第九吸光光度法课件.ppt

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1、第九吸光光度法第1页，此课件共37页哦拟要解决的问题拟要解决的问题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。第2页，此课件共37页哦吸吸光光光光度度法法(Absorpion Photometry)：是是基基于于物物质质对对光光的的选选择择性性吸吸收收而而建建立立起起来

2、来的的分分析析方方法法。是是分分子子光光谱谱分分析析法法的的一一种，又称分光光度法种，又称分光光度法,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：1)灵灵敏敏度度高高。用用于于测测定定含含量量在在110-3%的的微微量量组组分分，甚甚至至可可以以测定低至测定低至10-410-5%的痕量组分。的痕量组分。2)仪器设备简单，操作简便、快速。仪器设备简单，操作简便、快速。3)准准确确度度较较高高。一一般般吸吸光光光光度度法法的的相相对对误误差差为为2-5%，若若使使用用精精密密仪仪器器，误误差差可可降降至至1-2%，完完全全能能够够满满足足微微量量组组分分的的测测定定

3、要求。要求。4)4)应应用用广广泛泛。可可测测定定绝绝大大多多数数无无机机离离子子和和许许多多有有机机物物；既既能能用用于于定定量量分分析析，也也可可用用于于有有机机化化合合物物定定性性分分析析，还还可可以测定某些物理化学常数及配合物的组成。以测定某些物理化学常数及配合物的组成。第3页，此课件共37页哦一、光的基本性质一、光的基本性质光光是是一一种种电电磁磁波波，具具有有波波粒粒二二象象性性,不不同同波波长长的的光光具具有有不同的能量，波长越短，能量越高，反之亦然。不同的能量，波长越短，能量越高，反之亦然。通通常常意意义义的的单单色色光光是是指指其其波波长长处处于于某某一一范范围围的的光光；而

4、而复复合合光光则则由由不不同同的的单单色色光光组组成成，例例如如阳阳光光和和白白炽炽灯灯泡泡发发出出的的光光均为复合光。均为复合光。光光按按照照波波长长的的长长短短顺顺序序范范围围排排列列成成谱谱就就得得到到电电磁磁波波谱谱或波谱，常用的波长范围为或波谱，常用的波长范围为:9.1 9.1 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收UVVISIR200400nm400750nm760nm300 m第4页，此课件共37页哦电电磁磁波波谱谱的的波波长长范范围围很很宽宽，其其中中较较窄窄的的一一段段可可见见光光谱谱在在分分析析化化学学得得到到了了最最为为广广泛泛的的应应用用，其其波波长长范范围围在在40

5、0750nm。当当一一束束白白光光通通过过棱棱镜镜后后就就色色散散成成红红、橙橙、黄黄、绿绿、青青、青青蓝蓝、蓝蓝紫紫八八种种颜颜色色的的光光，它它们们具具有有不不同同的的波长范围。波长范围。第5页，此课件共37页哦二、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主要要与与物物质质的的分分子子内内部部具具有有一一系系列列的的不不连连续续的的特特征征能能级级有有关：关：E=E电子电子E振动振动E转动转动。当当光光照照射射物物质质分分子子时时，分分子子中中的的电电子子会会吸吸收收光光能能hn n，由由基基态态越越迁迁至至激激发发

6、态态。若若光光能能量量hn n恰恰好好等等于于物物质质分分子子的的能能级级差差 E，则则光光被被分分子子吸吸收收，电电子子由由基基态态越越迁迁至至激激发发态态。E=E激发态激发态-E基态基态=hn n 由由于于不不同同物物质质分分子子的的结结构构不不同同，其其分分子子内内部部的的能能级级差差不不一样，导致不同物质对不同波长光的吸收具有选择性。一样，导致不同物质对不同波长光的吸收具有选择性。第6页，此课件共37页哦（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当物物质质（分分子子或或离离子子）吸吸收收了了相相当当可可见见能能量量的的电电磁磁波波后后，就就会会表表现现出出被被人人眼

7、眼所所能能观观察察到到的的颜颜色色。物物质质之之所所以以具具有有不不同同的的颜颜色色，这这是是它它们们对对不不同同波波长长的的可可见见光光具具有有选选择择性性吸吸收收的的结结果果。物物质质呈呈现现的的颜颜色色与与它它所所吸吸收收的的颜颜色色（波波长长）有有一一定关系。定关系。例例如如，当当白白光光通通过过硫硫酸酸铜铜溶溶液液时时，铜铜离离子子选选择择性性的的吸吸收收了了部部分分黄黄色色光光，使使透透过过光光中中蓝蓝色色光光不不能能完完全全互互补补，所所以以溶溶液液显蓝色。关系如图显蓝色。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。第7页，此课件共37页哦

8、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第8页，此课件共37页哦溶溶液液颜颜色色的的深深浅浅，取取决决于于溶溶液液吸吸收收光光的的量量，即即取取决决于于吸吸光光物物质质的的浓浓度度，浓浓度度越越大大，吸吸收收越越多多，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

9、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。第9页，此课件共37页哦（三）（三）吸收曲线（吸收光谱）吸收曲线（吸收光谱）让让不不同同波波长长的的单单色色光光依依次次照照射射某某一一吸吸光光物物质质，并并测测量量该该物物质质在在每每一一波波长长处处对对光光吸吸收收程程度度的的大大小小（A），以以波波

10、长长（）为为横横坐坐标标，以以吸吸光光度度（A）为为纵纵坐坐标标，即即可可以以得得到到一一条条吸吸光光度度随随波波长长变变化化的的曲曲线线，称称之之为为吸吸收收曲曲线线或或吸吸收收光光谱谱，它它能能够够准准确确地地描描述述物物质质对对各各种种不不同同波波长长吸吸收收情情况。况。吸吸收收曲曲线线中中吸吸光光度度最最大大值值处处称称为为最最大大吸吸收收峰峰，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 max。第10页，此课件共37页哦吸吸收收曲曲线线的的形形状状和和 max的的位位置置取取决决于于物物质质的的分分子子结结构构，不不同同的的物物质质因因其其分分子子结结构构不不同同而而具具有

11、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。对对于于同同一一物物质质，浓浓度度不不同同，其其吸吸收收曲曲线线的的形形状状和和 max的的位位置置不不变变，但但在在同同一一波波长长下下，吸吸光光度度（A）随随浓浓度度的的增增大大而而增增大大，据据此此可可进进行行定定量量分分析析。在在 max处处测测量量吸吸光光度度的的灵灵敏敏度度最最高高，在在没没有有其其它它干干扰扰的的情情况况下下一一般般选选择择为为 max测测量量波波长长。因因此，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。第11页，此课件共37页哦下下图图是是KMnO4溶溶

12、液液吸吸收收曲曲线线，它它选选择择性性的的吸吸收收了了525nm附附近近的的绿绿青青色色光光，而而对对绿绿青青色色光光的的互互补补色色光光400nm附附近近的的紫紫色色光光几几乎乎不不吸吸收收，所所以以KMnO4溶液显紫红色，即溶液显紫红色，即KMnO4溶液的溶液的 max为为525nm。KMnO4溶液的吸收曲线（溶液的吸收曲线（CKMnO4：abc104 L mol-1cm-1 的的方方法是较灵敏的。法是较灵敏的。2.桑德尔（桑德尔（Sandell）灵敏度）灵敏度S定定义义：当当光光度度仪仪器器的的检检测测极极限限为为A=0.001时时，单单位位截截面面积积光光程程内内所所能能检检出出的的吸

13、吸光光物物质质的的最最低低质质量量，单单位位为为 gcm-2。由由于于此此时时仪仪器器的的信信号号检检测测能能力力已已经经确确定定，则则S仅与物质的吸光能力有关，即仅与仅与物质的吸光能力有关，即仅与k k有关有关：第17页，此课件共37页哦A=0.001=k kbc，bc=0.001/k kb的的单单位位为为cm，C的的单单位位为为molL-1，即即mol/103cm3，故故bC的的单单位位为为mol/103cm2，若若再再乘乘以以吸吸光光物物质质的的摩摩尔尔质质量量M（g/mol），则则为为103cm2截截面面积积光光程程中中所所含含物物质质的的质质量量（g），所所以以单单位位截截面面积积光

14、光程程中中所所含含物物质质的的质质量量（g）为：为：所以，所以，k k越大，越大，S越小，即该方法的灵敏度越高。对于比较越小，即该方法的灵敏度越高。对于比较灵敏的显色反应，灵敏的显色反应，S一般在一般在0.010.001 gcm-2之间。之间。有极有极少数显色反应的少数显色反应的k k值达到了值达到了106数量级。数量级。第18页，此课件共37页哦（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为纵为纵轴，浓度轴，浓度C为横轴绘制的一条曲线。为横轴绘制的一条曲线。首首先先在在一一定定条条件件下下配配制制一一系系列

15、列具具有有不不同同浓浓度度吸吸光光物物质质的的标标准准溶溶液液，称称为为标标准准系系列列，然然后后测测得得它它们们相相应应的的吸吸光光度度值值，作作AC曲曲线线，为为工工作作曲曲线线或或标标准准曲曲线线。在在遵遵循循朗朗白白比比尔尔定定律律的的浓浓度度范范围围内内应应为为一一条条直直线线。同同时时可可知知直直线线的的斜斜率率就就等等于于k kb，又又因因为为b是是定定值值，故故可可以以求求出出k k值值，这这样样求求得得的的k k值值是是通通过过测测定定多多个个标标准准溶溶液液而而得得到到的的平平均均值值，所所以以更更可可靠。靠。第19页，此课件共37页哦AC标准曲线及其偏离（标准曲线及其偏离

16、（A=k kbc）第20页，此课件共37页哦二、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1.1.非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离入入射射光光不不纯纯。单单色色光光实实际际是是有有一一定定的的波波长长范范围围的的平平行行光光，假假设设入入射射光光是是由由 1和和 2组组成成，其其强强度度分分别别为为I01和和I02，透透射射光光强强度度分分别别为为It1和和It2，摩摩尔尔吸吸光光系系数数为为k k1，k k2,当通过的吸光物质的浓度为当通过的吸光物质的浓度为C，液层厚度为，液层厚度为b 时。时。It1It2I01I02 1 2第21页，此课件共37页

17、哦对于对于 1：A1=lg(I01/It1)=k k1bC，故：故：It1=I0110-k k1bC对于对于 2：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 1 2，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 1 2，则则k k

18、1k k2，A，C间不成正比。间不成正比。1，2间相差越大，偏离越严重。间相差越大，偏离越严重。解解决决方方法法：采采用用性性能能较较好好的的单单色色器器，以以获获得得波波长长范范围围窄窄的的入射光。入射光。第22页，此课件共37页哦2.2.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）非非平平行行光光不不能能保保证证入入射射光光垂垂直直入入射射，将将导导致致光光束束平平均均光光程程b大大于于吸吸收收池池厚厚度度b，实实际际测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。3.3.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）朗朗白白比比尔尔定定律律要要求

19、求测测量量溶溶液液是是均均匀匀非非散散射射的的，若若溶溶液液不不均均匀匀会会有有部部分分光光因因散散射射而而损损失失，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。第23页，此课件共37页哦(二二)化学因素化学因素1.1.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不恒不恒定，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，朗白朗白比尔定律只适合于稀溶液比尔定律只适合于稀溶液。2.2.化学反应引起的偏离化学反应引

20、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。第24页，此课件共37页哦9.3 9.3 吸光光度法的仪器吸光光度法的仪器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，使灵敏度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。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第25页，此课件共37页哦1.光源光源采用采用612V

21、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区用氢灯或氘灯做光源，波长在源，波长在185375之间，配以稳压电源。之间，配以稳压电源。2.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，单光栅：衍射和干涉原理分光，波长范围宽，分辨率高，单色光纯度

22、高。色光纯度高。第26页，此课件共37页哦3.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4.检测系统检测系统1)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。2)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.广泛应用。广泛应用。

23、3)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。第27页，此课件共37页哦5.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。下来。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1)调节检测器零点：调节检测器零点：T=0（或（或 A=）2)用用空空白白或或试试剂剂空空白白（参参比比溶溶液液）调调节节T=100%或或 A=0，工作零点。工作零点。3)待测组分吸光度测定待测组分吸光度测定。4)绘制标准（工作）曲线（定量）。绘制标准（工作）曲线（定量）。5)

24、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。第28页，此课件共37页哦三、分光光度计类型三、分光光度计类型根根据据波波长长范范围围分分为为:VIS，VISUV，IR（FIR）分分光光光光度度计。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。第29页，此课件共37页哦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

25、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1.显色反应显色反应大多数显色反应是利用配位反应显色（包括无机显色和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（如有机显色），少量是利用氧化还原反应（如MnO4-）。）。9.4 9.4 光度法分析条件的选择光度法分析条件的选择第30页，此课件共37页哦显色反应要求：显色反应要求：1)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。2)灵敏度要高，即灵敏度要高，即k k值大（值大（104）。）。3)有色化合物化学性质稳定，化学组成恒定。有色化合物化学

26、性质稳定，化学组成恒定。4)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(60nm)。5)显色反应条件易于控制。显色反应条件易于控制。2.显色剂显色剂1)1)无机显色剂：过氧化氢，硫氰酸铵，钼酸铵，碘化钾，氨水。无机显色剂：过氧化氢，硫氰酸铵，钼酸铵，碘化钾，氨水。有色化合物稳定性差，选择性和灵敏度都不高，应用较少。有色化合物稳定性差，选择性和灵敏度都不高，应用较少。第31页，此课件共37页哦2)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

27、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1.显色剂用量显色剂用量以吸光度以吸光度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。第32页，此课件共37页哦2.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。3.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。4.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。第33页，此课件共37页哦5.有机溶剂和表面活性剂：有机溶剂和表面活性剂：有有机机溶溶剂剂可可以以降降低低有有色色

28、化化合合物物的的离离解解度度，从从而而提提高高显显色色反应的灵敏度。反应的灵敏度。6.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。第34页，此课件共37页哦二、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1.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。A相对误差相对误差:A相对误差最小时：相对误差最小时：lge+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

29、误差最小浓度测量的相对误差最小。第35页，此课件共37页哦2.测量条件的选择测量条件的选择1)测测量量波波长长的的选选择择：一一般般选选择择吸吸收收曲曲线线中中的的最最大大吸吸收收波波长长，即即 max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。2)控控制制吸吸光光度度范范围围：吸吸光光度度控控制制在在0.20.7范范围围内内，测测量量的的准确度较高。可改变溶液浓度或比色皿厚度。准确度较高。可改变溶液浓度或比色皿厚度。3)选择合适的参比溶液选择合适的参比溶液a)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。b)试试剂剂和和显显色

30、色剂剂均均无无色色，试试液液中中其其它它离离子子有有色色时时，采采用用不不加显色剂的试液作参比。加显色剂的试液作参比。c)试试剂剂和和显显色色剂剂均均有有色色，可可将将一一份份试试液液加加掩掩蔽蔽剂剂，将将被被测测组组分分掩蔽起来，再加入其它试剂和显色剂，以此作溶液参比。掩蔽起来，再加入其它试剂和显色剂，以此作溶液参比。第36页，此课件共37页哦吸吸光光光光度度法法可可用用于于：定定性性分分析析、定定量量分分析析和和物物理理化化学学常常数数的的测测定定。但但最最重重要要的的应应用用是是定定量量分分析析。有有关关内内容容见见书书p294298。作业：作业：p302 20，21，23，24，259.5 9.5 吸光光度法应用吸光光度法应用第37页，此课件共37页哦