第十五章吸光光度法新改

第十五章吸光光度法15.5吸光度測量條件的選擇15.4顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇15.3分光光度計(jì)15.2光吸收定律15.1吸光光度法概述15.6吸光光度光法的應(yīng)用15.1吸光光度法概述利用溶液顏色的深淺來測定溶液中有色物質(zhì)的濃度，這種測定方法稱為比色分析法。用分光光度計(jì)進(jìn)行比色分析的方法稱為分光光度法。15.1.1光的基本性質(zhì)

光具有波粒二象性，即波動(dòng)性、粒子性根據(jù)波長的不同，可分為：

紫外光區(qū)：200nm～380nm

可見光區(qū)：380nm～760nm

紅外光區(qū)：760nm～300μm描述其波動(dòng)性的主要參數(shù)是：波長λ，頻率

，光速c。三者間關(guān)系為：λ

＝c具有同一波長的光稱為單色光。光的粒子性：如光電效應(yīng)，光的吸收和發(fā)射等即把光看成是帶有能量的微粒流，這種微粒叫做光子或者光量子。光的能量(E)決定于光的頻率和波長：不同波長組成的光稱為復(fù)合光。(動(dòng)畫)白光(如日光)是復(fù)合光，由380nm～760nm混合而成。15.1.2物質(zhì)對光的選擇性吸收溶液為什么有顏色，其實(shí)質(zhì)是什么？實(shí)驗(yàn)證明，溶液的顏色是由于均勻分布在溶液中的有色化合物的質(zhì)點(diǎn)選擇性的吸收了某種顏色的光所造成的。兩種顏色的光若按適當(dāng)比例混合，可以形成白光，這兩種光稱為互補(bǔ)色光。光的互補(bǔ)白光青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)動(dòng)畫如KMnO4吸收綠色光，因此KMnO4溶液呈現(xiàn)紫色。15.1.3吸收曲線一束平行單色光照射溶液時(shí)，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被器皿的表面反射。IrItIaIoIo=Ia

+It+Ir分光光度法中：Io=Ia

+It在吸光光度法中，測定時(shí)都是采用同樣質(zhì)量的比色皿，反射光的強(qiáng)度基本上是不變的，其影響可以相互抵消?？瞻渍{(diào)零透過光強(qiáng)度It與入射光強(qiáng)度Io之比稱為透光度或透光率。用

T

表示：或從上式可以看出：溶液的透光度愈大，說明溶液對光的吸收愈小，濃度低；相反，透光度愈小，說明溶液對光的吸收愈大，濃度高。吸光度A：若光全部透過溶液，Io=It

，A=0

。若光幾乎全被吸收，It≈0，

A=∞。吸光度A也可以用來衡量溶液中吸光物質(zhì)對波長為λ的單色光的吸收程度，值越大，其吸收程度越大，透光率越?。环粗嗳粚⒉煌ㄩL的光透過某一固定的溶液，測量不同波長下溶液對光的吸光度，作圖，圖15-2400480560640720nm0.40.81.21.6AKMnO4溶液的吸收曲線DCBA

A、B、C、D代表不同濃度下的吸收曲線。(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)的波長稱為最大吸收波長λmax。(KMnO4的最大

=525nm)

(2)不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同?？勺鳛槲镔|(zhì)定性分析的依據(jù)之一。吸收曲線的討論(3)不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度A有差異，A

隨濃度的增大而增大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。(4)在λmax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)。15.1.4吸光光度法的特點(diǎn)：1、靈敏度高，下限為10-5～10-6mol·L-1。適于微量分析。2、準(zhǔn)確度較高，相對誤差為2%～5%。3、操作快速簡便，易于掌握。4、應(yīng)用廣泛。15.2溶液對光的吸收定律實(shí)驗(yàn)證明：若保持入射光的波長不變，溶液對光吸收的程度與溶液的濃度、液層厚度有關(guān)。15.2.1溶液對光的吸收定律一、朗伯定律：當(dāng)、c、T

一定時(shí)，溶液的吸光度與液層的厚度成正比。動(dòng)畫數(shù)學(xué)表達(dá)式：K1：比例常數(shù)，與、c、T有關(guān)。b：溶液厚度二、比爾定律比爾定律：當(dāng)、b

和T一定時(shí)，溶液的吸光度與溶液的濃度成正比。動(dòng)畫數(shù)學(xué)表達(dá)式：A=K2

c三、朗伯—比爾定律(同時(shí)考慮溶液濃度和液層厚度的影響)一束平行單色光通過溶液，當(dāng)和T一定時(shí)，其吸光度與溶液的濃度和液層厚度成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式：

A=K

bc適應(yīng)范圍廣。

當(dāng)c用g·L-1表示，b用cm表示時(shí)，K用a表示，稱為吸光系數(shù)，其單位為

L·(g.cm)-1

，則：四、比例系數(shù)K1、吸光系數(shù)aA=abc

a是吸光物質(zhì)在一定的條件下的特性常數(shù)，與本性有關(guān)，與吸光物質(zhì)的濃度和液層厚度無關(guān)。

c用mol·L-1表示，b用cm表示時(shí)，K用ε表示，稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為L·(mol.cm)-1。則：2、摩爾吸光系數(shù)εA=εbc摩爾吸光系數(shù)ε的討論(1)ε是吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)，不隨濃度c和液層厚度b的改變而改變，僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)；(2)同一吸光物質(zhì)在不同波長下的ε值是不同的。在最大吸收波長λmax處的摩爾吸光系數(shù)，常以εmax表示，表明該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質(zhì)可能達(dá)到的最大靈敏度。

(3)εmax越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強(qiáng)，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。(4)ε在數(shù)值上等于濃度為1mol·L-1、液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長下的吸光度。ε<104反應(yīng)靈敏度低104<ε<5×104反應(yīng)靈敏度中5×104<ε<105反應(yīng)靈敏度高ε>105反應(yīng)靈敏度超高當(dāng)c=1mol·L-1，b=1cm時(shí),A=ε【例】：有一濃度為1.0g/mlFe2+的溶液，以鄰二氮菲顯色后，在比色皿厚度為2cm、波長510nm處測得吸光度為0.380，計(jì)算(1)透光度T；(2)吸光系數(shù)a；(3)摩爾吸光系數(shù)

。解(1)T＝10-A＝10-0.380＝0.417

(2)(3)2+注意：因?yàn)樵谖夤舛确ㄖ?，b是一定的，

A與c成正比，但T不與

c成正比。五、吸光度的加合性A總

=∑Ai=ε1b1c1+ε2b2c2+……εnbncn

總的吸光度等于各個(gè)吸光物質(zhì)的吸光度之和?；蛉芤旱奈舛葢?yīng)等于溶液中各組分的吸光度之和。(組分間沒有干擾)A4

A3

A2

A1溶液中多組分測定

15.2.2對朗伯-比爾定律的偏離

一、物理因素：

1、單色光不純，導(dǎo)致負(fù)偏差。cA標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖正誤差負(fù)誤差2、散射光的影響，膠體、乳濁液或懸濁液由于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通過比色皿產(chǎn)生正偏差。二、化學(xué)因素1、吸光質(zhì)點(diǎn)的相互作用，濃度較大時(shí)，產(chǎn)生負(fù)偏差，

朗伯-比爾定律只適合于稀溶液(c<10-2mol·L-1)。2、平衡效應(yīng)，物質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化引起的偏離，如：

Fe(SCN)3=Fe3++3SCN-Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+

15.3分光光度計(jì)及主要部件1光源：足夠的發(fā)射強(qiáng)度而且穩(wěn)定,如鎢絲燈2單色器：采用棱鏡或光柵獲得單色光。3吸收池：比色皿，厚度0.5、1、2、3cm等。4檢測器：光電池或光電管。光源單色器檢測系統(tǒng)吸收池動(dòng)畫722型光柵分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖分光光度計(jì)的分類以及721

/722型分光光度計(jì)的使用方法見實(shí)驗(yàn)教材。722型光柵分光光度計(jì)外形示意圖15.4顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇顯色反應(yīng)和顯色劑在分光光度分析中，利用顯色反應(yīng)把待測組分X

轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔铮缓笤龠M(jìn)行測定。使試樣中的被測組分與化學(xué)試劑作用生成有色化合物的反應(yīng)叫顯色反應(yīng)。mX(待測物)+nR(顯色劑)=XmRn(有色化合物)

顯色反應(yīng)主要有配位反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)，其中絕大多數(shù)是配位反應(yīng)。15.4.1對顯色反應(yīng)的要求1、靈敏度高，選擇較大的顯色反應(yīng)。避免共存組分干擾。2、選擇性好，顯色劑只與被測組分反應(yīng)。3、有色物組成固定，如：Fe3++磺基水楊酸→三磺基水楊酸鐵(黃色)

(組成固定)Fe3++SCN-→FeSCN2+、Fe(SCN)2+……(組成不固定)4、有色物穩(wěn)定性高，其它離子干擾才小。如三磺基水楊酸鐵的Kfθ

=1042,F-

、H3PO4

對它無干擾。5、顯色過程易于控制，而且有色化合物與顯色劑之間的顏色差別應(yīng)盡可能大。15.4.2顯色反應(yīng)條件的選擇1、顯色劑用量

，適當(dāng)過量。適宜的用量通過實(shí)驗(yàn)求得c(R)Ac(R)Ac(R)A在pH＝2～3Fe(ssal)+在pH＝4～7Fe(ssal)22-在pH＝8～10Fe(ssal)3在pH>12Fe(OH)3棕橙色

沉淀黃色紫紅色2、溶液酸度，既要防止被測離子生成沉淀，又需防止有色配合物離解。有效的方法是加入緩沖溶液(考慮干擾)磺基水楊酸5、溶劑，有機(jī)溶劑會(huì)降低有色物的離解度，從而提高顯色反應(yīng)的靈敏度。6、共存干擾離子的影響及消除(1)

控制酸度，使干擾離子不顯色。3、溫度，通過實(shí)驗(yàn)找出適宜的溫度范圍。4、時(shí)間，在顏色穩(wěn)定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行比色測定。(3)

改變干擾離子價(jià)態(tài)，測Ni2+時(shí)，F(xiàn)e2+

有干擾，加入氧化劑，F(xiàn)e2+→Fe3+.(4)

分離干擾離子，用萃取、沉淀、電解、離子交換等方法。還可選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤汉腿肷涔獾牟ㄩL等方法來消除共存離子的干擾。(2)

加入掩蔽劑

，如用SCN-測定Co2+時(shí)，F(xiàn)e3+有干擾，加入F-，F(xiàn)e3++6F-=FeF63-，F(xiàn)e3+

被掩蔽。

離子交換法用于Fe3+、Al3+分離時(shí)．先用HCl溶液處理試液，使鐵、鋁分別以FeCl63-、Al3+形態(tài)存在。然后經(jīng)過陽離子樹脂交換柱，此時(shí)Al3+留在柱上，而FeCl63-流出柱子，從而達(dá)到分離的目的。色譜分離法，若在充填硅膠、活性氧化鋁、纖維素等載體的柱子上進(jìn)行，則稱為柱上色譜分離法；若用濾紙作載體，則稱為紙上色譜分離法。

溶劑化合物萃取體系，例如磷酸三丁酯萃取FeCl3。

某些無機(jī)化合物萃取體系，例如CCl4萃取I2。15.4.3分光光度法常用的顯色劑(一)、無機(jī)顯色劑鉬酸銨法(測P、

Si、W)，過氧化氫法(測V5＋、Ti4＋)(二)有機(jī)顯色劑(主要使用)1、O，O給電子螯合劑：鉻天菁S(CAS)、苯基熒光酮(PF)2、O，N給電子螯合劑：偶氮胂III等3、N，N給電子基團(tuán)：鄰二氮雜菲(測Fe)等4、帶含硫基團(tuán)的螯合劑：雙硫腙(測Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等)15.5測定條件的選擇15.5.1、選擇合適波長的入射光(最大)例測KMnO4，選最大=525nm。但在有K2Cr2O7存在時(shí)，則應(yīng)選

=545nm。原則：使溶液的吸光度能真正反映待測物的濃度。在吸光度測量中，作為比較的溶液或溶劑稱為參比溶液或空白溶液。15.5.2選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤骸?1)試樣、試劑、顯色劑都無色時(shí)，用純水作參比。(蒸餾水空白)(2)試樣無色，試劑、顯色劑有色，采用不加試樣的空白溶液作參比。√(試劑空白)(3)試樣有吸收，而顯色劑等無色，可采用不加顯色劑的試樣為參比。(試樣空白)(4)均有色，有吸收，對試樣加入掩蔽劑，褪色后再加顯色劑等作為參比。(褪色空白)15.5.3吸光度讀數(shù)范圍的選擇透光率讀數(shù)的準(zhǔn)確度是儀器精度的主要指標(biāo)。測定結(jié)果的精度常用濃度的相對誤差dc/c表示。若透光率刻度的讀數(shù)的絕對誤差為?T=1%，用不同的T代入上式，可得相應(yīng)濃度測量的相對誤差?c/c，作圖，由圖可見：1、T在15%～65%(A=0.8～0.2)范圍，相對誤差較小。2、T=36.8%(A=0.434)，相對誤差最小。0.20.40.60.81.00246810T0.368控制吸光度在適宜的范圍內(nèi)(A=0.2～0.8)

(1)控制試樣的量或溶液的稀釋程度來控制溶液濃度。

(2)選擇不同厚度的比色皿?！纠磕骋挥猩芤涸?.0cm的吸收皿中，測得透光率T＝1％，若儀器透光度的絕對誤差△T＝0.5％，計(jì)算(1)測定的濃度的相對誤差△c/c(2)為使測得吸光度在最適讀數(shù)范圍內(nèi)，溶液應(yīng)稀釋或濃縮多少倍？(3)若濃度不變，而改變比色皿厚度(0.5cm，1.0cm，2.0cm，3.0cm)，則應(yīng)選擇那種厚度的吸收皿最合適，此時(shí)△c/c為多少？解

(1)

(2)A=-lgT=-lg1%=2設(shè)有色溶液原始濃度為co，當(dāng)b一定時(shí)，A＝εbc＝Kc，要使A＝0.2～0.8，則即稀釋2.5～10倍

(3)當(dāng)c一定時(shí)即co，A＝εbc＝Kb，要使A＝0.2～0.8，則bo=2cmb=0.5cm11.6吸光光度法的應(yīng)用11.6.1常用方法1、目視比色法：用眼睛比較溶液顏色深淺以確定物質(zhì)含量。(也叫標(biāo)準(zhǔn)色階法)12345

標(biāo)準(zhǔn)系列溶液待測溶液目視比色法的原理是根據(jù)朗伯——比耳定律相同條件下顯色且是同一種有色物質(zhì)，所以：因?yàn)橐簩雍穸认嗟龋篵1=b2，所以濃度相等：c1=c2

目視比色法的優(yōu)點(diǎn)是：1、儀器簡單，操作簡便，適宜于大批試樣分析。2、測定的靈敏度較高，適宜于稀溶液中微量元素的測定。3、復(fù)合光—白光下進(jìn)行測定，因此有些顯色反應(yīng)不符合朗伯——比耳定律時(shí)，仍可用目視法測定。目視比色法的缺點(diǎn)是：1、有色溶液一般不太穩(wěn)定，常常臨時(shí)配制一套標(biāo)準(zhǔn)色階，較麻煩費(fèi)時(shí)。2、依靠人的眼睛來觀察顏色深度，有主觀誤差，準(zhǔn)確度不高，相對誤差約為5～20%。銨的比色測定——標(biāo)準(zhǔn)系列法：原理：銨的測定是利用NH4+與奈氏試劑(K2HgI4)作用，生成棕黃色溶膠。

HgNH4++2HgI42-+4OH-=[ONH2]I↓+7I-+3H2OHg

溶液的顏色深淺與NH4+濃度成正比。碘化二汞基銨(碘化氨基氧汞)原理：用分光能力強(qiáng)的棱鏡或光柵進(jìn)行分光，得到的光更近似于單色光，靈敏度和準(zhǔn)確度更高。2、分光光度法11.6.2單一組分的測量方法：1、標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法

先配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，在最大吸收波長處，測出它們的吸光度，作圖，同條件測未知液的吸光度，從圖中查出未知液的濃度。cA標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖Axcxc1c2c3c4c5A1A2A3A4A5cA標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖同學(xué)們在制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)有如下幾種情況：cA標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖cA標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖2、標(biāo)準(zhǔn)比較法

同條件下分別測定未知液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度Ax和A標(biāo)，根據(jù)朗伯-比爾定律，應(yīng)有下式：因?yàn)椋核裕豪簩?.000g鋼樣用HNO3溶解，鋼中的錳用KIO4氧化成高錳酸鉀，并稀釋到100.0mL，用1.00cm比色皿在波長525nm測得此溶液的吸光度為0.700。一標(biāo)準(zhǔn)KMnO4溶液的濃度為1.52×10-4mol·L-1，在同樣的條件下測得的吸光度為0.350，求試液中錳的濃度。解：根據(jù)：的關(guān)系有：*(3)標(biāo)準(zhǔn)加入法(主要針對濃度比較低的溶液)11.6.3高含量組分測定——示差法

1、原理

參比溶液：濃度稍低的標(biāo)準(zhǔn)溶液c1。

用

c1

調(diào)節(jié)T%為100(A=0)，

若被測溶液的濃度為

c2

。

A1=Kbc1A2=Kbc2結(jié)論:兩溶液的吸光度差△A與濃度差△c成正比。△A=A2–A1

＝Kb(c2－c1)＝Kb△c2、工作曲線法

標(biāo)準(zhǔn)溶液c1、c2、c3…。以c1作參比，調(diào)A=0，測c2、c3……的△A，