子可以跃迁至高能级而处于激发态。处-9于激发态的原子很不稳定，约在10s时间内跃迁至较低激发态或基态而释放出能量，如果能量以光的形式释放，就产生波长一定的线状光谱。

原子光谱包括：基于原子外层电子跃迁的有原子吸收光谱（atomic absorption spectrum，AAS）、原子发射光谱（atomic emission spectrum，AES）、原子荧光光谱（atomic fluorescence spectrum，AFS）；基于原子内层电子跃近的有X射线荧光光谱（X-ray fluorescence spectrometry，XFS）；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱。原子光谱的特征是线状光谱，其中某一谱线的产生与原子中电子在某一对特定能级之间的跃迁相联系，反映了原子或其离子的性质，与原子或离子的来源无关。因此，原子光谱分析只能用于确定物质的元素组成与含量，不能给出与物质分子结构有关的信息。由于原子光谱分析法具有灵敏度高、选择性好、分析速度快、试样用量少、能同时进行多元素定量分析等优点，获得了广泛的应用。

分子光谱是分子中的价电子在分子轨道间跃迁产生的，分布与原子光谱不同，许多谱线密集而连续，形成带状，所以分子光谱的特征是带状光谱，波长分布范围很广，可出现在远红外区、近红外区、可见光区和紫外区。

在分子中，除了原子核外的电子做相对运动之外，还有原子核的相对运动，另外以分子作为重心的转动、平动和振动，以及分子中基团间的内旋转运动等。紫外-可见光谱（UV-Vis），荧光光谱、磷光光谱都是基于分子外层电子能态跃迁而产生的，称为电子光谱；红外光谱（IR）则是基于分子内部的振动能和转动能的跃迁，因此又可称为振-转光谱。分子光谱是提供分子内部信息的主要途径，根据分子光谱可以推测分子的结构、分子的键长和键强度以及分子解离能等许多性质。

非光谱法则是指不涉及能级跃迁，辐射与物质作用时仅改变传播方向等物理性质的方法，如偏振、干涉、旋光等方法。第2章　紫外-可见吸收光谱法2.1　引言

分子的紫外-可见吸收光谱分析法是基于分子中的价电子在分子轨道间的跃迁产生的一种仪器分析方法，波长范围为200～800nm。由于分子中除了电子运动之外，还有组成分子的各原子间的振动，以及分子的整体转动，每一种运动状态都对应有一定的能级，即电子能级、振动能级和转动能级。当分子中价电子经紫外-可见光照射时，电子从低能级跃迁到高能级，此时电子就吸收了相应波长的光谱称为紫外-可见光谱。因此，分子的电子光谱实际上是由电子振动-转动组成的复杂带状光谱。

考虑到分子间的相互作用和溶剂的极性影响，在分子的电子光谱中，与分子精细结构相关的转动光谱和振动光谱均已消失，因此，紫外-可见吸收光谱得到的是一条很宽的、简单的吸收光谱带，不适用于有机化合物结构的鉴定，但对于含有生色团和共轭体系的有机化合物的鉴定仍是有意义的。紫外-可见吸收光谱仪在整个仪器分析领域中占有重要的地位。2.2　紫外-可见吸收光谱的原理

紫外-可见吸收光谱产生于分子中电子能级的变化，各种化合物的紫外-可见吸收光谱的特征也反映了分子中电子在各种能级间跃迁的内在规律。依据某化合物的特征紫外-可见吸收光谱，可以对其进行定量分析，尤其对一些有机化合物结构的认识提供了一定的支持。2.2.1　朗伯-比尔定律2.2.1.1　朗伯-比尔吸收定律

为研究物质对光吸收的定量关系，早在1729年，布格（Bouguer）建立了吸光度与吸收介质厚度之间的关系。1760年，朗伯（Lamber）用更准确的数学方法表达了这一关系。1852年，比尔（Beer）确定了吸光度与溶液浓度及液层厚度之间的关系，建立了光吸收的基本定律。习惯上称这一定律为朗伯-比尔吸收定律（朗伯-比尔定律）。

当一束平行的单色光照射到一定浓度的均匀溶液时，入射光被溶液吸收的程度与溶液厚度的关系为：　　（2-1）式中　I——透射光强度；

I——入射光的强度；0

b——样品溶液厚度；

k——吸光系数。

当入射光通过不同浓度的同一溶液时，入射光强度与溶液浓度的关系为：　　（2-2）

式中，c为溶液浓度；k'为常数。这就是比尔（Beer）定律。

当溶液厚度和浓度都可改变时，就要考虑两者同时对透射光的影响，则有：　　（2-3）

式中，为吸光度A；为透光度T。

式（2-3）可写为：A=-lgT=kbc　　（2-4）式中　c——浓度，g/L；

b——样品溶液厚度，cm；

k——吸光系数，L/（g·cm）。

式（2-4）就是朗伯-比尔光吸收定律（Lambert-Beer定律）的数学表达式。

吸光度A的物理学意义是物质吸收单色入射光的程度。

k为吸光系数，表示物质分子对某波长单色光的吸收能力，与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。k值随b和c单位的不同而不同。2.2.1.2　摩尔吸光系数

当c的单位为mol/L、b的单位为cm时，式（2-4）中的吸光系数k用ε表示，称为摩尔吸光系数，其单位为L/（mol·cm）。这样光吸收基本定律就是：A=εbc　　（2-5）

式中，摩尔吸光系数ε表示吸光物质的浓度为1mol/L，介质厚度为1cm时物质对指定频率光的吸收能力。ε值越大，表示吸光物质对某波长光的吸收能力越强，则吸光光度法定量测定的灵敏度越高。因此，ε是吸光物质特性的重要参数，也是衡量吸光光度法分析灵敏度的重要指标。

在吸光光度法分析的实际工作中，ε值也与吸光光度计有关。对某一特定的物质来说，在固定条件下测量时，ε值主要与入射单色光的波长有关。摩尔吸光系数通常不能直接移取1mol/L这样高浓度的样品来测定，而是在适宜的低浓度下测量吸光度A，然后通过计算求出ε值。注意，这种测定ε值的前提是被测组分应该全部转变为有色配合物。

事实上，溶液中配合物的浓度常因解离、缔合等作用而有所改变，故在计算其摩尔吸光系数时，必须知道有色配合物的真实浓度，即实际测得的是表观摩尔吸光系数。由于摩尔吸光系数ε与吸收波长有关，也与仪器的测量精度有关，在书写时应标明波长并注意有效数字。43

就定量分析而言，通常认为ε>10是灵敏的，而ε<10则是不灵敏5的，ε>10为高灵敏度。2.2.1.3　偏离朗伯-比尔定律的因素

根据朗伯-比尔定律，吸光度与溶液浓度应是通过原点的线性关系（溶液厚度一定），但在实际工作中吸光度与浓度之间的关系有时是非线性的（不通过原点），这种现象称为偏离朗伯-比尔定律。产生偏离的主要因素有：（1）样品溶液因素　朗伯-比尔定律是在稀溶液时才能成立，而在实际测定中随着溶液浓度增大，微观吸光质点间距离缩小，彼此间相互影响和相互作用加强，因此破坏了吸光度与浓度之间的线性关系。（2）仪器因素　朗伯-比尔定律仅适用于单色光，但经仪器狭缝投射到被测溶液中的光，并不能保证理论意义上的单色光，这也是造成偏离朗伯-比尔定律的一个重要因素。2.2.2　有机化合物的紫外-可见吸收光谱

紫外-可见吸收光谱起源于分子中电子能级的变化，各种化合物的紫外-可见吸收光谱的特征也就是分子中电子在各种能级间跃迁的内在规律的体现。据此，可以对许多化合物进行定量分析，深入认识有机化合物的结构。2.2.2.1　有机化合物各种类型的电子跃迁

有机化合物的紫外-可见吸收光谱取决于有机化合物分子的结构。基于分子轨道理论，认识与紫外-可见吸收光谱有关的电子跃迁，***如n→σ，n→π和π→π。图2-1定性地表示了各种类型的电子跃迁所需能量和吸收光波长之间的关系。图2-1　不同的电子跃迁所需的能量和吸收光波长的关系示意图**（1）n→σ跃迁　实现n→σ跃迁所需要的能量较大，跃迁的吸收光谱出现在远紫外区和近紫外区。尤其是杂原子O、N、S等都含有*非键n电子，如C—N，C—OH等都能发生n→σ跃迁。该跃迁的能量主要与含有未成键电子的杂原子的电负性和非成键轨道是否重叠有关，而与分子结构的关系较小。如含杂原子O、Cl的有机化合物，吸收带λ小于200nm；而含N、S、Br、I的有机化合物，吸收带λmaxmax*大于200nm；再如（CH）S的n→σ跃迁λ=229nm，而（CH）O的3232*n→σ跃迁λ=184nm。说明S原子的电负性弱于O原子，对n电子的束缚较弱，激发时的能量较小，所以λ就较大。***（2）π→π跃迁　π→π跃迁是双键中的π电子由π成键轨道向π**反键轨道的跃迁。这类跃迁能量介于n→σ跃迁和n→π跃迁，这类跃迁需要的能量较小，因此吸收峰一般处于近紫外区。在200nm左右，4其特征是ε值较大，一般最大吸收波长处的摩尔吸光系数ε>10，max为强吸收带。**（3）n→π跃迁　n→π跃迁一般出现在波长大于200nm的近紫外区和可见光区，吸光系数较小，得到的是弱带，普通的紫外-可见光谱仪一般观察不到这类跃迁。当分子中同时存在杂原子和双键π电子*时就有可能发生n→π跃迁，如CO、NN、NO、CS等基团，*都能发生杂原子上的非键n电子向反键π轨道的跃迁。该跃迁产生的光吸收波长范围较宽，为200～700nm，但这种跃迁的摩尔吸光系数ε值一般都很小。2.2.2.2　紫外-可见吸收光谱的术语（1）生色团　生色团是使化合物呈现颜色（吸收可见光）的一些基团。在紫外光谱中生色团的含义被扩展，指能使化合物在紫外区产生吸收的基团，不论是否呈现出颜色。最有用的紫外光谱是由π→**π跃迁和n→π跃迁产生的，这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团，如双键或三键体系、羰基、亚硝基、偶氮基（—NN—）等。一些常见生色团的吸收特性见表2-1。表2-1　一些常见生色团的吸收特性（2）助色团　助色团是指本身不能生色，但与生色团相连时可改变生色团吸收特性的基团。助色团通常是带有非键电子对的基团，如—OH、—OR、—NHR、—SH、—Cl、—Br、—I等。助色团会使生色团的吸收谱带向长波方向移动，并增加其吸收强度。（3）红移和蓝移　在有机化合物中，常因取代基的变更或溶剂的改变，使其吸收谱带的最大吸收波长λ发生移动，向长波方向移max动称为红移，向短波方向移动称为蓝移（或紫移）。（4）增色效应与减色效应　由于结构改变或其他原因，吸收强度增加称为增色效应，吸收强度减弱称为减色效应。2.2.3　无机化合物的紫外-可见吸收光谱2.2.3.1　电荷转移吸收带

电荷转移吸收带是指外来辐射照射到某些无机或有机化合物时，可能使电子从给予体外层轨道跃迁到接受体的轨道，从而产生的光的吸收谱带。这种由于电子转移产生的吸收光谱，称为电荷转移光谱。电荷转移的过程可用下式表示：

许多无机化合物及水合无机离子都能发生这种转移。例如：3+-2+Fe—SCNFe—SCN

通常，配合物中的中心离子是电子接受体，配位体是电子给予体。若中心离子的氧化能力（或配位体的还原能力）越强，或中心离子的还原能力（或配位体的氧化能力）越强，产生电荷转移跃迁需要的能量就越小，吸收波长红移。电荷转移吸收带的特点是吸收强度大，ε>10L/（mol·cm），利用它进行定量分析，有利于灵敏度的提高。max2.2.3.2　配位体场吸收带

配位体场吸收带包括d-d和f-f跃迁产生的吸收带，这两种跃迁必须在配位体的配位场作用下才有可能发生。配位体场吸收带主要用于配合物结构的研究。

d-d电子跃迁吸收带是由于d电子层未填满的第一、第二过渡金属离子的d电子，在配位体场的作用下，分裂出不同能量的d轨道之间的跃迁而产生的。这种吸收带在可见光区，强度较弱，ε为0.1～max100L/（mol·cm）。

f-f电子跃迁吸收带在紫外-可见光区，它是由镧系和锕系元素的4f和5f电子跃迁产生的。因f轨道被已填满的外层轨道屏蔽，不易受溶剂和配位体的影响，所以吸收带较窄。2.3　仪器结构与原理

紫外-可见分光光度计的工作原理为：光源产生的连续辐射，经分光器色散后，通过样品池，一部分辐射被待测样品溶液吸收，未被吸收的部分辐射到检测器，光信号被转变成电信号并加以放大，信号数据被显示或记录下来。紫外-可见分光光度计由以下部分组成。（1）辐射光源　紫外-可见分光光度计对辐射光源的要求是：能发射足够强度的连续辐射，稳定性好，辐射能量随波长无明显变化，使用寿命长。在紫外-可见分光光度计上最常用的有两种光源，即钨灯和氘灯。

钨灯发射可见光区的连续光源，适用的波长范围是320～2500nm。氘灯是紫外区使用最广泛的光源，能在165～375nm间产生连续辐射。（2）分光器　分光器将光源的连续辐射色散得到所需要的单色光，是分光光度计的核心部件，其性能直接影响光谱带宽，从而影响测定的灵敏度、选择性和工作曲线的线性范围。

分光器的组成包括入射狭缝、反射镜、色散元件、出射狭缝，其中色散元件是分光器的关键部件。常用的色散元件有棱镜和光栅。目前的光度计几乎都用光栅作色散元件。（3）吸收池　吸收池用于盛放试液，常用的吸收池按制作材料可分为普通玻璃和石英两种。由于普通玻璃易吸收紫外光，所以在紫外区，应使用石英玻璃比色器。可见光区即可以使用普通玻璃比色器又可以使用石英玻璃比色器。（4）检测器　将光信号转变成电信号，然后通过计算机输出打印而显示的装置即为检测器。常用的检测器有硒光电池、光电管、光电倍增管等。紫外-可见分光光度计上，广泛使用的是光电倍增管，光电倍增管适用的波长范围是160～700nm，其灵敏度比一般的光电管高2个数量级。多通道光度计使用的是光二极管阵列检测器，该检测器优于传统光谱检测器，一次同时得到整个光谱。（5）显示或记录器　显示或记录器由检测器将光信号转变为电信号后，通过模拟数字转化器传输到计算机进行处理打印或显示。

目前分光光度计的类型主要分为三种：单波长、双波长和多通道分光光度计。2.3.1　单波长分光光度计2.3.1.1　单光束分光光度计

单光束分光光度计结构相对简单，辐射光源经分光器、样品到检测器是一条光路，测量时，光束经分光器分光后先通过参比溶液，再通过被测试样的溶液，测定其光强度。实验前首先在一系列不同波长处，分别测定试液的吸光度，绘制出吸收曲线，以确定被分析物的最大吸收波长。单光束仪器的缺点是测量结果受电源波动的影响较大，适用于在固定波长处的吸光度的定量分析。2.3.1.2　双光束分光光度计

辐射光源的光经分光器后又被反射镜分解成两路相等的光束，并分别射入参比池和试液池，这就消除了单光束仪器受光源强度变化的影响。在波长扫描时，可以连续地绘出吸收光谱曲线。2.3.2　双波长分光光度计

将辐射光源发出的光分成两束，分别经过两个分光器，同时得到两个不同波长λ和λ的单色光。两束单色光交替照射同一溶液，测得12的信号为两波长处吸光度之差。当两个波长以1～2nm的间隔同时扫描时，获得信号可视作一阶导数光谱。双波长分光光度计测量的优点是不考虑参比，消除了空白溶液带来的误差，同时减少了光源电压变化产生的误差，灵敏度较高。2.3.3　多通道分光光度计

多通道分光光度计使用了光二极管阵列检测器（DAD）。由光源发出的辐射聚焦到吸收池上，通过吸收池后到达光栅，经分光后照射到DAD上，由1024个光二极管构成线性阵列（Agilent 8453紫外-可见分光光度计），可在190～1100nm范围内同时记录吸收光谱，分辨率为1nm。DAD仪器的特点是测量简便快速，适用于研究有光谱变化的化学反应过程。一些液相色谱和毛细管电泳等也常用DAD作为其检测器。2.4　实验技术2.4.1　样品的制备

紫外-可见吸收光谱的测定通常在溶液中进行，固体样品需处理成溶液。光谱分析法对溶液的要求：良好的溶解能力，挥发性小，毒性低等。在溶剂的选择上，首先，要考虑溶剂在紫外区产生一定的吸收而对测定结果的影响；其次，溶剂的极性不同不仅影响谱带的位置（发生红移或蓝移）或谱带强度，而且会影响谱带精细结构的出现或消失。2.4.2　测定条件的选择2.4.2.1　波长的选择

为了使测定结果有较高的灵敏度和准确度，通常选择最大吸收波长作为分析波长。依据吸收曲线确定最大吸收波长，在最大吸收波长处进行定量分析，其测定的灵敏度较高，吸光度随波长的变化较小，可以获得较好的测量精度。2.4.2.2　狭缝宽度的选择

考虑到最小干扰的原则，定性分析常采用最小狭缝宽度。定量分析时，如果狭缝宽度太小则入射光强度太弱会引起信噪比降低，因此狭缝宽度应适当增大。2.4.2.3　吸光度范围

吸光度在0.2～0.7时，测量的准确度较高。因此应该调整溶液吸光度大小，控制在此范围内。常用的方法是：①含量高时少取样或取稀液，而含量低时可多取样或萃取富集；②若溶液已显色，则可通过改变吸收池的厚度调吸光度大小；③选择合适的参比溶液。2.4.2.4　有色化合物的形成

在实际测定中，样品中的被测组分不产生吸收，则需要加入一种试剂（显色剂），显色剂与被测组分作用形成有色化合物或形成含有生色团的化合物。该显色剂应具有选择性好，灵敏度高，所形成的有色化合物的组成恒定，化学性质稳定等特点。常用的显色剂多为含有生色团的有机化合物。2.4.3　参比溶液的选择

调节仪器的工作零点常采用参比溶液。测定时，让光通过参比溶液，调节零点，使A=0，T=100%，然后测试待测溶液。

选择适当的参比溶液，可以消除某些干扰因素。参比溶液选择的原则是使所测A值能真正反映待测样品的浓度。参比溶液选择的具体方法：

①当试液、显色剂和条件试剂（如pH缓冲溶液、掩蔽剂等）均无色时，用蒸馏水作参比溶液。

②若显色剂、条件试剂无色，而试液中其他共存离子有色，则用不加显色剂和条件试剂的试液作参比溶液，可消除共存离子的颜色干扰。

③若显色剂、条件试剂及被测试样中的共存离子在测定波长下均有吸收，可取一份试液加入掩蔽剂，将被测组分掩蔽起来，再加入显色剂、条件试剂，将此混合液作参比溶液，以消除干扰。

此外，为得到准确的测定结果，对吸收池厚度、透射率、仪器波长、读数刻度等也应进行校正。2.5　实验内容2.5.1　差值吸收光光度法测定废水中的微量苯酚

实验目的（1）学习使用UV-1801紫外-可见分光光度计。（2）掌握差值吸收光光度法测定废水中的微量苯酚的方法。

实验原理

酚类化合物在酸、碱溶液中发生不同的解离，使其溶液的吸收光谱发生变化。苯酚在紫外区有两个吸收峰：在酸性或中性溶液中，λ为210nm和272nm；在碱性溶液中，λ位移至235nm和maxmax288nm。在紫外-可见分光光度法分析中，利用在不同的酸、碱条件下，苯酚溶液吸收光谱变化的规律，直接对有机化合物进行测定。

废水中含有多种有机杂质，这会干扰苯酚在紫外区的直接测定。如果将苯酚的中性溶液作为参比溶液，测定苯酚碱性溶液的吸收光谱，利用两种光谱的差值光谱，有可能消除杂质的干扰，实现废水中苯酚含量的测定。这种利用两种溶液中吸收光谱的差异进行测定的方法，称为差值吸收光谱法。

仪器与试剂（1）仪器　岛津UV-1801紫外-可见分光光度计；容量瓶（50mL容量瓶10个）。（2）试剂　苯酚标准溶液（准确称取苯酚0.300g，置于1L容量瓶中）。

实验步骤（1）配制苯酚的标准系列溶液：将10个50mL容量瓶分成两组，各自编号。按照表2-2加入相应的溶液，再用水稀释至刻度，摇匀，作为苯酚的标准系列溶液。表2-2　苯酚标准系列溶液的吸光度差值（2）绘制苯酚的吸收光谱：取上述同一编号的两组溶液，用1cm吸收池，以水作参比溶液，分别绘制苯酚在中性溶液和碱性溶液中的吸收光谱。然后用中性的苯酚溶液作参比，绘制苯酚在碱性溶液中的吸光度差值光谱。（3）测定苯酚两种溶液的光谱差值：从上述绘制的差值光谱中，选择288nm附近最大吸收波长作为测定波长。在UV-1801紫外-可见分光光度计上固定λ，然后成对地测定苯酚溶液两种光谱的吸光max度差值。（4）未知试样中苯酚含量的测定：将6个50mL容量瓶分成两组，每组3个，分别加入未知样。将其中3个用去离子水稀释，其余3个加入2.5mL KOH溶液，再用去离子水稀释至刻度，分别摇匀。将两组溶液分成3对，用1cm吸收池测定光度差值。

数据处理（1）将表2-2中测得的光谱差值，绘制成吸光度-浓度曲线，计算回归方程。（2）利用所得曲线或回归方程，计算未知样品中苯酚含量（用mol/L表示）的置信范围（置信度为95%）。（3）计算苯酚在中性溶液（272nm附近）或碱性溶液（288nm附近）中的表观摩尔吸光系数。

思考题（1）绘制苯酚在中性溶液、碱性溶液中的吸收光谱和差值光谱时，应如何选择参比溶液？

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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