第十章分光光度法 (2)精选文档.ppt

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1、第十章第十章 分光光度法分光光度法本讲稿第一页，共六十二页第十章第十章 分光光度法分光光度法10.5 吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择10.4 显色反应和显色条件的选择显色反应和显色条件的选择10.3 分光光度计分光光度计 10.2 光吸收定律光吸收定律10.1 概述概述10.6 吸光光度光法的应用吸光光度光法的应用本讲稿第二页，共六十二页10.1 概述概述 利利用用溶溶液液颜颜色色的的深深浅浅来来测测定定溶溶液液中中有有色色物质的浓度，这种测定方法称为物质的浓度，这种测定方法称为比色分析法。比色分析法。用分光光度计进行比色分析的方法称用分光光度计进行比色分析的方法称为为分光光度法。分

2、光光度法。分光光度法分光光度法:可见光分光光度法可见光分光光度法,(物质吸收光波长物质吸收光波长)紫外分光光度法紫外分光光度法,红外分光光度法红外分光光度法本讲稿第三页，共六十二页吸光光度法的特点：吸光光度法的特点：1、灵敏度高，下限为、灵敏度高，下限为10-510-6 molL-1。适于。适于微量分析。微量分析。2、准确度较高，相对误差为、准确度较高，相对误差为2%5%。3、操作快速简便，易于掌握。、操作快速简便，易于掌握。4、应用广泛。、应用广泛。本讲稿第四页，共六十二页红红 橙橙 黄黄 绿绿 青青 蓝蓝 紫紫本讲稿第五页，共六十二页10.1.1 光的基本性质光的基本性质根据波长的不同，可

3、分为：根据波长的不同，可分为：紫外光区：紫外光区：200nm 380nm 可见光区：可见光区：380nm 760nm 红外光区：红外光区：760nm 300m本讲稿第六页，共六十二页具有同一波长的光称为单色光。具有同一波长的光称为单色光。不同波长组成的光称为复合光。不同波长组成的光称为复合光。生活中所见到的白光，如日光等是由红、生活中所见到的白光，如日光等是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等光按适当的强度比橙、黄、绿、青、蓝、紫等光按适当的强度比例混合而成的，在例混合而成的，在380760nm范围的一种复范围的一种复合光。合光。本讲稿第七页，共六十二页10.1.2 物质对光的选择性吸收物质对光的选

4、择性吸收溶液的颜色是由于均匀分布在溶液中的有溶液的颜色是由于均匀分布在溶液中的有色化合物的质点选择性的吸收了某种颜色的光色化合物的质点选择性的吸收了某种颜色的光所造成的。所造成的。本讲稿第八页，共六十二页 两种颜色的光若按适当比例混合，可以形成两种颜色的光若按适当比例混合，可以形成白光，这两种光称为白光，这两种光称为互补色光互补色光。光的互补光的互补白光白光绿蓝绿蓝蓝绿蓝绿黄绿黄绿黄黄橙橙红红紫紫蓝蓝 如如KMnO4吸吸收收绿绿色色光光，因因此此KMnO4溶溶 液液 呈呈现现紫色紫色。本讲稿第九页，共六十二页10.1.3 吸收曲线吸收曲线 一束平行单色光照射溶液时，光的一部分一束平行单色光照射

5、溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。面反射。Io=Ia+It+Ir 若入射光强度为若入射光强度为Io，吸收光的强度为，吸收光的强度为Ia，透过光强度为透过光强度为It，反射光的强度为，反射光的强度为Ir，它们的，它们的关系是：关系是：本讲稿第十页，共六十二页 在吸光光度法中，测定时都是采用同样在吸光光度法中，测定时都是采用同样质量的比色皿，反射光的强度基本上是不变质量的比色皿，反射光的强度基本上是不变的，其影响可以相互抵消。的，其影响可以相互抵消。空白调零空白调零本讲稿第十一页，共六十二页分光光度法中：分光光度法中：Io=I

6、a+It 透过光强度透过光强度It与入射光强度与入射光强度Io之比称为之比称为透光透光度度或或透光率透光率。用。用 T 表示：表示：或或本讲稿第十二页，共六十二页从上式可以看出：从上式可以看出：溶液的透光度愈大，溶液的透光度愈大，说明溶液对光的吸收愈小，浓度低；说明溶液对光的吸收愈小，浓度低；相反，透光度愈小，相反，透光度愈小，说明溶液对光的吸收愈大，浓度高。说明溶液对光的吸收愈大，浓度高。本讲稿第十三页，共六十二页吸光度吸光度A：若光全部透过溶液，若光全部透过溶液，Io=It ，A=0。若光几乎全被吸收，若光几乎全被吸收，It 0，A =。吸光度吸光度A也可以用来衡量溶液中吸光物质也可以用来

7、衡量溶液中吸光物质对波长为对波长为的单色光的单色光 的吸收程度，值越大，其的吸收程度，值越大，其吸收程度越大；反之亦然。吸收程度越大；反之亦然。本讲稿第十四页，共六十二页 将不同波长的光透过某一固定的溶液，测量将不同波长的光透过某一固定的溶液，测量不同波长下溶液对光的吸光度，作图不同波长下溶液对光的吸光度，作图400480560640720 nm0.40.81.21.6AKMnO4 溶液的吸收曲线溶液的吸收曲线DCBA A、B、C、D代表不代表不同浓度下的吸收曲线，吸同浓度下的吸收曲线，吸收峰不变。收峰不变。本讲稿第十五页，共六十二页（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。）同一种物质对不同

8、波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长最大吸收波长max。（。（KMnO4的的 最大最大 =525 nm）（2）不不同同浓浓度度的的同同一一种种物物质质，其其吸吸收收曲曲线线形形状状相相似似max不不变变。而而对对于于不不同同物物质质，它它们们的的吸吸收收曲曲线线形形状状和和max则则不不同同。可可作作为为物物质质定定性性分分析析的的依据之一。依据之一。吸收曲线的讨论吸收曲线的讨论本讲稿第十六页，共六十二页（3）不不同同浓浓度度的的同同一一种种物物质质，在在某某一一定定波波长长下下吸吸光光度度 A 有有差差异异，A 随随浓浓度度的的增增大大而而增增

9、大大。此此特特性可作为物质定量分析的依据。性可作为物质定量分析的依据。（4）在在max处处吸吸光光度度随随浓浓度度变变化化的的幅幅度度最最大大，所所以以测测定定最最灵灵敏敏。吸吸收收曲曲线线是是定定量量分分析析中中选选择入射光波长的重要依据。择入射光波长的重要依据。本讲稿第十七页，共六十二页10.2 光的吸收定律光的吸收定律 实验证明：若保持入射光的波长不变，溶液对实验证明：若保持入射光的波长不变，溶液对光吸收的程度与溶液的浓度、液层厚度有关。光吸收的程度与溶液的浓度、液层厚度有关。10.2.1 光的吸收定律光的吸收定律本讲稿第十八页，共六十二页数学表达式：数学表达式：K1：比例常数，与：比例

10、常数，与、c、T有关。有关。b：溶液厚度：溶液厚度一、朗伯定律一、朗伯定律：当：当 、c、T 一定时，溶液的吸光度一定时，溶液的吸光度与液层的厚度成正比。与液层的厚度成正比。A =K1 b本讲稿第十九页，共六十二页二、比尔定律二、比尔定律比尔定律比尔定律：当当 、b 和和 T一定时，溶液的吸光度与一定时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比。溶液的浓度成正比。数学表达式：数学表达式：A =K2 c本讲稿第二十页，共六十二页三、三、朗伯朗伯比尔定律比尔定律（同时考虑溶液浓度和（同时考虑溶液浓度和液层厚度的影响）一束平行单色光通过液层厚度的影响）一束平行单色光通过溶液，当溶液，当 和和T一定时，其吸光度

11、与溶液的一定时，其吸光度与溶液的浓度和液层厚度成正比。浓度和液层厚度成正比。数学表达式数学表达式：A=K b c本讲稿第二十一页，共六十二页 当当c用用gL-1表示，表示，b用用cm表示时，表示时，K用用K表示，称为吸光系数，其单位为表示，称为吸光系数，其单位为 L(g.cm)-1，则：，则：四、比例系数四、比例系数K1、吸光系数、吸光系数KA=Kb c本讲稿第二十二页，共六十二页 c用用molL-1表示，表示，b用用cm表示时，表示时，K用用表表示，称为摩尔吸光系数，其单位为示，称为摩尔吸光系数，其单位为L(mol.cm)-1。则：。则：2、摩尔吸光系数、摩尔吸光系数A=b c本讲稿第二十三

12、页，共六十二页摩尔吸光系数的讨论(1)是是吸收物质在一定波长和溶剂条件下的吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，特征常数，不随浓度不随浓度c和液层厚度和液层厚度b的改变而的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，改变。在温度和波长等条件一定时，仅与仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；本讲稿第二十四页，共六十二页(2)同一吸光物质在不同波长下的同一吸光物质在不同波长下的值是不同值是不同的。在最大吸收波长的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，处的摩尔吸光系数，常以常以 max表示。表示。max表明了该吸收物质最表明了该吸收物质最大限度的吸光

13、能力，也反映了光度法测定该物大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。质可能达到的最大灵敏度。本讲稿第二十五页，共六十二页 104反应灵敏度反应灵敏度低低104 5104反应灵敏度反应灵敏度中中5104 105反应灵敏度反应灵敏度极高极高(3)max越大表明该物质的吸光能力越强，用光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。度法测定该物质的灵敏度越高。本讲稿第二十六页，共六十二页最大最大5104 灵敏的显色反应灵敏的显色反应 在在吸吸收收曲曲线线上上，与与最最大大吸吸收收波波长长相相对对应应的的摩摩尔尔吸收系数吸收系数，以，以最大最大 表示。表示。对于

14、微量组分的测定，一般选对于微量组分的测定，一般选较大的显色较大的显色反应，以提高测定的灵敏度。反应，以提高测定的灵敏度。本讲稿第二十七页，共六十二页【例例】：有有一一浓浓度度为为1.0 g/ml Fe2+的的溶溶液液，以以邻邻二二氮氮菲菲显显色色后后，在在比比色色皿皿厚厚度度为为 2cm、波波长长510nm处处测测得得吸吸光光度度为为0.380，计计算算（1）透透光光度度T；(2)吸吸光光系系数数K；（3）摩尔吸光系数）摩尔吸光系数。解解（1）T10-A10-0.3800.417 本讲稿第二十八页，共六十二页32+3NNFe+Fe2+本讲稿第二十九页，共六十二页五、吸光度的加和性A总总=Ai=

15、1b1c1+2b2c2+nbncn 总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。或溶液的吸光度应等于溶液中各组分的吸光度之或溶液的吸光度应等于溶液中各组分的吸光度之和。（组分间没有干扰）和。（组分间没有干扰）A4 A3 A2 A1本讲稿第三十页，共六十二页溶液中多组分测定溶液中多组分测定本讲稿第三十一页，共六十二页 一、物理因素：一、物理因素：1、单色光不纯，导致负偏差。、单色光不纯，导致负偏差。CA标准工作曲线图标准工作曲线图正误差正误差负误差负误差2、散射光的影响，胶体、散射光的影响，胶体、乳浊液或悬浊液由于散射乳浊液或悬浊液由于散射的作用使吸光度增大，

16、或的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通过比色入射光不是垂直通过比色皿产生正偏差。皿产生正偏差。10.2.2 有色溶液对朗伯有色溶液对朗伯-比尔定律的偏离比尔定律的偏离本讲稿第三十二页，共六十二页二、化学因素二、化学因素1、吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生、吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生负偏差，负偏差，朗伯朗伯-比尔定律只适合于稀溶液比尔定律只适合于稀溶液（c 12 Fe(OH)3棕橙色棕橙色 沉淀沉淀黄色黄色紫红色紫红色2、溶液酸度、溶液酸度，既要防止被测离子生成沉淀，又需防，既要防止被测离子生成沉淀，又需防止有色配合物离解。有效的方法是加入缓冲溶液止有色配合物离解。有效的方法是加

17、入缓冲溶液（考虑干扰）（考虑干扰）本讲稿第四十页，共六十二页5、溶剂、溶剂，有机溶剂会降低有色物的离解度，从而，有机溶剂会降低有色物的离解度，从而提高提高 显色反应的灵敏度。显色反应的灵敏度。6、共存干扰离子的影响及消除、共存干扰离子的影响及消除(1)控制酸度控制酸度，使干扰离子不显色。，使干扰离子不显色。3、温度、温度，通过实验找出适宜的温度范围。，通过实验找出适宜的温度范围。4、时间、时间，在颜色稳定的时间范围内进行比色测定。，在颜色稳定的时间范围内进行比色测定。本讲稿第四十一页，共六十二页(3)改变干扰离子价态改变干扰离子价态，测，测Ni2+时，时，Fe2+有干扰，有干扰，加入氧化剂，加

18、入氧化剂，Fe2+Fe3+.(4)分离干扰离子分离干扰离子，用萃取、沉淀、电解、离子交换，用萃取、沉淀、电解、离子交换等方法。等方法。还可选择还可选择适当的参比溶液适当的参比溶液和和入射光的波长入射光的波长等方法等方法来消除共存离子的干扰。来消除共存离子的干扰。(2)加入掩蔽剂加入掩蔽剂，如用，如用SCN-测定测定Co2+时，时，Fe3+有干扰，有干扰，加入加入 F-，Fe3+6F-=FeF63-，Fe3+被掩蔽。被掩蔽。本讲稿第四十二页，共六十二页 离子交换法用于离子交换法用于Fe3+、Al3+分离时先用分离时先用HCl溶溶液处理试液，使铁、铝分别以液处理试液，使铁、铝分别以FeCl63-、

19、Al3+形态存形态存在。然后经过阳离子树脂交换柱，此时在。然后经过阳离子树脂交换柱，此时Al3+留在留在柱上，而柱上，而FeCl63-流出柱子，从而达到分离的目的。流出柱子，从而达到分离的目的。本讲稿第四十三页，共六十二页 色谱分离法，若在充填硅胶、活性氧化色谱分离法，若在充填硅胶、活性氧化铝、纤维素等载体的柱子上进行，则称为柱铝、纤维素等载体的柱子上进行，则称为柱上色谱分离法；若用滤纸作载体，则称为纸上色谱分离法；若用滤纸作载体，则称为纸上色谱分离法。上色谱分离法。溶剂化合物萃取体系，例如磷酸三丁酯萃取溶剂化合物萃取体系，例如磷酸三丁酯萃取FeCl3。某些无机化合物萃取体系，例如某些无机化合

20、物萃取体系，例如CCl4萃取萃取I2。本讲稿第四十四页，共六十二页10.4.3 分光光度法常用的显色剂分光光度法常用的显色剂（一）、无机显色剂（一）、无机显色剂 钼酸铵法钼酸铵法(测测 P、Si、W)，过氧化氢法过氧化氢法(测测V5、Ti4)（二）有机显色剂（二）有机显色剂（主要使用）（主要使用）1、O，O给电子螯合剂：给电子螯合剂：铬天菁铬天菁S（CAS）、苯基荧光酮（）、苯基荧光酮（PF）2、O，N给电子螯合剂：给电子螯合剂：偶氮胂偶氮胂III等等本讲稿第四十五页，共六十二页3、N，N给电子基团给电子基团：邻二氮杂菲（测：邻二氮杂菲（测Fe）等）等4、带含硫基团的螯合剂：双硫腙（测、带含硫

21、基团的螯合剂：双硫腙（测Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等）等）本讲稿第四十六页，共六十二页10.5 测定条件的选择测定条件的选择10.5.1、选择合适波长的入射光。、选择合适波长的入射光。（545nm）本讲稿第四十七页，共六十二页原则：使溶液的吸光度能真正反映待测物的浓度。原则：使溶液的吸光度能真正反映待测物的浓度。在吸光度测量中，作为比较的溶液或溶剂称在吸光度测量中，作为比较的溶液或溶剂称为参比溶液或空白溶液。为参比溶液或空白溶液。10.5.2选择适当的参比溶液选择适当的参比溶液本讲稿第四十八页，共六十二页(1)试样、试剂、显色剂都无色时，用试样、试剂、显色剂都无色时，用纯水作参比纯水作参比。

22、(2)试样无色，试剂、显色剂有色，采用试样无色，试剂、显色剂有色，采用不加试样不加试样的空白溶液作参比的空白溶液作参比。（试剂空白）（试剂空白）(3)试样有吸收，而显色剂等无色，可采用不加显色试样有吸收，而显色剂等无色，可采用不加显色剂的试样为参比。剂的试样为参比。（试样空白）（试样空白）(4)均有色，有吸收，对试样加入掩蔽剂，褪色后再均有色，有吸收，对试样加入掩蔽剂，褪色后再加显色剂等作为参比。加显色剂等作为参比。(褪色空白褪色空白)本讲稿第四十九页，共六十二页10.5.3 吸光度读数范围的选择吸光度读数范围的选择透光率读数的准确度是仪器精度的主要指标。测透光率读数的准确度是仪器精度的主要指

23、标。测定结果的精度常用浓度的相对误差定结果的精度常用浓度的相对误差dc/c表示。表示。本讲稿第五十页，共六十二页若透光率刻度的读数的绝对误差为若透光率刻度的读数的绝对误差为T=1%，用，用不同的不同的T代入上式，可得相应浓度测量的相对代入上式，可得相应浓度测量的相对误差误差c/c，作图，作图本讲稿第五十一页，共六十二页1、T在在20%65%(A=0.190.70)范围，相对误范围，相对误差较小。差较小。2、T=36.8%(A=0.434)，相对误差，相对误差最小。最小。由图可见：由图可见：为了减小浓度的相对误差，提高测定的准为了减小浓度的相对误差，提高测定的准确度，一般应控制溶液吸光度确度，一

24、般应控制溶液吸光度A在最适宜读数在最适宜读数范围范围0.190.70。0.20.40.60.81.00246810T36.8%本讲稿第五十二页，共六十二页【例】某一有色溶液在【例】某一有色溶液在2.0cm的吸收皿中，测得的吸收皿中，测得透光率透光率T1，若仪器透光度的绝对误差，若仪器透光度的绝对误差T0.5，计算，计算（1）测定的浓度的相对误差）测定的浓度的相对误差c/c（2）为使测得吸光度在最适读数范围内，溶液应）为使测得吸光度在最适读数范围内，溶液应稀释或浓缩多少倍？稀释或浓缩多少倍？（3）若浓度不变，而改变比色皿厚度（）若浓度不变，而改变比色皿厚度（0.5cm,1.0cm，2.0cm,3

25、.0cm）,则应选择那种厚度的吸收皿则应选择那种厚度的吸收皿最合适，此时最合适，此时c/c为多少？为多少？本讲稿第五十三页，共六十二页解解 （1）（2）A=-lgT=-lg1%=2设有色溶液原始浓度为设有色溶液原始浓度为c，当，当b一定时，一定时，AbcK c，要使，要使A0.20.7，则，则即稀释即稀释310倍倍本讲稿第五十四页，共六十二页 （3）当）当c一定时，一定时，AbcK b,要使要使A0.20.7，则，则b=2cmb=0.5cm本讲稿第五十五页，共六十二页控制吸光度在适宜的范围内控制吸光度在适宜的范围内(A=0.190.70)(1)控制试样的量或溶液的稀释程度来控制控制试样的量或溶

26、液的稀释程度来控制溶液浓度。溶液浓度。(2)选择不同厚度的比色皿。选择不同厚度的比色皿。本讲稿第五十六页，共六十二页10.6 吸光光度法的应用吸光光度法的应用10.6.1 常用方法常用方法1、目视比色法：用眼睛比较溶液颜色深浅以确定物、目视比色法：用眼睛比较溶液颜色深浅以确定物质含量。（也叫标准色阶法）质含量。（也叫标准色阶法）1 2 3 4 5 标准系列溶液标准系列溶液待测溶液待测溶液本讲稿第五十七页，共六十二页目视比色法的原理是根据朗伯目视比色法的原理是根据朗伯比耳定律比耳定律 因为液层厚度相等：因为液层厚度相等：b1=b2，所以浓度相等：所以浓度相等：c1=c2 本讲稿第五十八页，共六十

27、二页目视比色法的目视比色法的优点优点是：是：1、仪仪器器简简单单，操操作作简简便便，适适宜宜于于大大批批试试样样分分析。析。2、测测定定的的灵灵敏敏度度较较高高，适适宜宜于于稀稀溶溶液液中中微微量量元元素素的测定。的测定。3、复合光、复合光 白光下进行测定，因此有些显色白光下进行测定，因此有些显色反应不符合朗伯反应不符合朗伯比耳定律时，仍可用目视比耳定律时，仍可用目视法测定。法测定。本讲稿第五十九页，共六十二页目视比色法的目视比色法的缺点缺点是：是：1、有色溶液一般不太稳定，常常临时配制一套标、有色溶液一般不太稳定，常常临时配制一套标准色阶，较麻烦费时。准色阶，较麻烦费时。2、依靠人的眼睛来观

28、察颜色深度，有主观误差，准、依靠人的眼睛来观察颜色深度，有主观误差，准确度不高，相对误差约为确度不高，相对误差约为520%。本讲稿第六十页，共六十二页10.6.2 分光光度计的测量方法：分光光度计的测量方法：1、标准曲线法、标准曲线法 先配制一系列标准溶液，在最大吸收波长处，测出先配制一系列标准溶液，在最大吸收波长处，测出它们的吸光度，作图，同条件测未知液的吸光度，从它们的吸光度，作图，同条件测未知液的吸光度，从图中查出未知液的浓度。图中查出未知液的浓度。cA标准工作曲线图标准工作曲线图Axcxc c1 1c c2 2c c3 3c c4 4c c5 5A A1 1A A2 2A A3 3A A4 4A A5 5本讲稿第六十一页，共六十二页2、标准比较法标准比较法 同条件下分别测定未知液与标准溶液的吸光度同条件下分别测定未知液与标准溶液的吸光度Ax和和A标标，根据朗伯，根据朗伯-比尔定律，应有下式：比尔定律，应有下式：因为：因为：所以：所以：Ax=bcxA标=bc标本讲稿第六十二页，共六十二页