分析化學(xué)(第四版-高職高?；瘜W(xué)教材編寫組)-第九章-吸光光度法課件

1、分析化學(xué)（第四版）分析化學(xué)（第四版）第九章 吸光光度法“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材第九章 吸光光度法“十二五”職業(yè)教育國家規(guī)劃教材主要內(nèi)容第一節(jié) 概述第二節(jié) 吸光光度法的基本原理第三節(jié) 分光光度計第四節(jié) 顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇第五節(jié) 測量條件的選擇第六節(jié) 定量分析方法及應(yīng)用示例主要內(nèi)容第一節(jié) 概述學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)了解吸光光度法的分類和特點。掌握吸收定律的成立條件、表達式及物理意義。理解分光光度計的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。掌握定量分析方法和測量條件的選擇。學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)能力目標(biāo)能繪制吸收曲線。能正確選擇顯色條件和光度測量條件。能應(yīng)用吸光光度法對樣品中的微量成分進行定量分析。能力目標(biāo)知識回顧 前

2、面所學(xué)滴定分析和質(zhì)量分析都屬于化學(xué)分析法，適用于含量高于1%常量組分的測定，測定結(jié)果的相對誤差可控制在0.2%以內(nèi)。但不宜測定含量低于1%的微量成分。實例：含F(xiàn)e約0.05%的樣品 稱0.2 g試樣, 則mFe0.1 mg重量法 得沉淀mFe2O30.14 mg，稱不準(zhǔn)容量法 消耗VK2Cr2O70.02 mL,，測不準(zhǔn) 光度法 結(jié)果0.048%0.052%， 滿足要求知識回顧 前面所學(xué)滴定分析和質(zhì)量分析都屬于化學(xué) KMnO4水溶液呈深紫色，K2CrO4溶液呈橙色，CuSO4溶液呈藍色當(dāng)這些有色物質(zhì)溶液的濃度發(fā)生變化時，溶液顏色的深淺也隨之改變，濃度越大，顏色越深。一、吸光光度法的分類 物質(zhì)呈

3、現(xiàn)不同的顏色其本質(zhì)是對光的選擇性吸收； 顏色深淺隨濃度而變化是對光的吸收程度不同。通過深入研究，人們發(fā)現(xiàn)：第一節(jié) 概 述 KMnO4水溶液呈深紫色，K2Cr通過比較溶液顏色的深淺來測定物質(zhì)的含量的方法，稱為目視比色法。目前普遍采用分光光度計測量吸光度以代替比較顏色深淺，應(yīng)用分光光度計的分析方法稱為分光光度法。 分光光度法根據(jù)物質(zhì)對不同波長的單色光的吸收程度不同進行定性和定量分析。按照研究的波譜區(qū)域不同，可分為：分光光度法紫外分光光度法200-400nm紅外分光光度法780-3.0104nm 可見分光光度法 400-780nm通過比較溶液顏色的深淺來測定物質(zhì)的含量的方法，稱為目視比色法吸光光度法

4、比色分析法分光光度法 吸光光度法是基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法。 吸光光度法比色分析法分光光度法 吸光光度法是基于物質(zhì)對 1. 靈敏度高：常用于測定試樣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（10-210-8）的微量或痕量組分。 二、吸光光度法特點 2. 準(zhǔn)確度高：一般分光光度法的相對誤差25，能夠滿足微量組分的測定要求。 3. 儀器簡單，操作簡便、快速 4. 應(yīng)用廣泛 幾乎所有的無機離子和許多有機化合物都能直接或間接用吸光光度法測定。在化工、醫(yī)藥、冶金、環(huán)境保護、地質(zhì)等諸多領(lǐng)域已成為必不可少的測試手段之一。 1. 靈敏度高：常用于測定試樣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（10-2（一）光的基本特性射線x射線紫外光紅外光微

5、波無線電波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可 見 光一、物質(zhì)對光的選擇性吸收1.電磁波譜：光是一種電磁波第二節(jié) 吸光光度法的基本原理（一）光的基本特性射線x射線紫外光紅外光微波無線電波102.可見光、單色光和互補色光可見光：人眼能感覺到的那一小段光，波長范圍約400780nm 單色光：單一波長的光組成。單色光其實是一種理想的“單色”，實際上含有少量其它波長的色光復(fù)合光：由不同波長的光組合而成的光互補色光：兩種適當(dāng)顏色的單色光按一定強度比例混合可得到白光，這兩種單色光稱為互補色光。2.可見光、單色光和互補色光可見光：人眼能

6、感覺到的那一小段光（二）物質(zhì)對光的選擇性吸收 一種物質(zhì)呈現(xiàn)何種顏色，與入射光組成和物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān),而溶液呈現(xiàn)不同的顏色是由于溶液中的吸光質(zhì)點(離子或分子)選擇性地吸收某種顏色的光而引起的。 1.物質(zhì)顏色的產(chǎn)生（二）物質(zhì)對光的選擇性吸收 一種物質(zhì)呈現(xiàn)何種顏色，與入 如果對某種色光產(chǎn)生選擇性吸收，則溶液呈現(xiàn)透射光的顏色，即溶液呈現(xiàn)的是它吸收光的互補色光的顏色。如硫酸銅溶液選擇性地吸收了白色光中的黃色光，所以呈現(xiàn)藍色。 如果入射光全部透過（不吸收），則溶液無色透明。常見的有下列三種情況： 當(dāng)白光通過某一均勻溶液時，如果各種波長光幾乎全部被吸收，則溶液呈黑色。 如果對某種色光產(chǎn)生選擇性吸收，則溶液

7、呈現(xiàn)透射光的顏溶液的顏色與光吸收的關(guān)系完全吸收完全透過吸收黃色光光譜示意表觀現(xiàn)象示意復(fù)合光溶液的顏色與光吸收的關(guān)系完全吸收完全透過吸收黃色光光譜示意表不同顏色的可見光波長及其互補光紅650 760綠藍橙610 650藍黃580 610紫黃綠560 580紅紫綠500 560紅藍綠490 500橙綠藍480 490黃藍450 480黃綠紫400 450互補光顏色/nm藍綠 互補色光和各種顏色光的波長范圍，可作為光度測定時選擇測量波長的參考不同顏色的可見光波長及其互補光紅650 760綠藍橙61 若以不同波長的光照射某一溶液，并測量每一波長下溶液對光的吸收程度（即吸光度A），以吸光度為縱坐標(biāo)，相應(yīng)

8、波長為橫坐標(biāo)，所得A-曲線，稱為吸收曲線。它更清楚地描述了物質(zhì)對光的吸收情況。四種不同濃度KMnO4溶液的吸收曲線2.物質(zhì)的吸收曲線 任何一種溶液對不同波長光的吸收程度是不一樣的。 若以不同波長的光照射某一溶液，并測量每一波長 同一物質(zhì)不同濃度的溶液，在一定波長處吸光度隨溶液濃度的增加而增大 定量分析的依據(jù) 定量分析時，在max處測定A，其靈敏度最高，因此吸收曲線是吸光光度法選擇測量波長的重要依據(jù)。從圖中可以看出： 吸光度最大處的波長稱為最大吸收波長，用max表示，例如的KMnO4溶液的 max =525nm。 同一物質(zhì)不同濃度的溶液，在一定波長處吸光度隨溶液濃3.物質(zhì)對光產(chǎn)生選擇性吸收的原因

9、 物質(zhì)對可見光的吸收與物質(zhì)分子中電子能級和分子振動、轉(zhuǎn)動能級的躍遷有關(guān)。由于這些能級是量子化的，所以分子在這些能級之間的躍遷也只能吸收一定的能量。即只有當(dāng)入射光的光子能量與分子內(nèi)兩能級之間的能量差相等時，分子才能吸收該光子，分子本身從基態(tài)被激發(fā)到激發(fā)態(tài)。不同物質(zhì)的激發(fā)態(tài)和基態(tài)的能量差不同，選擇性吸收光子的波長也不同，此即物質(zhì)對光產(chǎn)生選擇性吸收的原因。分子吸收光譜為帶狀的連續(xù)光譜。3.物質(zhì)對光產(chǎn)生選擇性吸收的原因 物質(zhì)對可見光的吸收與二、光吸收的基本定律: Lambert-Beer定律當(dāng)一束平行單色光，通過一均勻的溶液后，光的強度會減弱 。I0 = Ia + It入射光強度吸收光強度透過光強度二

10、、光吸收的基本定律: Lambert-Beer定律當(dāng)一束平（1）透光度T （透射比）Transmittance定義透光度：T 取值為0.0 1.0全部吸收 全部透射 A = lg(1/T) = -lgT（2）吸光度A (Absorbance）A 取值為 0.0 全部透射全部吸收二者關(guān)系為：定義吸光度 ：1.透射比和吸光度（1）透光度T （透射比）Transmittance定義透2. 朗伯-比爾定律 朗伯和比爾分別研究了吸光度與液層厚度和吸光度與濃度之間的定量關(guān)系，合稱朗伯-比爾定律，其數(shù)學(xué)表達式為：吸光度吸收層厚度(cm)吸光質(zhì)點濃度A=lg(I0/It)=kbc 物理意義:當(dāng)一束平行單色光通

11、過均勻、透明的吸光介質(zhì)時，其吸光度與吸光質(zhì)點的濃度和吸收層厚度的乘積成正比吸光光度法定量分析的理論基礎(chǔ)2. 朗伯-比爾定律 朗伯和比爾分別研究了吸光度與液層K的取值與濃度的單位有關(guān)K 比例常數(shù)入射光波長物質(zhì)的性質(zhì)溫度3. 吸光系數(shù)當(dāng)c的單位為gL-1時，比例常數(shù)用a 表示，稱為質(zhì)量吸光系數(shù) Aa b 當(dāng)c的單位用molL-1時，比例常數(shù)用表示,稱為摩爾吸光系數(shù) A b c a 的單位: Lg-1cm-1 的單位: Lmol-1cm-1A=kbcK的取值與濃度的單位有關(guān)K 比例常數(shù)入射光波長物質(zhì)的性質(zhì)溫度三、偏離朗伯-比爾定律的原因 出現(xiàn)的現(xiàn)象： 在高濃度端，A與c偏離線性，呈彎曲狀。 產(chǎn)生原因

12、：1.單色光不純 現(xiàn)有儀器無法獲得純單色光，只能獲得小范圍的復(fù)合光。 通常選擇吸光物質(zhì)的最大吸收波長max為入射光的波長，以保證測定有較高的準(zhǔn)確度和靈敏度。三、偏離朗伯-比爾定律的原因 出現(xiàn)的現(xiàn)象： 在高濃度端，A與3 .溶液本身引起的偏差1）若溶液濃度大于0.01molL-1時，粒子間的相互作用2）溶液以膠體、乳濁、懸浮狀態(tài)存在時，有反射、散射作用2 .化學(xué)因素溶液中的吸光物質(zhì)常因解離、締合或產(chǎn)生副反應(yīng)而改變其濃度，導(dǎo)致偏離。因此應(yīng)嚴(yán)格控制顯色劑的用量，減少或避免這類偏離。3 .溶液本身引起的偏差1）若溶液濃度大于0.01molL分光光度法的基本部件 用于測定試樣吸光度的儀器稱為分光光度計，

13、其基本結(jié)構(gòu)由五部分構(gòu)成。光源單色器樣品室檢測器顯示一、分光光度計的基本組成部件第三節(jié) 分光光度計分光光度法的基本部件 用于測定試樣吸光度的儀器稱為分光光源：發(fā)出所需波長范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，有足夠的光強度,穩(wěn)定?？梢姽鈪^(qū)：鎢燈，碘鎢燈(3202500nm)紫外區(qū)：氫燈，氘燈(180375nm)單色器：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置 棱鏡: 玻璃3503200nm, 石英185400nm 光柵: 波長范圍寬,色散均勻,分辨率高, 使用方便光源：發(fā)出所需波長范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，有足夠的光強度,穩(wěn)定。 吸收池(比色皿)：用于盛待測及參比溶液。 可見光區(qū)：光學(xué)玻璃池 紫外區(qū)：石英池 規(guī)格：0.5，1

14、，2，3，5cm不等檢測器：利用光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換成電流信號。 光電池，光電管，光電倍增管信號處理及指示器：數(shù)字顯示，自動掃描記錄等樣品室：用于放置各種類型的吸收池和相應(yīng)的池架附件 吸收池(比色皿)：用于盛待測及氙燈氫燈鎢燈光源吸收池氙燈氫燈鎢燈光源吸收池二、分光光度計的類型 1.根據(jù)分光光度計的光源所提供波長的范圍，分為可見分光光度計（波長范圍400780nm）和紫外可見分光光度計(波長范圍2001000nm)；2.根據(jù)光路設(shè)計分為單光束分光光度計和雙光束分光光度計；3.根據(jù)測量中提供的波長數(shù)分為單波長分光光度計和雙波長分光光度計。 二、分光光度計的類型 1.根據(jù)分光光度計的光源所提供波

15、可見光區(qū)的吸光光度分析，首先要利用顯色反應(yīng)將待測組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩镔|(zhì)，然后進行測定。顯色劑：將待測組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩镔|(zhì)的化學(xué)試劑顯色反應(yīng)：M + R MR被測組分有色物質(zhì)顯色劑第四節(jié) 顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇 可見光區(qū)的吸光光度分析，首先要利用顯色反應(yīng)將1.靈敏度高，大。2.選擇性好，干擾少。3.顯色后的物質(zhì)組成恒定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。4.有色物質(zhì)與顯色劑顏色差別大。顯色劑在測定波長處無明顯吸收, max 60 nm;M + R MR一、對顯色反應(yīng)的要求1.靈敏度高，大。M + R 影響因素二、顯色條件的選擇M + R MROH-M（OH）nH+HnR顯色劑用量酸度溫度顯色時間溶劑溶液中共存離子影響因

16、素二、顯色條件的選擇M + 1.酸度pH 酸度對顯色反應(yīng)有多方面影響，合適的酸度需通過實驗確定。 固定cM、cR，改變pH，配系列溶液，分別測其吸光度，繪圖。1.酸度pH 酸度對顯色反應(yīng)有多方面影響，合適的酸度需2. 顯色劑用量 為使顯色反應(yīng)完全，需加入過量的顯色劑，但有時顯色劑太多，引起副反應(yīng)，用量通過實驗選擇。 cM、pH，改變cR，配系列溶液，分別測其吸光度，繪圖。cRcRcRMo(SCN)32+ 淺紅Mo(SCN)5 橙紅Mo(SCN)6- 淺紅Fe(SCN)n3-n2. 顯色劑用量 為使顯色反應(yīng)完全，需加入過量的顯色劑3. 顯色時間 有的顯色反應(yīng)瞬間完成，有的需要放置一定時間。有的放

17、置時間太長不穩(wěn)定，通過實驗選擇。4. 顯色溫度顯色反應(yīng)要在合適的溫度下進行 固定cM、 cR 、 pH，改變溫度和時間2550t /minA3. 顯色時間 有的顯色反應(yīng)瞬間完成， 有時在顯色反應(yīng)中加入有機溶劑，可提高顯色反應(yīng)的靈敏度。5.溶劑6.溶液中共存離子的影響 共存離子有色或顯色劑反應(yīng)生成有色物質(zhì)干擾測定，需設(shè)法消除或提前分離之。 有時在顯色反應(yīng)中加入有機溶劑，可提高顯色反應(yīng)的靈敏度。三、顯色劑的種類無機顯色劑（少用）過氧化氫鉬酸銨硫氰酸鹽等有機顯色劑：偶氮類、三苯甲烷類等,應(yīng)用廣泛三、顯色劑的種類無機顯色劑過氧化氫有機顯色劑：偶氮類、三苯甲應(yīng)根據(jù)吸收曲線，一般選擇最大吸收時的波長max

18、.一、入射光波長的選擇有干擾A無干擾，選擇 max優(yōu)點：A1.非單色光影響小2.靈敏度高原則： 吸收最大，干擾最小第五節(jié) 測量條件的選擇應(yīng)根據(jù)吸收曲線，一般選擇最大吸收時的波長max.一、入射光二、參比溶液的選擇 吸光度的測量：將被測溶液盛放在吸收池中，放入分光光度計光路中。如圖所示：MR吸收試樣中其他成分吸收溶劑和試劑吸收吸收池對光的反射和吸收A=lg(I0/It)二、參比溶液的選擇 吸光度的測量：將被測溶 目的是為了消除由于比色皿、溶劑及試劑對入射光的反射和吸收等帶來的誤差。A （樣品） = A （MR） + A （干擾）+ A （吸收池）A （參比） = A （干擾）+ A （池）=0

19、為了使吸光度真正反映待測組分的濃度，需扣除非待測組分的影響使用參比溶液，將不含待測離子的溶液或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，使不含待測離子溶液處于T=100%（A=0）處。A （樣品）- A （參比）= A （MR）= kbc 目的是為了消除由于比色皿、溶劑及試劑對入射光 1）當(dāng)試液、顯色劑及所用的其它試劑在測量波長處均無吸收，僅MR有吸收，可用純?nèi)軇┳鲄⒈热芤骸?如：制備鄰二氮菲（phen）Fe2+標(biāo)準(zhǔn)曲線 選擇參比溶液的原則：試液的吸光度真正反映待測組分的濃度。 2）顯色劑或其他試劑也有吸收，可用空白溶液作參比 例:鄰二氮菲光度法測Li2CO3中的 Fe， 參比溶液

20、為不含Li2CO3樣品的所有試劑。 3）待測液也有吸收，可用待測液作參比。 如：測汽水中的 Fe 1）當(dāng)試液、顯色劑及所用的其它試劑在測量波長處均無吸三、吸光度范圍的選擇 儀器光源不穩(wěn)定、實驗條件的偶然變動、讀數(shù)精度變動等都會帶來測量誤差。光度分析誤差化學(xué)因素儀器因素濃度測量的相對誤差與T(或A)的關(guān)系：儀器讀數(shù)誤差對于給定的儀器，讀數(shù)誤差T為一常數(shù)三、吸光度范圍的選擇 儀器光源不穩(wěn)定、實驗條件的偶然變動1086420204060800.70.40.20.1AT/%Er(36.8)0.434實際工作中，應(yīng)控制T在1570, A在0.20.8之間(調(diào)c, b, ) 因此，在不同的吸光度范圍內(nèi)儀器

21、讀數(shù)對測定帶來不同程度的誤差。1086420204060800.70.40.20.1AT/一、定量分析方法（一）目視比色法 用眼睛觀察、比較待測物質(zhì)溶液顏色深淺以確定其含量的方法。 標(biāo)準(zhǔn)系列法：將標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測溶液在相同條件下進行顏色對比， 因入射光相同（日光或燈光），吸光系數(shù)相等，因此當(dāng)溶液液層厚度相同、顏色深度一樣時，二者的濃度相等。第六節(jié) 定量分析方法及應(yīng)用示例一、定量分析方法（一）目視比色法 用眼睛觀察、比較待測比色管觀察方向c4c3c2c1c1c2c3c4標(biāo)準(zhǔn)液系列法 一套直徑、長度、玻璃厚度、玻璃成分都相同的平底比色管比色管觀察方向c4c3c2c1c1c2c3c4標(biāo)準(zhǔn)液系列法 特點

22、：靈敏、儀器簡單、操作方便 ，準(zhǔn)確度差。常用于限界分析。 國標(biāo)規(guī)定白酒中甲醇含量0.04g/100mL品紅亞硫酸法測定標(biāo)準(zhǔn)系列未知樣品特點：靈敏、儀器簡單、操作方便 ，準(zhǔn)確度差。常用于限界分析。（二）分光光度法1.單一組分的定量分析（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法 選取與被測物質(zhì)含有相同組分的標(biāo)準(zhǔn)品，配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按所需條件顯色后，選擇測定波長和適當(dāng)?shù)谋壬?，分別測定它們的吸光度A。以A為縱坐標(biāo)，濃度c或為橫坐標(biāo)，繪制吸光度與濃度的關(guān)系曲線，稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線。 0 1.0 2.0 3.0 4.0 (mg/mL)A。 。 。 。0.800.600.400.200.00（二）分光光度法1.單一組分的定

23、量分析（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法 在相同條件下測得試液的吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出試液的濃度，再計算試樣中待測組分的含量。（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法 0 1.0 2.0 3.0 4.0 (mg/mL)A。 。 。 。*0.800.600.400.200.00Axcx 在相同條件下測得試液的吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查標(biāo)準(zhǔn)曲線法準(zhǔn)確、簡便，尤其適用于批量樣品的常規(guī)分析。 由于受到各種因素的影響，實驗測出的各點可能不完全在一條直線上，手工繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線或多或少帶有主觀性，若根據(jù)最小二乘法原理對實驗數(shù)據(jù)進行線性回歸處理，確定的回歸直線就會更準(zhǔn)確。 設(shè)有n個實驗點（xi，yi），其回歸直線方程可表示為： y=a+bx 式中x為標(biāo)

24、準(zhǔn)溶液的濃度，y為相應(yīng)的吸光度；a、b為回歸系數(shù)，a表示直線的截距，b表示斜率。標(biāo)準(zhǔn)曲線法準(zhǔn)確、簡便，尤其適用于批量樣品的常規(guī)分析。 由于其中： 當(dāng)a和b確定之后，一元線性回歸方程及回歸直線就確定了，利用該方程可以求得線性范圍內(nèi)試樣吸光度所對應(yīng)的濃度。其中： 當(dāng)a和b確定之后，一元線性回歸方程及回歸 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性的好壞可用回歸方程的線性相關(guān)系數(shù)r來表示：r越接近于1，說明線性越好，分光光度法一般要求r0.999。 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性的好壞可用回歸方程的線性相關(guān)系數(shù)（2）比較法 在實際工作中，對于個別樣品的測定，有時也采用比較法。這種方法是用一個已知準(zhǔn)確濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液cs，在一定條件下測定其吸光度As ，然后在相同條件下測定試液cx的吸光度Ax，當(dāng)試液和標(biāo)準(zhǔn)溶液完全符合朗伯-比爾定律時：使用這種方法要求cs與cx很接近，且都符合吸收定律。（2）比較法 在實際工作中，對于個別樣品的測定2、 多組分含量的測定多組分樣品的吸收曲線有三種情況1）各組分吸