分析化學(xué)課件：7吸光光度法（第一章）

1、1分析化學(xué) 7 吸光光度法Spectrophotometry2方法介紹n基于物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來的分析方法，包括比色法、可見及紫外光度法及紅外光譜法等。n比色分析法n通過目視比較顏色的深淺來測(cè)定物質(zhì)的濃度。n吸光光度法n使用光度計(jì)測(cè)定的方法。3方法特點(diǎn)：n靈敏度高、選擇性好n準(zhǔn)確度較高n應(yīng)用廣泛n儀器簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、分析快速47 吸光光度法7.1 物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收7.2 光吸收基本定律7.3 吸光光度法的儀器7.4 吸光光度法分析條件的選擇7.5 光度分析的應(yīng)用示例57.1 吸光光度法基本原理一、光的基本性質(zhì)二、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收6一、光的基本性質(zhì)1. 光的波動(dòng)性和微粒性2.

2、單色光與復(fù)合光3. 互補(bǔ)色光71. 光的波動(dòng)性和微粒性-110scm 103 - Hz- nm- 光光速速，真真空空中中頻頻率率，為為單單位位以以波波長(zhǎng)長(zhǎng)，在在紫紫外外可可見見區(qū)區(qū)cc sJ106.625-Plank- J- 34- 常常數(shù)數(shù)，光光子子的的能能量量，hEchhE 8電磁波譜圖波長(zhǎng)/nm10-1 1 10 102 400 760 103 104 105 106 107 108光譜名稱X射線紫外光可見光紅外光微波躍遷類型內(nèi)層電子中層、外層電子外層電子分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)分子轉(zhuǎn)動(dòng)分析方法X射線光譜法紫外光度法比色及可見光度法紅外光譜法微波光譜法UltravioletVisible Spec

3、trophotometry長(zhǎng)92. 單色光與復(fù)合光n單色光：具有同一波長(zhǎng)的光n復(fù)合光：不同波長(zhǎng)組成的光n可見光的波長(zhǎng)大約在400760nm之間，由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各種色光按一定比例混合而成，各種光具有一定的波長(zhǎng)范圍。103. 互補(bǔ)色光n如果把適當(dāng)顏色的兩種色光按一定強(qiáng)度比例混合，可以組成白光，這兩種色光稱為互補(bǔ)色光。11二、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收1. 物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系2. 吸收光譜圖121. 物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系白光KMnO4紫色13表7-1 物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系黃黃藍(lán)藍(lán)橙橙綠藍(lán)綠藍(lán)紅紅藍(lán)綠藍(lán)綠紅紫紅紫綠綠紫紫黃綠黃綠藍(lán)藍(lán)黃黃綠藍(lán)綠藍(lán)橙橙藍(lán)綠藍(lán)綠紅紅142. 吸收光譜

4、圖400 450 500 550 600 650 /nmA0.80.60.40.2最大吸收波長(zhǎng)最大吸收波長(zhǎng) max定性分析依據(jù)15吸收光譜圖400 450 500 550 600 650 /nmA0.80.40.60.2 1 2定量分析依據(jù)16KMnO4溶液的吸收光譜圖171. 透光率與吸光度2. 朗伯比耳定律3. 標(biāo)準(zhǔn)曲線及偏離朗伯比耳定律的原因7.2 光吸收基本定律181. 透光率T與吸光度AI0IrIaItTIIAIITIIIIIIItttartalglg0000透光率或透光率或透射比透射比吸光度吸光度nTransmittance and Absorptivity19 0 10 20 3

5、0 40 50 60 70 80 90 100 T % 1.0 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.05 0 AAttTTTIIAIIT 10lg1lglg00透光率 T 與吸光度 A 的關(guān)系202. 朗伯比耳定律21吸光度與光程的關(guān)系光源光源檢測(cè)器檢測(cè)器0.00吸光度吸光度檢測(cè)器檢測(cè)器b樣品樣品光源光源0.22吸光度吸光度光源光源檢測(cè)器檢測(cè)器0.44吸光度吸光度b樣品樣品b樣品樣品22吸光度與濃度的關(guān)系23吸光度與濃度的關(guān)系 吸光度吸光度0.00光源光源檢測(cè)器檢測(cè)器 吸光度吸光度0.22光源光源檢測(cè)器檢測(cè)器b 吸光度吸光度0.42光源光源檢測(cè)器檢測(cè)器b24朗伯比耳定律

6、nLambert-Beers LawKbcA A吸光度K比例常數(shù)，與吸光物質(zhì)的性質(zhì)、入射光波長(zhǎng)、溫度等有關(guān)b液層厚度，cmc溶液的濃度，molL-1或g L-125吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)v 吸光系數(shù)a：v 摩爾吸光系數(shù)：v關(guān)系： M aKbcA abcA cg L-1bcma=A/( b c)， Lg-1cm-1Abcc mol L1bcm =A/(b c)，Lmol-1cm-126例 1n50mL比色管中，加入含有0.025mg的Fe2+溶液，加入鄰二氮菲顯色劑，用水稀釋至50mL，用2cm比色池，在分光光度計(jì)上測(cè)得吸光度A=0.190，計(jì)算摩爾吸光系數(shù) ？解：4-110.1901.1 10

7、 (L molcm )0.025255.85 50Abc27吸光度的加合性n多組分體系中121122.nnnAAAAbcbcbc28n標(biāo)準(zhǔn)曲線（校正曲線） Standard curve，calibrated curve，working curve3. 標(biāo)準(zhǔn)曲線及偏離LB定律的原因 A0.500.400.300.200.100 2.0 4.0 6.0 8.0 10m mg/mLKbcA 29例 2n用0.2160gNH4Fe(SO4)212H2O溶于水中稀釋至500mL配制鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，磺基水楊酸法測(cè)定微量鐵，得到如下數(shù)據(jù)：鐵標(biāo)液體積/mL0.002.004.006.008.0010.00吸光度A

8、00.1650.3200.4800.6300.790某試液5.00mL稀釋至250mL。取稀釋液2.00mL，與繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線條件相同測(cè)得A=0.500，求試液鐵含量(g L-1)30n解：13Lg0500. 0105002 .48285.552160. 0標(biāo)c由圖看見A=0.500，對(duì)應(yīng)V=6.2mL可得原試液鐵含量：133Lg75. 700. 52501000. 20500. 0102 . 6c標(biāo)準(zhǔn)曲線00.10.20.30.40.50.60.70.80.90246810V/mLA31偏離L-B定律的原因A0.500.400.300.200.100 2.0 4.0 6.0 8.0 10m m

9、g/mL正偏離正偏離負(fù)偏離負(fù)偏離非單色光引起的偏離化學(xué)因素引起的偏離介質(zhì)不均勻引起的偏離32朗伯-比爾定律的適用條件1.單色光 應(yīng)選用max處或肩峰處測(cè)定。2.吸光質(zhì)點(diǎn)形式不變 離解、絡(luò)合、締合會(huì)破壞線性關(guān)系 應(yīng)控制條件(酸度、濃度、介質(zhì)等)。3.稀溶液 濃度增大，分子之間作用增強(qiáng)。337.3 吸光光度法的儀器一、目視比色法二、光度計(jì)的基本部件三、方法比較34一、目視比色法（ Colorimetry ）n用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法。12481632x35目視比色法36二、分光光度計(jì)的基本部件1. 光源2. 單色器3. 吸收池4. 檢測(cè)系統(tǒng)37分光光度計(jì)的類型n單光束n雙光

10、束n雙波長(zhǎng) 38三、方法比較方法比較目視比色法吸光光度法分光裝置無棱鏡或光柵檢測(cè)系統(tǒng)肉眼光電管或光電倍增管特點(diǎn)不需儀器、操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度差。入射光單色性強(qiáng)、靈敏度高、準(zhǔn)確度好。397.4 吸光光度法分析條件的選擇一、顯色反應(yīng)與顯色劑二、顯色條件的選擇三、吸光度測(cè)定條件的選擇40一、顯色反應(yīng)（ Color reaction ）n待測(cè)物質(zhì)，直接測(cè)定；n待測(cè)物質(zhì)是，需要選適當(dāng)?shù)脑噭┡c被測(cè)離子反應(yīng)生成有色化合物再進(jìn)行測(cè)定，此反應(yīng)稱為顯色反應(yīng)，所用的試劑稱為（color reagent）。41a. 無機(jī)顯色劑n無機(jī)顯色劑不多，因?yàn)樯傻慕j(luò)合物不穩(wěn)定，靈敏度和選擇性也不高，目前應(yīng)用不多。n如用KSCN顯色

11、測(cè)鐵、鉬、鎢和鈮；用鉬酸銨顯色測(cè)硅、磷和釩等。SCN- Fe(SCN)2+H2O2 TiOH2O22+42b. 有機(jī)顯色劑n有機(jī)顯色劑分子中含有生色團(tuán)（chromophoric group）和助色團(tuán)（auxochromic group） 。O生色團(tuán)生色團(tuán)：NN，NO，OC=S,N （共軛雙鍵）（共軛雙鍵）e： ：助色團(tuán)助色團(tuán)NH2，OH，X （孤對(duì)電子）（孤對(duì)電子）ne43c. 多元絡(luò)合物n多元絡(luò)合物n三元絡(luò)合物n離子締合物n金屬離子絡(luò)合劑表面活性劑體系n雜多酸44顯色反應(yīng)的選擇：，有色物質(zhì)的 k 應(yīng)大于104；，干擾少，或干擾容易消除；n有色化合物的，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；n顯色劑對(duì)光的吸收與絡(luò)合物

12、的吸收有明顯區(qū)別，要求兩者的吸收峰波長(zhǎng)之差。 45二、顯色條件的選擇1. 顯色劑用量2. 酸度3. 顯色溫度4. 顯色時(shí)間5. 溶劑和表面活性劑6. 干擾的消除461. 顯色劑的用量M + R = MR（被測(cè)組分） （顯色劑） （有色絡(luò)合物）n為使顯色反應(yīng)進(jìn)行完全，需加入過量的顯色劑。但有些顯色反應(yīng)，顯色劑加入太多，反而會(huì)引起副反應(yīng)，對(duì)測(cè)定不利。47cA0cA0cA0123n在實(shí)際工作中根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來確定顯色劑的用量。486. 干擾的消除Co2, Fe3+Co2+FeF63-Co(SCN)2 (藍(lán)藍(lán))NaFSCNCo2+Fe2+,Sn4+(2)Sn2+Co(SCN)2SCN測(cè)測(cè)Co2(含含F(xiàn)e

13、3+) : (掩蔽法掩蔽法)49三、吸光度測(cè)量條件的選擇1.入射光波長(zhǎng)的選擇2.參比溶液的選擇3.吸光度讀數(shù)范圍的選擇501. 入射光波長(zhǎng)的選擇n“”（maximum absorption）n不僅靈敏度高，且能減少或消除由非單色光引起的對(duì)朗伯-比耳定律的偏離。n“” n在最大吸收波長(zhǎng)處有其他吸光物質(zhì)干擾測(cè)定時(shí)選擇。51A /nm0 1 2A /nm0 1 2522. 參比溶液的選擇n參比溶液的作用：n調(diào)節(jié)儀器零點(diǎn)，消除由吸收池壁及溶劑對(duì)入射光的反射和吸收帶來的誤差，。53參比溶液的選擇n蒸餾水：試液及顯色劑均無色。n不加顯色劑的被測(cè)試液：顯色劑為無色，被測(cè)試液中存在其他有色離子。n不加試樣溶液

14、的試劑空白：顯色劑有顏色。n一份試液加適當(dāng)掩蔽劑掩蔽被測(cè)組分，使之不再與顯色劑作用，然后加入顯色劑。543. 吸光度讀數(shù)范圍的選擇n從儀器測(cè)量誤差的角度來看，為使測(cè)量結(jié)果得到較高的準(zhǔn)確度，一般應(yīng)控制標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測(cè)試液的吸光度在0.20.8范圍內(nèi)。n可通過控制溶液的濃度（如改變?cè)嚇拥娜恿炕蚋淖冿@色體系的體積）或選擇不同厚度的吸收池來達(dá)到目的。 55100806040200T% c1 c2 c3 T T T-透光率讀數(shù)誤差透光率讀數(shù)誤差 c c1c1 c2c2 c3c3吸光度讀數(shù)范圍光度計(jì)的讀數(shù)誤差一般為T 0.22，由于T與濃度c不是線性關(guān)系，故不同濃度時(shí)的T引起的誤差不同。56當(dāng)A=0.43

15、4(或透射比T=36.8%)時(shí)，測(cè)量的相對(duì)誤差最小。待測(cè)溶液的透射比T在15%65%之間，或 使 吸 光 度 A 在0.20.8之間，才能保證測(cè)量的相對(duì)誤差較小。0 20 40 60 80 100 T%108642108642|Er|%36.8 0.7 0.4 0.2 0.1 0 A 0.434r0.434lg(0.01)cTEcTTT577.5 光度分析的應(yīng)用示例一、鐵的測(cè)定二、硅鉬藍(lán)法測(cè)定微量SiO2 三、鈦的測(cè)定（H2O2法）四、一元弱酸解離常數(shù)的測(cè)定單一組分多組分光度滴定解離常數(shù)絡(luò)合物的組成58一、鐵的測(cè)定 Fe2+NN3NNFe32+ 2Cl4HO2HN2FeHClOH2NH2Fe2

16、2223pH=5顯色，max508nm，1.1104Lmol-1cm-159二、硅鉬藍(lán)法測(cè)定微量SiO2)O(Mo)OSi(MoHO2H)2Fe(NOSOH)(SOFe6HNO4FeSO)OSi(MoHO10H)OSi(MoHMoO12HSiOH52572823342342346728267284244 pH 0.52 顯色，提高溫度可加快硅鉬黃形成，max= 810nm，通常在620660nm測(cè)定。60三、鈦的測(cè)定（H2O2法）黃黃色色 )OTiO(HOHTiO222222 H2SO4介質(zhì)顯色，介質(zhì)顯色， max410nm， 720L mol-1 cm-1干擾：干擾：Fe3+H3PO4V 、W、 Mo 、U有干擾，但一般樣品中不存在。有干擾，但一般樣品中不存在。61四、一元弱酸解離常數(shù)的測(cè)定+-HB = H + B+-aH B HBK cHB = HB + B- -HB-HBHBBBHBaHBBa