分析化學(xué)第九章 吸光光度法

1、第九章第九章 吸光光度法吸光光度法9-1 9-1 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理 吸光光度法是基于被測(cè)物質(zhì)的分子對(duì)光具有吸光光度法是基于被測(cè)物質(zhì)的分子對(duì)光具有選擇性吸收選擇性吸收的特性而建立起來的分析方法。的特性而建立起來的分析方法。 一、物質(zhì)的顏色對(duì)光的選擇性吸收一、物質(zhì)的顏色對(duì)光的選擇性吸收光的基本性質(zhì)光的基本性質(zhì) 射射線線x射射線線紫紫外外光光紅紅外外光光微微波波無無線線電電波波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 見見 光光單色光、復(fù)合光、光的互補(bǔ)單色光、復(fù)合光、光的互補(bǔ)藍(lán)藍(lán)黃黃紫紅紫紅綠綠紫紫黃綠黃綠

2、綠藍(lán)綠藍(lán)橙橙紅紅藍(lán)綠藍(lán)綠物質(zhì)對(duì)光的吸收物質(zhì)對(duì)光的吸收物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系完全吸收完全吸收完全透過完全透過吸收黃色光吸收黃色光光譜示意光譜示意表觀現(xiàn)象示意表觀現(xiàn)象示意 當(dāng)一束光照射到某物質(zhì)的溶液時(shí)，當(dāng)一束光照射到某物質(zhì)的溶液時(shí)，物質(zhì)物質(zhì)對(duì)光的吸收具有選擇性對(duì)光的吸收具有選擇性，只有當(dāng)照射光的光，只有當(dāng)照射光的光子能量與被照射物質(zhì)的分子、原子或離子由子能量與被照射物質(zhì)的分子、原子或離子由基態(tài)到激發(fā)態(tài)之間的能量之差相等時(shí)，這個(gè)基態(tài)到激發(fā)態(tài)之間的能量之差相等時(shí)，這個(gè)波長(zhǎng)的光才被吸收。波長(zhǎng)的光才被吸收。 吸收光譜S2S1S0S3h E2E0E1E3S2S1S0h A h h h 分子

3、內(nèi)電子躍遷分子內(nèi)電子躍遷帶狀光譜帶狀光譜 A物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收例：例：A 物質(zhì)物質(zhì)B 物質(zhì)物質(zhì)102.5 evEEEhcA191034106 . 1)(5 . 21031062. 6ev)(10774. 45cm477.4 nm102.0 evEEEhcB620.6 nm同理，得：同理，得：1 ev = 1.6 10-19 J.吸收曲線吸收曲線將不同波長(zhǎng)的光照射某一固定濃度和液層將不同波長(zhǎng)的光照射某一固定濃度和液層厚度的溶液，并測(cè)量每一波長(zhǎng)下溶液對(duì)厚度的溶液，并測(cè)量每一波長(zhǎng)下溶液對(duì)光的吸收程度（吸光度），以光的吸收程度（吸光度），以吸光度為吸光度為縱坐標(biāo)，相應(yīng)波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)縱坐

4、標(biāo)，相應(yīng)波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，所得曲線，所得曲線，稱為稱為吸收曲線吸收曲線。 如圖為高錳酸鉀和重鉻酸鉀的吸收曲線。如圖為高錳酸鉀和重鉻酸鉀的吸收曲線。 吸收曲線是吸光光度法選擇測(cè)定波長(zhǎng)的重吸收曲線是吸光光度法選擇測(cè)定波長(zhǎng)的重要依據(jù)。要依據(jù)。300400500600700 /nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350Cr2O72-、MnO4-的吸收曲線的吸收曲線(a)(b)(c)(d) 220 240 260 280 nm A0000吸收光譜的獲得定性分析與定量分析的基礎(chǔ)定性分析與定量分析的基礎(chǔ)ABA )(maxA)(maxBA C增增大大二

5、、二、 光吸收基本定律光吸收基本定律: : Lambert-Beer定律定律透光率透光率 （透射比）（透射比）Transmittance朗伯朗伯- -比爾定律公式：比爾定律公式：A A= =lg(lg(I I0 0/ /I It t)= lg1/T = )= lg1/T = k kbcbc吸光度吸光度介質(zhì)厚度介質(zhì)厚度(cm)(cm)透光率透光率吸光度吸光度 與透光率與透光率AKcbTlgT ： 透光率透光率A： 吸光度吸光度1.00.50ACA100500T %TKbcAT1010吸光系數(shù)吸光系數(shù)KcbA c 吸光物質(zhì)的濃度吸光物質(zhì)的濃度, g/L, mol/LK K acbAacbA K %

6、11cmEcbEAcm%11MaEcm1010%11相互關(guān)系相互關(guān)系 Molar AbsorptivityAbsorptivity Specific extinction coefficient吸收定律與吸收光譜的關(guān)系吸收定律與吸收光譜的關(guān)系A(chǔ)CA或或 A C max 0 1 2 3 4 mg/mlA。 。 。 。*0.80.60.40.20溶液濃度的測(cè)定溶液濃度的測(cè)定A bc工作曲線法：測(cè)定某物質(zhì)濃工作曲線法：測(cè)定某物質(zhì)濃度時(shí)，先配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶度時(shí)，先配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，按所需條件顯色后，分液，按所需條件顯色后，分別測(cè)定它們的吸光度別測(cè)定它們的吸光度A。以以A為縱坐標(biāo)，濃度為縱坐標(biāo)，濃度C

7、為橫坐標(biāo)為橫坐標(biāo)，繪制的曲線為工作曲線（或繪制的曲線為工作曲線（或標(biāo)準(zhǔn)曲線）。標(biāo)準(zhǔn)曲線）。朗伯朗伯-比爾定律的分析應(yīng)用比爾定律的分析應(yīng)用吸光的加合性吸光的加合性iiiiiiiicbbcAA非單色光引起的對(duì)吸光定律的偏離非單色光引起的對(duì)吸光定律的偏離設(shè)入射光由設(shè)入射光由 1 和和 2 兩種波長(zhǎng)組成，溶液的吸光質(zhì)點(diǎn)對(duì)兩種波長(zhǎng)組成，溶液的吸光質(zhì)點(diǎn)對(duì)兩種波長(zhǎng)的光的吸收均遵從吸收定律兩種波長(zhǎng)的光的吸收均遵從吸收定律 1 bcIIA11011lgbcII110011 2 bcIIA22022lgbcII210022 1 + 2 210201lgIIIIA bcbcIIII211010lg020102012

8、1bcA1或或bcA221bcA1或或bcA2非單色光引起的對(duì)吸光定律的偏離非單色光引起的對(duì)吸光定律的偏離iKAA 1 2吸光質(zhì)點(diǎn)間相互作用引起的對(duì)吸光定律的偏離吸光質(zhì)點(diǎn)間相互作用引起的對(duì)吸光定律的偏離因此，朗伯因此，朗伯-比爾定律僅適用于稀溶液比爾定律僅適用于稀溶液光源光源單色器單色器吸收池吸收池檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源分光光度法的基本部件分光光度法的基本部件通過棱鏡或光柵得到一束近似的單色光通過棱鏡或光柵得到一束近似的單色光.波長(zhǎng)可調(diào)波長(zhǎng)可調(diào), 故選擇性好故選擇性好, 準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度高. 9-2 吸光分析法的儀器簡(jiǎn)介722722型分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)方框圖型分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)方框圖光光源源吸

9、收池吸收池檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)分光分光系統(tǒng)系統(tǒng)721分光光度計(jì)分光光度計(jì)（1 1）分光光度計(jì)的主要部件）分光光度計(jì)的主要部件光源光源：發(fā)出所需波長(zhǎng)范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，有足夠：發(fā)出所需波長(zhǎng)范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，有足夠 的光強(qiáng)度的光強(qiáng)度, ,穩(wěn)定。穩(wěn)定。 可見光區(qū)：可見光區(qū)：鎢燈，碘鎢燈鎢燈，碘鎢燈(320(3202500nm)2500nm) 紫外區(qū)：紫外區(qū)：氫燈，氘燈氫燈，氘燈(180(180375nm)375nm)單色器單色器：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的 裝置。裝置。棱鏡棱鏡: :玻璃玻璃3503503200nm, 3200nm, 石英石英1851854000

10、nm4000nm光柵光柵: :波長(zhǎng)范圍寬波長(zhǎng)范圍寬, , 色散均勻色散均勻, ,分辨性能好分辨性能好, , 使用方便使用方便吸收池吸收池：( (比色皿比色皿) )用于盛待測(cè)及參比溶液。用于盛待測(cè)及參比溶液。 可見光區(qū)：光學(xué)玻璃池可見光區(qū)：光學(xué)玻璃池 紫外區(qū)：石英池紫外區(qū)：石英池檢測(cè)器檢測(cè)器：利用光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換成：利用光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換成 電流信號(hào)。電流信號(hào)。 光電池，光電管，光電倍增管光電池，光電管，光電倍增管指示器指示器： 低檔儀器：刻度顯示低檔儀器：刻度顯示 中高檔儀器：數(shù)字顯示，自動(dòng)掃描記錄中高檔儀器：數(shù)字顯示，自動(dòng)掃描記錄棱鏡：棱鏡：依據(jù)不同波長(zhǎng)光通過棱鏡時(shí)折射率不同依據(jù)不同波

11、長(zhǎng)光通過棱鏡時(shí)折射率不同單色器單色器入射狹縫入射狹縫準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直透鏡棱鏡棱鏡聚焦透鏡聚焦透鏡出射狹縫出射狹縫白光白光紅紅紫紫1 12 2800 600 500400光柵：光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等寬度等間距等間距條痕條痕(600、1200、2400條條/mm )。M1M2出出射射狹狹縫縫光屏光屏透透鏡鏡平面透平面透射光柵射光柵光柵衍射示意圖光柵衍射示意圖原理原理：利用光通過光柵時(shí)利用光通過光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光分光.檢測(cè)器檢測(cè)器SeAu，Ag半導(dǎo)體半導(dǎo)體h 硒光電池硒光電池Ag、Au光電管光電管紅敏管紅敏管 625-1

12、000 nm藍(lán)敏管藍(lán)敏管 200-625 nmNi環(huán)（片）環(huán)（片）堿金屬堿金屬光敏陰極光敏陰極h 單波長(zhǎng)單光束分光光度計(jì)單波長(zhǎng)單光束分光光度計(jì)0.575比值比值單波長(zhǎng)雙光束分光光度計(jì)吸光分析的幾種方法光電比色法光電比色法分光光度法（紫外分光光度法（紫外-可見分光光度法）可見分光光度法）UV-VIS0.575I0ItbCTIIAtlglg0hchEEE022、物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)不同，所能吸收光的波長(zhǎng)也不同，這就構(gòu)、物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)不同，所能吸收光的波長(zhǎng)也不同，這就構(gòu)成了物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收基礎(chǔ)。成了物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收基礎(chǔ)。3、在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，物質(zhì)對(duì)光的吸收與物質(zhì)的濃度成正比。、在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，物

13、質(zhì)對(duì)光的吸收與物質(zhì)的濃度成正比。KbcAT1010AKcbTlg吸光定律吸光定律c：mol / L摩爾吸光系數(shù)，摩爾吸光系數(shù)， L mol 1 cm -1cbAK c：g / LK a吸光系數(shù)，吸光系數(shù)， L g 1 cm -1acbA 0.575bCTIIAtlglg09-3 9-3 顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇利用顯色反應(yīng)將待測(cè)組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩镔|(zhì)，然后進(jìn)行利用顯色反應(yīng)將待測(cè)組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩镔|(zhì)，然后進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定。一、對(duì)顯色反應(yīng)的要求一、對(duì)顯色反應(yīng)的要求靈敏度高靈敏度高，大。大。選擇性好選擇性好，干擾少。，干擾少。顯色后的物質(zhì)組成恒定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。顯色后的物質(zhì)組成恒定，

14、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。有色物質(zhì)與顯色劑顏色差別大。有色物質(zhì)與顯色劑顏色差別大。二、顯色條件的選擇二、顯色條件的選擇酸度酸度：酸度對(duì)顯色反應(yīng)有影響，要控制合適：酸度對(duì)顯色反應(yīng)有影響，要控制合適的酸度，通過實(shí)驗(yàn)確定。的酸度，通過實(shí)驗(yàn)確定。顯色劑用量顯色劑用量：為使顯色反應(yīng)完全，需加入過：為使顯色反應(yīng)完全，需加入過量的顯色劑，但有時(shí)顯色劑太多，引起副反量的顯色劑，但有時(shí)顯色劑太多，引起副反應(yīng)，用量通過實(shí)驗(yàn)選擇。應(yīng)，用量通過實(shí)驗(yàn)選擇。溫度溫度：顯色反應(yīng)要在合適的溫度下進(jìn)行，通：顯色反應(yīng)要在合適的溫度下進(jìn)行，通過實(shí)驗(yàn)選擇。過實(shí)驗(yàn)選擇。顯色條件的選擇顯色時(shí)間：顯色時(shí)間：有的顯色反應(yīng)瞬間完成，有有的顯色反應(yīng)瞬間完成

15、，有的需要放置一定時(shí)間。有的放置時(shí)間太的需要放置一定時(shí)間。有的放置時(shí)間太長(zhǎng)不穩(wěn)定。長(zhǎng)不穩(wěn)定。溶劑溶劑：有時(shí)在顯色反應(yīng)中加入有機(jī)溶劑，：有時(shí)在顯色反應(yīng)中加入有機(jī)溶劑，可提高顯色反應(yīng)的靈敏度?？商岣唢@色反應(yīng)的靈敏度。溶液中共存離子的影響溶液中共存離子的影響：共存離子有色：共存離子有色或顯色劑反應(yīng)生成有色物質(zhì)干擾測(cè)定，或顯色劑反應(yīng)生成有色物質(zhì)干擾測(cè)定，需除去。需除去。9-4 9-4 測(cè)量條件的選擇測(cè)量條件的選擇 除顯色反應(yīng)條件外，還必須選擇好光度測(cè)量除顯色反應(yīng)條件外，還必須選擇好光度測(cè)量條件。條件。一、入射波長(zhǎng)的選擇一、入射波長(zhǎng)的選擇 應(yīng)根據(jù)吸收曲線，選擇最大吸收時(shí)的波長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)吸收曲線，選擇最大吸收

16、時(shí)的波長(zhǎng) max.因?yàn)殪`敏度高，波長(zhǎng)小范圍內(nèi)，吸光度隨波長(zhǎng)因?yàn)殪`敏度高，波長(zhǎng)小范圍內(nèi)，吸光度隨波長(zhǎng)變化小。變化小。二、參比溶液的選擇二、參比溶液的選擇： 參比溶液：將參比溶液：將不含待測(cè)離子不含待測(cè)離子的溶液或的溶液或試劑加入一比色皿中，試液放入另一比試劑加入一比色皿中，試液放入另一比色皿中，再調(diào)節(jié)儀器，使不含待測(cè)離子色皿中，再調(diào)節(jié)儀器，使不含待測(cè)離子溶液處在溶液處在T=100%T=100%處，此種溶液為參比溶處，此種溶液為參比溶液。液。目的是為了消除由于比色皿、溶劑目的是為了消除由于比色皿、溶劑及試劑對(duì)入射光的反射和吸收等帶來的及試劑對(duì)入射光的反射和吸收等帶來的誤差。誤差。選擇參比溶液的原則

17、選擇參比溶液的原則 使試液的吸光度真正反映待測(cè)組分的濃度。使試液的吸光度真正反映待測(cè)組分的濃度。當(dāng)試液、顯色劑及所用的其它試劑在測(cè)量波當(dāng)試液、顯色劑及所用的其它試劑在測(cè)量波長(zhǎng)處均無吸收，可用長(zhǎng)處均無吸收，可用去離子水或純?nèi)軇┤ルx子水或純?nèi)軇┳鲄⒈热茏鲄⒈热芤?；液；如果顯色劑或加入的其它試劑在測(cè)量波如果顯色劑或加入的其它試劑在測(cè)量波長(zhǎng)處略有吸收，應(yīng)采用長(zhǎng)處略有吸收，應(yīng)采用試劑空白（不加試劑空白（不加試樣而其余試劑照加的溶液）試樣而其余試劑照加的溶液）作參比溶作參比溶液。液。如顯色劑在測(cè)量波長(zhǎng)處無吸收，但待測(cè)如顯色劑在測(cè)量波長(zhǎng)處無吸收，但待測(cè)試液中共存離子有吸收，此時(shí)可用試液中共存離子有吸收，此時(shí)

18、可用不加不加入顯色劑的試液入顯色劑的試液為參比溶液。為參比溶液。三、吸光度范圍的選擇三、吸光度范圍的選擇在不同的吸光度范圍內(nèi)儀器讀數(shù)對(duì)測(cè)定帶在不同的吸光度范圍內(nèi)儀器讀數(shù)對(duì)測(cè)定帶來不同程度的誤差，通過計(jì)算得出；當(dāng)來不同程度的誤差，通過計(jì)算得出；當(dāng)T T為為15%65%15%65%或或A A在在0.20.80.20.8時(shí)時(shí)為測(cè)量的適宜為測(cè)量的適宜范圍。范圍。 0 1 2 3 4 mg/mlA。 。 。 。*0.80.60.40.20一、溶液濃度的測(cè)定一、溶液濃度的測(cè)定A bc工作曲線法工作曲線法(標(biāo)準(zhǔn)曲線標(biāo)準(zhǔn)曲線) 9-5 9-5 朗伯朗伯-比爾定律的分析應(yīng)用比爾定律的分析應(yīng)用鄰二氮菲法測(cè)定微量鐵

19、鄰二氮菲法測(cè)定微量鐵試樣經(jīng)溶解，分離干擾物質(zhì)后，在試液中加入鹽試樣經(jīng)溶解，分離干擾物質(zhì)后，在試液中加入鹽酸羥胺將鐵全部還原為二價(jià)的鐵，加入鄰二氮酸羥胺將鐵全部還原為二價(jià)的鐵，加入鄰二氮菲顯色劑，并加入菲顯色劑，并加入HAc-NaAc緩沖溶液，緩沖溶液，pH約約4.0-5.0，顯色，顯色35min后，以試劑空白為后，以試劑空白為參比溶液，于參比溶液，于510nm處測(cè)定處測(cè)定A值，在工作曲線值，在工作曲線上查得含量，即得到測(cè)定結(jié)果。上查得含量，即得到測(cè)定結(jié)果。2.鋼鐵中錳的分析鋼鐵中錳的分析錳是鋼鐵中的有益元素，以金屬固溶體錳是鋼鐵中的有益元素，以金屬固溶體MnSMnS存在。試液用硝酸溶解，用磷酸與三存在。試液用硝酸溶解，用磷酸與三價(jià)鐵配合成無色的價(jià)鐵配合成無色的Fe(HPOFe(HPO4 4) )2 2- -，在催化劑硝，在催化劑硝酸銀作用下，以酸銀作用下，以(NH(NH4 4) )2 2S S2 2O O8 8為氧化劑，加熱為氧化劑，加熱煮沸使煮沸使MnMn2+2+氧化為氧化為MnOMnO4 4- -，于，于530nm530nm下測(cè)定下測(cè)定A A，在工作曲線上查得含量。計(jì)算，在工作曲線上查得含量。計(jì)算MnMn的含量。的含量。二、分析結(jié)果的計(jì)算二、分析結(jié)果的計(jì)算例：用磺基水楊酸測(cè)定某礦樣中鐵含量，標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)如下：例：用磺基水楊酸測(cè)定某礦樣中鐵含量，標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)據(jù)如下：標(biāo)準(zhǔn)