9-1吸光光度法

1、分析化學2吸光光度法吸光光度法儀器分析吸光光度法吸光光度法吸光光度法吸光光度法分析化學2吸光光度法吸光光度法吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理1光度計及其基本部件光度計及其基本部件2顯色反應及顯色條件的選擇顯色反應及顯色條件的選擇3吸光度測量條件的選擇吸光度測量條件的選擇4吸光光度法的應用吸光光度法的應用5分析化學2吸光光度法吸光光度法I0It光強的光強的測量測量分光分光光度計光度計分光光度法分光光度法的應用：的應用：定定量測定與定量測定與定性分析性分析物質對光有選擇性物質對光有選擇性吸收吸收 準備知識準備知識 光強的減弱與物光強的減弱與物質濃度的關系？質濃度的關系？朗伯朗伯-比爾定律比爾定

2、律測量光強測量光強度的減弱度的減弱分析化學2吸光光度法吸光光度法第一節(jié)第一節(jié) 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理單色光單色光 復合光復合光白光白光青藍青藍青青綠綠黃黃橙橙紅紅紫紫藍藍互補色互補色分析化學2吸光光度法吸光光度法不同顏色的可見光波長不同顏色的可見光波長/nm顏色互補光400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-610610-650650-760分析化學2吸光光度法吸光光度法 1-1 物質對光的選擇性吸收物質對光的選擇性吸收分析化學2吸光光度法吸光光度法 物質的顏色是由于物質對不同波長的光具有選擇物質的顏色是由于物質對不同波長的光

3、具有選擇性吸收作用而產生的。性吸收作用而產生的。物質吸收黃光，透過藍光：物質吸收黃光，透過藍光：CuSO4吸收吸收黃光黃光，顯，顯藍色藍色。物質吸收物質吸收藍光藍光，透過，透過黃光黃光 分子結構的復雜性使其對不同波長光的吸收程度不同分子結構的復雜性使其對不同波長光的吸收程度不同互補光互補光: 藍光和黃光藍光和黃光物質顏色的產生物質顏色的產生分析化學2吸光光度法吸光光度法電磁輻射的二象性電磁輻射的二象性 光是一種電磁波，具有光是一種電磁波，具有波粒二象性波粒二象性。光的波動性。光的波動性可用波長可用波長 、頻率、頻率 、光速、光速c、波數（、波數（cm-1）等參數來）等參數來描述：描述： = c

4、 ； 波數波數 = 1/ = /c 光是由光子流組成，光子的能量：光是由光子流組成，光子的能量： E = h = h c / （Planck常數：常數：h = 6.626 10 -34 J S ) 光的波長越短（頻率越高），其能量越大。光的波長越短（頻率越高），其能量越大。分析化學2吸光光度法吸光光度法波動性粒子性光的波粒二象性光的基本性質光的基本性質分析化學2吸光光度法吸光光度法電磁輻射區(qū)電磁輻射區(qū)波長波長 10pm 300pm 200nm 400nm 800nm 500m mm 1cm 1m光譜光譜 射線射線 X射線射線 紫外光紫外光 可見光可見光 紅外光紅外光 微波微波 無線電波無線電波

5、方法方法 光譜法光譜法 分光光度法分光光度法 光譜法光譜法 核磁共振核磁共振 可可 見見 光光380nm 780nm380780 nm分析化學2吸光光度法吸光光度法 研究物質在研究物質在 紫外、可見光區(qū)紫外、可見光區(qū) 的的分子分子吸收光譜吸收光譜 的分析方法稱為紫外的分析方法稱為紫外-可見分光可見分光光度法。紫外光度法。紫外可見分光光度法是利用某可見分光光度法是利用某些物質的分子吸收些物質的分子吸收200 800 nm光譜區(qū)的光譜區(qū)的輻射來進行分析測定的方法。這種分子吸輻射來進行分析測定的方法。這種分子吸收光譜產生于收光譜產生于價電子和分子軌道上的電子價電子和分子軌道上的電子 在在電子能級間的

6、躍遷電子能級間的躍遷，廣泛用于無機和有，廣泛用于無機和有機物質的定性和定量測定。機物質的定性和定量測定。分析化學2吸光光度法吸光光度法M + 熱熱M + 熒光或磷光熒光或磷光M + h M *基態(tài)基態(tài) 激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)E1 （E） E2hchEEEj0物質的電子結構不同，所能吸收光的波長也不同，物質的電子結構不同，所能吸收光的波長也不同，這就構成了這就構成了物質對光的選擇吸收物質對光的選擇吸收基礎?；A。電磁波電磁波分析化學2吸光光度法吸光光度法 不同物質結構不同不同物質結構不同或者說其分子能級的或者說其分子能級的能量能量(各種能級能量總各種能級能量總和和)或能量間隔各異，或能量間隔各異，因此不同

7、物質將因此不同物質將選擇選擇性性地吸收不同波長或地吸收不同波長或能量的外來輻射，這能量的外來輻射，這是是UV-Vis定性分析的定性分析的基礎。基礎。 分析化學2吸光光度法吸光光度法 1-2 光吸收的基本定律光吸收的基本定律朗伯比爾定律朗伯比爾定律 1.1.朗伯朗伯比耳定律比耳定律 布格布格(Bouguer)(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)(Lambert)先后于先后于17291729年和年和17601760年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關系。年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關系。A Ab b 18521852年比耳年比耳(Beer)(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收又

8、提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間也具有類似的關系。物濃度之間也具有類似的關系。A Ac c 二者的結合稱為朗伯二者的結合稱為朗伯比耳定律，一束比耳定律，一束平行單色平行單色光光通過有色溶液，溶液的通過有色溶液，溶液的吸光度吸光度與溶液的與溶液的濃度濃度和和厚度厚度成正比，其數學表達式為：成正比，其數學表達式為： A lg（I0/It) = b c 分析化學2吸光光度法吸光光度法 Alg（I0/It)= b c 式中式中A：吸光度；描述溶液對光的吸收程度；：吸光度；描述溶液對光的吸收程度； b：液層厚度：液層厚度(光程長度光程長度)，通常以，通常以cm為單位；為單位； c：溶液的物質的量濃度，

9、單位：溶液的物質的量濃度，單位molL； ：摩爾吸光系數，單位：摩爾吸光系數，單位Lmolcm； 或或: Alg（I0/It)= a b c c：溶液的濃度，單位：溶液的濃度，單位gL a：吸光系數，單位：吸光系數，單位Lgcm a與與的關系為：的關系為： a =/M （M為摩爾質量）為摩爾質量） 朗伯朗伯比耳定律數學表達式比耳定律數學表達式分析化學2吸光光度法吸光光度法K K a吸光系數，吸光系數， L g 1 cm -1bcAabcA c：mol / Lc：g / Lc：g / 100 mLK 比比吸光系數吸光系數, 100mL g -1 cm -1%11 cmEbcEAcm%11吸光系數

10、吸光系數(K)入射光波長入射光波長物質的性質物質的性質溫度溫度與濃度無關與濃度無關, ,取值與濃度的單位相關取值與濃度的單位相關摩爾吸光系數，摩爾吸光系數，L mol 1 cm -1分析化學2吸光光度法吸光光度法吸光度的加和性吸光度的加和性 在含有多組分體系的吸光分析中，在含有多組分體系的吸光分析中，往往各組分對同一波長的光有吸收。溶往往各組分對同一波長的光有吸收。溶液的吸光度等于各組分的吸光度之和：液的吸光度等于各組分的吸光度之和： A = A1 + A2 + +An分析化學2吸光光度法吸光光度法2.2.透光度透光度( (透光率透光率) )T T透過度透過度T : 描述入射光透過溶液的程度描

11、述入射光透過溶液的程度: T = I t / I0 （T：01）吸光度吸光度A與透光度與透光度T 的關系的關系: A lg T = b c 朗伯朗伯比耳定律是吸光光度法的理論基礎和定量測定的比耳定律是吸光光度法的理論基礎和定量測定的依據。應用于各種光度法的吸收測量；依據。應用于各種光度法的吸收測量； 摩爾吸光系數摩爾吸光系數在數值上等于濃度為在數值上等于濃度為1 mol/L、液層厚度為、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度；時該溶液在某一波長下的吸光度； 吸光系數吸光系數a(Lg-1cm-1）相當于濃度為）相當于濃度為1 g/L、液層厚度為、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度

12、。時該溶液在某一波長下的吸光度。分析化學2吸光光度法吸光光度法 例例1 一有色溶液的濃度為一有色溶液的濃度為c ，透光率為，透光率為T 。求濃度為原來的求濃度為原來的1/2時，透光率為多少？時，透光率為多少？解：解： T = 10 - bc c T 例例2 有色溶液的液層厚度增加一倍后，透光有色溶液的液層厚度增加一倍后，透光率和吸光度的改變?yōu)槎嗌?？率和吸光度的改變?yōu)槎嗌伲?解：解： T = 10 - bc b T A 1/2cT 1/2T2 2A2bA = b c分析化學2吸光光度法吸光光度法3.摩爾吸光系數摩爾吸光系數的討論的討論（1 1）吸收物質在一定波長和溶劑條件下的吸收物質在一定波長和

13、溶劑條件下的特征常數特征常數；（2 2）不隨濃度不隨濃度c c 和光程長度和光程長度b b 的改變而改變的改變而改變。在溫度和波。在溫度和波長等條件一定時，長等條件一定時，僅與吸收物質本身的性質有關，與待測僅與吸收物質本身的性質有關，與待測物濃度無關；物濃度無關；（3 3）可作為可作為定性鑒定的參數定性鑒定的參數；（4）同一吸收物質在不同波長下的）同一吸收物質在不同波長下的值是不同的。在最大吸值是不同的。在最大吸收波長收波長max處的摩爾吸光系數，常以處的摩爾吸光系數，常以max表示。表示。max表明了該表明了該吸收物質最大限度的吸光能力吸收物質最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質，也

14、反映了光度法測定該物質可能達到的最大靈敏度?？赡苓_到的最大靈敏度。 分析化學2吸光光度法吸光光度法（5 5）max越大表明該物質的吸光能力越強，用光度法測定該越大表明該物質的吸光能力越強，用光度法測定該物質的靈敏度越高。物質的靈敏度越高。 105：超高靈敏；：超高靈敏； = (610）104 ：高靈敏；：高靈敏； 60nm。2.2.配位顯色反應配位顯色反應 當金屬離子與有機顯色劑形成配合物時，通常會發(fā)生當金屬離子與有機顯色劑形成配合物時，通常會發(fā)生電荷轉移躍遷，產生很強的紫外電荷轉移躍遷，產生很強的紫外可見吸收光譜?？梢娢展庾V。Fe3+-SCN-2+ Fe2+-SCN2+第三節(jié)第三節(jié) 顯色反

15、應及其條件的選擇顯色反應及其條件的選擇分析化學2吸光光度法吸光光度法3.氧化還原顯色反應氧化還原顯色反應 某些元素的氧化態(tài)，如某些元素的氧化態(tài)，如Mn（）、）、Cr（）在紫外或）在紫外或可見光區(qū)能強烈吸收，可利用氧化還原反應對待測離子進行可見光區(qū)能強烈吸收，可利用氧化還原反應對待測離子進行顯色后測定。顯色后測定。 例如：鋼中微量錳的測定，例如：鋼中微量錳的測定，Mn2不能直接進行光度測不能直接進行光度測定定 2 Mn2 5 S2O82-8 H2O =2 MnO4- + 10 SO42- 16H+ 將將Mn2 氧化成紫紅色的氧化成紫紅色的MnO4-后，在后，在525 nm處進行測處進行測定。定。

16、分析化學2吸光光度法吸光光度法生色團生色團（Chromogenesis group）：）： 分子中含有非鍵或分子中含有非鍵或 鍵的電子體系，能吸收鍵的電子體系，能吸收特征特征外來輻射外來輻射時并引起時并引起n- * 和和 - *躍遷，可產生此類躍遷或吸收的結構單元躍遷，可產生此類躍遷或吸收的結構單元，稱為生色團。，稱為生色團。助色團助色團（Auxochromous group） ： 含有孤對電子，可使生色團吸收峰向長波方向移動并提高含有孤對電子，可使生色團吸收峰向長波方向移動并提高吸收強度的一些官能團，稱之為助色團。常見助色團助色順序吸收強度的一些官能團，稱之為助色團。常見助色團助色順序為：為

17、：-F-CH3-Br-OH-OCH3-NH2-NHCH3-NH(CH3)2-NHC6H512 Fe(OH)3 沉淀分析化學2吸光光度法吸光光度法pH1pHpH2選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)ApH分析化學2吸光光度法吸光光度法2550t /minA3. 顯色溫度及顯色時間顯色溫度及顯色時間 另外，還有介質條件、有機溶劑、表面活性劑等另外，還有介質條件、有機溶劑、表面活性劑等. .一般盡量采用水相測定一般盡量采用水相測定分析化學2吸光光度法吸光光度法4-14-1選擇適當的入射波長選擇適當的入射波長 一般應該選擇一般應該選擇maxmax為入為入射光波長。射光波

18、長。 如果如果maxmax處有共存組分處有共存組分干擾時，則應考慮選擇靈敏度干擾時，則應考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波稍低但能避免干擾的入射光波長。長。第四節(jié)第四節(jié) 測量的誤差及控制測量的誤差及控制分析化學2吸光光度法吸光光度法4-2 偏離朗伯偏離朗伯比耳定律的原因比耳定律的原因 標準曲線法測定未知溶液的濃度時，發(fā)現：標準曲線法測定未知溶液的濃度時，發(fā)現：標準曲線常發(fā)生彎曲（尤其當溶液濃度較高時），標準曲線常發(fā)生彎曲（尤其當溶液濃度較高時），這種現象稱為對朗伯這種現象稱為對朗伯比耳定律的偏離。比耳定律的偏離。 引起這種偏離的因素（兩大類）：引起這種偏離的因素（兩大類）： （1 1）物

19、理性因素，）物理性因素，即儀器的非理想引起的；即儀器的非理想引起的； （2 2）化學性因素。）化學性因素。分析化學2吸光光度法吸光光度法（1）物理性因素）物理性因素 難以獲得真正平行的純單色光難以獲得真正平行的純單色光。朗朗比耳定律比耳定律的前提條件之一是入射光為平行的單色光。的前提條件之一是入射光為平行的單色光。 分光光度計只能獲得分光光度計只能獲得近乎單色近乎單色的狹窄光帶。復的狹窄光帶。復合光可導致對朗伯合光可導致對朗伯比耳定律的正或負偏離。比耳定律的正或負偏離。 非單色光、雜散光、非平行非單色光、雜散光、非平行入射光都會引起對朗伯入射光都會引起對朗伯比耳定比耳定律的偏離，律的偏離，最主

20、要的是非單色光最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。作為入射光引起的偏離。 分析化學2吸光光度法吸光光度法(2) 化學性因素化學性因素 朗伯朗伯比耳定律的假定：所有的吸光質點之間不發(fā)生比耳定律的假定：所有的吸光質點之間不發(fā)生相互作用；相互作用；假定只有在稀溶液假定只有在稀溶液(c10-2 mol/L 時，吸光質點間可能發(fā)生時，吸光質點間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。 故：朗伯故：朗伯比耳定律只適用于稀溶液比耳定律只適用于稀溶液。 溶液中存在著離解、聚合、互變異構、配合物的形成溶液中存在著離解、聚合、互變異構、配合物的形成等化學平衡時。使吸

21、光質點的濃度發(fā)生變化，影響吸光等化學平衡時。使吸光質點的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。度。例：例： 鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡：鉻酸鹽或重鉻酸鹽溶液中存在下列平衡： 2CrO42- 2H = Cr2O72- H2O 溶液中溶液中CrO42-、 Cr2O72-的顏色不同，吸光性質也的顏色不同，吸光性質也不相同。故此時溶液不相同。故此時溶液pH 對測定有重要影響。對測定有重要影響。分析化學2吸光光度法吸光光度法（3）共存離子干擾的消除）共存離子干擾的消除1.1.加入掩蔽劑加入掩蔽劑 選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測組分反應；掩選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測組分反應；掩蔽劑本身及掩蔽劑與干

22、擾組分的反應產物不干擾待測組分蔽劑本身及掩蔽劑與干擾組分的反應產物不干擾待測組分的測定。的測定。 2.2.選擇適當的顯色反應條件選擇適當的顯色反應條件3.3.分離干擾離子分離干擾離子分析化學2吸光光度法吸光光度法Co2, Fe3+Co2+FeF63-Co(SCN)2 (藍藍)NaFSCNCo2+Fe2+,Sn4+(2)Sn2+Co(SCN)2SCN測測Co2(含含Fe3+) : (掩蔽法掩蔽法) 化學法化學法 分析化學2吸光光度法吸光光度法如不能通過控制酸度和掩蔽的辦法消除干擾，如不能通過控制酸度和掩蔽的辦法消除干擾，則需采取分離法。則需采取分離法。測測Fe3:(控制控制pH)Fe3+, Cu

23、2+Fe(ssal)+（紫紅）（紫紅）Cu2+pH 2.5ssal分析化學2吸光光度法吸光光度法 物理法物理法 選擇適當的測定波長選擇適當的測定波長415500鈷-亞硝基紅鹽 A絡合物絡合物試劑試劑 /nm分析化學2吸光光度法吸光光度法4-3 4-3 光度測量誤差光度測量誤差 不同的透光度讀數，產生的誤差大小不同：不同的透光度讀數，產生的誤差大小不同： lgT=bc微分：微分：dlgT0.434dlnT = - 0.434T -1 dT =b dc兩式相除得：兩式相除得： dc/c = （ 0.434 / TlgT ）dT 以有限值表示可得：以有限值表示可得： c/c =（0.434/TlgT

24、）T 濃度測量值的相對誤差（濃度測量值的相對誤差（c/c）不僅與儀器的透光度誤）不僅與儀器的透光度誤差差T 有關，而且與其透光度讀數有關，而且與其透光度讀數T 的值也有關。的值也有關。 是否存在最佳讀數范圍？何值時誤差最??？是否存在最佳讀數范圍？何值時誤差最??？ 分析化學2吸光光度法吸光光度法最佳讀數范圍與最佳值最佳讀數范圍與最佳值 設：設：T =1%，則可繪出溶液濃度，則可繪出溶液濃度相對誤差相對誤差c/c與其透光度與其透光度T 的關系曲線的關系曲線。如圖所示：。如圖所示： 當：當：T =1%，T 在在15%65%之之間時，濃度相對誤差較小，最佳讀數間時，濃度相對誤差較小，最佳讀數范圍。范圍

25、。 可求出濃度相對誤差最小時的透光度可求出濃度相對誤差最小時的透光度Tmin為：為： Tmin36.8%, Amin0.434 用儀器測定時應盡量使溶液透光度值在用儀器測定時應盡量使溶液透光度值在T %=1565% (吸吸光度光度 A =0.20.8)。分析化學2吸光光度法吸光光度法控制適宜的吸光度范圍控制適宜的吸光度范圍 濃度測量值的相對誤差（濃度測量值的相對誤差（c/c）不僅與儀器的透光度誤）不僅與儀器的透光度誤差差T 有關，而且與其透光度讀數有關，而且與其透光度讀數T 的值也有關。的值也有關。應控制應控制A：0.20.8之間?？刂品椒ǎ褐g?？刂品椒ǎ?）控制溶液濃度）控制溶液濃度 A0

26、.8時，稀釋后測量；時，稀釋后測量；A0.8時，選擇光程小的吸收池；時，選擇光程小的吸收池；A Cs） Ax適宜適宜 高高 濃度的測定濃度的測定ACCxAx差示工作曲線差示工作曲線標準溶液標準溶液cs 、 c1、 c2、c3。以以cs作參比，調作參比，調A = 0 , 測測 c1 、 c2、c3的的A，用，用A對對c作作圖圖.同條件下測同條件下測Ax.從差示工作曲線中查出從差示工作曲線中查出cx. 分析化學2吸光光度法吸光光度法4、Ka的測定的測定1.固定固定測測2.固定總濃度，僅改變固定總濃度，僅改變pH可測可測 到不同的到不同的A值值將組分全調到酸式（強酸介質）：將組分全調到酸式（強酸介質

27、）：AHA=HAbC將組分全調到堿式（強堿介質）：將組分全調到堿式（強堿介質）：AA=AbC在某一在某一pH下，下，HA、A-均存在：均存在：(1)(2)(3)HAAaaaAb HAb AHHACHKKACHK由分布系數公式：（2）、（3）帶入（1）得：分析化學2吸光光度法吸光光度法(4)lg(4)40aHAAaaaHAAaaHAaAHAaAaKHAbCbCHKHKKHAAHKHKAAKHAAAApHpKAApHpK整理得：或：當（ ）第二項為 ，上頁上頁分析化學2吸光光度法吸光光度法分析化學2吸光光度法吸光光度法5、絡合物的組成、絡合物的組成(1)絡合物的組成的測定絡合物的組成的測定摩爾比法

28、摩爾比法:前提前提：1. M、R均無色，即均無色，即M和和R均不干擾均不干擾MRn； 2. MRn穩(wěn)定；穩(wěn)定；3. n值大值大M + nR MRn(有色）有色） 固定固定CM，改變，改變CR，配制一系列，配制一系列CR/CM不同的溶不同的溶液，在液，在max處分別測量各溶液的吸光度處分別測量各溶液的吸光度A，作，作ACR/CM圖。圖。 分析化學2吸光光度法吸光光度法CR=CM=最終體積最終體積10mL分析化學2吸光光度法吸光光度法1:13:1c(R)/c(M)A1.0 2.0 3,0 n=(CR/CM)轉折點轉折點 摩爾比法適用于解離度小、穩(wěn)定性高、摩爾比法適用于解離度小、穩(wěn)定性高、絡合比高的絡合物組成的測定。絡合比高的絡合物組成的測定。 分析化學2吸光光度法吸光光度法 根據物料平衡根據物料平衡 cM=M+ML cL=L+ML若若M和和L在測定波長處無吸收在測定波長處無吸收 A=MLML當配位反應平衡時為當配位反應平衡時為A0， cM=ML則則 ML=A0/cM配合物穩(wěn)定常數的測定配合物穩(wěn)定常數的測定/ ()()()MLMLMMLLMLAMLKMLcMLcMLAcA cA分析化學2吸光光度法吸光