吸光光度分析法Spectrophotometry

1、第十二章 吸光光度分析法Spectrophotometry 本章學(xué)習(xí)要求1. 了解溶液顏色與光吸收的關(guān)系2. 了解吸光光度法的基本概念和 特點(diǎn)，掌握吸收曲線的特點(diǎn)， 了解其應(yīng)用3. 掌握LambertBeer定律的原 理和應(yīng)用,掌握吸光系數(shù)a和摩 爾吸光系數(shù),了解 Lambert Beer定律的偏離情況 4. 掌握顯色反應(yīng)的特點(diǎn),掌握 顯色條件和測(cè)量條件的選 擇5. 掌握吸光光度法的應(yīng)用,了 解吸光光度法的儀器， 吸收光譜分析 Analysis of Absorption Spectroscopy 吸光光度法是以物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收為基礎(chǔ)的分析方法. 本章主要討論可見(jiàn)光區(qū)(400-750 nm

2、) 的吸光光度法11.1 基本概念1.物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收單色光 具有同一波長(zhǎng)的光為單色光. 復(fù)合光 由不同波長(zhǎng)光組成的混合光 稱為復(fù)合光。 互補(bǔ)光 透射光與吸收光組成白光， 故稱為互補(bǔ)色光 物質(zhì)的顏色 對(duì)不同波長(zhǎng)的光選擇性吸收溶液的顏色 被吸收光色的互補(bǔ)色硫酸銅溶液，吸收黃光 呈現(xiàn)藍(lán)色.青藍(lán)白光綠青藍(lán)紫紅橙黃光的互補(bǔ)色示意圖高錳酸鉀溶液，吸收 綠光, 呈現(xiàn)紫色。 2.吸收曲線 absorption spectrum 照射到溶液的入射光有一部分被溶液吸收,另一部分透過(guò)溶液.入射光強(qiáng)度 I0透射光強(qiáng)度 I吸收光強(qiáng)度 Ia I0= I + IaI0I溶 液透光度 T transmittance T

3、= I / I0吸光度 A absorbance A= - lg T = lg I0 / IAl作圖得 吸收曲線(吸收光譜) 溶液對(duì)不同波長(zhǎng)的光吸收具有選擇性， KMnO4溶液最大吸收波長(zhǎng) lmax= 525nm。 物質(zhì)的吸收曲線是一種特征曲線。不同濃度溶液的吸收曲線形狀相似，最大吸收波長(zhǎng)不變。 在最大吸收波長(zhǎng)附近，吸光度測(cè)量的靈敏度最高。這一特征可作為定量分析選擇入射光波長(zhǎng)的依據(jù)。 光吸收定律定律 一束平行單色光通過(guò)有色溶液時(shí)，溶液的吸光度A與液層厚度b和溶液濃度c的乘積成正比。 -Lambert -Beer定律 A=KbcK比例常數(shù),與溶液性質(zhì), T, l有關(guān) K值隨c的單位不同而不同,

4、液層厚度以cm為單位.c /gL-1A=abc a 吸光系數(shù) absorption coefficient 單位: Lg-1 cm-1 c/molL-1 A= e bce 摩爾吸光系數(shù) molar absorptivity 單位: Lmol-1 cm-1 e molar absorptivity e 表示吸光物質(zhì)濃度為1mol/l,液層厚度 為1cm時(shí)溶液的吸光度. e 值越大，溶液的吸光能力越強(qiáng)， 顯色反應(yīng)的靈敏度越高. e 是吸光物質(zhì)在特定波長(zhǎng)下的特征常數(shù) e 值是選擇顯色反應(yīng)的重要依據(jù). Ex.濃度為mg/ml的Cu2+溶液,用雙環(huán)己酮草酰二腙光度法測(cè)定.在600nm波長(zhǎng)處用2cm比色皿

5、測(cè)得A=0.297.求e , a. e = aM2. Lambert-Beer定律的偏離按照Lambert-Beer定律Ac 有線性關(guān)系: A=e bc但有時(shí)會(huì)發(fā)生偏離,特別在濃度較大時(shí), 偏離更大.原因:1)非單色光 2)化學(xué)因素:離解、締合、異構(gòu)化等 Ac011.3 吸光光度分析的方法和儀器1.測(cè)定方法 1). 目視比色法 2).分光光度法 定量方法 標(biāo)準(zhǔn)曲線法 標(biāo)準(zhǔn)比較法 As/Ax=Cs/CxAcAxcx0光度分析的標(biāo)準(zhǔn)曲線 2.分光光度計(jì)1.光源2.單色器 3.吸收池 4.檢測(cè)系統(tǒng)3.分光光度法的優(yōu)點(diǎn) 靈敏度高. 10-510-6mol/l 準(zhǔn)確度好. RE =25% 簡(jiǎn)便,快速,成

6、本低,應(yīng)用廣. 例:用濃度為0.100mg Mn/ml的KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液.以1cm比色皿在520nm波長(zhǎng)處測(cè)得該溶液吸光度A為0.500,今取含Mn未知液10.00ml,氧化為MnO4-后,定容至50.00ml,在相同條件下測(cè)得A=0.300.求未知液Mn的濃度. 解cxcx=0.0600 mg/mlc未 =0.300 mg/ml 11.4 顯色反應(yīng)和顯色條件1.顯色反應(yīng) 1.靈敏度高. CuNH3 e 620=1.2102 Cu雙硫腙 e 533=5.0104 2.選擇性好 3.顯色產(chǎn)物組成恒定,性質(zhì)穩(wěn)定. 4.顯色產(chǎn)物與顯色劑色差大,顯色 時(shí)顏色變化明顯.試劑空白值小. 2.顯色條件 1

7、)顯色劑的用量（由實(shí)驗(yàn)確定） M + R = MR (被測(cè)組分) (顯色劑) (有色化合物)R過(guò)量,反應(yīng)完全, MR穩(wěn)定,A值穩(wěn)定. AAAC RC RC Rabab000A與C R關(guān)系圖 2)酸度大多數(shù)顯色劑是有機(jī)弱酸(堿),顯色反應(yīng)受酸度影響. M + R MR M(OH)n HROH-H+顯色反應(yīng)最適宜的酸度由實(shí)驗(yàn)確定 磺基水楊酸與Fe3+在不同條件下形成具有不同組成和顏色的配位化合物: pH 23 Fe(ssal)+ pH 47 Fe (ssal)2- pH 810 Fe(ssal)33- pH12 Fe(OH)3黃色橙色紫色沉淀 3) 溫度、時(shí)間 適宜的顯色時(shí)間和溫度由實(shí)驗(yàn)確定 At

8、 11.5 吸光度測(cè)量條件的選擇 1.入射光波長(zhǎng)1)通常選擇lmax2) lmax處有干擾時(shí),選擇干擾最小,吸光度盡可能大的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量. 2.參比溶液(空白溶液)在測(cè)定時(shí)用空白溶液調(diào)節(jié)儀器A=0(T =100%),以消除溶液中其它物質(zhì)的干擾,抵消比色皿對(duì)光反射、吸收.1)溶劑空白 試液、試劑、顯色劑均無(wú)色(無(wú)吸收) 則可用溶劑如純水作參比溶液. 2)試劑空白 試液無(wú)色, 顯色劑或其它試劑有色(有吸收), 則應(yīng)選試劑空白.3)試液空白 試劑、顯色劑均無(wú)色(無(wú)吸收),試液中其它組分有色, 則應(yīng)采用不加顯色劑的試液作參比溶液.選擇參比溶液的總原則是:使試液的吸光度能真正反映待測(cè)組分的濃度.3.吸光

9、度讀數(shù)范圍任何型號(hào)的分光光度計(jì)均有一定的讀數(shù)誤差,這是由于光源不穩(wěn)定,讀數(shù)不準(zhǔn)確等因素造成的.一定型號(hào)的分光光度計(jì)透光度讀數(shù)誤差是一常數(shù).（ 0.2 % 2 %）在不同的透光度讀數(shù)范圍內(nèi)引起的濃度相對(duì)誤差是不同的.由Lambert-Beer定律可推導(dǎo)出濃度相對(duì)誤差公式. T=36.8%時(shí),A=0.434, Dc/c有極小值T很小或很大時(shí), Dc/c都較大.T=65%20%, A=0.190.7. Dc/c2%光度測(cè)量時(shí),吸光度應(yīng)控制在合 適的范內(nèi): A 減小濃度測(cè)量的相對(duì)誤差, 提高準(zhǔn)確度4.控制吸光度范圍的方法1.改變比色皿的厚度2.改變?cè)囈旱臐舛?稱樣量、稀釋倍數(shù)等)3.示差法 例1:Fe

10、(phen)32+溶液的e =1.1104Lmol-1 cm-1, 在lmax處,用2cm比色皿測(cè)得溶液吸光度A=2. 若DT=0.5%, 1)求Dc/c. 2)怎樣才能使A=0.20.7? 解:2) 溶液濃度不變,改變比色皿厚度: 選比色皿,則A=0.5. 或比色皿厚度不變,改變?nèi)芤簼舛? 稀釋310倍. (稱量減少到 m/3 m/10) A 例2.若上題中比色皿厚度為0.5cm,欲使測(cè)量誤差最小,溶液的濃度應(yīng)為多少? 11.6 吸光光度法的應(yīng)用 1.單一組分的測(cè)定 1).鉬藍(lán)法測(cè)磷土壤營(yíng)養(yǎng)診斷測(cè)磷肥料、谷物種子、果品中磷的測(cè)定血清中磷的測(cè)定水體中磷的測(cè)定 PO43-+12MoO42-+27

11、H+ =H7 P(Mo2O7) 6+12H2O鉬藍(lán)法反應(yīng)靈敏度高,顯色快,但穩(wěn)定性差.鉬銻抗法穩(wěn)定性好.靈敏度高,Vc溶液須新鮮配制.SnCl2鉬藍(lán)C H+ =0.40.8mol/l,室溫,10min 2)鄰菲羅林法測(cè)Fe2+Fe2+3phen=Fe(phen)32+ lgK 鹽酸羥胺還原Fe3+,可測(cè)全Fe 4Fe3+2NH2OH = 4Fe2+N2O+H2O+4H+ 3)雙硫腙法測(cè)金屬離子Cu2+、 Pb2+、 Zn2+、 Cd2+、 Hg2+ pH=45 測(cè)Zn2+ pH=89 測(cè)Pb2+2.示差法測(cè)高含量組分 原理 示差法采用比試液濃度cx梢低的標(biāo)準(zhǔn)溶液 cs作參比溶液, (cs cx). 調(diào)節(jié)儀器A=0(T=100%),然后測(cè)試液的吸光度.該吸光度為試液與參比溶液吸光度之差DA.稱為相對(duì)吸光度Ar. Ar =DA = e b(cx-cs) = e bDc定量方法:標(biāo)準(zhǔn)曲線法 標(biāo)準(zhǔn)比較法示差法可提高測(cè)定的準(zhǔn)確度0100010050Tx =5% Ts=10%示差光度法標(biāo)尺擴(kuò)展原理 3.多組