比色分析及分光資料實用教案

1、7.1 概述7.2 光的吸收(xshu)定律朗伯比爾定律7.3 紫外可見分光光度計及測定方法7.4 顯色反應及其影響因素7.5 紫外可見分光光度法的誤差和測量 條件的選擇7.6 紫外可見分光光度法應用實例第1頁/共50頁第一頁，共51頁。學習要求1了解物質顏色與光的吸收關系2了解紫外可見分光光度法的儀器及測量誤差和測量條件的選擇3了解顯色反應及其影響因素4熟悉紫外可見分光光度法的實際應用5掌握朗伯比爾定律及其偏離(pinl)的原因6掌握紫外可見分光光度法的測定方法第2頁/共50頁第二頁，共51頁。7.1 概述(i sh)第3頁/共50頁第三頁，共51頁。7.1.1光的基本(jbn)性質 光是一

2、種電磁波。所有電磁波都具有波粒二象性。光的波長、頻率與光速c的關系(gun x)為：（7-1） 光速在真空中等于2.9979108ms-1。光子的能量與波長的關系(gun x)為：（7-2）式中E為光子的能量；為頻率；h為普朗克常數(shù)，為6.62610-34JS。chc/hE第4頁/共50頁第四頁，共51頁。電磁波譜電磁波譜第5頁/共50頁第五頁，共51頁。表7-1 電磁波譜范圍表光譜名稱波長范圍 躍遷類型 分析方法X射線 10-1100nm K和L層電子 X射線光譜法遠紫外光 10200nm 中層電子 真空紫外光度法近紫外光 200400nm 外層電子 紫外光度法可見光 400750nm 外層

3、電子 比色及可見光度法近紅外光 0.752.5m 分子振動 近紅外光譜法中紅外光 2.55.0m 分子振動 中紅外光譜法遠紅外光 5.01000m 分子轉動和振動 遠紅外光譜法微波 0.1100cm 分子轉動 微波光譜法無線電波 11000m 核的自旋(z xun) 核磁共振光譜法第6頁/共50頁第六頁，共51頁。7.2.1物質的顏色(yns)與光的關系第7頁/共50頁第七頁，共51頁。 如果把兩種適當顏色的光按一定的強度比例(bl)混合也可以得白光，這兩種光就叫互補色光。如果吸收光在可見區(qū),吸收光的顏色與透過光的顏色為互補關系,物質呈現(xiàn)透過光的顏色。 如果吸收光在紫外區(qū)，則物質不呈現(xiàn)顏色光的

4、互補性與物質光的互補性與物質(wzh)的顏色的顏色第8頁/共50頁第八頁，共51頁。吸收光譜(x shu un p)(absorption spectrum)或吸收曲線 測定某種物質對不同波長單色光的吸收程度，以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖。 KMnO4溶液對波長525nm附近的綠色光吸收最強，而對紫色光吸收最弱。光吸收程度最大處的叫做最大吸收波長，用max表示。不同濃度(nngd)的KMnO4溶液所得的吸收曲線都相似，其最大吸收波長不變，只是相應的吸光度大小不同。第9頁/共50頁第九頁，共51頁。E=hv=h(C/)分子的吸收光譜是與其相應的電子能級特征相關的。同時(tngsh)也與振動

5、和轉動能級有關。分子分子(fnz)的光吸收機理的光吸收機理 第10頁/共50頁第十頁，共51頁。7.2.2 光的吸收(xshu)定律Lambert-beer定律7.2.1 朗伯比爾定律當一束平行的單色光照射到有色溶液時，光的一部分將被溶液吸收，一部分透過溶液，還有一部分被器皿表面所反射。設入射光強度(qingd)為I0，透過光強度(qingd)為It，溶液的濃度為c，液層寬度為b，經實驗表明它們之間有下列關系：kcbIIA0lg(7-3)第11頁/共50頁第十一頁，共51頁。透光度、吸光度與溶液濃度及液層寬度的關系 （7-4） 溶液濃度與寬度的乘積與吸光度成正比，而不是與透光度成正比。以上兩式

6、中k是比例系數(shù)，與入射光波長、溶液的性質(xngzh)及溫度有關。當入射光波長和溶液溫度一定時，k代表單位濃度的有色溶液放在單位寬度的比色皿中的吸光度.。當c的單位為gL-1，b的單位為cm時，k以a表示，稱為吸光系數(shù)(absorption coefficient)，其單位為Lg-1cm-1，此時式（7-3）變?yōu)?abcA kbcT1lg IIlgA0(7-5)第12頁/共50頁第十二頁，共51頁。 如果濃度c的單位為molL-1，b的單位為cm，這時k常用 表示。稱為摩爾吸光系數(shù)(molar absorptivity)，其單位為Lmol-1cm-1，它表示吸光質點的濃度為1molL-1，溶液

7、的寬度為1cm時，溶液對光的吸收能力。 值越大，表示吸光質點對某波長的光吸收能力愈強，故光度測定的靈敏度越高。值在103以上(yshng)即可進行分光光度法測定，高靈敏度的分光光度法可達到105106。于是式（7-3）可寫成為：A=bc （7-6）與a的關系為：=Ma （7-7） 式中M為吸光物質的摩爾質量第13頁/共50頁第十三頁，共51頁。kcbIIA0lg實際測定(cdng)中選用參比的重要性第14頁/共50頁第十四頁，共51頁。例7-1 濃度為25.0g/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分光光度法測定，于波長600nm處，用2.0cm比色皿測得T=50.1%，求吸光系數(shù)a和摩

8、爾吸光系數(shù)。已知M(Cu)=64.0。解 已知T=0.501，則A=lgT=0.300，b=2.0cm,則根據(jù)(gnj)朗伯比爾定律 A=abc，而= Ma = 64.0gmol-13.00102 Lg-1cm-1=1.92104(Lmol-1cm-1)1000.5100 .50100 .251436LgLgc（11 -2-14.L.g103.001000. 50 . 2300. 0cmLgcmbcAa第15頁/共50頁第十五頁，共51頁。例例7-2 7-2 某有色某有色(yu s)(yu s)溶液，當用溶液，當用1cm1cm比色皿時，比色皿時，其透光度為其透光度為T T，若改用，若改用2cm

9、2cm比色皿，則透光度應為多比色皿，則透光度應為多少？少？解解: : 由由A=-lgT=abcA=-lgT=abc可得可得 T=10-abc T=10-abc 當當b1=1cmb1=1cm時，時，T1=10-ac=TT1=10-ac=T 當當b2=2cmb2=2cm時，時，T2=10-2ac=T2T2=10-2ac=T2第16頁/共50頁第十六頁，共51頁。001. 0cb3610101000cbcbMMSMS 第17頁/共50頁第十七頁，共51頁。例7-3 用氯磺酚法測定鈮，50mL溶液中含鈮50.0g，用2.0cm比色皿測得吸光度為0.701，求桑德爾靈敏度。解: 已知A=0.701，b=

10、2.0cm，M(Nb)=92.9gmol-1C則根據(jù)(gnj)朗伯一比爾定律可得根據(jù)(gnj)式（9-9），桑德爾靈敏度S為)(1008. 19 .92100 .50100 .5015136LmolmolgLgbcA)(1025. 31008. 10 . 2701. 011415cmmolLLmolcmMS)(1086. 21025. 39 .92231141cmgcmmolLmolg第18頁/共50頁第十八頁，共51頁。 定量分析時，通常液層厚度(hud)是相同的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關系應該是一條通過直角坐標原點的直線。但在實際工作中，往往會偏離線性而發(fā)生彎曲，見圖7-4中的虛

11、線。若在彎曲部分進行定量，將產生較大的測定誤差。7.2.2 偏離(pinl)朗伯一比爾定律的原因第19頁/共50頁第十九頁，共51頁。 朗伯一比爾定律(dngl)只對一定波長的單色光才能成立，但在實際工作中，即使質量較好的分光光度計所得的入射光，仍然具有一定波長范圍的波帶寬度。在這種情況下，吸光度與濃度并不完全成直線關系，因而導致了對朗伯一比爾定律(dngl)的偏離。所得入射光的波長范圍越窄，即“單色光”越純，則偏離越小。 單色光不純(b chn)所引起的偏離第20頁/共50頁第二十頁，共51頁。由于(yuy)溶液本身的原因所引起的偏離 吸 光 系 數(shù) k 與 溶 液 的 折 光(zhgung

12、)指數(shù)n有關。溶液濃度在0.01molL-1或更低時，n基本上是一個常數(shù)，說明朗伯一比爾定律只適用于低濃度的溶液。濃度過高會偏離朗伯一比爾定律。 朗伯比爾定律是建立在均勻、非散射的溶液這個基礎上的。如果介質不均勻，呈膠體、乳濁、懸浮狀態(tài)，則入射光除了被吸收外，還會有反射、散射的損失，因而實際測得的吸光度增大，導致對朗伯比爾定律的偏離。第21頁/共50頁第二十一頁，共51頁。 溶質的離解、締合、互變異構及化學變化(huxu binhu)也會引起偏離。其中有色化合物的離解是偏離朗伯比爾定律的主要化學因素。例如，顯色劑KSCN與Fe3+形成紅色配合物Fe(SCN)3，存在下列平衡：Fe(SCN)3

13、Fe3+3SCN溶液稀釋時，上述平衡向右，離解度增大。所以當溶液體積增大一倍時，F(xiàn)e(SCN)3的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導致偏離朗伯比爾定律。第22頁/共50頁第二十二頁，共51頁。7.3 紫外可見(kjin)分光光度計及測定方法7.3.1分光光度計基本構造 光源(light source) ：可見分光光度計都以鎢燈（3601000nm）作光源。鎢燈是612V的鎢絲燈泡，儀器裝有聚光透鏡(tujng)使光線變成平行光，為保證光強度恒定不變，配有穩(wěn)壓電源。紫外可見分光光度計除有鎢燈外其光源還有氫燈，氫燈發(fā)射150400nm波長的光，適用于200400nm波長范圍的紫外分光光度法

14、測定。第23頁/共50頁第二十三頁，共51頁。 第24頁/共50頁第二十四頁，共51頁。第25頁/共50頁第二十五頁，共51頁。第26頁/共50頁第二十六頁，共51頁。第27頁/共50頁第二十七頁，共51頁。分光(fn un)光度計的主要類型單光束(gungsh)型第28頁/共50頁第二十八頁，共51頁。雙光束型雙光束型第29頁/共50頁第二十九頁，共51頁。光電二極管陣列光電二極管陣列(zhn li)(zhn li)型（型（DAD)DAD)第30頁/共50頁第三十頁，共51頁。 標準曲線法 其方法是先配制一系列濃度不同的標準溶液，用選定的顯色劑進行顯色，在一定波長下分別測定它們的吸光度A。以

15、A為縱坐標，濃度c為橫坐標，繪制A-c曲線，若符合朗伯比爾定律，則得到一條通過原點的直線，稱為標準曲線。然后用完全相同的方法和步驟測定被測溶液的吸光度，便可從標準曲線上找出對應的被測溶液濃度或含量，這就是標準曲線法。 在儀器、方法和條件都固定的情況下，標準曲線可以多次使用而不必重新制作，因而標準曲線法適用于大量(dling)的經常性的工作。7.3.3分光光度(gungd)測定的方法第31頁/共50頁第三十一頁，共51頁。Blank Standard Sample Sample00.10.20.30.40.50.60.70.8024681012Concentration (ug/mL)Abs第3

16、2頁/共50頁第三十二頁，共51頁。 標準對照法(直接比較法) 將試樣溶液和一個標準溶液在相同條件進行顯色、定容，分別測出它們的吸光度，按下式計算被測溶液的濃度。k標=k測 b標=b測所以 要求A與c線性關系良好，被測樣品溶液與標準溶液濃度接近，以減少測定誤差。用一份標準溶液即可計算出被測溶液的含量或濃度，方便(fngbin)，操作簡單。標標標測測測標測bckbckAA標標測測ccAA第33頁/共50頁第三十三頁，共51頁。 3吸光系數(shù)法在沒有標準品可供比較測定的條件下，按文獻規(guī)定條件測定被測物的吸光度，從樣品的配制(pizh)濃度、測定的吸光度及文獻查出的吸光系數(shù)即可計算樣品的含量，因為 則

17、樣品含量bc Aa樣%100abc%100a標標樣Aa第34頁/共50頁第三十四頁，共51頁。 例7-4 已知維生素B12在361nm條件下a標=20.7Lg1cm1。精確稱取樣品30mg，加水溶解稀釋至1000mL，在波長361nm下，用1.00cm吸收池測得溶液的吸光度(gungd)為0.618，計算樣品維生素B12的含量。解： A=a樣bc則維生素B12的含量=1)1000/30(618. 0bcaA樣116 .20cmgL%5 .99%10020.7.620第35頁/共50頁第三十五頁，共51頁。7.4.1 顯色反應及顯色劑： 這種被測元素在某種試劑的作用下，轉變成有色化合物的反應叫顯

18、色反應（color reaction），所加入試劑稱為(chn wi)顯色劑(color reagent)。 常見的顯色反應大多數(shù)是生成配合物的反應，少數(shù)是氧化還原反應和增加吸光能力的生化反應。 顯色劑7.4 顯色反應(fnyng)及其影響因素第36頁/共50頁第三十六頁，共51頁。 顯色反應的要求：選擇性好 所用的顯色劑僅與被測組分顯色而與其它共存組分不顯色，或其它組分干擾少。靈敏度要足夠高 有色化合物有大的摩爾吸光系數(shù)，一般應有104105數(shù)量級。有色配合物的組成要恒定 顯色劑與被測物質的反應要定量進行，生成有色配合物的組成要恒定。生成的有色配合物穩(wěn)定性好 即要求配合物有較大的穩(wěn)定常數(shù)，有

19、色配合物不易受外界環(huán)境條件的影響，亦不受溶液中其它化學因素的影響。有較好的重現(xiàn)性，結果才準確。色差大 有色配合物與顯色劑之間的顏色差別要大，這樣試劑空白小，顯色時顏色變化(binhu)才明顯。第37頁/共50頁第三十七頁，共51頁。 7.4.2影響顯色反應(fnyng)的因素第38頁/共50頁第三十八頁，共51頁。 第39頁/共50頁第三十九頁，共51頁。第40頁/共50頁第四十頁，共51頁。第41頁/共50頁第四十一頁，共51頁。7.5 紫外可見(kjin)分光光度法的誤差和測量條件的選擇7.5.1分光光度法的誤差 溶液不遵守朗伯比爾定律所引起(ynq)的誤差 利用標準曲線的直線段來測定被測

20、溶液的濃度，從而減少由入射光為非單色光引起(ynq)的誤差；也可以利用試劑空白和確定適宜的濃度范圍來減少由溶液本身所引起(ynq)的誤差。光度測量誤差 吸光度與透光率是負對數(shù)關系，故吸光度的標尺刻度是不均勻的。一般來說透光率為2065（吸光度為0.20.7）時，濃度測量的相對誤差都不太大。這就是分光光度分析中比較適宜的吸光度范圍。第42頁/共50頁第四十二頁，共51頁。第43頁/共50頁第四十三頁，共51頁。7.5.2分光光度法測量條件(tiojin)的選擇第44頁/共50頁第四十四頁，共51頁。第45頁/共50頁第四十五頁，共51頁。第46頁/共50頁第四十六頁，共51頁。7.6 紫外可見分光(fn un)光度法應用實例應用: 測量試樣微量組分 測定配合物的組成及穩(wěn)定常數(shù)、弱酸的解離常數(shù)、化學反應的速率常數(shù)、催化反應的活化能等. 根據(jù)分子的紫外光譜數(shù)據(jù)判斷分子的空間(kngjin)構型，確定分子結構。第47頁/共50頁第四十七頁，共51頁。7.6.1 單組分含量(hnlin