10吸光光度法解析

吸光光度法

1教學要求光的基本性質(zhì)及在分析化學中的應(yīng)用;可見光吸取光譜的產(chǎn)生及特征。吸光光度法的基本原理。比色和分光光度法儀器的原理、構(gòu)造。顯色反應(yīng)及影響因素。光度法測量誤差及測量條件的選擇。吸光光度法在定量分析中的應(yīng)用。2參考書目武漢高校分析化學第三版高等教化出版社彭崇慧等定量分析化學簡明教程第2版北京高校出版社高華壽等化學平衡與滴定分析高等教化出版社張錫瑜等化學分析原理科學出版社林邦A(yù)著分析化學中的絡(luò)合作用戴明譯高等教化出版社林樹昌胡乃非分析化學（化學分析部分）高等教化出版社等等3基于被測物質(zhì)的分子對光具有選擇吸取的特性而建立的分析方法。包括比色法、可見及紫外分光光度法、紅外光譜法等。一.定義二.特點(1)靈敏度高：檢測下限10-5~10-6mol/L,微量組分(2)精確度高：相對誤差2~5%(3)應(yīng)用廣泛：測多數(shù)無機物和很多有機物(4)操作簡便，快速，儀器設(shè)備易普及第一節(jié)吸光光度法概述4其次節(jié)吸光光度分析基本原理

一、物質(zhì)的顏色和對光的選擇性吸取1．光的基本性質(zhì)光是一種電磁波，具有波粒二象性。波動性：=c；s=1/=/c粒子性：光的能量不是勻整連續(xù)分布的,而是集中在光子上.

E=h=hc/（h=6.626×10-34J·S)5射線x射線紫外光紅外光微波無線電波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可見光波長/nm400~430430~480480~500500~560560~590590~620620~760顏色紫色藍色青色綠色黃色橙色紅色62.吸取光譜產(chǎn)生的原理*吸取光譜是物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性吸取作用而產(chǎn)生的。*分為：原子吸取光譜和分子吸取光譜。1234SunlightAtmosphereSun(1)原子吸取光譜由原子外層電子選擇性地吸取某些波長的電磁波而引起線狀光譜。7分子具有三種不同能級：電子能級振動能級轉(zhuǎn)動能級

(2)分子吸取光譜帶狀光譜電子能級躍遷:產(chǎn)生紫外及可見吸取光譜。分子振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷:產(chǎn)生紅外吸取光譜。8吸取光譜原子內(nèi)電子躍遷S2S1S0S3hE2E0E1E3S2S1S0hAhhh分子內(nèi)電子躍遷帶狀光譜線狀光譜A9(3)物質(zhì)對光的選擇吸取?E=E2-E1=h物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)不同，所能吸取光的波長也不同，這就構(gòu)成了物質(zhì)對光的選擇吸取基礎(chǔ)。例：A物質(zhì)B物質(zhì)同理，得：1eV=1.610-19J10*單色光：具同一波長的光。*復合光：由不同波長的光組成的光。*紫外光：波長200~400nm。*可見光：人眼能感覺到的光，波長400~750nm。由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各種色光按確定比例混合而成。*波段：各種色光的波長范圍。*互補色光：兩種顏色的光按確定比例混合，得到白光，這兩種顏色的光稱為互補色光。3.基本概念114、物質(zhì)的顏色物質(zhì)的顏色是由于物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性吸取作用而產(chǎn)生的。物質(zhì)吸取黃光，透過藍光，顯藍色。物質(zhì)吸取藍光，透過黃光。顯藍色。

互補光:藍光和黃光125.光吸取曲線（1）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸取波長λmax。λAλmax13(a)(b)(c)(d)220240260280

nm

A0000聯(lián)苯（己烷溶劑）；苯（己烷溶劑）；苯蒸汽；(d)Na蒸汽。（2）不同物質(zhì)，吸取曲線不同。作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。14(3)不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸取曲線形態(tài)相像,λmax不變。(4)不同濃度的同一種物質(zhì)，在任一波長下吸光度A有差異，但在λmax處吸光度A的差異最大，即在λmax處A隨濃度變更的幅度最大。測定最靈敏。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。15定性分析與定量分析的基礎(chǔ)定性分析基礎(chǔ)定量分析基礎(chǔ)物質(zhì)對光的選擇吸取在確定的試驗條件下，物質(zhì)對光的吸取與物質(zhì)的濃度成正比。ABAAc增大161)透光度(透光率,透射比)T描述入射光透過溶液的程度

T=It/I0（T：0~1）描述入射光被溶液吸取的程度A＝lg（I0/It)2)吸光度A1.基本概念吸光度A與透光度T的關(guān)系:A=-lgT二、光的吸取定律I0IaIt溶液17

2.朗伯-比耳定律

1760年朗伯(LambertJH):A∝b

1852年比耳(BeerA):A∝c

朗伯-比耳定律:一束平行單色光通過有色溶液，溶液的吸光度與溶液的濃度和厚度成正比.A＝lg（I0/It)=Kbc

K：與吸光物質(zhì)性質(zhì)、入射光波長及溫度等因素有關(guān)朗伯-比耳定律是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的依據(jù)。18A＝lg（I0/It)=εbcA：吸光度；描述溶液對光的吸取程度；b：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位；c：溶液的物質(zhì)的量濃度，單位mol·L－１；ε：摩爾吸取系數(shù)，單位L·mol－１·cm－１；

朗伯-比耳定律數(shù)學表達式ε

：濃度為1mol/L、液層厚度為1cm的溶液在某一波長下的吸光度。193、摩爾吸取系數(shù)ε（1）吸取物質(zhì)在確定波長和溫度條件下的特征常數(shù)；（2）不隨濃度c和光程長度b的變更而變更；（3）可作為定性鑒定的參數(shù)；（4）同一吸取物質(zhì)在不同波長下的ε值是不同的。在最大吸取波長λmax處的摩爾吸取系數(shù)，常以εmax表示。εmax表明白該吸取物質(zhì)最大限度的吸光實力，也反映了光度法測定該物質(zhì)可能達到的最大靈敏度。（5）εmax越大表明該物質(zhì)的吸光實力越強，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。ε>105：超高靈敏；ε=(6～10）×104：高靈敏；ε<2×104：不靈敏。20表示吸光光度分析的靈敏度

當儀器的檢測極限A=0.001時，單位截面積光程內(nèi)所能檢測出來的吸光物質(zhì)的最低含量，其單位為μg·cm-2，S與ε及吸光物質(zhì)摩爾質(zhì)量M的關(guān)系為：4.桑德爾靈敏度(靈敏度指數(shù))S215.吸光度的加和性含有多種吸光物質(zhì)的溶液，各吸光物質(zhì)的吸光質(zhì)點之間相互不發(fā)生化學反應(yīng)，各吸光物質(zhì)對某一波長的單色光均有吸取作用，當某一波長的單色光通過溶液時，溶液的總吸光度應(yīng)等于各吸光物質(zhì)的吸光度之和。A=A1+A2+A322例：某有色物質(zhì)的溶液,每50mL中含有該物質(zhì)0.1mmol,今用1cm比色皿,在某波長下測得透射比為10%,則吸光度A值為_______,摩爾吸取系數(shù)()值為______。若濃度增大,則透射比______,吸光度________,摩爾吸取系數(shù)_____________(增大、減小或不變)。1,500,減小,增大,不變23例:稱鋼樣0.500g，溶解后定容到50mL容量瓶，搖勻，從中取5.00mL到50mL容量瓶定容，用2cm比色皿在λ525nm，ε=2235，測A=0.124，計算Mn的百分含量。(MMn=54.94)解:A0.124c=——=————=2.77×10-5mol/L

εb2235×2

c·50·10-3

·M

·10

Mn%=——————×100%=15.2%

0.500

24例:某有色溶液,b=2.0cm時T=60%，若c增大一倍，T=？，若改用1cm時T，A各多少？解:(1)A=εbc若c增1倍,A’=2A,A=-lgTT’=T2=(0.60)2=0.36=36%

(2)A=εbcb’=1cm

A’=A/2=(-lgT)/2=0.111T’=10-A’=0.774=77.4%

250.575光源單色器吸取池檢測器顯示裝置1.基本部件第三節(jié)分光光度計26A.光源要求:光源強,穩(wěn)定,連續(xù)光譜氫燈氘燈鎢燈汞燈B.單色器

作用:將光源發(fā)出的復合光分解為單色光①入射狹縫：光源的光由此進入單色器；②準光裝置：透鏡或反射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵；④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；⑤出射狹縫。27色散元件：棱鏡和光柵棱鏡：依據(jù)光的折射原理而將復合光色散為不同波長的單色光玻璃棱鏡用于可見光范圍石英棱鏡用于紫外和可見光范圍光柵：依據(jù)光的衍射和干涉原理將復合光色散為不同波長的單色光28C.吸取池/比色皿用于盛放試液的容器。由無色透亮、耐腐蝕、化學性質(zhì)相同、厚度相等的玻璃或石英制成的。可見光區(qū)：玻璃吸取池紫外區(qū)：石英吸取池運用比色皿時應(yīng)留意保持清潔、透亮，避開磨損透光面。29D.檢測器

接受從比色皿發(fā)出的透射光并轉(zhuǎn)換成電信號進行測量。分類：光電管光電倍增管E.顯示裝置

作用:把放大的信號以吸光度A或透射比T的方式顯示或記錄下來常用的顯示裝置:檢流計、微安表、數(shù)字顯示記錄儀

302.分光光度計的類型簡介1）單光束分光光度計：簡潔，價廉，適于在給定波特長測量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性。0.575光源單色器吸收池檢測器顯示裝置312）雙光束分光光度計：自動記錄，快速全波段掃描?？上斯庠床环€(wěn)定、檢測器靈敏度變更等因素的影響，特殊適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器困難，價格較高。比值光源單色器吸收池檢測器顯示裝置光束分裂器32第四節(jié)光度分析法的設(shè)計顯色反應(yīng)顯色條件的選擇測量波長和吸光度范圍的選擇參比溶液的選擇標準曲線的制作33一、顯色反應(yīng)待測物質(zhì)本身有較深的顏色，干脆測定；待測物質(zhì)是無色或很淺的顏色，需進行顯色反應(yīng)(主要有氧化還原反應(yīng)和絡(luò)合反應(yīng)兩大類)顯色劑例如：鋼中微量錳的測定，Mn2＋不能干脆進行光度測定2Mn2＋＋5S2O82-＋8H2O=2MnO4-+10SO42-＋16H+將Mn2＋氧化成紫紅色的MnO4-后，在525nm處進行測定。341.顯色反應(yīng)的選擇A選擇性好，干擾少，或干擾簡潔消退;靈敏度高，有色物質(zhì)的ε應(yīng)大于104。B有色化合物的組成恒定，符合確定的化學式。Fe3++磺基水楊酸→三磺基水楊酸鐵(黃色)Fe3++SCN-→FeSCN2+、Fe(SCN)2+……C有色化合物的化學性質(zhì)穩(wěn)定，至少保證在測量過程中溶液的吸光度基本恒定。D有色化合物與顯色劑之間的顏色差別要大，即顯色劑對光的吸取與絡(luò)合物的吸取有明顯區(qū)分。352.顯色劑無機顯色劑:應(yīng)用不多，因其生成絡(luò)合物不穩(wěn)定，靈敏度及選擇性不高。有機顯色劑:大多能與金屬離子生成極其穩(wěn)定的螯合物，具有特征顏色，其選擇性、靈敏度均高。不少螯合物易溶于有機溶劑，可以進行萃取比色。生色團:某些含不飽和鍵的基團，如-N=N-,＞C=C＜,-N=O,＞C=O,＞C=S、醌基等.助色團:含孤對電子的基團，如-OH,-RH,-NH2,-NHR,-SH,-Cl,-Br,-I等。36有機顯色劑A磺基水楊酸OO型螯合劑，可與很多高價金屬離子生成穩(wěn)定的螯合物，主要用于測Fe3+。B丁二酮肟NN型螯合顯色劑，用于測定Ni2+。C1，10-鄰二氮菲NN型螯合顯色劑，測微量Fe2+。D二苯硫腙含S顯色劑，萃取光度測定Cu2+，Pb2+，Zn2+，Cd2+，Hg2+等。E偶氮胂Ⅲ(鈾試劑Ⅲ)偶氮類螯合劑，強酸性溶液中測Th(Ⅳ),Zr(Ⅳ)，U(Ⅳ)等；在弱酸性溶液中測稀土金屬離子。F鉻天青S三苯甲烷類顯色劑，測定Al3+。G結(jié)晶紫三苯甲烷類堿性染料，測定Tl3+。37二、顯色條件的選擇試驗條件包括:溶液酸度，顯色劑用量，試劑加入依次，顯色時間，顯色溫度，有機絡(luò)合物的穩(wěn)定性及共存離子的干擾等。（1）溶液的酸度M+HR=MR+H+*影響顯色劑的平衡濃度和顏色*影響被測金屬離子的存在狀態(tài)*影響絡(luò)合物的組成*pH與吸光度關(guān)系曲線確定pH范圍。38（2）顯色劑的用量M(被測組分)+R(顯色劑)=MR(有色絡(luò)合物)顯色劑：適當過量顯色劑加入太多，會引起副反應(yīng)

39（3）顯色反應(yīng)時間顯色反應(yīng)瞬間完成，溶液顏色很快達到穩(wěn)定狀態(tài)，并在較長時間內(nèi)保持不變;顯色反應(yīng)雖能快速完成，但有色絡(luò)合物的顏色很快起先褪色;顯色反應(yīng)進行緩慢，溶液顏色需經(jīng)一段時間后才穩(wěn)定。（4）顯色反應(yīng)溫度：顯色反應(yīng)大多在室溫下進行。但是，有些顯色反應(yīng)必需加熱至確定溫度完成。（5）溶劑：有機溶劑降低有色化合物的解離度，提高顯色反應(yīng)的靈敏度。還可能提高顯色反應(yīng)的速率，影響有色絡(luò)合物的溶解度和組成等。40（6）干擾及其消退方法試樣中存在干擾物質(zhì)會影響被測組分的測定。例如：干擾物質(zhì)本身有顏色，在測量條件下有吸取.干擾物質(zhì)與被測組分反應(yīng)或與顯色劑反應(yīng)，使顯色反應(yīng)不完全，也會造成干擾。干擾物質(zhì)在測量條件下從溶液中析出，便溶液變混濁，無法精確測定溶液的吸光度。

41a.限制溶液酸度b.加入掩蔽劑c.利用氧化還原反應(yīng)，變更干擾離子的價態(tài)d.利用校正系數(shù)e.用參比溶液消退顯色劑和某些共存有色離子的干擾。f.選擇適當?shù)牟ㄩLg.當溶液中存在有消耗顯色劑的干擾離子時，可通過增加顯色劑的用量來消退干擾。h.接受預(yù)先分別的方法。42三、測量波長和吸光度范圍的選擇（1）測量波長的選擇一般應(yīng)當選擇λmax為入射光波長。假如λmax處有共存組分干擾時，則應(yīng)考慮選擇靈敏度稍低但能避開干擾的入射光波長。

原則：“吸取最大，干擾最小”43例丁二酮肟光度法測鋼中鎳丁二酮肟鎳:λmax=470nm，試樣中的鐵用酒石酸鈉掩蔽后，在470nm處也有確定吸取，干擾鎳的測定。選擇波長520nm進行測定，雖然測鎳的靈敏度有所降低，但酒石酸鐵不干擾鎳的測定。44（2）吸光度范圍的選擇一般應(yīng)限制標準溶液和被測試液的A在0.2~0.8范圍內(nèi)。1）限制溶液濃度cA>0.8時，稀釋后測量；A<0.2時，擴大取樣量或濃縮后測量。2）限制液層厚度bA>0.8時，選擇光程小的吸取池；A<0.2時，選擇光程大的吸取池。45透射比很小或很大時，濃度測量誤差都較大。待測溶液的透射比T在15%~65%之間，或使吸光度A在0.2~0.8之間，才能保證測量的相對誤差較小。當A=0.434(或透射比T=36.8%)時，測量的相對誤差最小。

46四、參比溶液的選擇消退由吸取池壁及溶劑對入射光的反射和吸取帶來的誤差，扣除干擾的影響。參比溶液選擇：a試液及顯色劑均無色，蒸餾水作參比溶液。b顯色劑為無色，被測試液中存在其他有色離子，用不加顯色劑的被測試液作參比溶液。c顯色劑有顏色，可選擇不加試樣溶液的試劑空白作參比溶液。47d顯色劑和試液均有顏色，可將一份試液加入適當掩蔽劑，將被測組分掩蔽起來，使之不再與顯色劑作用，而顯色劑及其他試劑均按試液測定方法加入，以此作為參比溶液，這樣就可以消退顯色劑和一些共存組分的干擾。e變更加入試劑的依次，使被測組分不發(fā)生顯色反應(yīng)，可以此溶液作為參比溶液消退干擾。48五、測量方法：標準曲線法定量依據(jù):A=ebc具體方法:在選擇的試驗條件下,分別測量一系列不同含量的標準溶液的A;作標準曲線A-c;測量待測溶液的Ax;在標準曲線上查到與之相對應(yīng)的被測物質(zhì)的含量cx。cAAxcxc1c2c3c4c5A1A2A3A4A549第六節(jié)其他吸光光度法及吸光光度法的應(yīng)用1.示差吸光光度法2.雙波長吸光光度法3.弱酸和弱堿解離常數(shù)的測定4.絡(luò)合物組成的測定501.示差吸光光度法待測組分濃度過高或過低，吸光度超出了精確測定的讀數(shù)范圍。分類：高濃度示差吸光光度法、低濃度示差吸光光度法、精密示差吸光光度法51（1）原理

參比溶液：比待測溶液濃度稍低的標準溶液吸光度差與濃度差成正比把空白溶液作為參比的稀溶液的標準曲線作為ΔA和Δc的標準曲線;依據(jù)測得的ΔA求出相應(yīng)的Δc值;從cx=co+Δc可求出待測試液的濃度。Ac△cxΔAx52一般法：c0:T=10%；cx:T=5%示差法：參比:c0，c0:T=100%標尺擴展10倍cx:T=50%（2）