《化學光度分析》ppt課件

1、第八章第八章 吸光光度法吸光光度法8.1 概述概述8.2 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理8.3 分光光度計分光光度計8.4 顯色反應(yīng)及影響因素顯色反應(yīng)及影響因素8.5 光度分析法的設(shè)計光度分析法的設(shè)計8.6 吸光光度法的誤差吸光光度法的誤差8.7 常用的吸光光度法常用的吸光光度法8.8 吸光光度法的應(yīng)用吸光光度法的應(yīng)用1一一.吸光光度法的特點吸光光度法的特點1、靈敏度高，一般下限：、靈敏度高，一般下限：10-510-6mol/L2、分析微量組分準確度高，相對誤差：、分析微量組分準確度高，相對誤差：25%。3、應(yīng)用廣泛、應(yīng)用廣泛4、操作簡便、快速。、操作簡便、快速。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述2

2、二二. .光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì) 射射線線x射射線線紫紫外外光光紅紅外外光光微微波波無無線線電電波波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 見見 光光3光的波粒二象性光的波粒二象性hchE4單色光、復合光、光的互補單色光、復合光、光的互補藍藍黃黃紫紅紫紅綠綠紫紫黃綠黃綠綠藍綠藍橙橙紅紅藍綠藍綠5物質(zhì)的顏色物質(zhì)的顏色吸收光吸收光 顏色顏色波長范圍波長范圍( ,nm)黃綠黃橙紅紫紅紫藍綠藍藍綠紫藍綠藍藍綠綠黃綠黃橙紅400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-65

3、0650-750三三.物質(zhì)顏色和其吸收光關(guān)系物質(zhì)顏色和其吸收光關(guān)系6物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系完全吸收完全吸收完全透過完全透過吸收黃色光吸收黃色光光譜示意光譜示意表觀現(xiàn)象示意表觀現(xiàn)象示意7四四.吸收光譜吸收光譜物質(zhì)對光的吸收物質(zhì)對光的吸收hchEEE02h S2S1S0S3E2E0E1E302EEhh h h 8S2S1S0S3h E2E0E1E3S2S1S0h A h h h 分子內(nèi)電子躍遷分子內(nèi)電子躍遷帶狀光譜帶狀光譜 A9a 躍遷類型躍遷類型 價電子躍遷：價電子躍遷：*, *; n*, n* E (h) 順序: n* n* 有機化合物的生色原理有機化合物的生色原理b 生色團

4、和助色團生色團和助色團 生色團生色團: 含有含有*躍遷的不飽和基團躍遷的不飽和基團 助色團助色團: 含非鍵電子的雜原子基團含非鍵電子的雜原子基團,如如-NH2, -OH, -CH3 與生色團相連時，會使吸收峰紅移，吸收強度增強與生色團相連時，會使吸收峰紅移，吸收強度增強10吸收光譜曲線：吸收光譜曲線：物質(zhì)能選擇性地吸收某種波長的光，物質(zhì)能選擇性地吸收某種波長的光，但并不是它只對某一波長的光吸收，而對其它波長的但并不是它只對某一波長的光吸收，而對其它波長的光一點不吸收，對任何一種物質(zhì)，它對任一波長的光光一點不吸收，對任何一種物質(zhì)，它對任一波長的光都有一定的吸收，只是吸收的程度不同，物質(zhì)呈現(xiàn)的都有

5、一定的吸收，只是吸收的程度不同，物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色是由最大吸收波長的光的互補光決定的。顏色是由最大吸收波長的光的互補光決定的。11 max 最大吸收波長最大吸收波長 lmax：光吸收最大處的波長光吸收最大處的波長對比度對比度( ):絡(luò)合物最大吸收波長絡(luò)合物最大吸收波長( MRmax)與試劑最大吸收波與試劑最大吸收波( Rmax)之差之差12第二節(jié)第二節(jié) 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理一一.光吸收定律朗伯光吸收定律朗伯-比爾比爾(Lambert-Beer)定律定律吸光光度法的理論依據(jù)，研究光吸收的最基本定律吸光光度法的理論依據(jù)，研究光吸收的最基本定律I0 = Ir + It + IaI0 =

6、It + IaI0IrItIa T = It / I0 , T: 透射比或透光度透射比或透光度 A=lg (I0 / It )lg(1/T), A:吸光度吸光度朗伯定律（朗伯定律（1760年）：光吸收與溶液層厚度成正比年）：光吸收與溶液層厚度成正比比爾定律（比爾定律（1852年）：光吸收與溶液濃度成正比年）：光吸收與溶液濃度成正比13 當一束平行單色光垂直照射到樣品溶液時，溶當一束平行單色光垂直照射到樣品溶液時，溶液的吸光度與溶液的濃度及光程（溶液的厚度）成液的吸光度與溶液的濃度及光程（溶液的厚度）成正比關(guān)系朗伯比爾定律正比關(guān)系朗伯比爾定律 光吸收定律光吸收定律 數(shù)學表達：數(shù)學表達：Alg(1

7、/T)=Kbc其中，其中，A:吸光度，吸光度，T:透射比，透射比， K:比例常數(shù)，比例常數(shù)，b:溶液厚度，溶液厚度，c:溶液濃度溶液濃度注意：注意： 平行單色光平行單色光 均相介質(zhì)均相介質(zhì) 無發(fā)射、散射或光化學反應(yīng)無發(fā)射、散射或光化學反應(yīng)14吸收定律的推導吸收定律的推導I0dbbItII-dIN = k c db故故 dI N I = I k c dbdI = - I k c db ,bIIcdbkIdIt00dI / I = - k c dbkcbIIt0ln積分積分得得或或AKcbTlg得得15吸光度吸光度 與透光率與透光率 Absorbance and transmittanceAKcb

8、TlgT ： 透光率透光率A： 吸光度吸光度1.00.50ACA100500T %TKbcAT101016二二. .吸光系數(shù)吸光系數(shù) AbsorptivityKcbA c 吸光物質(zhì)的濃度吸光物質(zhì)的濃度, g/L, mol/LK K aK %11cmEMaEcm1010%11相互關(guān)系相互關(guān)系 Molar AbsorptivityAbsorptivity Specific extinction coefficient17對摩爾系數(shù)的理解之一對摩爾系數(shù)的理解之一3Fe2+3NN+NNFe2+桔紅色桔紅色 508鄰二氮菲鄰二氮菲 =1.1 1042FebCAbCA當當 b = 1 時，時， A = C

9、AC0 18對同一種待測物質(zhì)，不同的方法具有不同的對同一種待測物質(zhì)，不同的方法具有不同的 ，表明表明具有不同的靈敏度。具有不同的靈敏度。例，分光光度法測銅例，分光光度法測銅銅試劑法測銅試劑法測 Cu 426 = 1.28 104 Lmol-1cm-1雙硫腙法測雙硫腙法測 Cu 495 = 1.58 105 Lmol-1cm-1一般情況一般情況 105低靈敏度低靈敏度中等靈敏度中等靈敏度高靈敏度高靈敏度靈敏度不同的本質(zhì)靈敏度不同的本質(zhì)原因是什么原因是什么？19桑德爾桑德爾(Sandell)靈敏度：靈敏度： S 當儀器檢測吸光度為當儀器檢測吸光度為0.001時，單位截面積光時，單位截面積光程內(nèi)所能

10、檢測到的吸光物質(zhì)的最低含量。程內(nèi)所能檢測到的吸光物質(zhì)的最低含量。 單位：單位：m mg/cm2 S=M/ 20S與與的關(guān)系：的關(guān)系：s=M/ =aM.推導：推導：A0.001bCbC=A/=0.001/C為為mol/L，b為為cm則：則：bC即為單位截面積光程內(nèi)的即為單位截面積光程內(nèi)的mol即：即：mol/1000cm2S=bC/1000M106=bCM103(g/cm2) =0.001/M103=M/21吸光系數(shù) a%11cmESandell 靈敏度靈敏度 SMS Sandell 靈敏度與靈敏度與 的關(guān)系的關(guān)系靈敏度靈敏度靈敏度靈敏度22三三.吸光度的加和性吸光度的加和性A1 = 1bc1A

11、2 = 2bc2A = 1bc1+ 2bc2 根據(jù)吸光度的加和性可以進行多組分的測定以及根據(jù)吸光度的加和性可以進行多組分的測定以及某些化學反應(yīng)平衡常數(shù)的測定某些化學反應(yīng)平衡常數(shù)的測定在某一波長，溶液中含有對該波長的光產(chǎn)生吸收的在某一波長，溶液中含有對該波長的光產(chǎn)生吸收的多種物質(zhì)，如果各組分間無相互作用，溶液的總吸多種物質(zhì)，如果各組分間無相互作用，溶液的總吸光度等于溶液中各個吸光物質(zhì)的吸光度之和光度等于溶液中各個吸光物質(zhì)的吸光度之和230.575I0ItbCTIIAt lglg0未考慮吸收池和溶劑對光子的作用未考慮吸收池和溶劑對光子的作用一一.分光光度計的組成分光光度計的組成第三節(jié)第三節(jié) 吸光光

12、度計吸光光度計2425單波長單光束分光光度計單波長單光束分光光度計26比值比值單波長雙光束分光光度計單波長雙光束分光光度計272829 第四節(jié)第四節(jié) 顯色反應(yīng)及影響因素顯色反應(yīng)及影響因素要求：要求：a. 選擇性好選擇性好b. 靈敏度高靈敏度高 (104)c. 產(chǎn)物的化學組成穩(wěn)定產(chǎn)物的化學組成穩(wěn)定d. 化學性質(zhì)穩(wěn)定化學性質(zhì)穩(wěn)定e. 反應(yīng)和產(chǎn)物有明顯的顏色差別反應(yīng)和產(chǎn)物有明顯的顏色差別 ( 60nm)沒有顏色的化合物，需要通過適當?shù)姆磻?yīng)定量沒有顏色的化合物，需要通過適當?shù)姆磻?yīng)定量生成有色化合物再測定生成有色化合物再測定 顯色反應(yīng)顯色反應(yīng)一一.顯色反應(yīng)顯色反應(yīng)30直接測定直接測定UV-VIS衍生化反

13、應(yīng)衍生化反應(yīng)UV-VIS顯色反應(yīng)顯色反應(yīng)3Fe2+3NN+NNFe2+桔紅色桔紅色 max鄰二氮菲鄰二氮菲31NNN NSO3HHO3SOHH O As32AsOOOHMO絡(luò)合反應(yīng)絡(luò)合反應(yīng)氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)二二.顯色反應(yīng)類型顯色反應(yīng)類型NNFe2+3NHHOOCCOOH+ VO3-+ H+NNCOOHCOOHHOOCHOOC+ VO2+ H O232離子締合反應(yīng)離子締合反應(yīng)CCOOHNN(C H )22 5(C H )22 5H+O-AuCl4.成鹽反應(yīng)成鹽反應(yīng) (CH3)2NCHSCOCCHNS(CH3)2NCCOCCHNS+ AgAgS33褪色反應(yīng)褪色反應(yīng) Zr(IV)-偶氮胂偶氮胂

14、III絡(luò)合物測定草酸絡(luò)合物測定草酸吸附顯色反應(yīng)吸附顯色反應(yīng) 達旦黃測定達旦黃測定Mg(II),Mg(OH)2吸附達旦黃呈紅色吸附達旦黃呈紅色 34三三.顯色劑顯色劑無機顯色劑無機顯色劑: 過氧化氫，硫氰酸銨，碘化鉀過氧化氫，硫氰酸銨，碘化鉀NNNNSO3HHO3SOHOHAsO H32H O As32有機顯色劑：有機顯色劑： 偶氮類：偶氮胂偶氮類：偶氮胂III35三苯甲烷類三苯甲烷類 三苯甲烷酸性染料三苯甲烷酸性染料 鉻天菁鉻天菁S S OCH3COOHHOCClClSO3HCH3COOH 三苯甲烷堿性染料三苯甲烷堿性染料 結(jié)晶紫結(jié)晶紫 CN(CH3)2(H3C)2NN(CH3)236鄰菲羅啉

15、類：新亞銅靈鄰菲羅啉類：新亞銅靈 NNCH3CH3肟類：丁二肟肟類：丁二肟 CCCH3NNOHHOCH337四四. 多元絡(luò)合物多元絡(luò)合物混配化合物混配化合物 Nb-5-Br-PADAP-酒石酸 V-PAR-H2O 離子締合物離子締合物 AuCl4-羅丹明B金屬離子金屬離子-配體配體-表面活性劑體系表面活性劑體系 Mo-水楊基熒光酮-CTMAB 38M + nR = MRnOH-H+RH = R- + H+ 1 2五五. 影響顯色反應(yīng)的因素影響顯色反應(yīng)的因素1. 酸度的影響酸度的影響39適宜適宜pH范圍范圍作作 A pH 曲線，尋找適宜曲線，尋找適宜 pH 范圍。范圍。ApH402.顯色劑的用量

16、顯色劑的用量M + nR = MRnnnRMMRnlglglgRnMMRnn定量反應(yīng)定量反應(yīng)%9.99MMRn3lglgRnnnRnlg3lg實際工作中，作實際工作中，作 A CR 曲曲線，尋找適宜線，尋找適宜 CR 范圍。范圍。ACR413.溫度的選擇溫度的選擇實際工作中，作實際工作中，作 A T 曲線，尋找適宜曲線，尋找適宜 反應(yīng)溫度。反應(yīng)溫度。ATATATATAT實際工作中，作實際工作中，作 A t 曲線，曲線，尋找適宜尋找適宜 反應(yīng)時間。反應(yīng)時間。425. 溶劑溶劑6.干擾離子干擾離子 有機溶劑，提高靈敏度、顯色反應(yīng)速率有機溶劑，提高靈敏度、顯色反應(yīng)速率消除辦法：消除辦法： 提高酸度，

17、加入隱蔽劑，改變價態(tài)提高酸度，加入隱蔽劑，改變價態(tài) 選擇合適參比選擇合適參比 褪色空白褪色空白(鉻天菁鉻天菁S測測Al，氟化銨褪色，消除鋯、鎳、鈷干擾，氟化銨褪色，消除鋯、鎳、鈷干擾) 選擇適當波長選擇適當波長 43第五節(jié)第五節(jié) 光度分析法的設(shè)計光度分析法的設(shè)計1. 選擇顯色反應(yīng)選擇顯色反應(yīng)2. 選擇顯色劑選擇顯色劑3. 優(yōu)化顯色反應(yīng)條件優(yōu)化顯色反應(yīng)條件4. 選擇檢測波長選擇檢測波長5. 選擇合適的濃度選擇合適的濃度6. 選擇參比溶液選擇參比溶液7. 建立標準曲線建立標準曲線測量條件選擇測量條件選擇44一一. 測定波長選擇測定波長選擇選擇原則：選擇原則：“吸收最大，干擾最小吸收最大，干擾最小”

18、靈敏度靈敏度選擇性選擇性45二二. 測定濃度控制測定濃度控制控制濃度控制濃度 吸光度吸光度A：0.20.8減少測量誤差減少測量誤差46三三.參比液的選擇參比液的選擇47四四. 標準曲線制作標準曲線制作0123456780.000.050.100.150.200.250.300.35Aconcentration理論基礎(chǔ)：朗伯理論基礎(chǔ)：朗伯-比爾定律比爾定律 相同條件下相同條件下測定不同濃度標準測定不同濃度標準溶液的吸光度溶液的吸光度AAc 作圖作圖48第六節(jié)第六節(jié) 吸光光度法的誤差吸光光度法的誤差非單色光引起的偏移非單色光引起的偏移物理化學因素：非均勻介質(zhì)及化學反應(yīng)物理化學因素：非均勻介質(zhì)及化學

19、反應(yīng)吸光度測量的誤差吸光度測量的誤差 對朗伯對朗伯-比爾定律的偏移比爾定律的偏移49一一. 非單色光引起的偏移非單色光引起的偏移復合光由復合光由 1和和 2組成，對于濃度不同的溶液組成，對于濃度不同的溶液a和和b,引起的吸光度的偏差不一樣，濃度大，復合光引引起的吸光度的偏差不一樣，濃度大，復合光引起的誤差大，故在高濃度時線性關(guān)系向下彎曲。起的誤差大，故在高濃度時線性關(guān)系向下彎曲。 50假設(shè)混合入射光是由假設(shè)混合入射光是由1和和2組成，溶液對組成，溶液對1和和2的吸的吸收都符合比耳定律，則：收都符合比耳定律，則：對對1：A1=lgI01/I1=1bC， I1= I0110-1bC；對對2：A2=

20、lgI02/I2=2bC， I2= I0210-2bC。測定時總?cè)肷涔鉃闇y定時總?cè)肷涔鉃镮01 +I02，總透過光為，總透過光為I1 +I2，A=lg(I01+I02)/( I1+I2)=lg(I01+I02)/( I0110-1bC+ I0210-2bC).當當1=2=時，時，A=bC，A與與C成線性關(guān)系，若成線性關(guān)系，若12則則A與與C不成線性關(guān)系。相差越大，偏離越嚴重。不成線性關(guān)系。相差越大，偏離越嚴重。 51非均勻介質(zhì)非均勻介質(zhì) 膠體，懸浮、乳濁等對光產(chǎn)生散射，使實測膠體，懸浮、乳濁等對光產(chǎn)生散射，使實測吸光度增加，導致線性關(guān)系上彎吸光度增加，導致線性關(guān)系上彎二二. 物理化學因素物理化

21、學因素離解、締合、異構(gòu)等離解、締合、異構(gòu)等如：如：Cr2O72-+H2O-=2HCrO4-=2H+2CrO42- PAR的偶氮醌腙式的偶氮醌腙式 化學反應(yīng)化學反應(yīng)52化學反應(yīng)的影響化學反應(yīng)的影響M + L = ML maxbCAML吸光定律吸光定律bCAM實際計算實際計算例：例： 1 1 2 2 3 3AC(M) AMLML2ML3 1ML3ML2ML53例，聚合引起的對吸光定律的偏離例，聚合引起的對吸光定律的偏離SNH+(CH3)2NN(CH3)22SNH+(CH3)2NN(CH3)2 2 max = 660 nm二聚體：二聚體： max = 610 nmAC max = 660 nm單體：

22、單體：A 660 nm610 nm54根據(jù)誤差傳遞公式，可以推導出濃度測量的相對誤差為根據(jù)誤差傳遞公式，可以推導出濃度測量的相對誤差為TAlgTln434.0TTdcdcETrlnT = 0.368 = 36.8 %A = 0.434 為了使測量誤差為了使測量誤差 Cs）適宜適宜 高高 濃度的測定濃度的測定思考：（思考：（Cx Cs）時情況怎樣）時情況怎樣？58示差法的誤差示差法的誤差xxxTbcAlgxrsITIrxcTcbAlglnxcTxxxddTcTlnxcrTxxddTcT Tr Tx0 xxITI I0 Isxcxccdcdxx 有有59例題例題已知已知 dT = 0.01, 樣品

23、樣品Tx = 2.00 %, 標準標準 Ts = 10.0 %示差法示差法sxrIIT %0 .200 .1000. 2xxTxcTTdcdxln02. 0lg02. 0434. 001. 0%8 .12xrTxcTTdcdxln常規(guī)法誤差常規(guī)法誤差示差法誤差示差法誤差02. 0lg20. 0434. 001. 0%28. 1已知已知 dT = 0.01, 樣品樣品Tx = 2.00 %, 標準標準 Ts = 5.00 %0IITxr%0 .4000. 500. 2xrTxcTTdcdxln%64. 0sxTT60示差法提高準確度的實質(zhì)示差法提高準確度的實質(zhì)TxT0 5 1050100 落在測

24、量落在測量誤差誤差較較 大大 的范圍的范圍T0 5 1050100TrTsTs結(jié)論：示差法通過提高測量的準確度提高了方法的準確度結(jié)論：示差法通過提高測量的準確度提高了方法的準確度61二二.雙波長吸光光度法雙波長吸光光度法 目的：解決渾濁樣品光度分析目的：解決渾濁樣品光度分析 消除背景吸收的干擾消除背景吸收的干擾 多組分同時檢測多組分同時檢測 原理：原理： A = A 1-A 2 = （ 1- 2）b c 波長對的選擇：波長對的選擇： a.等吸光度點法，等吸光度點法，b.系數(shù)倍率法系數(shù)倍率法62選選 1為參比波長為參比波長, 2為測量波長為測量波長得得 A 1= x 1bcx + y 1bcy A 2= x 2bcx+ y 2bcy A=A 2-A 1= ( x2bcx+ y 2bcy)-( x 1bcx+ y 1bcy)在等吸光度的位置在等吸光度的位置(G, F), y 2 y 1，則上式成為，則上式成為 A=( x 2- x 1）bcx A與與cx成正比成正比, 可用于測定可用于測定例例,苯酚與苯酚與2,4,6-三氯苯酚三氯苯酚(y)混合物中混合物中苯酚苯酚(