《分光光度分析》第四章-分光光度法的灵敏度和选择性ppt课件.pptx

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1、第四章第四章 分光光度法的灵分光光度法的灵 敏度和选择性敏度和选择性第一节第一节 分光光度法的灵敏度分光光度法的灵敏度第二节第二节 分光光度法的选择性分光光度法的选择性 知识点回顾知识点回顾： 光的吸收定律光的吸收定律 影响准确度的因素影响准确度的因素bcA一一. . 辐射与物质的非吸收作用引起的误差辐射与物质的非吸收作用引起的误差三三. 不适当的实验技术引起的误差不适当的实验技术引起的误差二二. 仪器的非理想性引起的误差仪器的非理想性引起的误差重点重点灵敏度的定义及表示方法灵敏度的定义及表示方法选择性反应及特效反应选择性反应及特效反应难点难点提高灵敏度的途径提高灵敏度的途径提高选择性的途径提

2、高选择性的途径第一节第一节 分光光度法的灵敏度分光光度法的灵敏度 随着科学技术日新月异的发展，对超纯物质及成随着科学技术日新月异的发展，对超纯物质及成分复杂物质中痕量物质的分析方法的灵敏度提出了更分复杂物质中痕量物质的分析方法的灵敏度提出了更高的要求，分析方法的灵敏度成为人们挑选分析方法高的要求，分析方法的灵敏度成为人们挑选分析方法的的一个重要准则一个重要准则。一一. . 灵敏度的定义及其表示方法灵敏度的定义及其表示方法1. 定义定义 待测物质的增量待测物质的增量 c产生由输出信号的变化产生由输出信号的变化 A和和该增量的比率：该增量的比率： ，即与工作曲线的斜率有关。，即与工作曲线的斜率有关

3、。 Abc2. 表示方法表示方法摩尔吸光系数摩尔吸光系数吸光系数吸光系数a最低检出浓度最低检出浓度桑德尔桑德尔(Sandell)指数指数S( gcm-2)(1) 摩尔吸光系数摩尔吸光系数 )cmmol(L:11这里指在有色物质最大吸收波长处测得的：这里指在有色物质最大吸收波长处测得的： bcA即即Ac工作曲线的斜率工作曲线的斜率一般认为：一般认为： 值小于值小于2104属于不灵敏的分光光度法，属于不灵敏的分光光度法， 值在值在(26)104属于中等灵敏的分光光度法，属于中等灵敏的分光光度法， 值在值在(610)104属于高灵敏的分光光度法，属于高灵敏的分光光度法， 值大于值大于105属于超高灵

4、敏的分光光度法，属于超高灵敏的分光光度法，现在已有少数达到现在已有少数达到 约约106。(2) 吸光系数吸光系数 a物理意义：相当于浓度为物理意义：相当于浓度为1g/L的待测物质溶液，在的待测物质溶液，在1cm的吸收池中测得的吸光度。的吸收池中测得的吸光度。Aabc bcAa c = c (g/L) F331010FaFcbAbcA310Faa值便于比较原子量相差较大的金属元素的测定方法值便于比较原子量相差较大的金属元素的测定方法的灵敏度。的灵敏度。例如：用双硫腙萃取分光光度法测定时，如果按摩尔吸收系数例如：用双硫腙萃取分光光度法测定时，如果按摩尔吸收系数( )排列，几个有色金属的测定灵敏度应

5、是：排列，几个有色金属的测定灵敏度应是：Cd(8.8104) Hg(7.1104) Pb(6.86104) Cu(4.52104) 但是，由于原子量但是，由于原子量Cu(63.54) Cu(0.71) Hg(0.35) Pb(0.33)(3) 桑德尔桑德尔(Sandell)指数指数S( gcm-2)物理意义：表示用物理意义：表示用1cm吸收池测得吸光度为吸收池测得吸光度为0.001时，时，每毫升溶液中待测物质的微克数。每毫升溶液中待测物质的微克数。Aabc 当当b1cm，A0.001时，时，Sc ( g/mL)Fc3101001. 0FS1FS 同理同理 Aabc 当当b1cm，A0.001时

6、，时，Sc ( g/mL)(1001. 0SccaSa001. 0aS310(4) 最低检出浓度最低检出浓度 这种情况必须这种情况必须注明附加条件注明附加条件，如液体体积、比色皿、，如液体体积、比色皿、 可测出的吸光度最小值等。可测出的吸光度最小值等。如：用准确的分光光度计，可测出如：用准确的分光光度计，可测出A0.001，若，若b1cm，( 1.0105，F100)则最低浓度则最低浓度 mol/L101100 . 10 . 1001. 085bA相当于：相当于：110-8100 10-6 g/L = 10-9 g/mL一般的分光光度法约一般的分光光度法约1.0104，可测出，可测出A0.01

7、，若若b1cm， F100 则最低浓度则最低浓度 mol/L101100 . 10 . 101. 064bA相当于：相当于：g/mL10g/mL10001001076显色溶液体积为显色溶液体积为10 mL，则可测出，则可测出1 g被测物质。被测物质。 在考虑灵敏度时，应注意区别在考虑灵敏度时，应注意区别光度反应的灵敏度光度反应的灵敏度(取决于吸光物质性质、反应条件、光度测量条件取决于吸光物质性质、反应条件、光度测量条件)和和分析方法的灵敏度分析方法的灵敏度(包括光度反应灵敏度条件外，还取包括光度反应灵敏度条件外，还取决于样品的制备条件，干扰的影响等决于样品的制备条件，干扰的影响等)。 其中最常

8、用的是摩尔吸光系数，此方法是衡量灵其中最常用的是摩尔吸光系数，此方法是衡量灵敏度的重要指标。敏度的重要指标。二二. 提高分光光度法灵敏度的途径提高分光光度法灵敏度的途径1. 寻求高灵敏度试剂寻求高灵敏度试剂 目前大多数光度法分析法灵敏度在目前大多数光度法分析法灵敏度在104数量级，因数量级，因此，还有大量的工作需要我们取寻求高灵敏度的试剂，此，还有大量的工作需要我们取寻求高灵敏度的试剂，以提高光度分析法的灵敏度，以其达到较高的灵敏度。以提高光度分析法的灵敏度，以其达到较高的灵敏度。 通常选用通常选用有机试剂有机试剂，其最大优点是：通过，其最大优点是：通过改变试剂改变试剂的结构的结构，可得到灵敏

9、度高的试剂。，可得到灵敏度高的试剂。 光度反应的灵敏度与反应产物的摩尔吸光系数光度反应的灵敏度与反应产物的摩尔吸光系数 1和和试剂的摩尔吸光系数试剂的摩尔吸光系数 2有关。有关。如：如：M + L ML 试剂试剂L的吸收情况将会对的吸收情况将会对ML的测定产生影响，的测定产生影响，( 1- 2)值愈大，反应越灵敏。值愈大，反应越灵敏。 N NCH3COOHOH如：水杨酸衍生物如：水杨酸衍生物 与与Fe3+反应，反应， 1- 20.16 若试剂变为：若试剂变为： N NH3OSCOOHOH与与Fe3+反应，反应， 1- 20.35 N NNO2COOHOH与与Fe3+反应，反应， 1- 20.6

10、2而试剂变为：而试剂变为： 2. 利用形成三元配合物利用形成三元配合物 利用形成三元配合物利用形成三元配合物(混合配位络合物混合配位络合物)以提高光以提高光度分析法的灵敏度发展迅速，是一个行之有效的方法。度分析法的灵敏度发展迅速，是一个行之有效的方法。(1) 加入显色剂加入显色剂 如：如：Ag+与溴邻苯三酚红与溴邻苯三酚红(BPR)形成二元络合物，形成二元络合物， 1.0104 ，当加入邻二氮菲，当加入邻二氮菲(phen)后，形成三元络合物，后，形成三元络合物， 5.1104，其中，其中，Ag phen BPR2 4 1。(2) 加入表面活性剂加入表面活性剂 在金属离子与显色剂的二元体系中加入

11、一种表面在金属离子与显色剂的二元体系中加入一种表面活性剂以形成三元络合物活性剂以形成三元络合物(三组分三组分)提高光度分析法的提高光度分析法的灵敏度，此法目前研究报道较多。灵敏度，此法目前研究报道较多。如：如：Sn(IV)+邻苯二酚紫邻苯二酚紫(PV)二元络合物二元络合物 max555 nm 6.5104Sn(IV)+PV+CTMAB三元络合物三元络合物 max662 nm 9.6104 表面活性剂表面活性剂：是指那些能显著降低溶剂：是指那些能显著降低溶剂(一般为水一般为水)表面张力，改变体系表面状态表面张力，改变体系表面状态(自由能自由能)，从而产生一，从而产生一系列润湿、乳化、分散、起泡及

12、增溶等作用的物质。系列润湿、乳化、分散、起泡及增溶等作用的物质。 a 阴离子表面活性剂阴离子表面活性剂：其电离后活性部分是阴离子，主要：其电离后活性部分是阴离子，主要是十二烷基磺酸钠一类化合物。是十二烷基磺酸钠一类化合物。 b 非离子型表面活性剂非离子型表面活性剂：其极难电离，主要是聚氧乙烯烷：其极难电离，主要是聚氧乙烯烷基酚，聚乙烯醇等。基酚，聚乙烯醇等。如：乳化剂如：乳化剂OP，聚氧乙烯油酸脂，聚氧乙烯油酸脂如：溴化十六烷基三甲基铵如：溴化十六烷基三甲基铵(CTMAB)氯化十六烷基三甲基铵氯化十六烷基三甲基铵(CTMAC)溴化羟十二烷基三甲基铵溴化羟十二烷基三甲基铵(DTM)N氯化十六烷基

13、吡啶氯化十六烷基吡啶(CPC) c 阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂：其电离后活性部分是阳离子，应用：其电离后活性部分是阳离子，应用最广，多是带长碳链的季铵盐或烷基吡啶类。最广，多是带长碳链的季铵盐或烷基吡啶类。 3. 利用放大反应利用放大反应 放大反应放大反应：指某反应的物质的量经放大反应后显指某反应的物质的量经放大反应后显著增大的反应。著增大的反应。利用放大反应，可提高光度分析法的灵敏度。利用放大反应，可提高光度分析法的灵敏度。如：测如：测 34PO34PO钼酸铵钼酸铵343POMoO12丁醇丁醇- -氯仿氯仿萃取萃取343POMoO12-24MoO(除去过量的除去过量的-24MoO)氨缓

14、冲溶液氨缓冲溶液反萃取反萃取 2- 2-氨基氨基-4-4-氯苯硫醇氯苯硫醇1 2Mo8-羟基喹啉羟基喹啉1 4(12224mol)(24496mol)1mol P放大为放大为96 mol Br 提高近提高近2个数量级个数量级 3.6105 1mol P343POMoO12mol放大反应放大反应4. 利用动力学反应利用动力学反应 如果痕量待测物质能充当某显色剂反应或褪色反应的催如果痕量待测物质能充当某显色剂反应或褪色反应的催化剂，就可以利用动力学分光光度法大幅度地提高灵敏度化剂，就可以利用动力学分光光度法大幅度地提高灵敏度(将将在第八章详细讨论在第八章详细讨论) 举例：举例：Cu2+二溴硝基偶氮

15、羧二溴硝基偶氮羧(+VC)10-12g/mL, Cu2+偶氮胂偶氮胂III(+VC)10-11g/mL 5. 仪器和测量技术仪器和测量技术选择使用仪器和测量技术可提高光度分析法的灵敏度。选择使用仪器和测量技术可提高光度分析法的灵敏度。 若使用的滤光片波带宽若使用的滤光片波带宽(即单色光纯度差即单色光纯度差)如如 1 1 进行测定，进行测定，则物质的吸光度在则物质的吸光度在A1A 之间波动，之间波动， 在在 1 之间波动，灵敏度较之间波动，灵敏度较差差(即即 平均水平低平均水平低) 。nmA2A1AAor() 1 当使用的滤光片波带窄当使用的滤光片波带窄(即单色光纯度高即单色光纯度高)如如 2

16、2 进行测定，则物质的吸光度在进行测定，则物质的吸光度在A2A之间波动，之间波动， 在在 2 小范围较小范围较高处波动，灵敏度增大高处波动，灵敏度增大(即即 平均水平增高平均水平增高)，当在当在 max处测定时，处测定时，A达最高，达最高， 达最大。达最大。因此选用波带宽度愈窄的单色器，灵敏度愈高因此选用波带宽度愈窄的单色器，灵敏度愈高6. 预浓集预浓集 把待测组分预先浓集于小体积中把待测组分预先浓集于小体积中(减少杂质量，减少杂质量，c增大增大)，然后测定，可提高灵敏度，然后测定，可提高灵敏度13个数量级，多个数量级，多用于痕量分析中，常采用萃取的方法。用于痕量分析中，常采用萃取的方法。 许

17、多灵敏度很高的反应常由于空白值无法降低而影响灵敏许多灵敏度很高的反应常由于空白值无法降低而影响灵敏度，与理论上可能达到的值相差有的可达几个数量级以上。度，与理论上可能达到的值相差有的可达几个数量级以上。空白值问题有时成为痕量分析的根本问题。空白值问题有时成为痕量分析的根本问题。7. 减小试剂空白，减小试剂空白， 用于痕量组分用于痕量组分 痕量分析中为了减少由于试剂、容器、环境等引入的杂质，痕量分析中为了减少由于试剂、容器、环境等引入的杂质，通过空白试验对分析结果进行校正，以提高结果的准确度。但通过空白试验对分析结果进行校正，以提高结果的准确度。但是，较大的空白值将会降低反应的灵敏度。是，较大的

18、空白值将会降低反应的灵敏度。 第二节第二节 分光光度法的选择性分光光度法的选择性 一一. 选择性反应，选择性试剂，特效反应，特效试剂选择性反应，选择性试剂，特效反应，特效试剂 一试剂只与为数不多的金属离子反应，该反应称一试剂只与为数不多的金属离子反应，该反应称为选择性反应，试剂称为为选择性反应，试剂称为选择性试剂选择性试剂。 一试剂只与一种元素发生反应，则该反应称为特一试剂只与一种元素发生反应，则该反应称为特效反应效反应(极少极少)，试剂称为，试剂称为特效试剂特效试剂。 如如I2与淀粉反应，在严格控制条件下，有些选择性反应会与淀粉反应，在严格控制条件下，有些选择性反应会称为特效反应。称为特效反

19、应。 二二. . 提高选择性的途径提高选择性的途径 1. 寻求高选择性试剂寻求高选择性试剂 一般情况下有机试剂的选择性高于无机试剂一般情况下有机试剂的选择性高于无机试剂 (1) 分析功能团对试剂选择性的影响分析功能团对试剂选择性的影响 能与无机离子起作用的许多有机试剂，在其分子结构中能与无机离子起作用的许多有机试剂，在其分子结构中都存在着决定有机分子与无机离子起反应的都存在着决定有机分子与无机离子起反应的特殊原子团特殊原子团，这，这种特殊原子团称为种特殊原子团称为分析功能团分析功能团。 含有一定分析功能团的有机试剂就会与一定的无机离子反应。含有一定分析功能团的有机试剂就会与一定的无机离子反应。

20、如：二乙酰二肟含有分析功能团如：二乙酰二肟含有分析功能团 而对而对Ni有高有高选择性。选择性。CCHONNOH 现已寻找出了许多元素的分析功能团，合成了许多高选现已寻找出了许多元素的分析功能团，合成了许多高选择性的试剂。择性的试剂。(2)(2)试剂结构对试剂选择性的影响试剂结构对试剂选择性的影响 如：邻醌二肟如：邻醌二肟(I)(I)分子中分子中含有含有Ni的分析功能团：的分析功能团：NOHNOH但实际上却不与但实际上却不与Ni反应，是由于反应，是由于试剂结构的影响试剂结构的影响。(3)(3)取代基对试剂选择性的影响取代基对试剂选择性的影响a).a).取代基会影响试剂的分析性能取代基会影响试剂的

21、分析性能 取代基取代基OH、COOH、NH2、SO3H(亲水基团亲水基团)的引的引入会提高有机试剂的溶解度。入会提高有机试剂的溶解度。 取代基取代基-X、R(CH3、C2H5、)(憎水基团憎水基团)的引的引入会降低有机试剂的溶解度。入会降低有机试剂的溶解度。 例如：例如：b). 取代基影响有机试剂的酸性取代基影响有机试剂的酸性 如：如：C2H5OH是中性，是中性， 是弱酸。是弱酸。 OH试剂的酸碱性会影响其与金属离子的反应性能。试剂的酸碱性会影响其与金属离子的反应性能。c). 取代基可影响有机化合物的颜色取代基可影响有机化合物的颜色 d). 取代基的空间位阻效应可提高反应的选择性取代基的空间位

22、阻效应可提高反应的选择性 由于取代基的存在，有时会强烈干扰其他原子间的结合，由于取代基的存在，有时会强烈干扰其他原子间的结合，使得试剂的选择性提高了，这就是空间位阻影响。使得试剂的选择性提高了，这就是空间位阻影响。2. 利用多元配合物选择性反应利用多元配合物选择性反应 多元配合物的生成可很大限度地改善显色反应的选择性，多元配合物的生成可很大限度地改善显色反应的选择性，这是由于多元配合物的形成受这是由于多元配合物的形成受一定条件约束，不是随意组合的一定条件约束，不是随意组合的。如：二价过渡金属离子如：二价过渡金属离子 + 丁二酮肟丁二酮肟 二元配合物二元配合物 与与I-形成三元配合物的只有形成三

23、元配合物的只有Co2+，可见具有很高的选择性。，可见具有很高的选择性。 3. 利用络合反应消除干扰利用络合反应消除干扰 利用络合反应消除干扰的方法叫络合掩蔽法。它利用络合反应消除干扰的方法叫络合掩蔽法。它是提高是提高光度分析法选择性最广泛、最重要、最简便的途径。光度分析法选择性最广泛、最重要、最简便的途径。 如：如：phen光度法测定光度法测定Fe2+时，时，Al、Bi、Cd、Cr、Mo、Zn、Sn等的干扰可采用等的干扰可采用EDTA柠檬酸作掩蔽剂，消除干扰。柠檬酸作掩蔽剂，消除干扰。 (1) 路易斯定义：能给出电子对而形成配位键的物质路易斯定义：能给出电子对而形成配位键的物质 碱碱 能接受电

24、子对而形成配位键的物质能接受电子对而形成配位键的物质 酸酸(2) 规律：规律：硬酸和硬碱硬酸和硬碱 配合形成的络合物较稳定配合形成的络合物较稳定软酸和软碱软酸和软碱见书见书P50 表表4.1、表、表4.2可初步定性地选择掩蔽剂可初步定性地选择掩蔽剂 Cd2+CN-NH3软酸软酸4. 控制溶液酸度控制溶液酸度 是提高光度分析法选择性的重要途径之一。是提高光度分析法选择性的重要途径之一。 控制控制pH控制控制(试剂浓度试剂浓度)使干扰反应不进行或很少，而使干扰反应不进行或很少，而使主反应定量进行完全使主反应定量进行完全消除干扰消除干扰 5. 改变干扰元素价态改变干扰元素价态如：测如：测Mo(V) SCN Fe 3+干扰干扰 SnCl2 Fe2+消除了消除了Fe3+的干扰从而可准确地测定钼。的干扰从而可准确地测定钼。 6. 利用分离利用分离 若以上方法不能消除干扰，就应采取分离除去干扰物质的方法。若以上方法不能消除干扰，就应采取分离除去干扰物质的方法。