第八章-吸光光度法解析

第八章吸光光度法Spectrophotometry2023/3/3第一節(jié)概述一、吸光光度法基于物質(zhì)對光的選擇性吸取而建立起來的分析方法。吸光光度法的分類（1）依據(jù)所用儀器的不同：目視比色法、光電比色法和分光光度法。（2）依據(jù)所吸取的波長范圍不同：紫外分光光度法(波長200～400nm),可見分光光度法(400～750nm)紅外光譜法(750～2500nm)2023/3/3吸光光度法特點：（1）靈敏度高：10-5~10-6，10-7~10-8，10-10

mol·L-1（2）精確度高：比色分析，相對誤差5~10%，分光光度法，2~5%，1~2%；（3）應用廣泛：可測定絕大多數(shù)無機物和很多有機物；（4）操作簡便儀器設備易普及。2023/3/3二、光的基本性質(zhì)光是一種電磁波，具有波粒二像性。λν=c，E=hν=hc/λ單色光：復合光：由單一波長的光組成的光由不同波長的光組成的光Planck常數(shù)：h=6.626×10-34

J×S光的波長越短（頻率越高），其能量越大。白光(太陽光)：由各種單色光組成的復合光2023/3/3三、物質(zhì)對光的選擇性吸取1、吸取光譜的產(chǎn)生：吸取光譜原子吸取光譜：原子外層電子選擇性吸取某些波長電磁波線光譜分子吸取光譜：帶光譜由價電子躍遷產(chǎn)生的光譜，也稱紫外—可見光譜電子光譜振動—轉動光譜由分子振動或轉動能級躍遷引起的，也稱紅外光譜2023/3/3分子能量電子能振動能轉動能分子振動能級：分子內(nèi)部價電子運動，分子內(nèi)原子振動和分子繞其重心的轉動。2023/3/3分子吸取光譜產(chǎn)生：分子吸取外界能量（光、電、熱）引起分子能級躍遷，從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)2023/3/3電子躍遷能級較大，能量在1~20eV，紫外可見吸取光譜在200~780nm2023/3/3物質(zhì)的顏色:物質(zhì)的顏色由透過光確定。由于不同的物質(zhì)結構不同具有不同量子化能級，產(chǎn)生的吸取不同。其顏色和光的吸取、透過、反射有關。2023/3/3①互補色光：把兩種適當顏色的光按確定的強度比例混合，成為白光，稱為互補色光。2023/3/3②無色：對光譜中各種色光透過程度相同。③有色：物質(zhì)的顏色由它透過或反射的光確定。④黑色:幾乎吸取全部的入射光。⑤白色:幾乎全部反射入射光。2023/3/3吸取曲線：測量某種物質(zhì)對不同波長單色光的吸取程度(即吸光度A)，以波長(λ)為橫坐標，吸光度(A)為縱坐標，得到的一條吸取光譜曲線。（1）吸取曲線用途：①進行定性分析；②進行定量分析；③選擇吸取波長；④推斷干擾狀況。2023/3/3其次節(jié)光的吸取定律一、朗伯-比爾定律描述物質(zhì)對單色光吸取強弱與液層厚度和待測物濃度的關系入射光I0透射光ItT稱為透光率TransmittanceT取值為0.0%~100.0%全部吸取T=0.0%全部透射T=100.0%A：吸光度b：光程的長度(cm):比色皿的厚度c：溶質(zhì)的濃度K：比例常數(shù)，與物質(zhì)的性質(zhì)、入射光波長等有關，與濃度無關。2023/3/3c：mol/L摩爾吸光系數(shù)L·mol–1·cm-1MolarAbsorptivityc：g/L吸光系數(shù)AbsorptivityL·g–1·cm-1與a的關系：2023/3/3

的含義（１）是吸光物質(zhì)在確定波長和溶劑中的特征常數(shù)，反映該吸光物質(zhì)的靈敏度．值越大，表示該吸光物質(zhì)對此波長光的吸取實力越強，顯色反應越靈敏，在最大吸取波特長的摩爾吸光系數(shù)常以max表示；（２）依據(jù)朗伯－比耳定律，＝A/bc由試驗結果計算，以總濃度代替吸光物質(zhì)的濃度，為表觀摩爾吸取系數(shù)，=Ma,M是摩爾質(zhì)量；2023/3/3

吸光度的加和性若溶液中含有兩種或兩種以上的吸光物質(zhì)，且各物間無相互作用，則測得的吸光度為各種吸光物質(zhì)吸光度之和。如溶液中含有A、B兩物質(zhì)，對波長為λ的光均有吸取，則A=AA+AB2023/3/3

例題鐵（Ⅱ）濃度為5.0×10-4

g·L-1

的溶液，與1，10-鄰二氮菲反應，生成橙紅色絡合物。該絡合物在波長508nm，比色皿厚度為2cm時，測得A=0.19。計算1，10-鄰二氮菲鐵的a及

。解：已知M(Fe)=55.852023/3/3分光光度法定量分析常要繪制標準曲線，即固定液層的厚度及入射光的波長和強度，測定一系列不同濃度標準溶液的吸光度，以吸光度對標準溶液的濃度作圖（一過原點的直線），得到標準曲線。在相同條件下測定試樣的吸光度，從工作曲線查得試樣濃度，這就是工作曲線法。但在實際工作中，特殊是濃度較大時，常會出現(xiàn)標準曲線不為直線的現(xiàn)象，這稱為偏離朗伯比爾定律。二.偏離朗伯-比爾定律的緣由偏離Beer定律的主要因素表現(xiàn)為以下兩個方面：光學因素；化學因素2023/3/3二.偏離朗伯-比爾定律的緣由1、光學因素：非單色光引起的偏離嚴格地說，朗伯-比爾定律只適用于單色光。設入射光由1和2兩種波長組成，溶液的吸光質(zhì)點對兩種波長的光的吸取均遵從吸取定律對1：對2：2023/3/31+2

：若：或或2023/3/3非單色光引起的對吸光定律的偏離對吸取光譜而言，b和c固定，反映了隨波長變更的狀況，單一波長，固定；不同波長，不同。因此，非單色光將導致對吸光定律的偏離。2023/3/32.化學因素：由溶液本身的化學和物理因素引起的偏離(1)由于介質(zhì)不勻整性引起的偏離當被測試液是膠體、乳濁液或懸浮物時，將對入射光產(chǎn)生散射現(xiàn)象，導致吸光度增大，而引起正偏離(偏向吸光度軸)。2023/3/3橙色(2)由于溶液中的化學反應引起的偏離如吸光物質(zhì)的離解、締合、形成新化合物或互變異構等。Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H++2CrO42-黃色2023/3/3第三節(jié)目視比色法及光度計的基本部件一、目視比色法用眼睛比較溶液顏色深淺以測定物質(zhì)含量的方法。測定方法：標準系列法。標1標2標3標4標5未知2023/3/3標準系列未知樣品2023/3/33、優(yōu)點：設備簡潔，操作便利，不要求嚴格遵守比爾定律。4、用途:用在要求不高的常規(guī)分析中。5、缺點：精確度不高，標準系列制作麻煩，簡潔受干擾。2023/3/3二、分光光度法及光度計1、分光光度法：運用分光光度計進行測定的方法。2、與比色法比較：（1）是用儀器代替人眼進行測量，消退了人的主觀誤差，提高了精確度；（2）待測溶液中有其它有色物質(zhì)共存時，可以選擇適當?shù)膯紊夂蛥⒈热芤簛硐烁蓴_，因而提高選擇性；（3）在分析大批試樣時，運用標準曲線法可以簡化手續(xù)，加快分析速度。2023/3/3分光光度計Agilent6010紫外/可見分光光度計2023/3/32023/3/33、光度計組成：2023/3/33、光度計組成：光源—單色器—吸取池—檢測系統(tǒng)(1)光源：要求穩(wěn)定，強度高.常用6~12V鎢絲燈或鹵鎢燈，2600~2870K,發(fā)320nm~2500nm的連續(xù)光譜可見光部分用其360~800nm紫外光：氫燈，氘燈，185~350nm；2023/3/3(2)單色器：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置，分為棱鏡和光柵兩種。光柵的辨別率比棱鏡大，可用的波長范圍也較寬。2023/3/3也稱吸取池，長方體，兩面透亮，有玻璃和石英玻璃兩種，規(guī)格有0.5，1.0，2.0，5.0cm等；（3）吸取池：比色皿：玻璃——能吸取UV光，僅適用于可見光區(qū)石英——不能吸取紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)

2023/3/3（4）檢測器：檢測器的作用是接受從吸取池發(fā)出的透射光并轉換成電信號進行測量。分為光電池、光電管、光電倍增管和光電二極管陣列。2023/3/3顯示裝置：檢流計，數(shù)顯，記錄儀，CRT。2023/3/3練習題1、人眼能感覺到的光稱為可見光，其波長范圍是A.400~780nmB.200~320nmC.200~780nmD.200~1000nmA2、符合比爾定律的一有色溶液，當其濃度增大時，最大吸取波長和吸光度分別是A.不變，增加B.不變，削減C.增加，不變D.削減，不變A2023/3/33、下列表述不正確的是A.吸取光譜曲線，表明白吸光度隨波長的變更關系B.吸取光譜曲線中,最大吸取處的波長為最大吸取波長C.吸取光譜曲線，以波長為縱坐標,以吸光度為橫坐標D.吸取光譜曲線，表明白吸光物質(zhì)的吸取特性C2023/3/34、影響有色物質(zhì)摩爾吸取系數(shù)的因素是A.吸取池厚度B.入射光波長C.有色物質(zhì)溶液的濃度D.入射光的強度B2023/3/35、某有色物質(zhì)溶液，遵守比爾定律，當其濃度為c時，用1.00cm比色皿測得其透光度為T，，當濃度減小為0.50c時，，在同樣條件下測定，其透光率應為A.T2B.2TC.T1/2D.T/2C2023/3/36、在光度計的檢流計上刻有A和T，二者關系為7、某有色物質(zhì)溶液，遵守比爾定律，當其濃度為c時，吸光度A=0.30，那么當濃度為2c時，該溶液的吸光度A=0.602023/3/3第四節(jié)顯色反應及顯色條件的選擇顯色反應：將待測組分轉變?yōu)橛猩衔锏姆磻?。顯色劑：與待測組分形成有色化合物的試劑。光度分析中，對于本身無吸取的待測組分，先要通過顯色反應將待測組分轉變成有色化合物，然后測定吸光度或吸取曲線。在光度分析中選擇合適的顯色反應，并嚴格限制反應條件，是特別重要的。2023/3/3一、顯色反應的選擇1、顯色反應的類型配位反應和氧化還原反應。2、對顯色反應的要求：（1）選擇性好，干擾少，或干擾簡潔消退；（2）靈敏度足夠高:超高靈敏高靈敏中等不靈敏2023/3/3（3）有色化合物的組成恒定，符合確定的化學式。對于形成不同絡合比的絡合反應，必需留意限制試驗條件，使形成確定組成的絡合物，以免引起誤差。（4）有色化合物的化學性質(zhì)應足夠穩(wěn)定，至少保證在測量過程中溶液的吸光度變更小。這就要求有色化合物不受外界環(huán)境條件的影響：如日光照射、空氣中的氧核CO2；此外也不受溶液中其他化學因素的影響。2023/3/3（5）有色化合物與顯色劑之間的顏色差別大。顯色劑在測定波特長無明顯吸取，試劑空白小。對比度：兩有色物質(zhì)最大吸取波長之差2023/3/3二、顯色條件的選擇1、顯色劑的用量：待測組分顯色劑有色協(xié)作物2023/3/32、溶液的酸度⑴影響顯色劑濃度和顏色；顯色劑不少是有機弱酸，因此酸度的變更，將影響顯色劑的平衡濃度，并影響顯色反應的完全程度。⑵影響Mn+的存在狀態(tài);2023/3/3⑶影響協(xié)作物的組成2023/3/33、顯色溫度的選擇一般在室溫，有時需加熱，通過試驗確定2023/3/34、顯色反應時間制作吸光度-時間曲線5、溶劑：降低有色化合物離解度，增加靈敏度如在Fe(SCN)3的溶液中加入與水混溶的有機試劑（如丙酮），由于降低了Fe(SCN)3的解離度而使顏色加深，提高了測定靈敏度。2023/3/36、干擾及其消退：（1）限制溶液酸度（2）加入絡合掩蔽劑或氧化還原掩蔽劑（3）利用氧化還原反應變更離子的狀態(tài)（4）選擇適當?shù)牟ㄩL，要求吸取大，干擾?。?）選擇合適的參比溶液（6）接受適當?shù)念A先分別的方法2023/3/3三、顯色劑1、無機顯色劑應用不多，因其生成絡合物不穩(wěn)定，靈敏度選擇性也不高。目前有運用價值的主要有：硫氰酸鹽：測定Fe3+、Mo(Ⅵ)、W(Ⅴ)、Nb5+等。鉬酸銨：測定P、Si、W等。過氧化氫：測定V5+、Ti4+等2023/3/32、有機顯色劑：⑴特點：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。有機顯色劑多是含有生色團和助色團的化合物2023/3/3⑵生色團：含有不飽和鍵的基團，如-N=N-,＞C=C＜,-N=O,＞C=O,＞C=S、醌基等。⑶助色團：某些含有孤對電子的基團如-OH,-RH,-NH2,-NHR,-SH,-Cl－,-Br－,-I－等。它們與生色團上的不飽和鍵相互作用,影響其吸取,使顏色加深（紅移）。2023/3/3⑷類型：①偶氮類：偶氮胂Ⅲ，偶氮氯膦，PAR等②三苯甲烷類：鉻天青S，二甲酚橙，結晶紫等③其它型：OO,NN,含S型等2023/3/32023/3/3第五節(jié)吸光度測量條件的選擇一、入射光波長的選擇1、原則：“吸取最大，干擾最小”，大，A變更小的區(qū)域。選520nm進行測定2023/3/3二、參比溶液的選擇1、蒸餾水：試液、顯色劑均無色時，用蒸餾水作參比；2、試劑空白：顯色劑有色時，用不加試樣溶液的試劑空白作參比；3、試液空白：試液中有其它有色離子時，用不加顯色劑的被測液作參比；2023/3/3三、吸光度讀數(shù)范圍的選擇（1）（2）2023/3/3以有限值表示：一般光度計ΔT約為±0.2%~±2%。假定ΔT為0.5%，上式導數(shù)為零求出當T=0.368(A=0.434)時,Et最小(1.36%)。2023/3/32023/3/3A=0.15~1.0或T=70%~10%的范圍內(nèi)，濃度測量的相對誤差較小。2023/3/3四、標準曲線的制作1、制作依據(jù)吸光度與吸光物質(zhì)的含量呈正比關系2023/3/32、制作方法：在選擇的試驗條件下，從低濃度到高濃度分別測量一系列（不少于5）不同含量的標準溶液的吸光度，以標準溶液中待測組分的含量為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，得到一條通過原點的直線，稱為標準曲線（或工作曲線）。再測量待測溶液的吸光度，在標準曲線上就可以查到與之相對應的被測物質(zhì)的含量。2023/3/33、標準曲線不通過原點緣由參比選擇不當；吸取池厚度不等；吸取池位置不妥；吸取池不清潔等。2023/3/32023/3/3練習題1、以M表示被測物質(zhì)的摩爾質(zhì)量，則摩爾吸取系數(shù)與吸光