1.5

1. Тема 1.5. Спектрофотометрия

Спикер: Гуськов Владимир Юрьевич
доктор химических наук, профессор, заведующий
кафедрой аналитической химии

2. Спектроскопия УФ- и видимого диапазона

Диапазон длин
волн, нм
Диапазон частот,
ТГц
Диапазон энергии
фотонов, эВ
Красный
625—740
480—405
1,68—1,98
Оранжевый
590—625
510—480
1,98—2,10
Жёлтый
565—590
530—510
2,10—2,19
Зелёный
500—565
600—530
2,19—2,48
Голубой
485—500
620—600
2,48—2,56
Синий
440—485
680—620
2,56—2,82
Фиолетовый
380—440
790—680
2,82—3,26
Цвет
Каждый
Охотник
Желает
Знать
Где
Сидит
Фазан
uust.ru

3. Виды спектрофотометрических методов анализа

Спектрофотометрические методы анализа относятся к методам молекулярной абсорбционной спектроскопии и
основаны на избирательном поглощении света растворами определяемых веществ или их соединений.
Простота
аппаратурного
оформления
СФМА
Фотоколориметрия
Поглощение полихроматического света ( = 50 – 100 нм).
Видимая область спектра(400 – 750 нм).
Количественное определение только окрашенных веществ.
uust.ru
Точность
Чувствительность
Селективность
Спектрофотометрия
Поглощение монохроматического света ( = 1 нм).
Видимая и УФ область спектра (180 – 750 нм).
Качественный и количественный анализ бесцветных и
окрашенных веществ.

4. Поглощение света веществом

uust.ru

5. Каким мы видим цвет раствора

λ, нм
uust.ru
Цвет поглощенного излучения
Цвет раствора
400-435
Фиолетовый
Зеленовато-жёлтый
435-480
Синий
Жёлтый
480-490
Зеленовато-синий
Оранжевый
490-500
Синевато-зелёный
Красный
500-560
Зелёный
Пурпурный
560-580
Желтовато-зелёный
Фиолетовый
580-595
Жёлтый
Синий
595-605
Оранжевый
Зеленовато-синий
605-730
Красный
Синевато-зелёный
730-760
Пурпурный
Зелёный

6. Блок-схема спектрофотометра

детектор
монохроматор
(призма или дифр. решётка)
l
входная
щель
источник
излучения
uust.ru
Источник фото: https://www.cord.edu
выходная
щель
кювета
с растворов

7. Источники светового излучения

Область спектра
Источник излучения
Вакуумный УФ
Аргоновая, ксеноновая лампы
УФ
Ксеноновая, водородная,
дейтериевая лампы
Видимая область
Вольфрамовая, галогеновая
лампы
галогеновая лампа
uust.ru
дейтеривая лампа
ксеноновая лампа
Источник фото: https://ozon.ru; https://propribory.ru

8. Лампа с вольфрамовой спиралью

uust.ru
Источник фото: https://www.cord.edu

9. Галогеновые лампы

uust.ru
Источник фото: http://upload.wikimedia.org

10. Дейтериевая лампа

uust.ru
Источник фото: http://www.periodictable.ru

11. Выделение светового потока

Устройство
выделения
светового
потока
Светофильтр
Абсорбционный
uust.ru
Интерференционный
Монохроматор
Призма
Дифракционная
решетка

12. Светофильтры

uust.ru
Источник фото: mypresentation.ru

13. Выбор светофильтра

uust.ru
Источник фото: mypresentation.ru

14. Монохроматоры. Призмы

uust.ru
Источник фото: https://www.studfile.net

15. Дифракционная решетка

uust.ru
Источник фото: obrazovaka.ru

16. Кюветы для измерений

Стеклянные
для видимой области спектра
Кварцевые
Для УФ-области спектра
uust.ru
Источник фото: analytprom.ru

17. Фотодиоды

1 – полупроводник, 2 – контакт,
3 – вывод, Ф – световой поток,
Е – источник тока, RH – нагрузка.
uust.ru
Спектрофотометр Agilent Cary 60 UV-Vis с детектором на диодной матрице
Источник фото: https://fizlabpribor.ru

18. Спектрофотометры и фотоколориметры

Фотометр КФК-3-ЗОМЗ
Спектрометр ПЭ-5400УФ
uust.ru
Источник фото: almamed.su
Спектрометр UNICO 2804

19. Схема однолучевого спектрометра

uust.ru
Источник фото: https://psiberg.com

20. Схема двухлучевого спектрометра

uust.ru
Источник фото: https://psiberg.com

21. Сравнение однолучевого и двухлучевого спектрометров

uust.ru
Источник фото: https://psiberg.com

22. Взаимодействие света с веществом

I0 (падающий свет)
uust.ru
I (проходящий свет)

23. Понятие оптической плотности

интегрируем
dI
kCdl
I
I
l
dI
I I 0 kCdl
0
В десятичных логарифмах:
I0
lg
lC
I
k 2,303
T = I/I0 = 10- l C – пропускание; α – коэффициент светопропускания.
A = lg(I0/I) = l C – оптическая плотность
uust.ru
I0
ln
klC
I

24. Закон Бугера-Ламберта-Бера

A= lC
Оптическая плотность раствора прямо пропорциональна концентрации поглощающего вещества, толщине
слоя раствора и молярному коэффициенту поглощения
Пьер Бугер (1698-1758)
uust.ru
Иоганн Генрих Ламберт (17281777)
Источник фото: https://ru.wikipedia.org/
Август Бер (1825-1863)

25. Закон Фирордта

При поглощении света смесью веществ оптическая плотность раствора равна сумме вкладов каждого из
компонентов (суммируются оптические плотности, а не пропускания!). Поэтому в молекулярной абсорбционной
спектрофотометрии для расчетов используются именно оптические плотности.
A = 1 l C1 + 2 l C2 + …
uust.ru

26. Следствия из закона (закон Бугера-Ламберта Бера)

зависит от:
природы вещества;
природы растворителя;
длины волны поглощаемого
света;
температуры.
не зависит от:
концентрации раствора;
толщины слоя раствора.
может принимать значения
до 500 000 и более.
= 700 000
(310 нм)
= 600 000
(430 нм)
uust.ru
Источник фото: https://ca.pinterest.com

27. Закон Бугера-Ламберта-Бера – ключевой в спектрофотометрии

A = l C
A
1.2
0.9
0.6
0.3
0.02
uust.ru
0.03
0.04
0.05
0.06
C
0.07

28. Причины отклонения от закона Бугера-Ламберта-Бера

Причины отклонения от закона Бугера-ЛамбертаБера
Немонохроматичность света и его рассеивание
Химические причины отклонения: диссоциация, сольватация, комплексообразование и т.д.
Естественные отклонения, вызванные наличием зависимости молярного коэффициента поглощения от
концентрации при высоких концентрациях
uust.ru

29. Спектры молекул (напоминание)

200
S2
S1
Поглощение
S3
150
S3
S2
100
S1
50
0
S0
uust.ru
400
450
500
550
Длина волны (нм)
600

30. Молекулярные спектры поглощения

Переход
Диапазон
Хромофоры
σ σ*
< 200
C-C, C-H
n σ*
160 - 260
H2O, CH3OH, CH3Cl
*
200 - 500
C=C, C=O, C=N,
n *
250 - 600
C=O, C=N, N=N, N=O
Хромофорные группы - группы атомов, обуславливающие
цвет химического соединения. Ауксохромы – атомы или
группы атомов, способствующие углублению окраски.
Фотометрические реакции: реакции со специально
добавляемыми реагентами с целью повышения
чувствительности и селективности фотометрического
определения.
uust.ru
Источник фото: С.Ю. Вязьмин, Д.С. Рябухин, А.В. Васильев. Электронная спектроскопия органических
соединений. Учебное пособие. СПб: СПбГЛТА, 2011, 44 с.

31. Некоторые УФ-хромофоры

uust.ru

32. Определение ионов металлов

Вещество
Реагент
Окраска
max
Соединение
λ
ε
MnO4-
528
2400
510
Трис(1,10фенантролинат) Fe(II)
510
11100
Ca2+ - мурексид
552
14000
UO22+ - арсеназо I
596
23000
о-Фенантролин
Оранжевокрасная
Pb2+
CHCl3 / дитизон
Вишневокрасная
510
PO43-
Молибдат /SnCl2
Синяя
690
Бромидный
комплекс Ir-Sn (II)
402
49600
Фенол
4-Аминантипирин
Кирпичнокрасная
460
Ионный ассоциат
[AuCl4] родамин В
565
97000
ПАВ
CHCl3 / Метиленовый
синий
652
Комплекс йода с
крахмалом
590
108000
Fe2+
uust.ru
Голубая

33. Проблема низкой селективности спектофотометрии

Спектры поглощения аквакомплексов
M(H2O)62/3+ ионов металлов
uust.ru
Источник фото: mdpi.com
Маскируемый ион
Маскирующий реагент
Fe3+
F-, PO43-, цитрат, тартрат, CN-
Ni2+
CN-, SCN-, NH3
Ti4+
SO42-, F-, H2O2
Al3+
F-, OH-, цитрат, триэтаноламин
Ag+
Cl-, Br-, I-, CN-, S2O32-, NH3

34. Варианты спектрофотометрического анализа

Прямой
собственное светопоглощение.
образование светопоглощающего соединения за
счет химической реакции с реагентом:
M + R ⇄ MR
uust.ru
Косвенный
применение вспомогательных светопоглощающих
соединений:
M1Rвсп + Мопр ⇄ MR + М1
M1Rвсп + Аопр ⇄ M1А + R

35. Количественный анализ: метод градуировочного графика

Концентрация вещества в последующем растворе отличается от
концентрации в предыдущем не менее, чем на 30-50%
Готовим минимум 5
растворов с различными
концентрациями
0,35
А
0,30
подставляем
значение А для
неизвестной
концентрации
в уравнение