第9章-吸光光度法

分析化學(xué)第九章吸光光度法

Spectrophotometry返回基本內(nèi)容和重點(diǎn)要求掌握物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收、吸光度和透光度、朗伯—比耳定律及摩爾吸光系數(shù)等知識(shí)；了解比色分析和分光光度法的特點(diǎn)、基本原理、儀器構(gòu)造和各部件的作用；學(xué)習(xí)顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇；理解分光光度法定量分析中的各種影響因素。返回第九章吸光光度法§9.1吸光光度法基本原理§9.2目視比色法及光度計(jì)的基本部件§9.3顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇§9.4吸光度測(cè)量條件的選擇§9.5吸光光度法的應(yīng)用示例返回§9.1

吸光光度法基本原理一、方法依據(jù)及分類二、方法特點(diǎn)三、光的基本性質(zhì)四、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收五、光的吸收基本定律——朗伯－比耳定律六、偏離比耳定律的原因返回一、方法依據(jù)及分類基于物質(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)及紫外光度法及紅外光譜法等。比色分析法通過(guò)目視比較顏色的深淺來(lái)測(cè)定物質(zhì)的濃度。吸光光度法使用光度計(jì)測(cè)定的方法。返回二、方法特點(diǎn)靈敏度高、選擇性好準(zhǔn)確度較高應(yīng)用廣泛儀器簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、分析快速返回三、光的基本性質(zhì)光的波動(dòng)性和微粒性電磁波譜圖單色光與復(fù)合光互補(bǔ)色光返回1.光的波動(dòng)性和微粒性返回2.電磁波譜圖波長(zhǎng)/nm10-1110102400760103104105106107108光譜名稱X－射線紫外光可見(jiàn)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(jiàn)光度法紅外光譜法微波光譜法Ultraviolet－VisibleSpectrophotometry返回3.單色光與復(fù)合光單色光：具有同一波長(zhǎng)的光復(fù)合光：不同波長(zhǎng)組成的光可見(jiàn)光的波長(zhǎng)大約在400～760nm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。返回4.互補(bǔ)色光如果把適當(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。返回四、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系雙原子分子能級(jí)示意圖吸收光譜圖分析依據(jù)返回1.物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系白光KMnO4紫色返回表9-1物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系物質(zhì)顏色吸收光顏色波長(zhǎng)范圍/nm黃綠紫400～450黃藍(lán)450～480橙綠藍(lán)480～490紅藍(lán)綠490～500紫紅綠500～560紫黃綠560～580藍(lán)黃580～600綠藍(lán)橙600～650藍(lán)綠紅650～750返回152.雙原子分子能級(jí)示意圖AV''43210V'43210BJ'420返回3.吸收光譜圖400450500550600650/nmA0.80.60.40.2最大吸收波長(zhǎng)max返回4.分析依據(jù)定性分析：最大吸收波長(zhǎng)max定量分析：吸光度大小400450500550600650/nmA0.80.40.60.212返回五、光的吸收基本定律

——朗伯－比耳定律透光率與吸光度朗伯－比耳定律吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)吸光度的加合性返回1.透光率T與吸光度AI0IrIaIt透光率或透射比吸光度TransmittanceandAbsorptivity返回

0102030405060708090100T%

1.00.70.60.50.40.3

0.20.10.050A∞透光率T與吸光度A的關(guān)系返回2.朗伯—比耳定律Lambert-Beer’sLawA－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gL-1返回3.吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)吸光系數(shù)a：摩爾吸光系數(shù)：關(guān)系：

＝Mac－gL-1b－cma=A/(bc)，L·g-1·cm-1c

－molL－1b－cm=A/(bc)，L·mol-1·cm-1返回例150mL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：返回4.吸光度的加合性多組分體系中返回六、偏離比耳定律的原因標(biāo)準(zhǔn)曲線（校正曲線）非單色光引起的偏離化學(xué)因素引起的偏離介質(zhì)不均勻引起的偏離返回Standardcurve，calibratedcurve，workingcurve1.標(biāo)準(zhǔn)曲線（校正曲線）A0.500.400.300.200.1002.04.06.08.010mg/mL返回A0.500.400.300.200.1002.04.06.08.010mg/mL正偏離負(fù)偏離返回2.非單色光引起的偏離目前各種分光光度計(jì)得到的入射光實(shí)際上都是具有某一波段的復(fù)合光，物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度的不同，因而導(dǎo)致對(duì)朗伯－比耳定律的偏離?？朔菃紊庖鸬钠x的措施：使用比較好的單色器；人射光波長(zhǎng)選擇在被測(cè)物質(zhì)的最大吸收處；測(cè)定時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)臐舛确秶７祷?.化學(xué)因素引起的偏離溶液中的吸光物質(zhì)常因解離、絡(luò)合、締合、形成新化合物或互變異構(gòu)等化學(xué)變化而改變其濃度，因而導(dǎo)致偏離朗伯—比耳定律。在分析測(cè)定中，要控制溶液的條件，使被測(cè)組分以一種形式存在，以克服化學(xué)因素所引起的對(duì)朗伯－比耳定律的偏離。返回4.介質(zhì)不均勻引起的偏離溶液不均勻時(shí)，入射光通過(guò)溶液后，有一部分因散射現(xiàn)象而損失，使透射比減少，實(shí)測(cè)吸光度增加，使標(biāo)準(zhǔn)曲線偏離直線向吸光度軸彎曲（正偏離）。在光度法中應(yīng)避免溶液產(chǎn)生膠體或混濁。返回§9.2目視比色法及光度計(jì)的基本部件一、目視比色法二、光度計(jì)的基本部件三、方法比較返回一、目視比色法（Colorimetry

）方法依據(jù)用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法。12481632x返回方法特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)儀器簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便，適宜于大批試樣的分析。靈敏度高，因?yàn)槭窃趶?fù)合光－白光下進(jìn)行測(cè)定，故某些顯色反應(yīng)不符合朗伯－比耳定律時(shí)，仍可用該法進(jìn)行測(cè)定。缺點(diǎn)準(zhǔn)確度不高，標(biāo)準(zhǔn)系列不能久存，需要在測(cè)定時(shí)臨時(shí)配制。返回二、光度計(jì)的基本部件光源單色器吸收池檢測(cè)系統(tǒng)返回1.光源在可見(jiàn)光和近紅外光區(qū)，常用鎢燈或碘鎢燈作光源，它們輻射320－2500nm波長(zhǎng)的光；在近紫外區(qū)，常使用氫燈或氘燈，它們能輻射180－375nm波長(zhǎng)的光。光源單色器檢測(cè)系統(tǒng)吸收池返回2.單色器濾光片－由有色玻璃片制成，只允許和它顏色相同的光通過(guò)，得到的是近似的單色光。棱鏡－用光學(xué)玻璃或石英制成，光通過(guò)棱鏡發(fā)生折射而色散。光柵－光通過(guò)光柵發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光。光源單色器檢測(cè)系統(tǒng)吸收池返回3.吸收池也稱比色皿，用于盛吸收溶液；由無(wú)色透明的光學(xué)玻璃或石英制成；液層厚度為0.5、1、2、3cm等的一套長(zhǎng)方形或圓柱形比色皿。光源單色器檢測(cè)系統(tǒng)吸收池返回4.檢測(cè)系統(tǒng)硒光電池或光電管作檢測(cè)器，檢流計(jì)作讀數(shù)裝置。另可配置記錄儀、數(shù)字顯示器及計(jì)算機(jī)等。光源單色器檢測(cè)系統(tǒng)吸收池返回雙光束紫外分光光度計(jì)三、方法比較方法比較目視比色法吸光光度法分光裝置無(wú)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。返回§9.3顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇一、顯色反應(yīng)二、顯色反應(yīng)的選擇三、顯色條件的選擇四、顯色劑返回一、顯色反應(yīng)（Colorreaction）待測(cè)物質(zhì)本身有較深的顏色，直接測(cè)定；待測(cè)物質(zhì)是無(wú)色或很淺的顏色，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)，所用的試劑稱為顯色劑（colorreagent）。按顯色反應(yīng)的類型來(lái)分，主要有氧化還原反應(yīng)和絡(luò)合反應(yīng)兩大類，而絡(luò)合反應(yīng)是最主要的。返回二、顯色反應(yīng)的選擇靈敏度高，有色物質(zhì)的ε應(yīng)大于104；選擇性好，干擾少，或干擾容易消除；有色化合物的組成恒定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，至少保證在測(cè)量過(guò)程中溶液的吸光度基本恒定；顯色劑在測(cè)定波長(zhǎng)處無(wú)明顯吸收，即顯色劑對(duì)光的吸收與絡(luò)合物的吸收有明顯區(qū)別，要求兩者的吸收峰波長(zhǎng)之差Δλ（稱為對(duì)比度）大于60nm。返回三、顯色條件的選擇顯色劑用量酸度顯色溫度顯色時(shí)間干擾的消除溶劑返回1.顯色劑的用量M+R=MR（被測(cè)組分）（顯色劑）（有色絡(luò)合物）為使顯色反應(yīng)進(jìn)行完全，需加入過(guò)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。在實(shí)際工作中根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定顯色劑的用量。返回cA0cA0cA0123返回2.酸度M+HR=MR+H+影響顯色劑的平衡濃度和顏色影響被測(cè)金屬離子的存在狀態(tài)影響絡(luò)合物的組成制作pH與吸光度關(guān)系曲線確定pH范圍。pHA0返回3.顯色溫度顯色反應(yīng)大多在室溫下進(jìn)行，有些顯色反應(yīng)需加熱至一定溫度完成；有些有色物質(zhì)溫度偏高時(shí)易分解；制作溫度與吸光度關(guān)系曲線確定顯色溫度范圍。返回4.顯色時(shí)間有些顯色反應(yīng)瞬間完成，溶液顏色很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持不變；有些顯色反應(yīng)雖能迅速完成，但有色絡(luò)合物的顏色很快開(kāi)始褪色；有些顯色反應(yīng)進(jìn)行緩慢，溶液顏色需經(jīng)一段時(shí)間后才穩(wěn)定；制作吸光度-時(shí)間曲線確定適宜時(shí)間。返回tA0tA0tA0123返回5.干擾的消除干擾物質(zhì)本身有顏色或與顯色劑反應(yīng)，在測(cè)量條件下也有吸收，造成正干擾；干擾物質(zhì)與被測(cè)組分反應(yīng)或與顯色劑反應(yīng)，便顯色反應(yīng)不完全，也會(huì)造成干擾；干擾物質(zhì)在測(cè)量條件下從溶液中析出，便溶液變混濁，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定溶液的吸光度。返回干擾的消除加入絡(luò)合掩蔽劑或氧化還原掩蔽劑，使干擾離子形成無(wú)色絡(luò)合物或無(wú)色離子；選擇適當(dāng)?shù)娘@色條件以避免干擾；選擇適當(dāng)?shù)墓舛葴y(cè)量條件；分離干擾離子。返回6.溶劑有機(jī)溶劑降低有色化合物的解離度，提高顯色反應(yīng)的靈敏度。如在Fe(SCN)3的溶液中加入丙酮顏色加深；還可能提高顯色反應(yīng)的速率，影響有色絡(luò)合物的溶解度和組成等。返回四、顯色劑無(wú)機(jī)顯色劑有機(jī)顯色劑多元絡(luò)合物返回1.無(wú)機(jī)顯色劑無(wú)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。如用KSCN顯色測(cè)鐵、鉬、鎢和鈮；用鉬酸銨顯色測(cè)硅、磷和釩等。返回2.有機(jī)顯色劑有機(jī)顯色劑分子中含有生色團(tuán)和助色團(tuán)。生色團(tuán)（chromophoricgroup）：含不飽和鍵的基團(tuán)，如偶氮基、對(duì)醌基和羰基等。這些基團(tuán)中的π電子被激發(fā)時(shí)需能量較小，可吸收波長(zhǎng)200nm以上的可見(jiàn)光而顯色。助色團(tuán)（auxochromicgroup）：含孤對(duì)電子的基團(tuán)，如氨基、羥基和鹵代基等。助色團(tuán)與生色團(tuán)的不飽和鍵作用，使顏色加深。返回常用有機(jī)顯色劑磺基水楊酸：OO型螯合劑，可與很多高價(jià)金屬離子生成穩(wěn)定的螯合物，主要用于測(cè)Fe3+。丁二酮肟：NN型螯合劑，用于測(cè)定Ni2+。1,10-鄰二氮菲：NN型螯合劑，測(cè)微量Fe2+。返回二苯硫腙：含S顯色劑，萃取光度測(cè)定Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等。偶氮胂Ⅲ(鈾試劑Ⅲ)：偶氮類螯合劑，強(qiáng)酸性溶液中測(cè)Th(Ⅳ)、Zr(Ⅳ)、U(Ⅳ)等；在弱酸性溶液中測(cè)稀土金屬離子。鉻天青S：三苯甲烷類顯色劑，測(cè)定Al3+。結(jié)晶紫：三苯甲烷類堿性染料，測(cè)定Tl3+。返回上一頁(yè)下一頁(yè)退出3.多元絡(luò)合物多元絡(luò)合物三元絡(luò)合物離子締合物金屬離子－絡(luò)合劑－表面活性劑體系雜多酸返回多元絡(luò)合物由三種或三種以上的組分所形成的絡(luò)合物。目前應(yīng)用較多的是由一種金屬離子與兩種配位體所組成的三元絡(luò)合物。三元絡(luò)合物在吸光光度分析中應(yīng)用較普遍。返回三元混配絡(luò)合物金屬離子與一種絡(luò)合劑形成未飽和絡(luò)合物，然后與另一種絡(luò)合劑結(jié)合，形成三元混合配位絡(luò)合物，簡(jiǎn)稱三元混配絡(luò)合物。例如，V(V)，H2O2和吡啶偶氮間苯二酚(PAR)形成1:1:1的有色絡(luò)合物，可用于釩的測(cè)定，其靈敏度高，選擇性好。返回離子締合物金屬離子先與絡(luò)合劑生成絡(luò)陰離子或絡(luò)陽(yáng)離子，再與帶反電荷的離子生成離子締合物。主要用于萃取光度法。如：Ag+與1,10-鄰二氮菲形成陽(yáng)離子，再與溴鄰苯三酚紅的陰離子形成深藍(lán)色的離子締合物。用F-、H2O2、EDTA作掩蔽劑，可測(cè)定微量Ag+。作為離子締合物的陽(yáng)離子，有堿性染料、鄰二氮菲及其衍生物、安替比林及其衍生物、氯化四苯砷(或磷、銻)等；作為陰離子，有X-，SCN-，ClO4-，無(wú)機(jī)雜多酸和某些酸性染料等。返回金屬離子－絡(luò)合劑－表面活性劑體系金屬離子與顯色劑反應(yīng)時(shí)，加入某些表面活性劑，可以形成膠束化合物，它們的吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)（紅移），而測(cè)定的靈敏度顯著提高。目前，常用于這類反應(yīng)的表面活性劑有溴化十六烷基吡啶、氯化十四烷基二甲基芐胺、氯化十六烷基三甲基銨、溴化十六烷基三甲基銨、溴化羥基十二烷基三甲基銨、OP乳化劑。例如，稀土元素、二甲酚橙及溴化十六烷基吡啶反應(yīng)，生成三元絡(luò)合物，在pH8~9時(shí)呈藍(lán)紫色，用于痕量稀土元素總量的測(cè)定。返回雜多酸溶液在酸性的條件下，過(guò)量的鉬酸鹽與磷酸鹽、硅酸鹽、砷酸鹽等含氧的陰離子作用生成雜多酸，作為吸光光度法測(cè)定相應(yīng)的磷、硅、砷等元素的基礎(chǔ)。雜多酸法需要還原反應(yīng)的酸度范圍較窄，必須嚴(yán)格控制反應(yīng)條件。很多還原劑都可應(yīng)用于雜多酸法中。氯化亞錫及某些有機(jī)還原劑，例1-氨基-2-萘酚-4-磺酸加亞硫酸鹽和氫醌常用于磷的測(cè)定。硫酸肼在煮沸溶液中作砷鉬酸鹽和磷鉬酸鹽的還原劑。抗壞血酸也是較好的還原劑。返回§9.4吸光度測(cè)量條件的選擇一、入射光波長(zhǎng)的選擇二、參比溶液的選擇三、吸光度讀數(shù)范圍的選擇返回一、入射光波長(zhǎng)的選擇“最大吸收原則”（maximumabsorption）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?！拔兆畲?、干擾最小”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。返回A/nm012A/nm012返回二、參比溶液的選擇參比溶液的作用：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(lái)的誤差，扣除干擾。參比溶液的選擇：蒸餾水：試液及顯色劑均無(wú)色。不加顯色劑的被測(cè)試液：顯色劑為無(wú)色，被測(cè)試液中存在其他有色離子。不加試樣溶液的試劑空白：顯色劑有顏色。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。返回三、吸光度讀數(shù)范圍的選擇從儀器測(cè)量誤差的角度來(lái)看，