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(yè)，共71頁(yè)。10.1物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收和光吸收基本定律一、物質(zhì)對(duì)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(yè)第二頁(yè)，共71頁(yè)。電磁波譜范圍表第二頁(yè)第三頁(yè)，共71頁(yè)。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(zhǎng)的光稱為單色光。第三頁(yè)第四頁(yè)，共71頁(yè)。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(duì)不同波長(zhǎng)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(bǔ)色。互補(bǔ)色光：可以合成白光的兩種對(duì)應(yīng)顏色的光稱為互補(bǔ)色光。將它們按一定比例混合，可得到白光。第四頁(yè)第五頁(yè)，共71頁(yè)。溶液的光吸收曲線最大吸收波長(zhǎng)

maxKMnO4溶液的max=525nm

max/nm吸收強(qiáng)度第五頁(yè)第六頁(yè)，共71頁(yè)。物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系10第六頁(yè)第七頁(yè)，共71頁(yè)。物質(zhì)對(duì)光的吸收引起電子能級(jí)的躍遷，在電子能級(jí)躍遷的同時(shí)，不可避免地伴隨分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化。第七頁(yè)第八頁(yè)，共71頁(yè)。※二、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(yè)第九頁(yè)，共71頁(yè)。1.朗伯—比耳定律另：當(dāng)溶液中存在多種吸光物質(zhì)，且對(duì)同一波長(zhǎng)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(yè)第十頁(yè)，共71頁(yè)。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(yè)第十一頁(yè)，共71頁(yè)。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(cè)極限為A=0.001時(shí)，單位截面積光程所能檢測(cè)出來(lái)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(yè)第十二頁(yè)，共71頁(yè)。例1.已知含Cd2+濃度為140

g.L-1的溶液，用雙硫腙法測(cè)定鎘，液層厚度為2cm,在

max=520nm處測(cè)定的吸光度為0.22，計(jì)算摩爾吸光系數(shù)

及桑德爾靈敏度S。第十二頁(yè)第十三頁(yè)，共71頁(yè)。第十三頁(yè)第十四頁(yè)，共71頁(yè)。光源單色器樣品池檢測(cè)器讀出系統(tǒng)一、分光光度計(jì)※10.2.分光光度計(jì)及吸收光譜第十四頁(yè)第十五頁(yè)，共71頁(yè)。721分光光度計(jì)第十五頁(yè)第十六頁(yè)，共71頁(yè)。第十六頁(yè)第十七頁(yè)，共71頁(yè)。分光光度計(jì)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(shí)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(yè)第十八頁(yè)，共71頁(yè)。棱鏡：依據(jù)不同波長(zhǎng)光通過(guò)棱鏡時(shí)折射率不同分光c.單色器入射狹縫準(zhǔn)直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ2800600500400第十八頁(yè)第十九頁(yè)，共71頁(yè)。

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(zhǎng)的單色光，然后再讓所需波長(zhǎng)的光通過(guò)一個(gè)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(yè)第二十頁(yè)，共71頁(yè)。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(guò)光柵時(shí)發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光.第二十頁(yè)第二十一頁(yè)，共71頁(yè)。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(zhǎng)的單色光，然后再讓所需波長(zhǎng)的光通過(guò)狹縫照射到吸收池上。它的分辨率比棱鏡大，可用的波長(zhǎng)范圍也較寬。第二十一頁(yè)第二十二頁(yè)，共71頁(yè)。c．比色皿也稱吸收池。用于盛放試液的容器。它是由無(wú)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(cè)量吸光度時(shí)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(shí)應(yīng)注意保持清潔、透明，避免磨損透光面。第二十二頁(yè)第二十三頁(yè)，共71頁(yè)。d．檢測(cè)器檢測(cè)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(hào)進(jìn)行測(cè)量。分為光電管和光電倍增管。光電管是一個(gè)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(yáng)極為一金屬絲。光電管依其對(duì)光敏感的波長(zhǎng)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(zhǎng)范圍為625—1000nm；紫敏光電管是陰極表面涂銻和銫，適用波長(zhǎng)范圍為200—625nm。第二十三頁(yè)第二十四頁(yè)，共71頁(yè)。光電倍增管是由光電管改進(jìn)而成的，管中有若干個(gè)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(gè)光子約產(chǎn)生106～107個(gè)電子。它的靈敏度比光電管高200多倍。適用波長(zhǎng)范圍為160～700nm。光電倍增管在現(xiàn)代的分光光度計(jì)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(hào)以吸光度A或透光率T的方式顯示或記錄下來(lái)。分光光度計(jì)常用的顯示裝置是檢流計(jì)、微安表、數(shù)字顯示記錄儀。第二十四頁(yè)第二十五頁(yè)，共71頁(yè)。物質(zhì)對(duì)光的吸收引起電子能級(jí)的躍遷，在電子能級(jí)躍遷的同時(shí)，不可避免地伴隨分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的變化。由電子能級(jí)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(yè)第二十六頁(yè)，共71頁(yè)。吸收光譜曲線：物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下吸收光的強(qiáng)度大小A～λ關(guān)系最大吸收波長(zhǎng)λ

max：光吸收最大處的波長(zhǎng)二、分子吸收光譜----可見光吸收光譜第二十六頁(yè)第二十七頁(yè)，共71頁(yè)。吸收光譜特點(diǎn)：1.同一物質(zhì)，濃度不同時(shí)，同一波長(zhǎng)下吸光度不同，最大吸收波長(zhǎng)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(zhǎng)下，隨著濃度的增加，吸光度增加，在最大吸收波長(zhǎng)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(shí)測(cè)定多組分。第二十七頁(yè)第二十八頁(yè)，共71頁(yè)。三、吸光度的測(cè)量選擇物質(zhì)最大吸收波長(zhǎng)，選擇合適的參比溶液，用來(lái)調(diào)節(jié)儀器零點(diǎn)，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(wú)色時(shí)，可用蒸餾水作參比；顯色劑無(wú)色，被測(cè)試液存在其它有色離子，可用不加顯色劑的被測(cè)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(cè)離子均有色，可加掩蔽劑掩蔽被測(cè)試液為參比。第二十八頁(yè)第二十九頁(yè)，共71頁(yè)。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(duì)比度)要大于60nm。△=—

maxR

maxMR

第二十九頁(yè)第三十頁(yè)，共71頁(yè)。二.顯色劑無(wú)機(jī)顯色劑有機(jī)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(yè)第三十一頁(yè)，共71頁(yè)。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(yè)第三十二頁(yè)，共71頁(yè)。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(yè)第三十三頁(yè)，共71頁(yè)。2.顯色劑用量M(被測(cè)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(yè)第三十四頁(yè)，共71頁(yè)。3.顯色反應(yīng)時(shí)間

一般從加入顯色劑起計(jì)算時(shí)間。4.顯色反應(yīng)溫度5.溶劑有機(jī)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(yè)第三十五頁(yè)，共71頁(yè)。10.4吸光光度分析及誤差控制一.入射光波長(zhǎng)的選擇和標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作1.波長(zhǎng)選擇遵守最大吸收原則。即選擇被測(cè)物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)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(yè)第三十六頁(yè)，共71頁(yè)。2、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作1）作吸收光譜曲線，求出最大吸收波長(zhǎng)

max，2）作待測(cè)組分的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)A=Kbc=K’c3）測(cè)出待測(cè)組分的吸光度值A(chǔ)，在標(biāo)準(zhǔn)曲線中查出對(duì)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(yè)第三十七頁(yè)，共71頁(yè)。二、對(duì)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(fù)偏離Ac標(biāo)準(zhǔn)曲線非單色光的影響第三十七頁(yè)第三十八頁(yè)，共71頁(yè)。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(yè)第三十九頁(yè)，共71頁(yè)。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(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)增加顯色劑用量采用適當(dāng)?shù)姆蛛x方法第三十九頁(yè)第四十頁(yè)，共71頁(yè)。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(cè)量的誤差1.5第四十頁(yè)第四十一頁(yè)，共71頁(yè)。由于c與A成正比，則測(cè)量的絕對(duì)誤差dc與dA也成正比；而相對(duì)誤差相等。第四十一頁(yè)第四十二頁(yè)，共71頁(yè)。透射比在什么范圍具有較小的測(cè)量誤差第四十二頁(yè)第四十三頁(yè)，共71頁(yè)。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差與透光率的關(guān)系00.20.40.60.81.01086420.368相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差/%相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差與透光率的關(guān)系T當(dāng)透光率為15-65%或吸光度為0.2-0.8時(shí)，濃度測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較小第四十三頁(yè)第四十四頁(yè)，共71頁(yè)。吸光度為0.434時(shí)儀器測(cè)量誤差最??？第四十四頁(yè)第四十五頁(yè)，共71頁(yè)。根據(jù)朗伯比爾定律控制適當(dāng)?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(yè)第四十六頁(yè)，共71頁(yè)。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(biāo)準(zhǔn)系列樣品KMnO4溶液10.5其他吸光光度法第四十六頁(yè)第四十七頁(yè)，共71頁(yè)。

其優(yōu)點(diǎn)是儀器簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，適宜于大批試樣的分析；靈敏度高；在復(fù)合光—白光下進(jìn)行測(cè)定，故某些顯色反應(yīng)不符合朗伯—比爾定律時(shí)，仍可用該法進(jìn)行測(cè)定。其主要缺點(diǎn)是準(zhǔn)確度不高，標(biāo)準(zhǔn)系列不能久存，需要在測(cè)定時(shí)臨時(shí)配制。第四十七頁(yè)第四十八頁(yè)，共71頁(yè)。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(duì)某一波長(zhǎng)光的吸收情況，目視比色法則是比較透過(guò)光的強(qiáng)度。例如，測(cè)定溶液中KMnO4的含量時(shí)，吸光光度法測(cè)量的是KMnO4溶液對(duì)黃綠色光的吸收情況，目視比色法則是比較KMnO4溶液透過(guò)紅紫色光的強(qiáng)度。第四十八頁(yè)第四十九頁(yè)，共71頁(yè)。吸光光度法的特點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)曲線直線部分的范圍更大，分析結(jié)果的準(zhǔn)確度較高。因可任意選取某種波長(zhǎng)的單色光，故利用吸光度的加和性，可同時(shí)測(cè)定溶液中兩種或兩種以上的組分。由于入射光的波長(zhǎng)范圍擴(kuò)大了，許多無(wú)色物質(zhì)，只要它們?cè)谧贤饣蚣t外光區(qū)域內(nèi)有吸收峰，都可以用吸光光度法進(jìn)行測(cè)定。第四十九頁(yè)第五十頁(yè)，共71頁(yè)?！⑹静罘止夤舛确?.示差法的原理第五十頁(yè)第五十一頁(yè)，共71頁(yè)。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(yè)第五十二頁(yè)，共71頁(yè)。在示差吸光光度法中測(cè)量的是兩個(gè)溶液的濃度差如果測(cè)量誤差為x%普通測(cè)量法的結(jié)果為：示差測(cè)量法的結(jié)果為：第五十二頁(yè)第五十三頁(yè)，共71頁(yè)。三、雙波長(zhǎng)吸光光度法1.雙波長(zhǎng)吸光光度法的原理第五十三頁(yè)第五十四頁(yè)，共71頁(yè)。第五十四頁(yè)第五十五頁(yè)，共71頁(yè)。c.兩組分共存時(shí)分別測(cè)定選擇參比波長(zhǎng)和測(cè)定波長(zhǎng)的條件是：待測(cè)組分在兩波長(zhǎng)處的吸光度之差要足夠大，干擾組分在兩波長(zhǎng)處的吸光度應(yīng)相等。第五十五頁(yè)第五十六頁(yè)，共71頁(yè)。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(yè)第五十七頁(yè)，共71頁(yè)。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(yè)第五十八頁(yè)，共71頁(yè)。四、其它應(yīng)用

1.弱酸弱堿離解常數(shù)的測(cè)定對(duì)一元弱酸HL第五十八頁(yè)第五十九頁(yè)，共71頁(yè)。第五十九頁(yè)第六十頁(yè)，共71頁(yè)。第六十頁(yè)第六十一頁(yè)，共71頁(yè)。2.絡(luò)合物組成的測(cè)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(cè)其吸光度交點(diǎn)處向橫坐標(biāo)作垂線ACDA最大[R]/[M]0第六十一頁(yè)第六十二頁(yè)，共71頁(yè)。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(duì)量，制備一系列溶液，測(cè)量其吸光度；當(dāng)溶液中的絡(luò)合物MRn濃度最大時(shí)，CR/CM的比值為n。第六十二頁(yè)第六十三頁(yè)，共71頁(yè)。連續(xù)變化法ABA’B、f1.00.80.60.40.20第六十三頁(yè)第六十四頁(yè)，共71頁(yè)。絡(luò)合物的離解度及穩(wěn)定常數(shù)