第九吸光光度法.ppt

第九吸光光度法现在学习的是第1页，共37页1.光的基本性质光的基本性质。2.物质对光的选择性吸收。物质对光的选择性吸收。3.物质颜色与光吸收的关系。物质颜色与光吸收的关系。4.吸收曲线。吸收曲线。5.朗白朗白比尔定律及其应用条件。比尔定律及其应用条件。6.标准曲线。标准曲线。7.分光光度计结构和类型。分光光度计结构和类型。8.吸光光度法分析条件的选择。吸光光度法分析条件的选择。9.吸光光度法应用。吸光光度法应用。现在学习的是第2页，共37页吸光光度法吸光光度法(Absorpion Photometry)：是基于物质对光的选择：是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。是分子光谱分析法的一种，又性吸收而建立起来的分析方法。是分子光谱分析法的一种，又称分光光度法称分光光度法,简称光度法。简称光度法。吸光光度法主要有以下特点：吸光光度法主要有以下特点：灵敏度高。用于测定含量在灵敏度高。用于测定含量在110-3%的微量组分，甚至可以测定的微量组分，甚至可以测定低至低至10-410-5%的痕量组分。的痕量组分。仪器设备简单，操作简便、快速。仪器设备简单，操作简便、快速。准确度较高。一般吸光光度法的相对误差为准确度较高。一般吸光光度法的相对误差为2-5%，若使用精密，若使用精密仪器，误差可降至仪器，误差可降至1-2%，完全能够满足微量组分的测定要求，完全能够满足微量组分的测定要求。1)1)应用广泛。可测定绝大多数无机离子和许多有机物；既能用于应用广泛。可测定绝大多数无机离子和许多有机物；既能用于定量分析，也可用于有机化合物定性分析，还可以测定某些物定量分析，也可用于有机化合物定性分析，还可以测定某些物理化学常数及配合物的组成。理化学常数及配合物的组成。现在学习的是第3页，共37页 一、光的基本性质一、光的基本性质 光是一种电磁波，具有波粒二象性光是一种电磁波，具有波粒二象性,不同波长的光具有不同的不同波长的光具有不同的能量，波长越短，能量越高，反之亦然。能量，波长越短，能量越高，反之亦然。通常意义的通常意义的单色光单色光是指其波长处于某一范围的光；而复合是指其波长处于某一范围的光；而复合光则由不同的单色光组成，例如阳光和白炽灯泡发出的光光则由不同的单色光组成，例如阳光和白炽灯泡发出的光均为复合光。均为复合光。光按照波长的长短顺序范围排列成谱就得到电磁波谱或波光按照波长的长短顺序范围排列成谱就得到电磁波谱或波谱，常用的波长范围为谱，常用的波长范围为:UVVISIR200400nm400750nm760nm300m mm现在学习的是第4页，共37页 电磁波谱的波长范围很宽，其中较窄的一段可见光谱在分析电磁波谱的波长范围很宽，其中较窄的一段可见光谱在分析化学得到了最为广泛的应用，其波长范围在化学得到了最为广泛的应用，其波长范围在400750nm。当。当一束白光通过一束白光通过棱镜棱镜后就色散成红、橙、黄、绿、青、青蓝后就色散成红、橙、黄、绿、青、青蓝、蓝紫八种颜色的光，它们具有不同的波长范围。、蓝紫八种颜色的光，它们具有不同的波长范围。现在学习的是第5页，共37页二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收（一）物质对光产生选择性吸收的原因（一）物质对光产生选择性吸收的原因 主要与物质的分子内部具有一系列的不连续的特征能级主要与物质的分子内部具有一系列的不连续的特征能级有关：有关：E=E电子电子E振动振动E转动转动。当光照射物质分子时，分子中的电子会吸收光能当光照射物质分子时，分子中的电子会吸收光能hn n，由基态，由基态越迁至激发态。若光能量越迁至激发态。若光能量hn n恰好等于物质分子的能级差恰好等于物质分子的能级差D DE，则光被分子吸收，电子由基态越迁至激发态。，则光被分子吸收，电子由基态越迁至激发态。D DE=E激发态激发态-E基态基态=hn n 由于不同物质分子的结构不同，其分子内部的能级差不一由于不同物质分子的结构不同，其分子内部的能级差不一样，导致不同物质对不同波长光的吸收具有选择性。样，导致不同物质对不同波长光的吸收具有选择性。现在学习的是第6页，共37页（二）物质的颜色与光吸收的关系（二）物质的颜色与光吸收的关系当物质（分子或离子）吸收了相当可见能量的电磁波后，就会当物质（分子或离子）吸收了相当可见能量的电磁波后，就会表现出被人眼所能观察到的颜色。物质之所以具有不同的颜色表现出被人眼所能观察到的颜色。物质之所以具有不同的颜色，这是它们对不同波长的可见光具有选择性吸收的结果。物质，这是它们对不同波长的可见光具有选择性吸收的结果。物质呈现的颜色与它所吸收的颜色（波长）有一定关系。呈现的颜色与它所吸收的颜色（波长）有一定关系。例如，当白光通过硫酸铜溶液时，铜离子选择性的吸收了部例如，当白光通过硫酸铜溶液时，铜离子选择性的吸收了部分黄色光，使透过光中蓝色光不能完全互补，所以溶液显蓝分黄色光，使透过光中蓝色光不能完全互补，所以溶液显蓝色。关系如图色。关系如图10-110-1中所示。从下表也可以直观看出。中所示。从下表也可以直观看出。现在学习的是第7页，共37页 溶液颜色即为透射光颜色，与吸收光互补。溶液颜色即为透射光颜色，与吸收光互补。溶液颜色溶液颜色吸收光吸收光颜色颜色/nm黄绿黄绿黄黄橙橙红红紫红紫红紫紫蓝蓝青蓝青蓝青青紫紫蓝蓝青蓝青蓝青青绿绿黄绿黄绿黄黄橙橙红红400450450480480490490500500560560580580600600650650750现在学习的是第8页，共37页 溶液颜色的深浅，取决于溶液吸收光的量，即溶液颜色的深浅，取决于溶液吸收光的量，即取决于吸光物质的浓度，浓度越大，吸收越多取决于吸光物质的浓度，浓度越大，吸收越多，溶液颜色越深。，溶液颜色越深。比色分析：比色分析：通过目视比较溶液颜色深浅来确定通过目视比较溶液颜色深浅来确定溶液中吸光物质含量的方法。溶液中吸光物质含量的方法。光电比色分析：光电比色分析：利用仪器代替目视比较溶液颜利用仪器代替目视比较溶液颜色深浅来确定溶液中吸光物质含量的方法。色深浅来确定溶液中吸光物质含量的方法。光度分析：光度分析：单色器和检测器改进后的单色器和检测器改进后的光电比色光电比色计计。灵敏度和准确度大为提高。灵敏度和准确度大为提高。现在学习的是第9页，共37页（三）（三）吸收曲线（吸收光谱）吸收曲线（吸收光谱）让不同波长的单色光依次照射某一吸光物质让不同波长的单色光依次照射某一吸光物质，并测量该物质在每一波长处对光吸收程度，并测量该物质在每一波长处对光吸收程度的大小（的大小（A），以波长（），以波长（l l）为横坐标，以吸）为横坐标，以吸光度（光度（A）为纵坐标，即可以得到一条吸光度）为纵坐标，即可以得到一条吸光度随波长变化的曲线，称之为随波长变化的曲线，称之为吸收曲线吸收曲线或吸收或吸收光谱，它能够准确地描述物质对各种不同波光谱，它能够准确地描述物质对各种不同波长吸收情况。长吸收情况。吸收曲线中吸光度最大值处称为最大吸收峰吸收曲线中吸光度最大值处称为最大吸收峰，对应的波长称为最大吸收波长，对应的波长称为最大吸收波长l lmax。现在学习的是第10页，共37页 吸收曲线的吸收曲线的形状和形状和l lmax的位置的位置取决于物质的分取决于物质的分子结构，不同的物质因其分子结构不同而具有子结构，不同的物质因其分子结构不同而具有各自特征的各自特征的吸收曲线，据此可进行吸收曲线，据此可进行定性分析定性分析。对于同一物质，浓度不同，其吸收曲线的形状对于同一物质，浓度不同，其吸收曲线的形状和和l lmax的位置不变，但在同一波长下，的位置不变，但在同一波长下，吸光度吸光度（A）随浓度的增大而增大）随浓度的增大而增大，据此可进行据此可进行定量定量分析分析。在在l lmax处测量吸光度的灵敏度最高，在没有其处测量吸光度的灵敏度最高，在没有其它干扰的情况下一般选择为它干扰的情况下一般选择为l lmax测量波长。因测量波长。因此，此，吸收曲线是吸光光度法选择波长的依据吸收曲线是吸光光度法选择波长的依据。现在学习的是第11页，共37页下图是下图是KMnO4溶液吸收曲线，它选择性的吸收了溶液吸收曲线，它选择性的吸收了525nm附近的绿青色光附近的绿青色光，而对绿青色光的互补色光，而对绿青色光的互补色光400nm附近的紫色光几乎不吸收，所以附近的紫色光几乎不吸收，所以KMnO4溶液显紫红色，即溶液显紫红色，即KMnO4溶液的溶液的l lmax为为525nm。KMnO4溶液的吸收曲线（溶液的吸收曲线（CKMnO4：abc104 L mol-1cm-1 的方法是较的方法是较灵敏的。灵敏的。桑德尔（桑德尔（Sandell）灵敏度）灵敏度S2.2.定义：当光度仪器的检测极限为定义：当光度仪器的检测极限为A=0.001时，单位截面时，单位截面积光程内所能检出的吸光物质的最低质量，单位为积光程内所能检出的吸光物质的最低质量，单位为m mgcm-2。由于此时仪器的信号检测能力已经确定，则。由于此时仪器的信号检测能力已经确定，则S仅仅与物质的吸光能力有关，即仅与与物质的吸光能力有关，即仅与k k有关有关：现在学习的是第17页，共37页 A=0.001=k kbc，bc=0.001/k k b的单位为的单位为cm，C的单位为的单位为molL-1，即，即mol/103cm3，故，故bC的单的单位为位为mol/103cm2，若再乘以吸光物质的摩尔质量，若再乘以吸光物质的摩尔质量M（g/mol），则为），则为103cm2截面积光程中所含物质的质量（截面积光程中所含物质的质量（g），所以），所以单位截面积光程中所含物质的质量（单位截面积光程中所含物质的质量（m mg）为：）为：kkMM.bCMbCMS33631000101010101所以，所以，k k越大，越大，S越小，即该方法的灵敏度越高。对于比较灵越小，即该方法的灵敏度越高。对于比较灵敏的显色反应，敏的显色反应，S一般在一般在0.010.001m mgcm-2之间。之间。有极少有极少数显色反应的数显色反应的k k值达到了值达到了106数量级。数量级。现在学习的是第18页，共37页（三）标准曲线的绘制（三）标准曲线的绘制 标准曲线即校准曲线，又称工作曲线。是以吸光度标准曲线即校准曲线，又称工作曲线。是以吸光度A为纵轴为纵轴，浓度，浓度C为横轴绘制的一条曲线。为横轴绘制的一条曲线。首先在一定条件下配制一系列具有不同浓度吸光物质的标准首先在一定条件下配制一系列具有不同浓度吸光物质的标准溶液，称为标准系列，然后测得它们相应的吸光度值，作溶液，称为标准系列，然后测得它们相应的吸光度值，作AC曲线，为工作曲线或标准曲线。在遵循朗白曲线，为工作曲线或标准曲线。在遵循朗白比尔定比尔定律的浓度范围内应为一条直线。同时可知直线的斜率就等于律的浓度范围内应为一条直线。同时可知直线的斜率就等于k kb，又因为，又因为b是定值，故可以求出是定值，故可以求出k k值，这样求得的值，这样求得的k k值是通过值是通过测定多个标准溶液而得到的平均值，所以更可靠。测定多个标准溶液而得到的平均值，所以更可靠。现在学习的是第19页，共37页AC标准曲线及其偏离（标准曲线及其偏离（A=k kbc）现在学习的是第20页，共37页 二、引起偏离朗白二、引起偏离朗白比尔定律的因素比尔定律的因素(一一)物理因素物理因素非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离入射光不纯。入射光不纯。单色光单色光实际是有一定的波长范围的平行光，实际是有一定的波长范围的平行光，假设入射光是由假设入射光是由l l1和和l l2组成，其强度分别为组成，其强度分别为I01和和I02，透射光，透射光强度分别为强度分别为It1和和It2，摩尔吸光系数为，摩尔吸光系数为k k1，k k2,当通过的吸当通过的吸光物质的浓度为光物质的浓度为C，液层厚度为，液层厚度为b 时。时。It1It2I01I02l l1l l2现在学习的是第21页，共37页 对于对于l l1：A1=lg(I01/It1)=k k1bC，故：故：It1=I0110-k k1bC 对于对于l l2：A2=lg(I02/It2)=k k2bC，故：故：It2=I0210-k k2bC由于：由于：I0=I01I02，It=It1It2；所以：所以：A总总=lg(I01+I02)/(It1+It2)=lg(I01+I02)/(I0110-k k1bC+I0210-k k2bC)若若 k k1=k k2=k k，则，则A总总=k kbC，服从，服从朗白朗白比尔定律。比尔定律。即即l l1 l l2，则则k k1k k2，可近似认为可近似认为入射光为入射光为单色光单色光。若若l l1 l l2，则则k k1k k2，A，C间不成正比。间不成正比。l l1，l l2间相差越大，偏离越严重。间相差越大，偏离越严重。解决方法：采用性能较好的单色器，以获得波长范围窄的入解决方法：采用性能较好的单色器，以获得波长范围窄的入射光。射光。现在学习的是第22页，共37页 非平行入射光引起的偏离（正偏离）非平行入射光引起的偏离（正偏离）非平行光不能保证入射光垂直入射，将导致非平行光不能保证入射光垂直入射，将导致光束平均光束平均光程光程b 大于吸收池厚度大于吸收池厚度b，实际测，实际测得的吸光度值将大于理论值。得的吸光度值将大于理论值。介质不均匀引起的偏离（正偏离）介质不均匀引起的偏离（正偏离）3.朗白朗白比尔定律要求测量溶液是均匀非散射比尔定律要求测量溶液是均匀非散射的，若溶液不均匀会有部分光因散射而损失的，若溶液不均匀会有部分光因散射而损失，使测量的吸光度偏高，产生，使测量的吸光度偏高，产生正偏离。正偏离。现在学习的是第23页，共37页(二二)化学因素化学因素溶液浓度过高引起的偏离溶液浓度过高引起的偏离溶液浓度过高会使吸光物质分子间距离缩短溶液浓度过高会使吸光物质分子间距离缩短，相互作用加强，导致在高浓度范围内的，相互作用加强，导致在高浓度范围内的k k不恒定，不恒定，A与与C的线性关系被破坏。因此，的线性关系被破坏。因此，朗朗白白比尔定律只适合于稀溶液比尔定律只适合于稀溶液。化学反应引起的偏离化学反应引起的偏离由于吸光物质的离解，缔合，新化合物生成由于吸光物质的离解，缔合，新化合物生成或互变异构等影响，使测量浓度或互变异构等影响，使测量浓度C与与A不再成不再成线性关系。线性关系。现在学习的是第24页，共37页 目视比色目视比色光电比色计光电比色计分光光度计分光光度计 采用了性能更好的单色器和检测器，使灵敏采用了性能更好的单色器和检测器，使灵敏度和准确度大为提高。度和准确度大为提高。一、分光光度计的组成一、分光光度计的组成光源光源单色器单色器样品池样品池检测器检测器读出系统读出系统提供单色光提供单色光现在学习的是第25页，共37页光源光源采用采用612V的低压钨丝灯做光源，复合波长约在（的低压钨丝灯做光源，复合波长约在（360）4002500nm之间，在之间，在UV区用氢灯或氘灯做光源，波长区用氢灯或氘灯做光源，波长在在185375之间，配以稳压电源。之间，配以稳压电源。单色器（分光系统）单色器（分光系统）滤色片滤色片(2050nm)：颜色与被测液互为补色。：颜色与被测液互为补色。玻璃棱镜玻璃棱镜(3603600nm)：可见分光光度计。：可见分光光度计。石英棱镜石英棱镜(2004000nm)：紫外可见分光光度计。：紫外可见分光光度计。光栅：衍射和干涉原理分光，波长范围宽，分辨率高，光栅：衍射和干涉原理分光，波长范围宽，分辨率高，单色光纯度高。单色光纯度高。现在学习的是第26页，共37页吸收池（比色皿）吸收池（比色皿）厚度厚度(光程光程):0.5，1，2，3，5cm 材质：玻璃比色皿材质：玻璃比色皿 可见光区可见光区 石英比色皿石英比色皿 可见、紫外光区可见、紫外光区检测系统检测系统硒光电池：硒光电池：300800nm(500600nm时最灵敏时最灵敏)；连续照射后易疲劳，使灵敏度降低。连续照射后易疲劳，使灵敏度降低。光电管和光电倍增管：红敏（阴极面为银和氧化铯）光电管和光电倍增管：红敏（阴极面为银和氧化铯）6251000nm；蓝敏光电管（阴极面为锑铯）；蓝敏光电管（阴极面为锑铯）160700nm.广泛广泛应用。应用。2)二极管阵列二极管阵列检测器：高档检测器。检测器：高档检测器。现在学习的是第27页，共37页信号显示系统信号显示系统作用是检测光电流大小，并以一定的方式显示或记录下来作用是检测光电流大小，并以一定的方式显示或记录下来。过去是指针式读数，现在是数显。过去是指针式读数，现在是数显。二、吸光度的测量步骤二、吸光度的测量步骤调节检测器零点：调节检测器零点：T=0（或（或 A=）用空白或试剂空白（参比溶液）调节用空白或试剂空白（参比溶液）调节T=100%或或 A=0，工，工作零点。作零点。待测组分吸光度测定待测组分吸光度测定。绘制标准（工作）曲线（定量）。绘制标准（工作）曲线（定量）。1)内插法从工作曲线上求得待测组分含量。内插法从工作曲线上求得待测组分含量。现在学习的是第28页，共37页三、分光光度计类型三、分光光度计类型 根据波长范围分为根据波长范围分为:VIS，VISUV，IR（FIR）分光光度分光光度计。计。根据仪器结构：单光束，双光束，双波长三种类型。根据仪器结构：单光束，双光束，双波长三种类型。书中书中p287有详细介绍。有详细介绍。现在学习的是第29页，共37页可见光光度分析首先是使被测组分变成有色溶液，然可见光光度分析首先是使被测组分变成有色溶液，然后进行吸光度测量。所以分析条件包括显色和测量两后进行吸光度测量。所以分析条件包括显色和测量两部分。部分。一、显色反应及其条件选择一、显色反应及其条件选择(一一)显色反应和显色剂显色反应和显色剂显色反应显色反应1.大多数显色反应是利用配位反应显色（包括无机显色和有大多数显色反应是利用配位反应显色（包括无机显色和有机显色），少量是利用氧化还原反应（如机显色），少量是利用氧化还原反应（如MnO4-）。）。现在学习的是第30页，共37页显色反应要求：显色反应要求：选择性要好。最好只与一种被测物发生显色反应。选择性要好。最好只与一种被测物发生显色反应。灵敏度要高，即灵敏度要高，即k k值大（值大（104）。）。有色化合物化学性质稳定，化学组成恒定。有色化合物化学性质稳定，化学组成恒定。对比度要大。反应和产物有明显的颜色差别对比度要大。反应和产物有明显的颜色差别(D Dl l60nm)。显色反应条件易于控制。显色反应条件易于控制。显色剂显色剂无机显色剂：过氧化氢，硫氰酸铵，钼酸铵，碘化钾，氨无机显色剂：过氧化氢，硫氰酸铵，钼酸铵，碘化钾，氨水。水。有色化合物稳定性差，选择性和灵敏度都不高，应用有色化合物稳定性差，选择性和灵敏度都不高，应用较少。较少。现在学习的是第31页，共37页有机显色剂：有机显色剂：与金属离子形成稳定的有色螯合物，与金属离子形成稳定的有色螯合物，选择性和灵敏度选择性和灵敏度都很高，是光度分析应用最广泛的显色剂。都很高，是光度分析应用最广泛的显色剂。(二二)显色反应条件的选择显色反应条件的选择显色剂用量显色剂用量1.以吸光度以吸光度A为纵坐标，显色剂浓度为横坐标作图。为纵坐标，显色剂浓度为横坐标作图。现在学习的是第32页，共37页溶液酸度溶液酸度以吸光度以吸光度A为纵坐标，为纵坐标，pH为横坐标作图。为横坐标作图。显色时间显色时间以吸光度以吸光度A为纵坐标，时间为纵坐标，时间t为横坐标作图。为横坐标作图。显色温度显色温度以吸光度以吸光度A为纵坐标，温度为纵坐标，温度T为横坐标作图。为横坐标作图。现在学习的是第33页，共37页有机溶剂和表面活性剂：有机溶剂和表面活性剂：有机溶剂可以降低有色化合物的离解度，从而提高显色反有机溶剂可以降低有色化合物的离解度，从而提高显色反应的灵敏度。应的灵敏度。共存离子的干扰与消除：共存离子的干扰与消除：(1)控制酸度；控制酸度；(2)加入掩蔽剂；加入掩蔽剂；(3)分离干扰离子。分离干扰离子。现在学习的是第34页，共37页 二、吸光光度法的测量误差及测量条件二、吸光光度法的测量误差及测量条件仪器测量误差仪器测量误差仪器误差是指测量吸光度或透射比时所产生误差。仪器误差是指测量吸光度或透射比时所产生误差。lgTAdTT0.434)ln10lnT0.434d(d(lgT)dAA相对误差相对误差:)dTTlgT0.434()dTTA0.434(AdAA相对误差最小时：相对误差最小时：0(TlgT)lgTlge0.434dTdT)TlgT0.434()AdA(2lge+lgT=0-lgT=A=0.434T=0.368即在即在T=0.368；A=0.434时，时，浓度测量的相对误差最小浓度测量的相对误差最小。现在学习的是第35页，共37页测量条件的选择测量条件的选择测量波长的选择：一般选择吸收曲线中的最大吸收波长，即测量波长的选择：一般选择吸收曲线中的最大吸收波长，即l lmax使测定结果有较高的灵敏度和准确度。使测定结果有较高的灵敏度和准确度。控制吸光度范围：吸光度控制在控制吸光度范围：吸光度控制在0.20.7范围内，测量的准范围内，测量的准确度较高。可改变溶液浓度或比色皿厚度。确度较高。可改变溶液浓度或比色皿厚度。选择合适的参比溶液选择合适的参比溶液试液、试剂、显色剂均无色时，用去离子水参比。试液、试剂、显色剂均无色时，用去离子水参比。试剂和显色剂均无色，试液中其它离子有色时，采用不加显试剂和显色剂均无色，试液中其它离子有色时，采用不加显色剂的试液作参比。色剂的试液作参比。试剂和显色剂均有色，可将一份试液加掩蔽剂，将被试剂和显色剂均有色，可将一份试液加掩蔽剂，将被测组分掩蔽起来，再加入其它试剂和显色剂，以此作测组分掩蔽起来，再加入其它试剂和显色剂，以此作溶液参比。溶液参比。现在学习的是第36页，共37页吸光光度法可用于：定性分析、定量分析和物理化学吸光光度法可用于：定性分析、定量分析和物理化学常数的测定。但最重要的应用是定量分析。有关内容常数的测定。但最重要的应用是定量分析。有关内容见书见书p294298。作业：作业：p302 20，21，23，24，25现在学习的是第37页，共37页