吸光光法PPT教案

1、吸光光法吸光光法吸光光度法：基于物質對光的選擇性吸收的分析方法 比色法 可見分光光度法（visible spectrophotometry） 紫外分光光度法（ultraviolet spectrophotometry） 其他第1頁/共63頁(1) 具有較高的靈敏度，適用于微量組分的測定。(2) 通常所測試液的濃度下限達10-510-6 molL-1。(3) 吸光光度法測定的相對誤差約為2%5%。(4) 測定迅速，儀器操作簡單，價格便宜，應用廣泛(5) 幾乎所有的無機物質和許多有機物質的微量成分都能用此法進行測定。(6) 還常用于化學平衡等的研究。第2頁/共63頁9.1.1 物質對光的選擇性吸收

2、物質對光的選擇性吸收M + 熱M + 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） E2 E = E2 - E1 = h 量子化量子化 ；選擇性吸收；選擇性吸收; 分子結構的復雜性使其對不分子結構的復雜性使其對不同波長光的吸收程度不同；同波長光的吸收程度不同； 光的互補光的互補：藍：藍 黃黃第3頁/共63頁表9-1 物質顏色與吸收光顏色的互補關系吸收光物質顏色顏色波長/nm黃綠紫400450黃藍450480橙綠 藍480490紅藍 綠490500紫 紅綠500560紫黃綠560580藍黃580600綠 藍橙600650藍 綠紅650780第4頁/共63頁電子能級電子能級間躍遷

3、的同間躍遷的同時總伴隨有振動和轉時總伴隨有振動和轉動能級間的躍遷。即動能級間的躍遷。即電子光譜中總包含有電子光譜中總包含有振動能級和轉動能級振動能級和轉動能級間躍遷產生的若干譜間躍遷產生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。線而呈現(xiàn)寬譜帶。第5頁/共63頁 分子結構的復雜性使其對不同波長光的吸收程度分子結構的復雜性使其對不同波長光的吸收程度不同，不同，用不同波長的單色光照射，測吸光度用不同波長的單色光照射，測吸光度 吸收曲吸收曲線與最大吸收波長線與最大吸收波長 max；（動畫動畫）第6頁/共63頁（1）同一種物質對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長max（2）不同濃度的同一種物質

4、，其吸收曲線形狀相似max不變。而對于不同物質，它們的吸收曲線形狀和max則不同。（動畫動畫）（3）吸收曲線可以提供物質的結構信息，并作為物質定性分析的依據(jù)之一。第7頁/共63頁（動畫動畫）（4）不同濃度的同一種物質，在某一定波長下吸光度 A 有差異，在max處吸光度A 的差異最大。此特性可作為物質定量分析的依據(jù)。（5）在max處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。第8頁/共63頁9.1.2 光的吸收基本定律 朗伯-比耳（Larnbert-Beer）定律1.1.朗伯朗伯比耳定律比耳定律吸光度與液層厚度吸光度與液層厚度 Ab吸光度與物質濃度吸

5、光度與物質濃度 A c A c b（動畫（動畫1）（動畫（動畫2）第9頁/共63頁cbIIA 0lg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：溶液的摩爾濃度，單位溶液的摩爾濃度，單位 molL-； ：摩爾吸收系數(shù)摩爾吸收系數(shù)，單位，單位 Lmol-cm-；或或: A = lg(I0/It) = a b c c：溶液的濃度，單位溶液的濃度，單位gL- a：吸收系數(shù)吸收系數(shù)，單位，單位Lg-cm- a與與的關系為：的關系為： a = /M （M為摩爾質量）為摩爾質量） 第10頁/

6、共63頁cbIITA 0lglg透過度透過度T : 描述入射光透過溶液的程度描述入射光透過溶液的程度 T = I / I0吸光度吸光度A與透射比與透射比T 的關系的關系:(1) 吸光光度法的理論基礎和定量測定的依據(jù)。(2) 摩爾吸收系數(shù)在數(shù)值上等于濃度為1 mol L-1、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度；(3) 吸光度具有加和性。nnnbcbcbcAAA 221121A總第11頁/共63頁（1）吸收物質在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)；（2）不隨濃度c和光程長度b的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時， 僅與吸收物質本身的性質有關，與待測物濃度無關；（3）同一吸收物質在不同波長下

7、的值是不同的。在最大吸收波長max處的摩爾吸收系數(shù)max表明了該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可能達到的最大靈敏度。 第12頁/共63頁（4）可作為定性鑒定的參數(shù)；（5）物質的吸光能力的度量 max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。 105：超高靈敏； = (610）104 ：高靈敏； = 104 103 ：中等靈敏； 103 ：不靈敏。（6） 在數(shù)值上等于濃度為1 mol L-1、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。 第13頁/共63頁9.1.3 偏離比耳定律的原因1. 1. 現(xiàn)象現(xiàn)象 標準曲線法測定未知溶液的濃度時，發(fā)現(xiàn)：標準曲線

8、常發(fā)生彎曲（尤其當溶液濃度較高時），這種現(xiàn)象稱為對朗伯比耳定律的偏離。2. 2. 引起偏離的因素引起偏離的因素（兩大類）（兩大類） （1 1）物理性因素，）物理性因素， 即儀器的非理想引起的； （2 2）化學性因素。）化學性因素。第14頁/共63頁難以獲得真正的純單色光難以獲得真正的純單色光。 分光光度計只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復合光可導致對朗伯比耳定律的正或負偏離。 非單色光、雜散光、非平行入射光都會引起對朗伯比耳定律的偏離，最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。 第15頁/共63頁假設由波長為1和2的兩單色光組成的入射光通過濃度為c的溶液，則： A1lg（01 /t1 ） 1 bc

9、A2lg(02 /t2 ） 2 bc故：故：式中：01、02分別為1、2 的入射光強度； t1 、t2分別為1、2 的透射光強度； 1、 2分別為1、2的摩爾吸收系數(shù)；cbcbII;II21211110100t0t 第16頁/共63頁 A總總 = lg（0總總/t總總 ) = lg(I01 +02)/(t1 +t2 ） = lg(I01 +o2)/(01 10 -1bc +02 10 -2bc ）令：令： 1 - 2 = ；設：設： 01 =02 A總總 = lg(2I01)/t1(1 +10 - bc ） = A 1 + lg2 - lg(1 +10 - bc ) 因實際上只能測總吸光度因實

10、際上只能測總吸光度A總總，故，故第17頁/共63頁 A總總 =A1 + lg2 - lg(110 bc ) (1) = 0； 即：即： 1= 2 = 則：則： A總 lg（o /t） bc(2) 0 若若 0 ；即即20, lg(110 bc )值隨c值增大而增大，則標準曲線偏離直線向c 軸彎曲，即負偏離； 反之，則向A軸彎曲，即正偏離。第18頁/共63頁 (3) 很小時，即很小時，即1 2： 可近似認為是單色光。在低濃度范圍內，不發(fā)生偏離。若濃度較高，即使 很小， A總 1 ，且隨著c值增大， A總 與A 1的差異愈大，表現(xiàn)為A-c曲線上部(高濃度區(qū))彎曲愈嚴重。故朗伯-比耳定律只適用于稀溶

11、液。 (4) 為克服非單色光引起的偏離，首先應選擇比較好的單色器。此外還應將入射波長選定在待測物質的最大吸收波長且吸收曲線較平坦處。第19頁/共63頁 選用譜帶a的復合光進行測量，得到右圖的工作曲線，A與c基本呈直線關系。 選用譜帶b的復合光進行測量， 的變化較大，則A隨波長的變化較明顯，得到的工作曲線明顯偏離線性。第20頁/共63頁朗伯比耳定律的假定：所有的吸光質點之間不發(fā)生相互作用；僅在稀溶液(c10 -2 mol L-1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。 故：朗伯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、配合物的形成等化學平衡時。使吸光質點的濃

12、度發(fā)生變化。 例： CrO42- + 2H+ = Cr2O72- + H2O第21頁/共63頁1.1.分光光度計分光光度計第22頁/共63頁分光光度計分光光度計第23頁/共63頁9.2.1 基本組成（動畫動畫）光源單色器樣品室檢測器顯示第24頁/共63頁9.2.2 主要部件 1. 1. 光源光源 在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。 可見光區(qū)可見光區(qū)：鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在3202500 nm。 紫外區(qū)紫外區(qū)：氫、氘燈。發(fā)射185400 nm的連續(xù)光譜。第25頁/共63頁2. 單色器 將光源發(fā)射的復合光分解成單色光并可從中選出一

13、任意波長單色光的光學系統(tǒng)。入射狹縫入射狹縫：光源的光由此進入單色器；準光裝置準光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束； 色散元件色散元件：將復合光分解成單色光;棱鏡或光柵第26頁/共63頁第27頁/共63頁3. 樣品室 樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。第28頁/共63頁4. 檢測系統(tǒng) 將光強度轉換成電流來進行測量。光電檢測器。要求：對測定波長范圍內的光有快速、靈敏的響應， 產生的光電流應與照射于檢測器上的光強度成正比。(1)(1)光電管光電管第29頁/共63頁(2)光電二極管陣列電容器再次充電的電

14、量與每個二極管檢測到的光子數(shù)目成正比，而光子數(shù)又與光強成正比。通過測量整個波長范圍內光強的變化就可得到吸收光譜。電容器充電電容器放電光照射再次充電測量周期第30頁/共63頁9.3.1 顯色反應的選擇顯色反應的選擇1.1.選擇顯色反應時，應考慮的因素選擇顯色反應時，應考慮的因素 靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測定波長處無明顯吸收，兩種有色物最大吸收波長之差：“對比度”，要求 60 nm。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)生電荷轉移躍遷，產生很強的紫外可見吸收光譜第31頁/共63頁3.氧化還原顯色反應 某些元素的氧化態(tài)，如Mn（）、Cr（）在紫

15、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顯色后測定。 例如：鋼中微量錳的測定， 2 Mn2 5 S2O82-8 H2O =2 MnO4 + 10 SO42- 16H+ 將Mn2 氧化成紫紅色的MnO4后，在525 nm處進行測定。第32頁/共63頁9.3.2 顯色劑無機顯色劑：無機顯色劑：硫氰酸鹽、鉬酸銨等。有機顯色劑：有機顯色劑：種類繁多偶氮類顯色劑偶氮類顯色劑：性質穩(wěn)定、顯色反應靈敏度高、選擇性好、對比度大，應用最廣泛。偶氮胂III、PAR等。三苯甲烷類三苯甲烷類：鉻天青S、二甲酚橙等第33頁/共63頁9.3.3 顯色反應條件的選擇1.1.顯色劑用量顯色劑用量 吸光度A與顯

16、色劑用量cR的關系會出現(xiàn)如圖所示的幾種情況。選擇曲線變化平坦處。2.2.反應體系的酸度反應體系的酸度 在相同實驗條件下，分別測定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對應的pH范圍。3.3.顯色時間與溫度顯色時間與溫度 實驗確定4.4.溶劑溶劑第34頁/共63頁5. 干擾的消除 光度分析中，共存離子如本身有顏色，或與顯色劑作用生成有色化合物，都將干擾測定。（1）加入配位掩蔽劑或氧化還原掩蔽劑）加入配位掩蔽劑或氧化還原掩蔽劑 使干擾離子生成無色配合物或無色離子（2）選擇適當?shù)娘@色條件以避免干擾）選擇適當?shù)娘@色條件以避免干擾 用磺基水楊酸測定Fe3+離子時,Cu2+

17、與試劑形成黃色絡合物, 干擾測定，但如控制pH在2.5左右，Cu2+則不與試劑反應。（3）分離干擾離子）分離干擾離子第35頁/共63頁9.3.3 三元配合物在光度分析中 的應用特性簡介 由一種金屬離子同時與兩種不同的配位體形成的三元配合物具有下列分析特性：1. 穩(wěn)定，可提高分析測定的準確度和重現(xiàn)性穩(wěn)定，可提高分析測定的準確度和重現(xiàn)性 例: Ti-EDTA-H2O2三元配合物的穩(wěn)定性，比Ti-EDTA和Ti-H2O2二元配合物的穩(wěn)定性，分別增強約1000倍和100倍。2. 比二元配合物具有更高的靈敏度和更大的對比度比二元配合物具有更高的靈敏度和更大的對比度 靈敏度通?？商岣?2倍，有時甚至提高5

18、倍以上。3. 比二元體系具有更高的選擇性比二元體系具有更高的選擇性 減少了金屬離子形成類似配合物的可能性。第36頁/共63頁9.4.1 選擇適當?shù)娜肷洳ㄩL選擇適當?shù)娜肷洳ㄩL 一般應該選擇max為入射光波長。 如果max處有共存組分干擾時，則應考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長。 如圖選500nm波長測定，靈敏度雖有所下降，卻消除了干擾，提高了測定的準確度和選擇性。第37頁/共63頁9.4.2 參比溶液的選擇 為什么需要使用參比溶液？為什么需要使用參比溶液？ 測得的的吸光度真正反映待測溶液吸光強度。測得的的吸光度真正反映待測溶液吸光強度。試液參比IIIIAlglg0 選擇參比溶液所遵循的

19、一般原則：選擇參比溶液所遵循的一般原則： 若僅待測組分與顯色劑反應產物在測定波長處有若僅待測組分與顯色劑反應產物在測定波長處有吸收，其他所加試劑均無吸收，吸收，其他所加試劑均無吸收，用純溶劑（水用純溶劑（水) )作參作參比溶液；比溶液；第38頁/共63頁 若顯色劑或其他所加試劑在測定波長處略有吸收若顯色劑或其他所加試劑在測定波長處略有吸收, ,而試液本身無吸收，而試液本身無吸收，用用“試劑空白試劑空白”( (不加試樣溶液不加試樣溶液) )作參比溶液；作參比溶液； 若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸收，收，則可用則可用“試樣空白試樣空白”(

20、(不加顯色劑不加顯色劑) )作參比溶液；作參比溶液； 若顯色劑、試液中其他組分在測量波長處有吸收若顯色劑、試液中其他組分在測量波長處有吸收, ,則可在試液中加入適當掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加則可在試液中加入適當掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。顯色劑，作為參比溶液。第39頁/共63頁9.4.3 吸光度讀數(shù)范圍的選擇不同的透射比讀數(shù)，產生的誤差大小不同： lgT= bc微分：dlgT0.434dlnT = - 0.434T -1 dT = b dc兩式相除得：bdcTT.T. d4340dln4340dlgTc/c不僅與儀器的透射比誤差T 有關，而且與其透射比讀數(shù)T 的值也有關。是

21、否存在最佳讀數(shù)范圍？何值時誤差最??？是否存在最佳讀數(shù)范圍？何值時誤差最?。縏TT.ccdlg4340dTTT.cclg4340第40頁/共63頁設：設：T =1%， c/c T 關系曲線關系曲線T 在在 20%65% 之間時之間時, 濃度濃度相對誤差較小，相對誤差較小， 最佳讀數(shù)范圍最佳讀數(shù)范圍濃度相對誤差最小時的透射比濃度相對誤差最小時的透射比Tmin為：為： Tmin 36.8%, Amin 0.434 通過改變吸收池厚度或待測液濃度，使吸光度讀數(shù)處在適宜范圍。普通分光光度法不適于高含量或極低含量物質的測定。第41頁/共63頁9.5.1 普通分光光度法普通分光光度法1.1.單組分的測定單組

22、分的測定 A- c 標準曲線法定量測定。標準曲線法定量測定。2.2.多組分的同時測定多組分的同時測定 各組分的吸收曲線不重疊各組分的吸收曲線不重疊 各組分的吸收曲線互有重疊各組分的吸收曲線互有重疊根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。 A1 = a1 bca b1bcb A2 = a2 bca b2bcb 第42頁/共63頁9.5.2 高含量組分的測定示差法設：待測溶液濃度為設：待測溶液濃度為cx，標準溶液濃度為標準溶液濃度為cs(cs cx)。則：則： Ax= b cx As = b cs Ar = =x s = b(cx cs

23、） = bc繪制繪制Ar c工作曲線，再根據(jù)工作曲線，再根據(jù)cx=cs+c計算試樣濃度。計算試樣濃度。第43頁/共63頁示差法為什么能較準確地測定高濃度組分呢？普通光度法普通光度法: cs: Ts = 10%， cx : Tx=5%，示差法示差法: cs : Ts =100%， cx : Tr=50%， 透射比讀數(shù)標尺擴大了十倍。讀數(shù)落入適宜讀數(shù)范圍內，提高了測量的準確度。第44頁/共63頁 隨著參比溶液濃度增加，即Ts減小，濃度相對誤差減小。示差法要求儀器光源有足夠的發(fā)射強度或能增大光電流放大倍數(shù)，以便能調節(jié)參比溶液透射比為100%。rsrrxxTTTlgT.cc4340第45頁/共63頁9

24、.5.3 光度滴定 光度測量用來確定滴定終點。 靈敏，并可克服目視滴定法中的干擾。 終點由直線外推法得到，可用于平衡常數(shù)較小的滴定反應。第46頁/共63頁9.5.4 酸堿離解常數(shù)的測定用于測定對光有吸收的弱酸（堿）的離解常數(shù)。 HL = H+L- HLLHaK(1) 配制一系列總濃度(c)相等，而pH不同的HL溶液(2) 測定各溶液的pH值。(3)在酸式(HL)或堿式(L-)最大吸收波長處，測吸光度。LHLLHL A第47頁/共63頁根據(jù)分布系數(shù)的概念LHLLHL AHHHLHLaaaKcKKcA (4)假設高酸度時，弱酸全部以酸式形式存在，則: AHL= HLc(5)在低酸度時，弱酸全部以堿

25、式形式存在，則: AL= LcHHHLHLaaaKAKKAA第48頁/共63頁光度法測定一元弱酸離解常數(shù)的基本公式。HHHLHLaaaKAKKAAHLHLAAAAKaAAAAKHLLalgpHp第49頁/共63頁9.5.5 配合物組成及穩(wěn)定常數(shù)的測定摩爾比法 M + nL = MLn(1) 測定金屬離子濃度cM固定，而配位體濃度cL逐漸改變的不同溶液的吸光度。作圖(2)當cL/cMn時，配位不完全 當cL/cMn時，配位完全第50頁/共63頁9.5.6 雙波長分光光度法兩束光交替照射：兩束光交替照射：bcAAA)(2121 試液本身作參比液。試液本身作參比液。主要應用：主要應用：(1)多組分混

26、合物的測定(2)混濁樣品的測定(3)反應動力學過程研究第51頁/共63頁9.6.1 有機化合物電子躍遷的類型有機化合物電子躍遷的類型 有機化合物三種價電子：有機化合物三種價電子：、n 電子電子。 分子軌道理論分子軌道理論：一個成鍵軌道反鍵軌道。外層電子均處于分子軌道的基態(tài)(成鍵或非鍵軌道)。外層電子吸收紫外或可見輻射后，從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。四種躍遷: n n 第52頁/共63頁1.躍遷 所需能量最大。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū)所需能量最大。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū)(max 104Lmol -1 cm -1以上，強吸收。不飽和烴、共軛烯烴和芳類均可發(fā)生該類躍遷。

27、乙烯以上，強吸收。不飽和烴、共軛烯烴和芳類均可發(fā)生該類躍遷。乙烯*躍遷的躍遷的max為為162 nm， max為為: 1104 L mol-1cm -1共軛烯炔中的躍遷的吸收峰稱共軛烯炔中的躍遷的吸收峰稱 K 吸收帶吸收帶。苯環(huán)上的躍遷產生三個譜帶：苯環(huán)上的躍遷產生三個譜帶：E1帶帶（ max 180nm， max 104 ），），E2帶帶（ max 200nm， max 104）和和 B帶帶（ max 278nm， max = 10103）。）。用于芳香化合物的鑒別。用于芳香化合物的鑒別。第54頁/共63頁4. n 躍遷需能量最低，吸收波長需能量最低，吸收波長max 200nm。屬禁阻躍遷。屬禁阻躍遷。摩爾吸收系數(shù)：摩爾吸收系數(shù)：10100 Lmol-1 cm-1，強度較弱。強度較弱。 分子中孤對電子和分子中孤對電子和鍵同時存在時發(fā)生鍵同時存在時發(fā)生 n 躍遷。躍遷。 丙酮丙酮n max 為為 275nm, max 為為 22 Lmol-1 cm -1第55頁/共63頁9.6.2影響紫外吸收光譜的因素溶劑的影響：溶劑的影響：改變光譜形狀(精細結構)和吸收波長 。極性大的溶劑會使*躍遷譜帶紅移；使n*躍遷譜帶向藍移。溶劑