分析化学 第8章.ppt
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1、即不同物质吸收不同颜色的光,据此可进行即不同物质吸收不同颜色的光,据此可进行定性分析;定性分析;此物质的浓度越大此物质的浓度越大,吸收的光越多吸收的光越多,测得的吸光度越大。测得的吸光度越大。第第 8 章章 吸光光度法吸光光度法 absorption spectrophotometry8.1 概述概述一、什么叫吸光光度法一、什么叫吸光光度法 根据吸光度与被测物浓根据吸光度与被测物浓度成正比度成正比(朗伯朗伯-比耳定律比耳定律)求得被测物含量。求得被测物含量。利用物质对光的选择吸收而建立的仪利用物质对光的选择吸收而建立的仪器分析方法。器分析方法。二、吸光光度法的特点二、吸光光度法的特点 1.灵敏
2、度高灵敏度高 可测定浓度能达到可测定浓度能达到 10-5 10-6 mol/L 2.准确度高准确度高 相对误差相对误差 2%5%用精密仪器,可达用精密仪器,可达 1%2%3.测定快速测定快速 4.应用广泛应用广泛 8.2 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理一、光的基本性质一、光的基本性质 可见光可见光 visible light =400 750 nm 波长范围的光波长范围的光单色光单色光 monochromatic light 单一波长的光单一波长的光复合光复合光 compound light 多种波长光的混合光多种波长光的混合光 互补色光互补色光 complementary colo
3、r light若某两种波长的光按一定的强度比例混合若某两种波长的光按一定的强度比例混合可成为白光可成为白光,则这两种光称为互补色光。则这两种光称为互补色光。光的互补关系见下图光的互补关系见下图图中直线两端的两种光为互补光图中直线两端的两种光为互补光(隔三互补隔三互补)白光二、溶液对光的选择吸收和吸收曲线二、溶液对光的选择吸收和吸收曲线 1.溶液吸收的光与透过的光的关系溶液吸收的光与透过的光的关系 KMnO4 吸收白光中的绿光后,吸收白光中的绿光后,溶液呈紫色溶液呈紫色(紫色光为透过的光紫色光为透过的光)CuSO4 吸收白光中的黄光,吸收白光中的黄光,溶液呈蓝色溶液呈蓝色(蓝色光为透过的光蓝色光
4、为透过的光)可见可见,溶液的颜色与被吸收光的颜色互补溶液的颜色与被吸收光的颜色互补2.溶液颜色深浅的原因溶液颜色深浅的原因浓度越大或液层越厚浓度越大或液层越厚,吸光质点越多吸光质点越多,吸收程度越大吸收程度越大,透过的互补光的程度越大透过的互补光的程度越大,因而颜色越深。因而颜色越深。3.光吸收曲线光吸收曲线 photoabsorption curve(1)光吸收曲线的制作过程光吸收曲线的制作过程 取一定浓度的某一吸光物质,固定液取一定浓度的某一吸光物质,固定液 层厚度层厚度,只改变波长只改变波长,测得此同一物质、同一浓度、同一液测得此同一物质、同一浓度、同一液 层厚度在不同层厚度在不同的吸光
5、度的吸光度 A,以以为横坐标、吸光度为纵坐标作为横坐标、吸光度为纵坐标作 图,得一条光吸收曲线。图,得一条光吸收曲线。或用自动扫描分光光度计自动绘制、或用自动扫描分光光度计自动绘制、输出吸收曲线。输出吸收曲线。如如 KMnO4 溶液的吸收曲线溶液的吸收曲线:四种不同浓度的四种不同浓度的 KMnO4 溶液的光吸收曲线溶液的光吸收曲线 由吸收曲线可知由吸收曲线可知:a.KMnO4 对对 525 nm 附近附近 的绿光吸收的绿光吸收 最多最多,即最即最 大吸收波长大吸收波长 最大最大(max)为为 525 nm (溶液的颜色主要溶液的颜色主要 是由这一数值确是由这一数值确 定的定的)b.浓度不同浓度
6、不同,曲线曲线 形状相似;形状相似;浓度越大浓度越大,曲线曲线 上移上移(即吸光即吸光 度越大度越大),),但但max 不变;不变;c.在在max 处处 同浓度溶液同浓度溶液 的吸光度最的吸光度最 大,大,不同浓度溶不同浓度溶液的吸光度液的吸光度变化最大变化最大,测定的灵敏测定的灵敏度最高。度最高。(2)吸收曲线的用途吸收曲线的用途 a.选择波长选择波长 定量测定时定量测定时,一般选最大吸收波长一般选最大吸收波长,有干扰时有干扰时,要选避开干扰的波长。要选避开干扰的波长。如测定如测定 KMnO4,无干扰时无干扰时,选选 525 nm,与与 K2Cr2O7 共存时共存时,根据两吸收曲线根据两吸收
7、曲线(见下页见下页):若选若选 545 nm 测定测定 KMnO4,可避开干扰。可避开干扰。用用 525 nm波长测定波长测定KMnO4 时时,K2Cr2O7也也吸收光,吸收光,即有干扰。即有干扰。b.根据吸收曲线形状和根据吸收曲线形状和 b液层厚度液层厚度吸光物质吸收吸光物质吸收一部分光后一部分光后1.朗伯朗伯-比耳定律比耳定律 Lambert-Beers law设某一波长的设某一波长的单色光单色光,强度为强度为 I0通过含吸光通过含吸光物质的溶液物质的溶液时时透过光的强度为透过光的强度为 Itc吸吸光光物物质质三、光吸收定律三、光吸收定律实验证明实验证明,吸收光的程度吸收光的程度(吸光度吸
8、光度)与吸光物与吸光物质浓度和液层厚度的乘积成正比。这一规质浓度和液层厚度的乘积成正比。这一规律称为律称为朗伯朗伯-比耳定律。比耳定律。朗伯朗伯-比耳定律是吸光光度法的比耳定律是吸光光度法的 定量依据。定量依据。则则比例常数比例常数称为透光度称为透光度 transmittancy或称透光率或称透光率 light transmittance也称透射比也称透射比 transmittance ratio2.透光度及其与吸光度的关系透光度及其与吸光度的关系(1)若若 b 用用 cm、c 用用 gL-1-1为单位,为单位,则则 K 改用改用 a 表示表示,称为吸光系数称为吸光系数 absorption
9、此时,朗伯此时,朗伯-比尔定律应表示为:比尔定律应表示为:A=abca 的的单位为单位为L g-1 cm-1a 的数值为的数值为b=1cm,c=1g L-1时的吸光度值。时的吸光度值。3.吸光系数与摩尔吸光系数吸光系数与摩尔吸光系数 A=Kbc 中中A=bc(2)若若 b 用用 cm、c 用用 molL-1 为单位,为单位,K 改用改用 表示表示,此时朗伯此时朗伯-比尔定律表示为比尔定律表示为的的单位为单位为Lmol-1-1 cm-1的的数值为数值为b=1cm c=1molL-1时的时的 A 值值(3)吸光系数吸光系数 a 与摩尔吸光系数与摩尔吸光系数 的关系的关系=Ma称为摩尔吸光系数称为摩
10、尔吸光系数molar absorbance index摩尔质量摩尔质量显然显然(4)a 或或的测定方法的测定方法 取适当浓度的被测物溶液取适当浓度的被测物溶液,用分光光度计测得用分光光度计测得 A 值值,见下例见下例【例例 1】Fe2+浓度为浓度为 5 mgL-1 的溶液的溶液 1 mL,用用 1,10-二氮菲显色后,定容为二氮菲显色后,定容为 10 mL,取,取此溶液用此溶液用 2 cm 吸收池在吸收池在 580 nm 波长处测得波长处测得吸光度吸光度 A=0.190,计算其摩尔吸光系数,计算其摩尔吸光系数和吸光系数和吸光系数 a。解解 已知已知 Fe2+的摩尔质量为的摩尔质量为 55.85
11、 gmol-1,【例例 2】K2CrO4 的碱性溶液在的碱性溶液在 372 nm 处处有最大吸收。现有有最大吸收。现有 3 10-5 mol L-1 K2CrO4碱性溶液,在碱性溶液,在 372 nm 处用处用 1 cm 吸收池测得吸收池测得其透光率为其透光率为 71.6%。求:求:1.该溶液的吸光度该溶液的吸光度?2.K2CrO4 溶液在溶液在 372 nm 处的摩尔吸收系处的摩尔吸收系 数数?3.若改用若改用 3 cm 的吸收池,求该溶液的透光的吸收池,求该溶液的透光 率率?解解 (1)A=-lgT =-lg 0.716=0.145(3)此时此时 A=30.145=0.435 由由 A=-
12、lgT 可计算出可计算出 T=0.367 其大小取决于入射光波长、溶液的其大小取决于入射光波长、溶液的性质、温度和仪器的质量,性质、温度和仪器的质量,而与吸光物质的浓度及液层厚度无而与吸光物质的浓度及液层厚度无关。关。(5)a 和和的特点的特点(6)摩尔吸光系数的重要性摩尔吸光系数的重要性 4.吸光度的加和性吸光度的加和性 additivity当当 I0 依次通过依次通过 n 个液层厚度不等、吸光个液层厚度不等、吸光物质不同的溶液时物质不同的溶液时:即即:总吸光度等于各吸光物质的吸光度之和总吸光度等于各吸光物质的吸光度之和5.朗伯朗伯-比耳定律的适用范围比耳定律的适用范围 不仅适用于溶液不仅适
13、用于溶液,也适用于固体和气体也适用于固体和气体;不仅适用于可见光不仅适用于可见光,也适用于紫外光和红外光也适用于紫外光和红外光;但只适用于单色光。但只适用于单色光。8.3 吸光光度法的测量误差吸光光度法的测量误差8.3.1 有色溶液偏离朗伯有色溶液偏离朗伯-比耳定律引入的误比耳定律引入的误 差差 根据根据 A=bc ,A-c 图应为过原点直线图应为过原点直线,但实际上只在一定浓度但实际上只在一定浓度范围内成直线。范围内成直线。因此,测定时被测物浓因此,测定时被测物浓度应控制在直线范围内。度应控制在直线范围内。Ac正偏离正偏离负偏离负偏离0偏离朗伯偏离朗伯-比耳定律的原因比耳定律的原因:1.物理
14、因素物理因素(1)单色光不纯单色光不纯 因目前的分光技术还不能获得只有一种波长的因目前的分光技术还不能获得只有一种波长的 单色光单色光,故必然产生偏离。原理如下故必然产生偏离。原理如下设有设有1 2 两种波长的光两种波长的光,分别透过溶液时分别透过溶液时,各各自自遵遵从从朗朗伯伯-比比耳耳定定律律有物理和化学两大有物理和化学两大因素,以下分别讨因素,以下分别讨论之。论之。显然,当显然,当1=2=时时,A 与与 c 成直线关系成直线关系当当1 2 时时,A bc 形成曲线,即发生偏离。形成曲线,即发生偏离。由上可知由上可知减小偏离的方法减小偏离的方法:使用好的单色器使用好的单色器(提供更纯的单色
15、光(提供更纯的单色光,使使 减小)减小)选选 作入射光作入射光(因因 附近的吸收曲线较平坦附近的吸收曲线较平坦,不同波长光的不同波长光的 较小,较小,如下图:如下图:对给定的仪器(分光光度计),其单色器对给定的仪器(分光光度计),其单色器所提供的单色光的波长范围是固定的。所提供的单色光的波长范围是固定的。A(2)散射、反射及折射光的影响)散射、反射及折射光的影响 比如测试溶液为胶体、乳浊液或悬浊液时比如测试溶液为胶体、乳浊液或悬浊液时,一定强度的入射光一定强度的入射光 I0 通过时,光的消耗不通过时,光的消耗不仅仅是因为吸收,而是还有反射、折射及仅仅是因为吸收,而是还有反射、折射及散射。这造成
16、实测吸光度偏大散射。这造成实测吸光度偏大,导致偏离。导致偏离。2.化学因素化学因素(1)吸光质点的相互作用)吸光质点的相互作用 当被测溶液为稀溶液时,吸光质点是独立当被测溶液为稀溶液时,吸光质点是独立的吸光中心,彼此间影响很小。的吸光中心,彼此间影响很小。浓溶液时浓溶液时,吸光质点之间距离小,吸光质点之间距离小,相互影响大,相互影响大,这会改变其吸光性能这会改变其吸光性能(比如改变折光指数等)(比如改变折光指数等)从而改变吸光系数,引起偏离朗伯从而改变吸光系数,引起偏离朗伯-比尔比尔定律定律(标准曲线发生弯曲)。(标准曲线发生弯曲)。正是由于这一原因,吸光光度法适用于正是由于这一原因,吸光光度
17、法适用于测定稀溶液。测定稀溶液。(2)平衡效应)平衡效应(溶质解离、缔合、互变异(溶质解离、缔合、互变异构及化学变化)构及化学变化)例如例如 AB 型有色化合物(在溶液中存在以型有色化合物(在溶液中存在以下平衡)下平衡)AB A+B-有色有色 无色无色 无色无色测得一定浓度的测得一定浓度的 AB 溶液的吸光度后将溶液溶液的吸光度后将溶液稀释一倍时稀释一倍时,则则 cAB 不只降低不只降低 1/2,而是由于,而是由于电离度增大,降低电离度增大,降低 1/2 还多,故引起偏离。还多,故引起偏离。注意:注意:不同被测物符合朗伯不同被测物符合朗伯-比耳定律的浓比耳定律的浓度范围不同。测定时,应将标准液
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