無(wú)機(jī)分析教案3第19章

1、第十九章吸光光度法（教案撰寫(xiě)：）一、教學(xué)內(nèi)容：第十九章 吸光光度法二、教學(xué)目的:1.了解吸光光度法的特點(diǎn)；2.掌握光吸收定律的基本內(nèi)容；3.了解影響顯色反應(yīng)的；4.熟悉吸光光度法的誤差來(lái)源及消除的方法；5.掌握吸光光度法定量測(cè)定的原理與應(yīng)用。三、教學(xué)重點(diǎn)：比耳定律的意義及其應(yīng)用，測(cè)量誤差與測(cè)定條件的選擇。四、學(xué)習(xí)難點(diǎn)：偏離比耳定律的原因，光度計(jì)的讀數(shù)誤差五、教學(xué)方法：重點(diǎn)講授+儀器講解+課堂。教學(xué)進(jìn)程：新課導(dǎo)入：吸光光度法是基于物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來(lái)的分析方法，包括比色法、可見(jiàn)及紫外分光光度法及紅外光譜法等。本章主要 可見(jiàn)光區(qū)的吸光光度法。第十九章 吸光光度法第一節(jié) 概述一、吸光光度法

2、的基本屬性吸光光度法：利用待測(cè)物對(duì)光的選擇性吸收這一特性而建立起來(lái)的分析方法，包括分子吸光分析和原子吸光分析兩大類。有色溶液顏色的深淺（或吸光度大小）與其中吸光物質(zhì)的濃度有關(guān)，濃度越大，其顏色越深（或吸光度越大）。利用此特性可進(jìn)行定量分析。通過(guò)測(cè)定有色溶液中吸光物質(zhì)對(duì)單色光的吸光度并依據(jù) -比耳定律來(lái)測(cè)定待測(cè)物的分析方法，則稱做 法或吸光光度法。本章主要 可見(jiàn)光區(qū)的吸光光度法。二、吸光光度法的特點(diǎn)吸光光度法主要用于測(cè)定試樣中微量組分的含量，它屬于儀器分析的內(nèi)容。與化學(xué)分析法相比，吸光光度法具有如下特點(diǎn)：1.靈敏度高 吸光光度法可不經(jīng)富集直接測(cè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)低至10-7 的微量組分，濃度的測(cè)定下限可

3、達(dá) 0.11mgL-1。準(zhǔn)確度高 通常吸光光度法的相對(duì)誤差為 2%5%。操作簡(jiǎn)便，測(cè)定快速應(yīng)用廣泛 大部分金屬元素和眾多的有機(jī)化合物都可用吸光光度法進(jìn)定。第二節(jié) 吸光光度法的基本原理一、光的基本性質(zhì)光的波動(dòng)性光的粒子性單色光與復(fù)合光單色光：具有單一波長(zhǎng)的光。備注：復(fù)合光：幾種單色光的混合物?？梢?jiàn)光區(qū)：波長(zhǎng)范圍約為 400750nm。二、溶液對(duì)光的選擇性吸收與吸收曲線1.光的互補(bǔ)作用與互補(bǔ)色光如果將兩種不同顏色的單色光按一定的強(qiáng)度比例混合起來(lái)可以得到白光，則這兩種單色光具有互補(bǔ)作用，它們互稱為互補(bǔ)色光?？梢?jiàn)光區(qū)的互補(bǔ)色圖所示，圖中各直線兩端的單色光混合起來(lái)可形成白光，它們互為互補(bǔ)色光。2.物質(zhì)的

4、顏色與對(duì)光的選擇性吸收溶液所呈現(xiàn)的顏色是被吸收光的互補(bǔ)色光的顏色。例如黃色和藍(lán)色是互補(bǔ)色光，CuSO4 溶液能選擇性地吸收白光中的黃色光（即藍(lán)色光的互補(bǔ)色光），因而呈現(xiàn)出藍(lán)色；又如紫紅色光和綠色光是互補(bǔ)色光，KMnO4 水溶液能吸收綠色光因而顯紫紅色。3.吸光度 A 和透光率 T圖中是一束波長(zhǎng)為的平行單色光通過(guò)一有色溶液時(shí)被吸收的示意圖。I0為入射光的強(qiáng)度，It為透過(guò)光的強(qiáng)度，溶液的液層厚度為 b，陰影部分為一個(gè)無(wú)限小的、厚度為db的薄液層。I t透光率： T =I 0吸光度： A = -lgT備注：4.吸收曲線當(dāng)依次將各種波長(zhǎng)的單色光通過(guò)某一有色溶液時(shí)，測(cè)量每一波長(zhǎng)下有色溶液對(duì)該波長(zhǎng)光的吸光

5、度 A，然后以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo)作圖，所得的曲線稱為該溶液中吸光物質(zhì)的吸收曲線。圖中是四種不同濃度的 KMnO4 溶液的吸收曲線。KMnO4溶液的吸收曲線KMnO4溶液對(duì) 525nm的單色光（綠色光）的吸收程度最大，此波長(zhǎng)稱為該物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)，記作max 或最大，在吸收曲線上表現(xiàn)為最高吸收峰處所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。不同濃度的KMnO4溶液的吸收曲線的形狀相似，max不變，其值與KMnO4溶液的濃度無(wú)關(guān)。吸光物質(zhì)的吸收曲線的特征性可作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)。同一物質(zhì)不同濃度的溶液，在一定波長(zhǎng)處的吸光度 A 值隨濃度的增大而增大。吸收曲線的此性質(zhì)是吸光光度定量分析的基礎(chǔ)。三、光的吸收定

6、律-比耳定律是光吸收的基本定律。其數(shù)學(xué)表示式為I 0A = lg= KbcI t其物理意義為：一定溫度下波長(zhǎng)為的單色光通過(guò)均勻的某吸收溶液時(shí)，該溶液的吸光度與溶液中吸光物質(zhì)的濃度和光通過(guò)的液層厚度成正比。-比耳定律是各類吸光光度法進(jìn)行定量分析的依據(jù)。四、 -比耳定律的應(yīng)用條件1吸光系數(shù)a當(dāng)濃度c以g L-1為，液層厚度b以cm為時(shí)，比例系數(shù)K用a表示，稱為吸光系數(shù)，其為L(zhǎng)g-1cm-1。此時(shí)比耳定律表示為：A=abc備注：2.摩爾吸光系數(shù) 當(dāng)濃度c以molL-1為 ，液層厚度b以 cm為 時(shí)，比例系數(shù)K用表示，稱為摩爾吸光系數(shù)，其 為 Lmol-1cm-1。此時(shí) 比耳定律表示為A=bc摩爾吸光

7、系數(shù)表示吸光物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)的單色光的吸收能力，的值越大，則吸收能力越強(qiáng)。它與吸光物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與 c 和 b 的數(shù)值無(wú)關(guān)。例 1 K2CrO4的堿性溶液在 372nm處有最大吸收。現(xiàn)有 310-5molL-1的K CrO 堿性溶液，在 372nm處用 1cm吸收池測(cè)得其透光率24為 71.6%。求： 1該溶液的吸光度？K2CrO4溶液在 372nm處的摩爾吸收系數(shù)？若改用 3cm 的吸收池，求該溶液的透光率？解 1. A=-lgT=-lg0.716=0.1452.= A=0.145=4.83103bc1cm 3 105 mol L1Lmol-1cm-13.此時(shí) A=30.145=0.4

8、35,由 A=-lgT 可計(jì)算出 T=0.367。例 2 Fe2+濃度為 5mgL-1的溶液 1mL,用 1，10-二氮菲顯色后，定容為 10mL，取此溶液用 2cm吸收池在 580nm波長(zhǎng)處測(cè)得吸光度 A=0.190，計(jì)算其摩爾吸光系數(shù)和吸光系數(shù)a。解 已知Fe2+的摩爾質(zhì)量為 55.85gmol-1，則5 103 g L1 1103 Lc(Fe2+)=8.9510-6 molL-155.85g mol1 10 103 L= A 0.190=1.06104 Lmol-1cm-1bc2 cm 8.95 10-6 mol L11.06 104 L mol1 cm1a = 1.90 102 L g

9、1cm1M55.85 g mol1五、吸光度的加合性一定的溫度下，讓一束強(qiáng)度為I0的某單色光依次通過(guò)n個(gè)液層厚度不等、吸光物質(zhì)不同的有色溶液，若其透過(guò)光的強(qiáng)度依次為I1 ， I2In，見(jiàn)圖依據(jù)光吸收的基本定律，總吸光度 A 為：A=lgI0/In= A1+ A2+An ;備注：故A=Ai= A1+ A2+An=1b1c1+2b2c2+該式的物理意義是總吸光度等于各個(gè)吸光物質(zhì)的吸光度之和。吸光度具有加合性是吸光光度法中測(cè)量吸光度、使用參比溶液和進(jìn)行多組分測(cè)定的理論依據(jù)。第三節(jié) 顯色反應(yīng)一、對(duì)顯色反應(yīng)的要求1.顯色反應(yīng)的靈敏度要高，其摩爾吸光系數(shù)應(yīng)比較大。同時(shí)應(yīng)考慮共存組分的干擾情況，即顯色反應(yīng)的

10、選擇性要好。2.有色化合物的組成要恒定，化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定。3.對(duì)比度要大，即有色化合物與顯色劑之間的顏色差別應(yīng)盡可能大。一般要求有色化合物與顯色劑的最大吸收波長(zhǎng)之差應(yīng)大于 60nm。4.顯色過(guò)程要易于控制。二、影響顯色反應(yīng)的顯色反應(yīng)的酸度控制溶液酸度的有效方法是加入適宜的緩沖溶液。選擇緩沖溶液時(shí)不僅要考慮其緩沖范圍和緩沖容量，還應(yīng)考慮緩沖溶液的陰、陽(yáng)離子可能對(duì)顯色所產(chǎn)生的干擾作用。顯色劑的用量為保證顯色反應(yīng)定量進(jìn)行，一般需要加入過(guò)量的顯色劑，但其用量不是越多越好。顯色溫度適宜的顯色溫度范圍一般通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。顯色時(shí)間應(yīng)在顯色溶液吸光度最大的時(shí)間內(nèi)完成測(cè)定。溶劑的影響共存干擾離子的影響和消除方法三、

11、常用的顯色劑無(wú)機(jī)顯色劑有機(jī)顯色劑第四節(jié) 吸光光度法的測(cè)定方法和儀器一、目視比色法與吸光光度法目視比色法用眼睛觀察比較溶液顏色的深淺，以確定物質(zhì)含量的分析方法稱為目視比色法。法利用光電效應(yīng)通過(guò)光電計(jì)和檢流計(jì)測(cè)量有色溶液的吸光度來(lái)測(cè)定試樣中吸光物質(zhì)的方法叫法。吸光光度法吸光光度法與 法的基本原理相同，主要區(qū)別在于獲得單色光的方式不同。 法是采用濾光片獲得波長(zhǎng)范圍較寬的單色光；而吸光光度法則是用分光能力強(qiáng)得多的棱鏡或光柵等分光裝置（稱為單色器），經(jīng)過(guò)分光可獲取波長(zhǎng)范圍很窄的單色光（其光譜半寬度減小至約 5nm 或更?。渥ⅲ憾?、吸光光度法的定量測(cè)定方法 1.標(biāo)準(zhǔn)比較法在相同條件下，分別測(cè)量出試樣溶

12、液cx和標(biāo)準(zhǔn)溶液cs的吸光度 Ax和As，依據(jù) - 定律有：Ax=bcx ；As=bcs。兩等式相除，即可求得試樣溶液的濃度為： cx=csAx/As使用標(biāo)準(zhǔn)比較法時(shí)，所用標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，應(yīng)與試樣溶液的濃度相近，這樣可以避免產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。標(biāo)準(zhǔn)曲配制一系列濃度不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液（一般 58 個(gè)），在選定的波長(zhǎng)下分別測(cè)量各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度。然后以標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo)作圖，繪制工作曲線或標(biāo)準(zhǔn)曲線。在相同條件下測(cè)定試樣溶液的吸光度后，即可從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得待測(cè)組分的濃度。標(biāo)準(zhǔn)曲 可有效地減小偶然誤差的影響，測(cè)定結(jié)果比較可靠。在固定分析儀器和測(cè)定方法時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)曲線可多次使用，因此

13、該法適合于對(duì)同一對(duì)象的大批量試樣的分析。標(biāo)準(zhǔn)加入法（1）兩點(diǎn)比較法標(biāo)準(zhǔn)加入法的基本原理：取一份試液cx，測(cè)得其吸光度為Ax；另取一等量試液，加入一定量的含待測(cè)組分的標(biāo)準(zhǔn)溶液，使被測(cè)組分的濃度增加ck，在相同的條件下測(cè)定其吸光度為Ax+k。按照 定律，有：A =bc ,A =b(c +c );聯(lián)合兩式可推出： c ck Axxxx+kxkxA- Axkx(2)標(biāo)準(zhǔn)加入工作曲同時(shí)取若干份試液，分別加入不同量的含待測(cè)組分的標(biāo)準(zhǔn)溶液，使待測(cè)組分的濃度依次增加 0、ck 、2ck 、3ck 、4ck，并在相同的條件下測(cè)定各溶液的吸光度。由光的吸收定律可知：Ax+k=b（cx+ck）= bcx+bck=A

14、x+bck若以標(biāo)準(zhǔn)加入后待測(cè)組分增加的濃度ck為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)加入后溶液的吸光度為縱坐標(biāo)作圖， 一條直線。該直線在縱坐標(biāo)上的截距恰巧為Ax；利用外推法可推得該直線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)，此交點(diǎn)到原點(diǎn)的距離在數(shù)值上恰巧等于試樣溶液中被測(cè)組分的濃度（若Ax+k=b（cx+ck）=0，則必須cx=-ck）。見(jiàn)下圖：標(biāo)準(zhǔn)加入法工作曲線備注：三、分光光度計(jì)分光光度計(jì)的基本結(jié)構(gòu)：光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器和顯示系統(tǒng)等組成。光源 光源的作用是提供有一定強(qiáng)度且穩(wěn)定的復(fù)合光。單色器 單色器也叫分光系統(tǒng)，它的作用是把光源發(fā)射出的連續(xù)光譜分解成純度很高的單色光。吸收池 吸收比色皿，用于盛放參比溶液和待測(cè)液。檢測(cè)器 將透過(guò)比

15、色皿的光轉(zhuǎn)換成電流并測(cè)量出其大小的裝置稱為檢測(cè)器。顯示系統(tǒng) 顯示器的作用是把放大了的電信號(hào)以適當(dāng)?shù)姆绞斤@示或下來(lái)。常用的分光光度計(jì)：按其光路系統(tǒng)可大致分為單光束、雙光束、單波長(zhǎng)、雙波長(zhǎng)以及它們的各種組合方式等。721 型分光光度計(jì)第五節(jié) 吸光光度法的測(cè)量誤差和測(cè)量條件的選擇一、有色溶液偏離-比耳定律所引入的誤差引起偏離光吸收定律的原因很多，基本上可分為物理和化學(xué)兩大類。物理(1)單色光不純 (2)散射光的影響化學(xué)(1)吸光質(zhì)點(diǎn)的相互作用 (2)平衡效應(yīng)二、儀器本身引入的誤差儀器的性能不好雜散光的影響三、測(cè)量吸光度的誤差所引起的濃度測(cè)量的誤差由于透光率標(biāo)尺的刻度是均勻的，所以T 值與 T 本身的

16、大小無(wú)關(guān)，可視為一常數(shù)。一般分光光度計(jì)的 dT 約為0.020.01。吸光光度法的目的是通過(guò)吸光度測(cè)量來(lái)確定被測(cè)組分的濃度，因此其測(cè)量誤差不是指 d T 的大小，而是指吸光度的測(cè)量誤差所導(dǎo)致的濃度測(cè)量的誤差。備注：通過(guò)推導(dǎo)，得它們兩者之間的關(guān)系：d c d A 0.4343d T cAT lgT假若 dT=0.01，由上式可計(jì)算出不同 T 值時(shí) dc/c 之值。以 T 為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的 dc/c 為縱坐標(biāo)作圖，下圖的曲線。濃度測(cè)量的相對(duì)誤差與透光率的關(guān)系由上圖可以看出，當(dāng) T 值較大或較小時(shí)，濃度測(cè)量的相對(duì)誤差迅速增大。因此只有當(dāng) T 在 15%65%（或 A 在 0.80.2）范圍時(shí)，濃度測(cè)

17、量的相對(duì)誤差比較合理，能滿足吸光光度法的誤差要求（4%以下）。上圖的曲線上有一最低點(diǎn)，此處濃度的測(cè)量誤差取得最小值。對(duì)上式求導(dǎo)( d A) 0.4343d T (lge lgT )即可求得其極值。可以推出：A(T lgT )2只有（dA/A） = 0, dA/A 才可能取得極值, 此時(shí)濃度的測(cè)量誤差為最小值。要滿足此條件，必須 lge+lgT=0。即：-lgT=lge=A=0.4343；或 T=36.8%即當(dāng)透光率 T=36.8%，或吸光度 A=0.4343 時(shí),濃度的測(cè)量才有最小的相對(duì)誤差。四、測(cè)量吸光度條件的選擇選擇適當(dāng)?shù)娜肷涔獠ㄩL(zhǎng) (1)在吸光光度法中一般選擇吸光物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)作為入

18、射光的波長(zhǎng)，因?yàn)樵谧畲笪詹ㄩL(zhǎng)處進(jìn)量，不僅靈敏度高，而且可減少非單色光引起的對(duì)定律的偏離。(2)但是如果在最大吸收波長(zhǎng)處，共存的其它吸光組分（如顯色劑同存離子的有色化合物等）也有吸收，就會(huì)產(chǎn)生干擾。此時(shí)，應(yīng)選擇其它能避開(kāi)干擾組分的入射光波長(zhǎng)作為測(cè)量波長(zhǎng)?？刂莆舛戎翟谶m宜的范圍內(nèi) 可從以下兩方面加以控制，以使被測(cè)溶液的吸光度值處在 0.20.8 范圍內(nèi)。備注：(1)通過(guò)改變?cè)嚇拥牧?，或采用稀釋、濃縮和富集等來(lái)控制待測(cè)液的濃度。(2)選擇適宜厚度的比色皿。 3.選擇恰當(dāng)?shù)膮⒈热芤骸叭軇┛瞻住薄霸噭┛瞻住薄霸嚇涌瞻住钡诹?jié) 吸光光度法的應(yīng)用一、多組分含量的測(cè)定對(duì)于含多組分的溶液，如果各種成分的吸收

19、曲線不相 ，就可在各個(gè)組分的最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)量各自的吸光度，按光的吸收定律和單一組分一樣測(cè)定。如果各個(gè)組分的吸收曲線相互 ，可利用吸光度的加合性原理來(lái)進(jìn) 定。以測(cè)定兩組分的混合物為例來(lái)加以說(shuō)明。兩組分的吸收曲線 示意圖假定兩組分的吸收光譜曲線相互 ，如上圖所示。先分別用兩組分的標(biāo)準(zhǔn)溶液在它們的最大吸收波長(zhǎng)1和2處測(cè)量相應(yīng)的吸光度，并計(jì)算各組分在這兩個(gè)波長(zhǎng)處的摩爾吸收系數(shù)1、x，2、x,1、y和2、y。然后分別在波長(zhǎng)1和2處，測(cè)量混合試液（設(shè)待測(cè)組分的濃度分別為cx和cy）的吸光度A1、x+y 和A2、x+y。根據(jù)吸光度的加合性原理：A1、x+y=1、xbcx+1、ybcy A2、x+y=2、x

20、bcx+2、ybcy聯(lián)解上兩式的方程組，即可同時(shí)求得混合溶液的cx和cy之值。二、示差吸光光度法1.基本原理示差吸光光度法與普通光度法的主要區(qū)別在于：普通光度法一般以試劑空白作參比溶液，而示差法則采用濃度稍低于試樣溶液的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液，調(diào)節(jié)透光率為 100%。設(shè)有濃度為c1和c2的有色溶液，用試劑空白作參比溶液測(cè)得吸光度為A1和A2。根據(jù) - 定律，有：A1=Kbc1；A2=Kbc2；兩式相減：A2-A1=A=Kb（c2-c1）=Kbc此式表明，當(dāng) b 一定時(shí)，兩溶液的吸光度差與其濃度差成正比例。若c2c1，以c1為參比溶液（用它調(diào)節(jié)透光率T=100%），測(cè)量c2的吸光度A2，此時(shí)有：A2

21、= Kb（c2-c1）=Kbc備注：此式表明，當(dāng)b一定時(shí)，若以濃度為c1的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液測(cè)定c2的吸光度，則所測(cè)得的吸光度值與兩溶液的濃度差成正比例。這就是示差法的基本原理。用示差法測(cè)定未知試液時(shí)，可根據(jù)A2=Kbc，按常規(guī)吸光光度法進(jìn)行。，若以空白溶液作參比溶液，c1和c2的透光率分別為 10%和 5%，超出透光率的準(zhǔn)確測(cè)量范圍；如若以c1為參比溶液,即將c1的透光率由 10%放大為 100%，則c2的透光率就相應(yīng)變?yōu)?50%，該數(shù)值已落于較準(zhǔn)確的透光率測(cè)量范圍內(nèi)。示差光度法標(biāo)尺擴(kuò)展原理上述的示差法也稱為高濃度示差法，適合于測(cè)定高濃度組分，其應(yīng)用較為普遍。同樣，還可以采用濃度較大的標(biāo)準(zhǔn)溶

22、液作參比溶液進(jìn)行示差法測(cè)量，稱為低濃度示差法。2.示差法定量分析的方法 (1)標(biāo)準(zhǔn)曲配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液如c1、c2、c3，以濃度最低者（如c1）為參比溶液，調(diào)節(jié)T=100%，然后測(cè)量其它各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度， 一系列吸光度值A(chǔ)n。以An對(duì)相應(yīng)的cn作圖，所得的曲線即為示差法工作曲線。未知液在同樣條件下測(cè)得其吸光度為Ax，從工作曲線上可查得相應(yīng)的cx，由于參比溶液c1的溶液是已知的，則未知液的溶液cx為：cx=cx+c(2)兩點(diǎn)比較法以c1為參比溶液，測(cè)得濃度為cs的標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度為As，未知液在同樣條件下測(cè)得其吸光度為Ax，則：cx/cs=Ax/As；可推出：c c c c cs Ax xx11As例： 用磺基水楊酸法測(cè)量試樣中含鐵量。稱取 0.482g試樣溶解后定容到 100mL。另配制兩份標(biāo)準(zhǔn)鐵溶液，濃度分別為 0.500 和 0.600gL-1。按同樣條件顯色后，以 0.500gL-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液，調(diào)節(jié)T=100%，測(cè)得另一標(biāo)準(zhǔn)溶液和未知液的吸光度分別為 0.480 和 0.283。計(jì)算試樣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？解：由示差法的