分光光度法測定BPB電力平衡常數(shù)

1、分光光度法測 BPB的電離平穩(wěn)常數(shù)胡文龍 PB07206300中國科技高校高分子系摘要 ：本試驗(yàn)通過用分光光度計測定溴酚藍(lán)最大吸取波長,并在最大波長下對不同 pH的溴酚藍(lán)溶液的吸光度和 pH的測定求出室溫下溴酚藍(lán)溶液的電離平穩(wěn)常數(shù)；關(guān)鍵詞 ：溴酚藍(lán) 鄰苯二甲酸氫鉀 最大吸取波長 吸光度 pH 1. 前言分光光度法是通過測定被測物質(zhì)在特定波特長或肯定波長X圍內(nèi)光的吸取度, 對該物質(zhì)進(jìn)展定性和定量分析的方法；在分光光度計中, 將不同波長的光連續(xù)地照耀到肯定濃度的樣品溶 液時,便可得到與眾不同波長相對應(yīng)的吸取強(qiáng)度；如以波長 為橫坐標(biāo),吸取強(qiáng)度A為縱坐標(biāo),就可繪出該物質(zhì)的吸取光譜曲線；利用該曲線進(jìn)展物

2、質(zhì)定性、定量的分析方法,稱為分光光度法, 也稱為吸取光譜法；用紫外光源測定無色物質(zhì)的方法,稱為紫外分光光度法；用可見光光源測定有色物質(zhì)的方法,稱為可見光光度法；它們與比色法一樣,都以 Beer-Lambert 定律為根底；上述的紫外光區(qū)與可見光區(qū)是常用的； 722 型紫外可見分光光度計是在近紫外和可見光譜區(qū)域內(nèi)對樣品物質(zhì)作定性和定量的 分析,是理化試驗(yàn)室常用分析儀器之一,可廣泛應(yīng)用于工廠、學(xué)校、冶金、農(nóng)業(yè)、食品、生 化、環(huán)保、石油化工、醫(yī)療衛(wèi)生等方面；2. 試驗(yàn)原理波長為 的單色光通過任何勻稱而透亮的介質(zhì)時,由于物質(zhì)對光的吸取作用而使透射光的強(qiáng)度 I 比入射光的強(qiáng)度I0要弱,其減弱的程度與所用

3、的波長有關(guān)；又因分子結(jié)構(gòu) 不一樣的物質(zhì), 對光的吸取有挑選性,因此不同的物質(zhì)在吸取光譜上所顯現(xiàn)的吸取峰的位置 與其外形, 以與在某一波長 X 圍內(nèi)的吸取峰的數(shù)目和峰高都與物質(zhì)的特性有關(guān)；分光光度法 是依據(jù)物質(zhì)對光的挑選性吸取的特性而建立的,這一特性不僅是爭論物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的根底,也是定性分性、定量分析的根底；依據(jù)貝爾郎比定律,溶液對于單色光的吸取,遵守以下關(guān)系式：I 0D lg Kl CI式中, D消光或光密度 ； 61 I / I0透光率；K摩爾消光系數(shù),它是溶液的特性常數(shù)；l 被測溶液的厚度即吸取槽的長度；C溶液濃度；DOC. 在分光光度分析中,將每一種單色光,分別、依次地通過某一溶液,測定

4、溶液對每一種光波的消光；以消光 D對波長作圖,就可以得到該物質(zhì)的分光光度曲線,或吸取光譜曲線,如圖 6 1 所示；由圖可以看出,對應(yīng)于某一波長有著一個最大的吸取峰,用這一波長的入射光通過該溶液就有著最正確的靈敏度；從 1式可以看出,對于固定長度的吸取槽,在對應(yīng)最大吸取峰的波長下,測定不同濃度 C 的消光,就可以作出線性的 DC線,這就 圖 6-1 分光光度曲線是定量分析的根底；也就是說,在該波長時,假設(shè)溶液遵守貝爾郎比定律,那么可以挑選這一波長來進(jìn)展定量分析；以上爭論是對于單組分溶液的情形,假如溶液中含有多種組分,情形就比擬復(fù)雜,要進(jìn)展分別爭論,大致有以下四種情形：1、混合物中各組分的特點(diǎn)吸取

5、不相重疊,既在波長1 時,甲物質(zhì)顯著吸取而其他組分的吸收可以忽視；在波長 2 時,只有乙物質(zhì)顯著吸取,而其他組分的吸取微不足道,這樣便可在1、2波長下分別測定甲、乙物質(zhì)組分；2、混合物中各組分的吸取帶相互重疊,而且他們都遵守貝爾郎比定律,對幾個組分即可在幾個適當(dāng)?shù)牟ㄟM(jìn)步展幾次吸光度的測量,然后列幾個聯(lián)立方程式,即可求分別算出幾個組分的含量；3、混合物中各組分的吸取帶相互重疊,但不遵守貝爾郎比定律；4、混合溶液中含有未知組分的吸取曲線；本試驗(yàn)用分光光度法測定弱電解質(zhì)溴酚藍(lán)的電離平穩(wěn)常數(shù)；溴酚藍(lán)是一種酸堿指示劑,本身帶有顏色且在有機(jī)溶劑中電離度很小,所以用一般的化學(xué)分析法或其他物理化學(xué)方法很難測定

6、其電離平穩(wěn)常數(shù)；而分光光度法可以利用不同波長對其組分的不同吸取來確定體系中組分的含量,從而求算溴酚藍(lán)的電離平穩(wěn)常數(shù)；溴酚藍(lán)在有機(jī)溶劑中存在著以下的電離平穩(wěn)： HA = H +A其平穩(wěn)常數(shù)為：Ka H A K a 62 HA 溶液的顏色是由顯色物質(zhì) HA與 A引起的,其變色 X 圍 PH在 3.1 4.6 之間,當(dāng) PH 3.1時,溶液的顏色主要由 HA引起的,呈黃色；在 PH4.6 時,溶液的顏色主要由 A引起,呈藍(lán)色； 試驗(yàn)證明, 對藍(lán)色產(chǎn)生最大吸取的單色光的波長對黃色不產(chǎn)生吸取,在其最大吸取波長時黃色消光為 0 或很??；因此,本試驗(yàn)我們所爭論的體系應(yīng)屬于上述爭論的第一種情形；用對 A產(chǎn)生最

7、大吸取波長的單色光測定電離后的混合溶液的消光,可求出 A的濃度；令 A在顯色物質(zhì)中所占的分?jǐn)?shù)為X,那么 HA所占的摩爾分?jǐn)?shù)為1X,所以Ka1XXA 6 3 4 或者寫成： lg1XXPHlgK a 6 ,就可以運(yùn)算出電離平穩(wěn)常數(shù)PH值與溶液中的 HA 和A依據(jù)上式可知,只要測定溶液的Ka；DOC. 在極酸條件下,HA未電離,此時體系的顏色完全由 HA引起,溶液呈黃色；設(shè)此時體系的消光度為 D1；在極堿條件下,HA完全電離,此時體系的顏色完全由 A引起,此時的消光度為 D2,D為兩種極端條件之間的諸溶液的消光度,它隨著溶液的 PH而變化,D1 XD1+XD 2；D D 1XD 2 D代入 4式中

8、得：lgDD 1PHPKa 65 D1對 PH作圖應(yīng)為始終線,D2D在測定 D1、D2后,再測一系列PH下的溶液的光密度, 以 lg D D2D由其在橫軸上的截距可求出pKa,從而可得該物質(zhì)的電離平穩(wěn)常數(shù)；3. 試驗(yàn)局部一儀器與試劑試劑： 5 10-5mol dm-3 的溴酚藍(lán)溶液, 0.1mol dm-3 的 HcL 溶液1 mol dm-3 的 HcL 溶液 0.1 mol dm-3 的 NaOH溶液0.2 mol dm-3NaOH溶液 0.1 mol dm-3 鄰苯二甲酸氫鉀溶液 1臺儀器：722 型分光光度計 1臺,超級恒溫水浴10mL移液管 3支, 25mL移液管 1 支25mL量筒

9、 1只,滴管假設(shè)干100mL容量瓶 11個（二） 試驗(yàn)過程1、打開超級恒溫水浴使之恒溫在25,打開分光光度計,預(yù)熱儀器,同時掀開樣品室蓋； 2 、確定溶液的最大吸取波長；1用 20mL移液管精確移取 510-5mol dm-3 的 B.P.B 溶液 20mL,置于一個洗潔凈的 100mL的容量瓶中,并用 50ml 的移液管精確參與 50mL0.1 mol dm-3 的鄰苯二甲酸氫鉀緩沖溶液,加 H2O稀釋到刻度,得 1.0 10-5mol dm-3 的 B.P.B 溶液； 2取 cm厚度的比色皿兩只,分別用 H2O和 1.0 10-5mol dm-3 的 B.P.B 溶液洗凈,再分別裝入 2/

10、3 體積的 H2O和 1.0 10-5 mol dm-3 的 B.P.B 溶液,把比色皿兩光面擦干,正確插入光度計恒溫比色槽中, 用蒸餾水作空白溶液,用以校正儀器； 放在最外面的一個槽內(nèi)便于測量；3在 480 630nm波長 X 圍內(nèi), 從低到高逐一挑選儀器的入射光波長,用空白溶液蒸餾水在 T 檔校正儀器的 0 點(diǎn)和 100,并用吸光旋鈕調(diào) H2O 的吸光度為 0,再測量兩種不同溶液的吸光度； 在 480560 的 X 圍內(nèi)每隔 10nm測一次,在 560600nmX圍內(nèi)每隔 5nm測一次；將所得的結(jié)果以吸光度D對 作圖,或從測量數(shù)據(jù)直接讀出B.P.B 溶液的最大吸取波長；DOC. 3、各個不

11、同酸度的溴酚藍(lán)溶液配置；取 7 只 100mL的潔凈容量瓶,分別參與 20mL 510-5mol dm-3 的 B.P.B 溶液,再分別參加 50mlL0.1 mol dm-3 鄰苯二甲酸氫鉀溶液；參與的 HCL和 NaOH的量以下表為準(zhǔn),再加稀釋至刻度；可分別得到不同 PH值下的 B.P.B 溶液；溶液號 PH值 X10.1 moldm-3HCl溶液號 PH值 X10.1 moldm-3 NaOH1 3.2 16.00mL 5 4.2 3.00mL 2 3.4 10.00mL 6 4.4 7.00mL 3 3.6 6.00mL 7 4.6 11.00mL 4 3.8 3.00mL 4、不同酸

12、度下,溴酚藍(lán)溶液 pH值的測定；將上述七種不同酸度的溴酚藍(lán)溶液用酸度計測量相應(yīng)的 pH 值；5、不同酸度下,溴酚藍(lán)溶液吸光度 D的測定；1將波長固定在 max處,把已經(jīng)恒溫的溶液逐一以蒸餾水作參比,測量其吸光度,可得一系列的 D值；由于在 max的波長下,對 HA不產(chǎn)生吸取,所以此時的 D是 A的吸取供應(yīng)的；測量過程中留意溶液恒溫；2取兩只 100mL容量瓶,分別參與 20mL510-5mol dm-3 的 B.P.B 溶液；在一支容量瓶中參與 50mL0.2 mol dm-3 的 NaOH溶液稀釋到刻度,得 B.P.B 的極堿溶液,在另一支容量瓶中參與 1 mol dm-3 的 HCL溶液

13、10mL,稀釋至刻度,得 B.P.B 的極酸溶液；3在分光光度計上快速測量極酸溶液、極堿溶液的吸光度 D1和 D2,測量結(jié)果應(yīng)說明,極酸時溶液呈黃色,在 max情形下,測得的吸光度為 0；4. 結(jié)果與爭論 4.1 確定最大吸取波長不同波長下的吸光度D表540 550 560 565 恒溫槽溫度 :25.01 /nm 480 490 500 510 520 530 D -0.452 -0.457 -0.457 -0.453 -0.441 -0.427 -0.403 -0.78 -0.348 -0.333 580 585 590 595 600 610 620 630 /nm 570 575 D

14、-0.312 -0.289 -0.253 -0.164 -0.205 -0.206 -0.232 -0.336 -0.421 -0.460 以吸光度對波長做圖確定最大吸取波長DOC. 吸 光 度D -0.15-0.20-0.25-0.30-0.35-0.40-0.45-0.50460480500520540560580600620640 D- 關(guān)系圖5 波長 /nm 由上圖可知最大吸取波長為585nm. 4.2 在最大波長下測定不同pH下溴酚藍(lán)溶液的吸光度6 7 =585 nm 恒溫槽溫度 :24.80 序號1 2 3 4 D -0.419 -0.374 -0.333 -0.284 -0.18

15、3 -0.127 -0.085 pH 3.287 3.563 3.750 3.920 4.270 4.450 4.610 4.2 測定極酸極堿溶液的吸光度 恒溫槽溫度 :25.10 D1= - 0.500 D2 = 0.050 4.3 數(shù)據(jù)處理運(yùn)算 lgDD 1, 并對 pH 做圖4567D 2D序號123 D-0.419-0.374-0.333-0.284-0.183-0.127-0.085lgD2D1- 0.763-0.527 -0.360 -0.189 0.137 0.324 0.488 DD pH3.2873.5633.7503.9204.2704.4504.610用 origin 作

16、圖DOC. lgDD 10.6D 2D0.40.20.0-0.2-0.4-0.6-0.83.23.43.63.84.04.24.44.64.8pH Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * X ParameterValueError - A-3.90380.05138 B0.949250.01283 RSDNP 0.999540.0152570.0001 線性擬合得 Y= -3.9 + 0.95X 4.4 求出 Ka由上述方程可知 -p Ka = -3.9 求得 Ka= 1.26 10-4 查資料 常用酸堿指示劑的變色區(qū)間與 知所測結(jié)果偏??；pKa

17、值【25】 得 BPB的 pKa=4.10. 與所測結(jié)果比擬相對誤差3.90-4.10/4.10 100% = -4.9% DOC. 5. 結(jié)果分析 5.1 由所求的 pKa 可知本次試驗(yàn)所得結(jié)果偏小,試驗(yàn)數(shù)據(jù)存在一點(diǎn)偏差；D D 1由理論運(yùn)算可知 lg PH PKa 即圖中 y 與 x 成正比,且比例系數(shù)為 1. 但實(shí)D 2 D驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示 Y= -3.9 + 0.95X 比例系數(shù)為 0.95 ,與理論結(jié)果相比偏小,但線性關(guān)系仍不錯,幾乎在同一條直線上；造成上述偏差的緣由有：（1）儀器問題；本試驗(yàn)儀器722 型分光光度計不太穩(wěn)固,在整個試驗(yàn)過程中靈敏度檔達(dá)到了最大值 8,調(diào)劑空白參比溶液時透光

18、率不能穩(wěn)固在 100,總有肯定的浮動,且變化仍有點(diǎn)大；可想而知在在最大波長下測BPB吸光度時透光率也會有所變動；（2）pH 測量有誤差；有試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知實(shí)測的溶液 pH與配置標(biāo)準(zhǔn)的 pH 不一樣,且相差仍比擬大； 一方面是溶液配制過程中液體量取過程有點(diǎn)偏差,但應(yīng)不會造成太大問題,另一方面就是用 pH 測定溶液 pH時造成較大誤差； 可能緣由是 1. 用于校準(zhǔn) pH 計的標(biāo)準(zhǔn)溶液由于放置過久或被污染濃度發(fā)生較大變化；2.pH 計自身不太穩(wěn)固；試驗(yàn)過程中 pH計的讀數(shù)總是不能很好穩(wěn)固,等待 5-6 分鐘后,每隔半分鐘左右 pH讀數(shù)仍會有所減低；（3）極酸極堿溶液的配制；試驗(yàn)中每次數(shù)據(jù)處理都用到極酸極

19、堿的吸光度,假設(shè)極酸極堿的濃度不精確會直接導(dǎo)致結(jié)果有所偏差；但實(shí)際上由于極酸極堿的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于或小于其他溶液的 pH,由所測的吸光度也可以看出；故極酸極堿造成的偏差時很小的；（4）溫度不穩(wěn)固；文獻(xiàn)所給溫度為 25 ,而試驗(yàn)溫度有所不同；測定不同溶液的 pH時溫度為 24.80 ,而測定極酸極堿的吸光度是的溫度為 造成肯定偏差；25.10 ；由于溫度的浮動也可能 5.2 本試驗(yàn)所測的全部吸光度都為負(fù)值,其緣由可能是空白比照的比色皿與樣品比色皿比照方向放反了, 造成結(jié)果為負(fù)值； 但是試驗(yàn)數(shù)據(jù)差值仍舊有效,5.3 結(jié)論： Ka = 1.26 10-4 參考文獻(xiàn)故不影響試驗(yàn)結(jié)果的精確性；1. 李龍泉,林長山,朱玉瑞,呂靜慈,江萬權(quán)定量分析化學(xué)中國科學(xué)技術(shù)高校 2022 2.X 獻(xiàn)英,何燕雄,袁紹純. 物理化學(xué)試驗(yàn)中國科學(xué)技術(shù)高校