第十章分光光度法ppt課件

1、林政林政第十章第十章 分光光度法分光光度法10.5 吸光度丈量條件的選擇吸光度丈量條件的選擇10.4 顯色反響和顯色條件的選擇顯色反響和顯色條件的選擇10.3 分光光度計(jì)分光光度計(jì) 10.2 光吸收定律光吸收定律10.1 概述概述10.6 吸光光度光法的運(yùn)用吸光光度光法的運(yùn)用10.1 概述概述 利用溶液顏色的深淺來測(cè)定溶液中有利用溶液顏色的深淺來測(cè)定溶液中有色物質(zhì)的濃度，這種測(cè)定方法稱為比色分色物質(zhì)的濃度，這種測(cè)定方法稱為比色分析法。析法。 用分光光度計(jì)進(jìn)展比色分析的方法用分光光度計(jì)進(jìn)展比色分析的方法稱為分光光度法。稱為分光光度法。分光光度法分光光度法: 可見光分光光度法可見光分光光度法,(物

2、質(zhì)吸收光波長(zhǎng)物質(zhì)吸收光波長(zhǎng)) 紫外分光光度法紫外分光光度法, 紅外分光光度法紅外分光光度法吸光光度法的特點(diǎn)：吸光光度法的特點(diǎn)：1、靈敏度高，下限為、靈敏度高，下限為10-510-6 molL-1。適于微量分析。適于微量分析。2、準(zhǔn)確度較高，相對(duì)誤差為、準(zhǔn)確度較高，相對(duì)誤差為2% 5%。3、操作快速簡(jiǎn)便，易于掌握。、操作快速簡(jiǎn)便，易于掌握。4、運(yùn)用廣泛。、運(yùn)用廣泛。紅紅 橙橙 黃黃 綠綠 青青 藍(lán)藍(lán) 紫紫10.1.1 光的根本性質(zhì)光的根本性質(zhì)根據(jù)波長(zhǎng)的不同，可分為：根據(jù)波長(zhǎng)的不同，可分為： 紫外光區(qū)：紫外光區(qū)：200nm 380nm 可見光區(qū)：可見光區(qū)：380nm 760nm 紅外光區(qū)：紅外光區(qū)

3、：760nm 300m具有同一波長(zhǎng)的光稱為單色光。具有同一波長(zhǎng)的光稱為單色光。不同波長(zhǎng)組成的光稱為復(fù)合光。不同波長(zhǎng)組成的光稱為復(fù)合光。生活中所見到的白光，如日光等是由紅生活中所見到的白光，如日光等是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等光按適當(dāng)?shù)膹?qiáng)、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等光按適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度比例混合而成的，在度比例混合而成的，在380760nm范圍的一范圍的一種復(fù)合光。種復(fù)合光。10.1.2 物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收溶液的顏色是由于均勻分布在溶液中的溶液的顏色是由于均勻分布在溶液中的有色化合物的質(zhì)點(diǎn)選擇性的吸收了某種顏色有色化合物的質(zhì)點(diǎn)選擇性的吸收了某種顏色的光所呵斥的。的光所呵斥的。 兩

4、種顏色的光假設(shè)按適當(dāng)比例混合，可兩種顏色的光假設(shè)按適當(dāng)比例混合，可以構(gòu)成白光，這兩種光稱為互補(bǔ)色光。以構(gòu)成白光，這兩種光稱為互補(bǔ)色光。光的互補(bǔ)光的互補(bǔ)白光白光綠藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠藍(lán)綠黃綠黃綠黃黃橙橙紅紅紫紫藍(lán)藍(lán) 如如KMnO4吸收綠色光，吸收綠色光，因此因此KMnO4溶溶液呈現(xiàn)紫色。液呈現(xiàn)紫色。10.1.3 吸收曲線吸收曲線 一束平行單色光照射溶液時(shí)，光的一一束平行單色光照射溶液時(shí)，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被器皿的外表反射。器皿的外表反射。Io = Ia + It + Ir 假設(shè)入射光強(qiáng)度為假設(shè)入射光強(qiáng)度為Io，吸收光的強(qiáng)度，吸收光的強(qiáng)度為為Ia，透

5、過光強(qiáng)度為，透過光強(qiáng)度為It，反射光的強(qiáng)度為，反射光的強(qiáng)度為Ir，它們的關(guān)系是：，它們的關(guān)系是： 在吸光光度法中，測(cè)定時(shí)都是采用同樣在吸光光度法中，測(cè)定時(shí)都是采用同樣質(zhì)量的比色皿，反射光的強(qiáng)度根本上是不變質(zhì)量的比色皿，反射光的強(qiáng)度根本上是不變的，其影響可以相互抵消。的，其影響可以相互抵消。 空白調(diào)零空白調(diào)零分光光度法中：分光光度法中： Io = Ia + It 透過光強(qiáng)度透過光強(qiáng)度It與入射光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度Io之比稱為之比稱為透光度或透光率。用透光度或透光率。用 T 表示：表示：otIIT 或或%100%otIIT從上式可以看出：從上式可以看出：溶液的透光度愈大，溶液的透光度愈大， 闡明溶液

6、對(duì)光的吸收愈小，濃度低；闡明溶液對(duì)光的吸收愈小，濃度低；相反，透光度愈小，相反，透光度愈小， 闡明溶液對(duì)光的吸收愈大，濃度高。闡明溶液對(duì)光的吸收愈大，濃度高。 吸光度吸光度A：TIIAto1lglg假設(shè)光全部透過溶液，假設(shè)光全部透過溶液，Io= It ， A = 0 。假設(shè)光幾乎全被吸收，假設(shè)光幾乎全被吸收，It 0， A = 。 吸光度吸光度A也可以用來衡量溶液中吸光物也可以用來衡量溶液中吸光物質(zhì)對(duì)波長(zhǎng)為質(zhì)對(duì)波長(zhǎng)為的單色光的單色光 的吸收程度，值越大的吸收程度，值越大，其吸收程度越大；反之亦然。，其吸收程度越大；反之亦然。 將不同波長(zhǎng)的光透過某一固定的溶液，丈將不同波長(zhǎng)的光透過某一固定的溶液

7、，丈量不同波長(zhǎng)下溶液對(duì)光的吸光度，作圖量不同波長(zhǎng)下溶液對(duì)光的吸光度，作圖400480560640720 nm0.40.81.21.6AKMnO4 溶液的吸收曲線溶液的吸收曲線DCBA A、B、C、D代表不代表不同濃度下的吸收曲線，吸同濃度下的吸收曲線，吸收峰不變。收峰不變。1同一種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸光度不同。同一種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸光度不同。吸光度最大處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為最大吸收波長(zhǎng)吸光度最大處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為最大吸收波長(zhǎng)max。KMnO4的的 最大最大 = 525 nm2不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線外不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線外形類似形類似max不變。而對(duì)于不同物質(zhì)，它們的不變。而對(duì)

8、于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線外形和吸收曲線外形和max那么不同。可作為物質(zhì)那么不同?？勺鳛槲镔|(zhì)定性分析的根據(jù)之一。定性分析的根據(jù)之一。吸收曲線的討論吸收曲線的討論3不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長(zhǎng)下吸光度長(zhǎng)下吸光度 A 有差別，有差別，A 隨濃度的增大而增隨濃度的增大而增大大 。此特性可作為物質(zhì)定量分析的根據(jù)。此特性可作為物質(zhì)定量分析的根據(jù)。4在在max處吸光度隨濃度變化的幅度處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測(cè)定最靈敏。吸收曲線是定量最大，所以測(cè)定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長(zhǎng)的重要根據(jù)。分析中選擇入射光波長(zhǎng)的重要根據(jù)。10.2 光的吸收定律光的吸

9、收定律 實(shí)驗(yàn)證明：假設(shè)堅(jiān)持入射光的波長(zhǎng)不變，實(shí)驗(yàn)證明：假設(shè)堅(jiān)持入射光的波長(zhǎng)不變，溶液對(duì)光吸收的程度與溶液的濃度、液層厚溶液對(duì)光吸收的程度與溶液的濃度、液層厚度有關(guān)。度有關(guān)。10.2.1 光的吸收定律光的吸收定律數(shù)學(xué)表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式：K1：比例常數(shù)，與：比例常數(shù)，與、c、T有關(guān)。有關(guān)。b：溶液厚度：溶液厚度一、朗伯定律：當(dāng)一、朗伯定律：當(dāng) 、c、T 一定時(shí)，溶液的吸一定時(shí)，溶液的吸光度與液層的厚度成正比。光度與液層的厚度成正比。A = K1 b二、比爾定律二、比爾定律比爾定律：當(dāng)比爾定律：當(dāng) 、b 和和 T一定時(shí)，溶液的吸光一定時(shí)，溶液的吸光度與溶液的濃度成正比。度與溶液的濃度成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)

10、式：數(shù)學(xué)表達(dá)式： A = K2 c三、朗伯三、朗伯比爾定律同時(shí)思索溶液濃度比爾定律同時(shí)思索溶液濃度和液層厚度的影響一束平行單色光經(jīng)和液層厚度的影響一束平行單色光經(jīng)過溶液，當(dāng)過溶液，當(dāng) 和和T一定時(shí)，其吸光度與一定時(shí)，其吸光度與溶液的濃度和液層厚度成正比。溶液的濃度和液層厚度成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式： A = K b c 當(dāng)當(dāng)c用用gL-1表示，表示，b用用cm表示時(shí)，表示時(shí)，K用用K表示，稱為吸光系數(shù)，其單位表示，稱為吸光系數(shù)，其單位為為 L(g)-1 ，那么：，那么：四、比例系數(shù)四、比例系數(shù)K1、吸光系數(shù)、吸光系數(shù)KA = Kb c c用用molL-1表示，表示，b用用cm表示時(shí)，表示

11、時(shí)，K用用表示，稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為表示，稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為L(zhǎng)(mol)-1。那么：。那么：2、摩爾吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)A = b c(1) 是吸收物質(zhì)在一定波長(zhǎng)和溶劑條件下是吸收物質(zhì)在一定波長(zhǎng)和溶劑條件下的特征常數(shù)，不隨濃度的特征常數(shù)，不隨濃度c和液層厚度和液層厚度b的改的改動(dòng)而改動(dòng)。在溫度和波長(zhǎng)等條件一定時(shí)，動(dòng)而改動(dòng)。在溫度和波長(zhǎng)等條件一定時(shí)， 僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測(cè)僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測(cè)物濃度無關(guān)；物濃度無關(guān)；(2)同一吸光物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下的同一吸光物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下的值是不同值是不同的。在最大吸收波長(zhǎng)的。在最大吸收波長(zhǎng)max處的摩爾吸光系處的摩爾吸

12、光系數(shù)，常以數(shù)，常以 max表示。表示。 max闡明了該吸收闡明了該吸收物質(zhì)最大限制的吸光才干，也反映了光度物質(zhì)最大限制的吸光才干，也反映了光度法測(cè)定該物質(zhì)能夠到達(dá)的最大靈敏度。法測(cè)定該物質(zhì)能夠到達(dá)的最大靈敏度。 (3)max越大闡明該物質(zhì)的吸光才干越強(qiáng)，越大闡明該物質(zhì)的吸光才干越強(qiáng)，用光度法測(cè)定該物質(zhì)的靈敏度越高。用光度法測(cè)定該物質(zhì)的靈敏度越高。最大最大5104 靈敏的顯色反響靈敏的顯色反響 在吸收曲線上，與最大吸收波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)在吸收曲線上，與最大吸收波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的摩爾吸收系數(shù)的摩爾吸收系數(shù)，以，以最大最大 表示。表示。 對(duì)于微量組分的測(cè)定，普通選對(duì)于微量組分的測(cè)定，普通選較大的較大的顯色反響，

13、以提高測(cè)定的靈敏度。顯色反響，以提高測(cè)定的靈敏度。【例】：有一濃度為【例】：有一濃度為1.0g/ml Fe2+的溶液，以的溶液，以鄰二氮菲顯色后，在比色皿厚度為鄰二氮菲顯色后，在比色皿厚度為 2cm、波長(zhǎng)、波長(zhǎng)510nm處測(cè)得吸光度為處測(cè)得吸光度為0.380，計(jì)算，計(jì)算 1 透光度透光度T；(2)吸光系數(shù)吸光系數(shù)K；3摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)。解解1T10-A10-0.3800.417 1123109 . 1100 . 10 . 2380. 0cmgLbcAK1143101 . 185.55100 . 10 . 2380. 0cmmolLbcA32+3NNFe+ Fe2+NNA總總 = Ai

14、=1b1c1 + 2b2c2 + nbncn 總的吸光度等于各個(gè)吸光物質(zhì)的吸光度之和?？偟奈舛鹊扔诟鱾€(gè)吸光物質(zhì)的吸光度之和?；蛉芤旱奈舛葢?yīng)等于溶液中各組分的吸光度或溶液的吸光度應(yīng)等于溶液中各組分的吸光度之和。組分間沒有干擾之和。組分間沒有干擾A4 A3 A2 A1溶液中多組分測(cè)定溶液中多組分測(cè)定)()()()()()()()(222111ybcyxbcxAybcyxbcxA 一、物理要素：一、物理要素： 1、單色光不純，導(dǎo)致負(fù)偏向。、單色光不純，導(dǎo)致負(fù)偏向。CA規(guī)范任務(wù)曲線圖規(guī)范任務(wù)曲線圖正誤差正誤差負(fù)誤差負(fù)誤差2、散射光的影響，膠體、散射光的影響，膠體、乳濁液或懸濁液由于散、乳濁液或懸濁

15、液由于散射的作用使吸光度增大，射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直經(jīng)過比或入射光不是垂直經(jīng)過比色皿產(chǎn)生正偏向。色皿產(chǎn)生正偏向。 10.2.2 有色溶液對(duì)朗伯有色溶液對(duì)朗伯-比爾定律的偏離比爾定律的偏離2、平衡效應(yīng)，物質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)、平衡效應(yīng)，物質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化引起的偏離，如：及化學(xué)變化引起的偏離，如： Fe(SCN)3 = Fe3+ + 3SCN- Cr2O72- + H2O = 2CrO42- + 2H+ 10.3 分光光度計(jì)及主要部件分光光度計(jì)及主要部件光源光源單色器單色器檢測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)吸收池吸收池722型光柵分光光度計(jì)構(gòu)造表示圖型光柵分光光度計(jì)構(gòu)造表示圖

16、分光光度計(jì)的分類以及分光光度計(jì)的分類以及721 / 722型分光型分光光度計(jì)的運(yùn)用方法見實(shí)驗(yàn)教材。光度計(jì)的運(yùn)用方法見實(shí)驗(yàn)教材。10.4 顯色反響和顯色條件的選擇顯色反響和顯色條件的選擇在分光光度分析中，利用顯色反響把待測(cè)組在分光光度分析中，利用顯色反響把待測(cè)組分分X 轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔?，然后再進(jìn)展測(cè)定。轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔?，然后再進(jìn)展測(cè)定。 使試樣中的被測(cè)組分與化學(xué)試劑作用生成有使試樣中的被測(cè)組分與化學(xué)試劑作用生成有色化合物的反響叫顯色反響。色化合物的反響叫顯色反響。mX(待測(cè)物待測(cè)物)nR(顯色劑顯色劑)XmRn(有色化合物有色化合物) 顯色反響主要有配位反響和氧化復(fù)原反響，顯色反響主要有配位反響

17、和氧化復(fù)原反響，其中絕大多數(shù)是配位反響。其中絕大多數(shù)是配位反響。10.4.1 對(duì)顯色反響的要求對(duì)顯色反響的要求1、靈敏度高，選擇、靈敏度高，選擇 較大的顯色反響。較大的顯色反響。防止共存組分干擾。防止共存組分干擾。2、選擇性好，顯色劑只與被測(cè)組分反響。、選擇性好，顯色劑只與被測(cè)組分反響。3、有色物組成固定，如：、有色物組成固定，如：Fe3+ + 磺基水楊酸磺基水楊酸 三磺基水楊酸鐵三磺基水楊酸鐵(黃色黃色) 組成固組成固定定Fe3+ + SCN - FeSCN2+、 Fe(SCN)2 + 組成不固定組成不固定4、有色物穩(wěn)定性高，其它離子干擾才小。如、有色物穩(wěn)定性高，其它離子干擾才小。如三磺基水

18、楊酸鐵的三磺基水楊酸鐵的Kf =1042 , F- 、H3PO4 對(duì)它無干擾。對(duì)它無干擾。5、顯色過程易于控制，而且有色化合物與顯、顯色過程易于控制，而且有色化合物與顯色劑之間的顏色差別應(yīng)盡能夠大。色劑之間的顏色差別應(yīng)盡能夠大。nm60|maxmax RMR c(R)Ac(R)Ac(R)A在在pH23 Fe(ssal)+在在pH47 Fe(ssal)22-在在pH810 Fe(ssal)3在在pH12 Fe(OH)3棕橙色棕橙色 沉淀沉淀黃色黃色紫紅色紫紅色還可選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤汉腿肷涔獾牟ㄩL(zhǎng)等還可選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤汉腿肷涔獾牟ㄩL(zhǎng)等方法來消除共存離子的干擾。方法來消除共存離子的干擾。 離子交換

19、法用于離子交換法用于Fe3+、Al3+分別時(shí)先用分別時(shí)先用HCl溶液處置試液，使鐵、鋁分別以溶液處置試液，使鐵、鋁分別以FeCl63-、Al3+形狀存在。然后經(jīng)過陽離子樹脂交換柱，形狀存在。然后經(jīng)過陽離子樹脂交換柱，此時(shí)此時(shí)Al3+留在柱上，而留在柱上，而FeCl63-流出柱子，從流出柱子，從而到達(dá)分別的目的。而到達(dá)分別的目的。 色譜分別法，假設(shè)在充填硅膠、活性色譜分別法，假設(shè)在充填硅膠、活性氧化鋁、纖維素等載體的柱子上進(jìn)展，那氧化鋁、纖維素等載體的柱子上進(jìn)展，那么稱為柱上色譜分別法；假設(shè)用濾紙作載么稱為柱上色譜分別法；假設(shè)用濾紙作載體，那么稱為紙上色譜分別法。體，那么稱為紙上色譜分別法。 溶

20、劑化合物萃取體系，例如磷酸三丁酯萃溶劑化合物萃取體系，例如磷酸三丁酯萃取取FeCl3。 某些無機(jī)化合物萃取體系，例如某些無機(jī)化合物萃取體系，例如CCl4萃取萃取I2。545nm原那么：使溶液的吸光度能真正反映待測(cè)物原那么：使溶液的吸光度能真正反映待測(cè)物的濃度。的濃度。 在吸光度丈量中，作為比較的溶液或溶在吸光度丈量中，作為比較的溶液或溶劑稱為參比溶液或空白溶液。劑稱為參比溶液或空白溶液。(1) 試樣、試劑、顯色劑都無色時(shí)，用純水作參試樣、試劑、顯色劑都無色時(shí)，用純水作參比。比。(2) 試樣無色，試劑、顯色劑有色，采用不加試試樣無色，試劑、顯色劑有色，采用不加試樣的空白溶液作參比。試劑空白樣的空

21、白溶液作參比。試劑空白(3)試樣有吸收，而顯色劑等無色，可采用不加試樣有吸收，而顯色劑等無色，可采用不加顯色劑的試樣為參比。試樣空白顯色劑的試樣為參比。試樣空白(4)均有色，有吸收，對(duì)試樣參與掩蔽劑，褪色均有色，有吸收，對(duì)試樣參與掩蔽劑，褪色后再加顯色劑等作為參比。后再加顯色劑等作為參比。(褪色空白褪色空白)bcTAlgbdcdTTTd434. 0lgTTdTcdclg434.0透光率讀數(shù)的準(zhǔn)確度是儀器精度的主要目的。透光率讀數(shù)的準(zhǔn)確度是儀器精度的主要目的。測(cè)定結(jié)果的精度常用濃度的相對(duì)誤差測(cè)定結(jié)果的精度常用濃度的相對(duì)誤差dc/c表示。表示。假設(shè)透光率刻度的讀數(shù)的絕對(duì)誤差為假設(shè)透光率刻度的讀數(shù)的

22、絕對(duì)誤差為T=1%，用不同的，用不同的T代入上式，可得相應(yīng)代入上式，可得相應(yīng)濃度丈量的相對(duì)誤差濃度丈量的相對(duì)誤差c/c，作圖，作圖TlgTT.cc 4340 1、T在在20%65%(A=0.190.70)范圍，相對(duì)誤范圍，相對(duì)誤差較小。差較小。2、T = 36.8%(A =0.434)，相對(duì)誤差，相對(duì)誤差最小。最小。由圖可見：由圖可見：為了減小濃度的相對(duì)誤差，提高測(cè)定的為了減小濃度的相對(duì)誤差，提高測(cè)定的準(zhǔn)確度，普通應(yīng)控制溶液吸光度準(zhǔn)確度，普通應(yīng)控制溶液吸光度A在最適宜在最適宜讀數(shù)范圍讀數(shù)范圍0.190.70。(%)cc 0.20.40.60.81.00246810T36.8%【例】某一有色溶液

23、在【例】某一有色溶液在2.0cm的吸收皿中，測(cè)的吸收皿中，測(cè)得透光率得透光率T1，假設(shè)儀器透光度的絕對(duì)誤，假設(shè)儀器透光度的絕對(duì)誤差差T0.5，計(jì)算，計(jì)算1測(cè)定的濃度的相對(duì)誤差測(cè)定的濃度的相對(duì)誤差c/c2為使測(cè)得吸光度在最適讀數(shù)范圍內(nèi)，溶為使測(cè)得吸光度在最適讀數(shù)范圍內(nèi)，溶液應(yīng)稀釋或濃縮多少倍？液應(yīng)稀釋或濃縮多少倍？3假設(shè)濃度不變，而改動(dòng)比色皿厚度假設(shè)濃度不變，而改動(dòng)比色皿厚度0.5cm, 1.0cm，2.0cm,3.0cm,那么應(yīng)選擇那么應(yīng)選擇那種厚度的吸收皿最適宜，此時(shí)那種厚度的吸收皿最適宜，此時(shí)c/c為多少？為多少？解解 1%.lg.%.TlgTT.cc110100105043404340 2A=-lgT=-lg1%=2設(shè)有色溶液原始濃度為設(shè)有色溶液原始濃度為c，當(dāng)，當(dāng)b一定時(shí)，一定時(shí)，AbcKc，要使，要使A0.20.7，那么，那么 10 22 . 0cccc即稀釋即稀釋310倍倍cccc86. 2 27 . 0 3當(dāng)當(dāng)c一