分析化學(xué)-分光光度法模板

分析化學(xué)-分光光度法模板第一頁，共71頁。10.1物質(zhì)對光的選擇性吸收和光吸收基本定律一、物質(zhì)對光的選擇性吸收1.光的基本性質(zhì)光是一種電磁波光具有兩象性第一頁第二頁，共71頁。電磁波譜范圍表第二頁第三頁，共71頁。2.物質(zhì)吸收光的特性可見光：400-750nm白光是一種復(fù)合光。同一波長的光稱為單色光。第三頁第四頁，共71頁。物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系物質(zhì)的顏色是因物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性吸收作用而產(chǎn)生，物質(zhì)的顏色與吸收光的顏色互為互補色?；パa色光：可以合成白光的兩種對應(yīng)顏色的光稱為互補色光。將它們按一定比例混合，可得到白光。第四頁第五頁，共71頁。溶液的光吸收曲線最大吸收波長

maxKMnO4溶液的max=525nm

max/nm吸收強度第五頁第六頁，共71頁。物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系10第六頁第七頁，共71頁。物質(zhì)對光的吸收引起電子能級的躍遷，在電子能級躍遷的同時，不可避免地伴隨分子振動和轉(zhuǎn)動能級的變化。第七頁第八頁，共71頁?！?、光吸收的基本定律—朗伯比耳定律入射光為平行單色光ItbdbI定義透射比或透光度為T第八頁第九頁，共71頁。1.朗伯—比耳定律另：當溶液中存在多種吸光物質(zhì)，且對同一波長的單色光均有吸收，溶液的總吸光度等于各吸光物質(zhì)的吸光度之和。第九頁第十頁，共71頁。2.吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)與桑德爾靈敏度

①吸光系數(shù)a

A=Kbc

A=abcc-g.L-1;b-cm;a稱為吸光系數(shù)②摩爾吸光系數(shù)

A=

bcc-mol.L-1;b-cm;

稱為摩爾吸光系數(shù)第十頁第十一頁，共71頁。③桑德爾靈敏度S桑德爾靈敏度S就是規(guī)定儀器的檢測極限為A=0.001時，單位截面積光程所能檢測出來的吸光物質(zhì)的最低含量，以μg.cm-2表示。S與

的關(guān)系如下：第十一頁第十二頁，共71頁。例1.已知含Cd2+濃度為140

g.L-1的溶液，用雙硫腙法測定鎘，液層厚度為2cm,在

max=520nm處測定的吸光度為0.22，計算摩爾吸光系數(shù)

及桑德爾靈敏度S。第十二頁第十三頁，共71頁。第十三頁第十四頁，共71頁。光源單色器樣品池檢測器讀出系統(tǒng)一、分光光度計※10.2.分光光度計及吸收光譜第十四頁第十五頁，共71頁。721分光光度計第十五頁第十六頁，共71頁。第十六頁第十七頁，共71頁。分光光度計的主要部件

a．光源（鎢燈、氫燈）通常用6～12V鎢絲燈作可見光區(qū)的光源，發(fā)出的連續(xù)光譜在360—800nm范圍內(nèi)。光源應(yīng)該穩(wěn)定，即要求電源電壓保持穩(wěn)定。為此，通常在儀器內(nèi)同時配有電源穩(wěn)壓器。b．單色器單色器的作用是將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置。分為棱鏡和光柵。第十七頁第十八頁，共71頁。棱鏡：依據(jù)不同波長光通過棱鏡時折射率不同分光c.單色器入射狹縫準直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ2800600500400第十八頁第十九頁，共71頁。

棱鏡是根據(jù)光的折射原理而將復(fù)合光色散為不同波長的單色光，然后再讓所需波長的光通過一個很窄的狹縫照射到吸收池上。它由玻璃或石英制成。玻璃棱鏡用于可見光范圍，石英棱鏡則在紫外和可見光范圍均可使用。第十九頁第二十頁，共71頁。光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條痕(600、1200、2400條/mm)。M1M2出射狹縫光屏透鏡平面透射光柵光柵衍射示意圖原理：利用光通過光柵時發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光.第二十頁第二十一頁，共71頁。光柵是根據(jù)光的衍射和干涉原理將復(fù)合光色散為不同波長的單色光，然后再讓所需波長的光通過狹縫照射到吸收池上。它的分辨率比棱鏡大，可用的波長范圍也較寬。第二十一頁第二十二頁，共71頁。c．比色皿也稱吸收池。用于盛放試液的容器。它是由無色透明、耐腐蝕、化學(xué)性質(zhì)相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分為0.5cm，1cm，2cm，3cm和5cm。在可見光區(qū)測量吸光度時使用玻璃吸收池，紫外區(qū)則使用石英吸收池。使用比色皿時應(yīng)注意保持清潔、透明，避免磨損透光面。第二十二頁第二十三頁，共71頁。d．檢測器檢測器的作用是接受從比色皿發(fā)出的透射光并轉(zhuǎn)換成電信號進行測量。分為光電管和光電倍增管。光電管是一個真空或充有少量惰性氣體的二極管。陰極是金屬做成的半圓筒，內(nèi)側(cè)涂有光敏物質(zhì)，陽極為一金屬絲。光電管依其對光敏感的波長范圍不同分為紅敏和紫敏兩種。紅敏光電管是在陰極表面涂銀和氧化銫，適用波長范圍為625—1000nm；紫敏光電管是陰極表面涂銻和銫，適用波長范圍為200—625nm。第二十三頁第二十四頁，共71頁。光電倍增管是由光電管改進而成的，管中有若干個稱為倍增極的附加電極。因此，可使光激發(fā)的電流得以放大，一個光子約產(chǎn)生106～107個電子。它的靈敏度比光電管高200多倍。適用波長范圍為160～700nm。光電倍增管在現(xiàn)代的分光光度計中被廣泛采用。e．顯示裝置顯示裝置的作用是把放大的信號以吸光度A或透光率T的方式顯示或記錄下來。分光光度計常用的顯示裝置是檢流計、微安表、數(shù)字顯示記錄儀。第二十四頁第二十五頁，共71頁。物質(zhì)對光的吸收引起電子能級的躍遷，在電子能級躍遷的同時，不可避免地伴隨分子振動和轉(zhuǎn)動能級的變化。由電子能級躍遷而產(chǎn)生吸收光譜，位于紫外及可見光部分(200-800nm)，稱為紫外光譜和可見光譜。二、分子吸收光譜----可見光吸收光譜第二十五頁第二十六頁，共71頁。吸收光譜曲線：物質(zhì)在不同波長下吸收光的強度大小A～λ關(guān)系最大吸收波長λ

max：光吸收最大處的波長二、分子吸收光譜----可見光吸收光譜第二十六頁第二十七頁，共71頁。吸收光譜特點：1.同一物質(zhì)，濃度不同時，同一波長下吸光度不同，最大吸收波長位置和吸收光譜形狀不變。------定性分析2.同一物質(zhì)，在一定波長下，隨著濃度的增加，吸光度增加，在最大吸收波長下，吸光度最大，且隨濃度增大變化最明顯。------定量分析3.吸光度具有加和性，可同時測定多組分。第二十七頁第二十八頁，共71頁。三、吸光度的測量選擇物質(zhì)最大吸收波長，選擇合適的參比溶液，用來調(diào)節(jié)儀器零點，消除洗手池及溶劑的影響，消除干擾。參比溶液選擇原則：試液與顯色劑均無色時，可用蒸餾水作參比；顯色劑無色，被測試液存在其它有色離子，可用不加顯色劑的被測試液為參比；顯色劑有色，可不加試樣的試劑空白為參比；顯色劑和被測離子均有色，可加掩蔽劑掩蔽被測試液為參比。第二十八頁第二十九頁，共71頁。10.3顯色反應(yīng)及其影響因素一、顯色反應(yīng)1.顯色反應(yīng)的選擇a.選擇性好，靈敏度高；b.有色化合物的組成恒定；c.有色化合物的性質(zhì)足夠穩(wěn)定；d.有色化合物與顯色劑的顏色差別(對比度)要大于60nm。△=—

maxR

maxMR

第二十九頁第三十頁，共71頁。二.顯色劑無機顯色劑有機顯色劑a.磺基水楊酸----Fe3+b.丁二酮肟----Ni2+c.1，10-鄰二氮菲----Fe2+d.二苯硫腙----Cu2+Pb2+Zn2+Cd2+Hg2+e.偶氮胂3-----ThZrUf.鉻天青S----Al3+g.結(jié)晶紫-----Ti3+第三十頁第三十一頁，共71頁。3.多元絡(luò)合物a.三元混配絡(luò)合物b.離子締合物c.金屬離子—絡(luò)合劑—表面活性劑體系d.雜多酸第三十一頁第三十二頁，共71頁。三.影響顯色反應(yīng)的因素1.溶液酸度a.影響顯色劑的平衡濃度和顏色b.影響金屬離子的存在狀態(tài)c.影響絡(luò)合物的組成pHA第三十二頁第三十三頁，共71頁。2.顯色劑用量M(被測組分)+R(顯色劑)=MR(有色絡(luò)合物)c試液吸光度與顯色劑濃度的關(guān)系A(chǔ)AAccab第三十三頁第三十四頁，共71頁。3.顯色反應(yīng)時間

一般從加入顯色劑起計算時間。4.顯色反應(yīng)溫度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)的速率；影響有色絡(luò)合物的溶解度和組成。第三十四頁第三十五頁，共71頁。10.4吸光光度分析及誤差控制一.入射光波長的選擇和標準曲線的制作1.波長選擇遵守最大吸收原則。即選擇被測物質(zhì)的最大吸收波長的光作為入射光。遵守吸收最大，干擾最小的原則。第三十五頁第三十六頁，共71頁。2、標準曲線的制作1）作吸收光譜曲線，求出最大吸收波長

max，2）作待測組分的標準曲線，根據(jù)A=Kbc=K’c3）測出待測組分的吸光度值A(chǔ)，在標準曲線中查出對應(yīng)的濃度c。c未知物的吸光度未知物的濃度第三十六頁第三十七頁，共71頁。二、對朗伯—比耳定律的偏離1.非單色光引起的偏離abA2A1A3A4

1

2

3A正偏離負偏離Ac標準曲線非單色光的影響第三十七頁第三十八頁，共71頁。2.介質(zhì)不均勻性引起的偏離3.由于溶液中的化學(xué)反應(yīng)引起的偏離a.離解b.絡(luò)合c.締合第三十八頁第三十九頁，共71頁。4.干擾及其消除方法控制溶液酸度加入掩蔽劑利用氧化還原反應(yīng)利用校正系數(shù)利用參比溶液選擇適當?shù)牟ㄩL增加顯色劑用量采用適當?shù)姆蛛x方法第三十九頁第四十頁，共71頁。吸光度與透射比的關(guān)系0201030405060708090100透射比T%吸光度A1.00.700.10.20.30.40.50.6

三、吸光度測量的誤差1.5第四十頁第四十一頁，共71頁。由于c與A成正比，則測量的絕對誤差dc與dA也成正比；而相對誤差相等。第四十一頁第四十二頁，共71頁。透射比在什么范圍具有較小的測量誤差第四十二頁第四十三頁，共71頁。相對標準偏差與透光率的關(guān)系00.20.40.60.81.01086420.368相對標準偏差/%相對標準偏差與透光率的關(guān)系T當透光率為15-65%或吸光度為0.2-0.8時，濃度測量的相對標準偏差較小第四十三頁第四十四頁，共71頁。吸光度為0.434時儀器測量誤差最??？第四十四頁第四十五頁，共71頁。根據(jù)朗伯比爾定律控制適當?shù)奈舛确秶?.2-0.8）控制溶液濃度選擇不同厚度的比色皿第四十五頁第四十六頁，共71頁。一、目視比色法用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法稱為目視比色法。標準系列樣品KMnO4溶液10.5其他吸光光度法第四十六頁第四十七頁，共71頁。

其優(yōu)點是儀器簡單，操作簡便，適宜于大批試樣的分析；靈敏度高；在復(fù)合光—白光下進行測定，故某些顯色反應(yīng)不符合朗伯—比爾定律時，仍可用該法進行測定。其主要缺點是準確度不高，標準系列不能久存，需要在測定時臨時配制。第四十七頁第四十八頁，共71頁。吸光光度法與目視比色法在原理上并不完全一樣。吸光光度法是比較有色溶液對某一波長光的吸收情況，目視比色法則是比較透過光的強度。例如，測定溶液中KMnO4的含量時，吸光光度法測量的是KMnO4溶液對黃綠色光的吸收情況，目視比色法則是比較KMnO4溶液透過紅紫色光的強度。第四十八頁第四十九頁，共71頁。吸光光度法的特點是：因入射光是純度較高的單色光，故使偏離朗伯—比爾定律的情況大為減少，標準曲線直線部分的范圍更大，分析結(jié)果的準確度較高。因可任意選取某種波長的單色光，故利用吸光度的加和性，可同時測定溶液中兩種或兩種以上的組分。由于入射光的波長范圍擴大了，許多無色物質(zhì)，只要它們在紫外或紅外光區(qū)域內(nèi)有吸收峰，都可以用吸光光度法進行測定。第四十九頁第五十頁，共71頁?！?、示差分光光度法1.示差法的原理第五十頁第五十一頁，共71頁。2.示差法的誤差1020304050607080901000X一般法T’1=7%示差法T’2=70%第五十一頁第五十二頁，共71頁。在示差吸光光度法中測量的是兩個溶液的濃度差如果測量誤差為x%普通測量法的結(jié)果為：示差測量法的結(jié)果為：第五十二頁第五十三頁，共71頁。三、雙波長吸光光度法1.雙波長吸光光度法的原理第五十三頁第五十四頁，共71頁。第五十四頁第五十五頁，共71頁。c.兩組分共存時分別測定選擇參比波長和測定波長的條件是：待測組分在兩波長處的吸光度之差要足夠大，干擾組分在兩波長處的吸光度應(yīng)相等。第五十五頁第五十六頁，共71頁。四.導(dǎo)數(shù)吸光光度法目的：提高分辨率去除背景干擾

原理：

第五十六頁第五十七頁，共71頁。10.6吸光光度法的應(yīng)用

一、痕量金屬分析

二、臨床分析

三、食品分析第五十七頁第五十八頁，共71頁。四、其它應(yīng)用

1.弱酸弱堿離解常數(shù)的測定對一元弱酸HL第五十八頁第五十九頁，共71頁。第五十九頁第六十頁，共71頁。第六十頁第六十一頁，共71頁。2.絡(luò)合物組成的測定1）.飽和法固定金屬離子M濃度；改變絡(luò)合劑R的濃度得到一系列[R]/[M]比值不同的溶液；分別測其吸光度交點處向橫坐標作垂線ACDA最大[R]/[M]0第六十一頁第六十二頁，共71頁。2）.連續(xù)變化法保持溶液中CR+CM=C(定值)；改變CR和CM的相對量，制備一系列溶液，測量其吸光度；當溶液中的絡(luò)合物MRn濃度最大時，CR/CM的比值為n。第六十二頁第六十三頁，共71頁。連續(xù)變化法ABA’B、f1.00.80.60.40.20第六十三頁第六十四頁，共71頁。絡(luò)合物的離解度及穩(wěn)定常數(shù)