第09章吸光光度法PPT讲稿.ppt
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1、第第09章吸光光度法章吸光光度法2022/9/17第1页,共64页,编辑于2022年,星期一2022/9/17第2页,共64页,编辑于2022年,星期一吸光光度法概述吸光光度法概述吸光光度法:基于物质对光的选择性吸收的分析方法 比色法 可见分光光度法(visible spectrophotometry)紫外分光光度法(ultraviolet spectrophotometry)其他2022/9/17第3页,共64页,编辑于2022年,星期一特点:特点:(1)具有较高的灵敏度,适用于微量组分的测定。(2)通常所测试液的浓度下限达10-510-6 molL-1。(3)吸光光度法测定的相对误差约为2
2、%5%。(4)测定迅速,仪器操作简单,价格便宜,应用广泛(5)几乎所有的无机物质和许多有机物质的微量成分都能用此法进行测定。(6)还常用于化学平衡等的研究。2022/9/17第4页,共64页,编辑于2022年,星期一9.1 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理9.1.1 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收M +热M+荧光或磷光M +h M*基态基态 激发态激发态E1 (E)E2 E=E2 -E1=h 量子化量子化;选择性吸收;选择性吸收;分子结构的复杂性使其对不同分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同;波长光的吸收程度不同;光的互补光的互补:蓝:蓝 黄黄2022/9/17第5页,
3、共64页,编辑于2022年,星期一表9-1 物质颜色与吸收光颜色的互补关系物质颜色与吸收光颜色的互补关系2022/9/17第6页,共64页,编辑于2022年,星期一电子能级间跃迁电子能级间跃迁电子能级电子能级间跃迁的同时间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。线而呈现宽谱带。2022/9/17第7页,共64页,编辑于2022年,星期一吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长 分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同,分子结
4、构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同,用不同波长的单色光照射,测吸光度用不同波长的单色光照射,测吸光度 吸收曲线与最大吸收吸收曲线与最大吸收波长波长 max;(动画动画)2022/9/17第8页,共64页,编辑于2022年,星期一吸收曲线的讨论:吸收曲线的讨论:(1)同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max(2)不同浓度的同一种物质,其吸收曲线形状相似max不变。而对于不同物质,它们的吸收曲线形状和max则不同。(动画动画)(3)吸收曲线可以提供物质的结构信息,并作为物质定性分析的依据之一。2022/9/17第9页,共64页,编辑于2022年,星期一
5、吸收曲线的讨论:吸收曲线的讨论:(动画动画)(4)不同浓度的同一种物质,在某一定波长下吸光度 A 有差异,在max处吸光度A 的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。(5)在max处吸光度随浓度变化的幅度最大,所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。2022/9/17第10页,共64页,编辑于2022年,星期一9.1.2 光的吸收基本定律光的吸收基本定律 朗伯朗伯-比耳(比耳(Larnbert-Beer)定律定律1.1.朗伯朗伯 比耳定律比耳定律吸光度与液层厚度吸光度与液层厚度 Ab吸光度与物质浓度吸光度与物质浓度 A c A c b(动画(动画1)(动画(动画2)2
6、022/9/17第11页,共64页,编辑于2022年,星期一式中式中 A:吸光度;描述溶液对光的吸收程度;吸光度;描述溶液对光的吸收程度;b:液层厚度液层厚度(光程长度光程长度),通常以,通常以cm为单位;为单位;c:溶液的摩尔浓度,单位溶液的摩尔浓度,单位 molL-;:摩尔吸收系数摩尔吸收系数,单位,单位 Lmol-cm-;或或:A=lg(I0/It)=a b c c:溶液的浓度,单位溶液的浓度,单位gL-a:吸收系数吸收系数,单位,单位Lg-cm-a与与的关系为:的关系为:a=/M (M为摩尔质量)为摩尔质量)朗伯朗伯 比耳定律数学表达式比耳定律数学表达式2022/9/17第12页,共6
7、4页,编辑于2022年,星期一透过度透过度T:描述入射光透过溶液的程度描述入射光透过溶液的程度 T=I/I0吸光度吸光度A与透射比与透射比T 的关系的关系:透射比透射比T T(1)吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。(2)摩尔吸收系数在数值上等于浓度为1 mol L-1、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度;(3)吸光度具有加和性。2022/9/17第13页,共64页,编辑于2022年,星期一(1)吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数;(2)不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时,仅与吸收物质本身的性质有关,与待测物浓度无关;(3)同一吸收物质在不同波长下的
8、值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸收系数max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力,也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。摩尔吸收系数的讨论2022/9/17第14页,共64页,编辑于2022年,星期一(4)可作为定性鉴定的参数;(5)物质的吸光能力的度量 max越大表明该物质的吸光能力越强,用光度法测定该物质的灵敏度越高。105:超高灵敏;=(610)104:高灵敏;=104 103:中等灵敏;103 :不灵敏。(6)在数值上等于浓度为1 mol L-1、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。摩尔吸收系数的讨论2022/9/17第15页,共64页,编辑于2022年,星期
9、一9.1.3 偏离比耳定律的原因偏离比耳定律的原因1.1.现象现象 标准曲线法测定未知溶液的浓度时,发现:标准曲线常发生弯曲(尤其当溶液浓度较高时),这种现象称为对朗伯比耳定律的偏离。2.2.引起偏离的因素引起偏离的因素(两大类)(两大类)(1 1)物理性因素,)物理性因素,即仪器的非理想引起的;(2 2)化学性因素。)化学性因素。2022/9/17第16页,共64页,编辑于2022年,星期一物理性因素:物理性因素:难以获得真正的纯单色光难以获得真正的纯单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯比耳定律的正或负偏离。非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯比耳定律的偏
10、离,最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。2022/9/17第17页,共64页,编辑于2022年,星期一非单色光作为入射光引起的偏离:非单色光作为入射光引起的偏离:假设由波长为1和2的两单色光组成的入射光通过浓度为c的溶液,则:A1lg(01/t1)1 bc A2lg(02/t2)2 bc故:故:式中:01、02分别为1、2 的入射光强度;t1、t2分别为1、2 的透射光强度;1、2分别为1、2的摩尔吸收系数;2022/9/17第18页,共64页,编辑于2022年,星期一 A总总=lg(0总总/t总总)=lg(I01+02)/(t1+t2)=lg(I01+o2)/(01 10-1bc+02
11、10-2bc)令:令:1-2=;设:设:01=02 A总总=lg(2I01)/t1(1+10-bc)=A 1+lg2-lg(1+10-bc)因实际上只能测总吸光度因实际上只能测总吸光度A总总,故,故2022/9/17第19页,共64页,编辑于2022年,星期一讨论:讨论:A总总=A1+lg2-lg(110 bc)(1)=0;即:即:1=2=则:则:A总 lg(o/t)bc(2)0 若若 0;即即20,lg(110 bc)值随c值增大而增大,则标准曲线偏离直线向c 轴弯曲,即负偏离;反之,则向A轴弯曲,即正偏离。2022/9/17第20页,共64页,编辑于2022年,星期一讨论:讨论:(3)很小
12、时,即很小时,即1 2:可近似认为是单色光。在低浓度范围内,不发生偏离。若浓度较高,即使 很小,A总 1,且随着c值增大,A总 与A 1的差异愈大,表现为A-c曲线上部(高浓度区)弯曲愈严重。故朗伯-比耳定律只适用于稀溶液。(4)为克服非单色光引起的偏离,首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。2022/9/17第21页,共64页,编辑于2022年,星期一讨论:讨论:选用谱带a的复合光进行测量,得到右图的工作曲线,A与c基本呈直线关系。选用谱带b的复合光进行测量,的变化较大,则A随波长的变化较明显,得到的工作曲线明显偏离线性。2022/9/1
13、7第22页,共64页,编辑于2022年,星期一(2)(2)化学性因素化学性因素朗伯比耳定律的假定:所有的吸光质点之间不发生相互作用;仅在稀溶液(c10-2 mol L-1时,吸光质点间可能发生缔合等相互作用,直接影响了对光的吸收。故:朗伯比耳定律只适用于稀溶液。溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化。例:CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O2022/9/17第23页,共64页,编辑于2022年,星期一9.2 光度计及其基本部件光度计及其基本部件1.1.分光光度计分光光度计2022/9/17第24页,共64页,编辑于2022年,星期一分光光度
14、计分光光度计2022/9/17第25页,共64页,编辑于2022年,星期一9.2.1 基本组成基本组成(动画动画)2022/9/17第26页,共64页,编辑于2022年,星期一9.2.2 主要部件主要部件 1.1.光源光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱,具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区可见光区:钨灯作为光源,其辐射波长范围在3202500 nm。紫外区紫外区:氢、氘灯。发射185400 nm的连续光谱。2022/9/17第27页,共64页,编辑于2022年,星期一2 2.单色器单色器 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任意波长单色光的光学系统。
15、入射狭缝入射狭缝:光源的光由此进入单色器;准光装置准光装置:透镜或返射镜使入射光成为平行光束;色散元件色散元件:将复合光分解成单色光;棱镜或光栅2022/9/17第28页,共64页,编辑于2022年,星期一光栅光栅2022/9/17第29页,共64页,编辑于2022年,星期一3 3.样品室样品室 样品室放置各种类型的吸收池(比色皿)和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池,可见区一般用玻璃池。2022/9/17第30页,共64页,编辑于2022年,星期一4 4.检测系统 将光强度转换成电流来进行测量。光电检测器。要求:对测定波长范围内的光有快速、灵敏的响应,产生的
16、光电流应与照射于检测器上的光强度成正比。(1)(1)光电管光电管2022/9/17第31页,共64页,编辑于2022年,星期一(2)(2)光电二极管阵列光电二极管阵列电容器再次充电的电量与每个二极管检测到的光子数目成正比,而光子数又与光强成正比。通过测量整个波长范围内光强的变化就可得到吸收光谱。电容器充电电容器放电光照射再次充电测量周期2022/9/17第32页,共64页,编辑于2022年,星期一9.3 显色反应与条件的选择显色反应与条件的选择9.3.1 显色反应的选择显色反应的选择1.1.选择显色反应时,应考虑的因素选择显色反应时,应考虑的因素 灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波
17、长处无明显吸收,两种有色物最大吸收波长之差:“对比度”,要求 60 nm。2.2.配位显色反应配位显色反应 当金属离子与有机显色剂形成配合物时,通常会发生电荷转移跃迁,产生很强的紫外可见吸收光谱2022/9/17第33页,共64页,编辑于2022年,星期一3.3.氧化还原显色反应氧化还原显色反应 某些元素的氧化态,如Mn()、Cr()在紫外或可见光区能强烈吸收,可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。例如:钢中微量锰的测定,2 Mn2 5 S2O82-8 H2O=2 MnO4+10 SO42-16H+将Mn2 氧化成紫红色的MnO4后,在525 nm处进行测定。2022/9/17第34页,
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