现代分析原理.pptx
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1、11.1吸光光度法的基本原吸光光度法的基本原理理特点特点 灵敏度高灵敏度高:测定下限可达:测定下限可达105106mol/L,10-4%10-5%准确度准确度能够满足微量组分的测定要求:能够满足微量组分的测定要求:相对误差相对误差25(12)操作操作简便快速简便快速应用广泛应用广泛吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。第1页/共97页21.1.光的基本性质光的基本性质 电磁波的波粒二象性电磁波的波粒二象性c真空中光速真空中光速 2.99792458108m/s3.0 108m/s波长,单位:波长,单位:m,cm,mm,m,nm,1m=10-6m,1nm=1
2、0-9m,1=10-10m频率,单位:赫芝(周)频率,单位:赫芝(周)Hz 次次/秒秒 n折射率,真空中为折射率,真空中为1光的传播速度:波动性第2页/共97页3磁场向量磁场向量电场向量电场向量传播方向传播方向YZX与物质作用与物质作用第3页/共97页4微粒性微粒性h普朗克普朗克(Planck)常数常数 6.62610-34Js 频率频率E光量子具有的能量光量子具有的能量 单位:单位:J(焦耳焦耳),eV(电子伏特电子伏特)光量子,具有能量。第4页/共97页5波粒二象性波粒二象性结论结论:一定波长的光具有一定的能量,波长越一定波长的光具有一定的能量,波长越 长长(频率越低频率越低),光量子的能
3、量越低。,光量子的能量越低。单色光单色光:具有相同能量:具有相同能量(相同波长相同波长)的光。的光。混合光混合光:具有不同能量:具有不同能量(不同波长不同波长)的光复合在的光复合在 一起。一起。真空中:第5页/共97页6光学光谱区远紫外远紫外近紫外近紫外 可见可见近红外近红外中红外中红外 远红外远红外(真空紫外)(真空紫外)10nm200nm 200nm380nm380nm780nm780nm2.5m2.5m50m50m300m第6页/共97页7 -rayX-rayultraviolet lightInfrared lightMicro waveRadio wave10-2 nm 10 nm
4、102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cmVisible light第7页/共97页83.3.溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱谱/nm颜色颜色互补光互补光400-450紫黄绿450-480蓝蓝黄黄480-490绿蓝绿蓝橙橙490-500蓝绿蓝绿红红500-560绿绿红紫红紫560-580黄绿黄绿紫紫580-610黄黄蓝蓝610-650橙橙绿蓝绿蓝650-760红红蓝绿蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光不同颜色的可见光波长及其互补光第8页/共97页9Complementaryoflight:iftwokindsofmonoli
5、ghtsmixedwitheachother accordingtothecertainproportionwecangainwhitelight,thenwecallthetwokindsofmonolightascomplementarycolorlightmutually.andthisphenomenaiscalledcomplementaryoflight.blueyellowPurple redgreenpurpleYellow greenGreen blueorangeredBlue green第9页/共97页10紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计一一.主要组成及部件的功能主
6、要组成及部件的功能1.1.工作原理基仪器结构框图工作原理基仪器结构框图光源光源碘碘钨钨灯灯氘氘灯灯单色器单色器测量池测量池参比池参比池样品池样品池光光电电倍倍增增管管数据处理和仪器控制数据处理和仪器控制光源光源样品池样品池单色器单色器检测器检测器数据处理数据处理仪器控制仪器控制第10页/共97页11二。光源(辐射源)二。光源(辐射源)1.1.光源的要求:光源的要求:vv发射强度足够且稳定的连续光谱发射强度足够且稳定的连续光谱;vv光辐射强度随波长的变化小光辐射强度随波长的变化小;vv有足够的使用寿命有足够的使用寿命钨灯钨灯(钨的熔点为(钨的熔点为3680K3680K););波长范围:波长范围:
7、3202500nm3202500nm;工作温度:工作温度:3000K3000K;I Ihvhv V V34342.2.白炽光源白炽光源常用类型:白炽光源与气体放电光源常用类型:白炽光源与气体放电光源卤钨灯:卤钨灯:在钨灯中加入卤化物提在钨灯中加入卤化物提高白炽灯的使用寿命高白炽灯的使用寿命3.3.气体放电光源气体放电光源氢弧灯氢弧灯(氢灯):波长范围:(氢灯):波长范围:165350nm165350nm;氢气压力:氢气压力:0.25mmHg0.25mmHg。氘灯:氘灯:内充气为氘辐射强度比起氢灯达内充气为氘辐射强度比起氢灯达3535倍。倍。第11页/共97页12三三.单色器单色器:平面衍射光栅
8、平面衍射光栅四四.检测器:检测器:PMT-PMT-前面已经介绍前面已经介绍光源光源碘碘钨钨灯灯氘氘灯灯单色器单色器测量池测量池CCDCCD检测器检测器数据处理和仪器控制数据处理和仪器控制CCDCCD光二极管阵列检测器光二极管阵列检测器第12页/共97页13五五.测量池:液池、样品池、比色皿。测量池:液池、样品池、比色皿。1.1.吸收池的材料吸收池的材料玻璃玻璃360nm360nm2.252.25m mmm第13页/共97页14石英石英200nm200nm2.52.5m mmm第14页/共97页152.2.吸收池的形状吸收池的形状波长范围波长范围3.3.使用注意事项使用注意事项容易破碎容易破碎可
9、拆卸圆形测量池可拆卸圆形测量池两面透光两面透光圆形测量池圆形测量池两面透光两面透光1cm 长方形测量池长方形测量池两面透光两面透光气体测量池气体测量池两面透光两面透光微量测量池微量测量池两面透光两面透光流动测量池流动测量池两面透光两面透光第15页/共97页16第16页/共97页17300400500600700/nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光谱350第17页/共97页18苯苯和和甲苯甲苯在环己烷中的吸收光谱在环己烷中的吸收光谱苯苯(254nm)甲苯甲苯(262nm)A 230 250 270
10、第18页/共97页19Inthevisiblelight,KMnO4solutionhasthestrongestabsorptiontothegreenlightwithwavelengthnearby525nm,buttheabsorptionisveryweaktothepurpleandtheredlight.max=525nm.Whenconcentrationaredifferent,thecurveshapeofthelightabsorptionissame,maxinvariable,absorbancearedifferent.Looking at the absorpti
11、on light and the color relations from the absorption curveLooking at the absorption light and the color relations from the absorption curve第19页/共97页204.光吸收基本定律:Lambert-Beer定律A=lg(I0/It)=kbcItI0bdxI I-dIs朗伯定律朗伯定律(1760)(1760)A=lg(I0/It)=k1b比尔定律比尔定律(1852)A=lg(I0/It)=k2c吸光度吸光度介质厚介质厚度度(cm)第20页/共97页21Lamb
12、ert-BeerslawLambertJHandBeerAhavestudiedthequotarelationsoflightabsorptionandsolutionlevelthicknessandthesolutionconcentrationin1760andin1852separately,thetwounionsiscalledLambert-theBilllaw,alsoiscalledthelightabsorptionlaw.WhenabunchofparallelmonochromaticlightI0illuminationtofluidlevelwhoselength
13、aretheb,andtothesolutionswhoseconcentrationisc,becauseoftheabsorptionbytheabsorbparticle(molecularorions)insolution,afterthroughthesolutionthelightintensityisweakentoI:第21页/共97页22Lambert-Beerslawindicatesthat,afterabunchofmonochromaticlightsthroughthesolutionwhichincludetheextinctionmatter,theabsorb
14、anceofthesolutionandtheextinctionmatterconcentrationandthethicknessoftheabsorptionlayerareproportional.Thisisthetheoryfoundationtocarryonthequantitativeanalysis.ProportionalityconstantKisconcernedwithmatterproperty,insertlightwavelengthandtemperatureandsoon.Theadditivepropertyoftheabsorbance:Whenany
15、wavelengthmonochromaticlightthroughsolutionincludingmanykindsofextinctionmatter,thetotalabsorbanceofthesolutionshouldbeequaltothesumofvariousmatterAbsorbance.ThisruleiscalledtheAbsorbanceadditiveproperty.Usingthisproperty,wemaycarryonthemulti-componentdeterminationandthedeterminationofcertainchemica
16、lreactionequilibriumconstant.第22页/共97页23T透光率(透射比)透光率(透射比)(Transmittance)A=lg(I0/It)=lg(1/T)=-lgT=kbc第23页/共97页24吸光度A、透射比T与浓度c的关系ATcA=kbc第24页/共97页25K 吸光系数吸光系数 Absorptivity a的单位的单位:Lg-1cm-1当当c的单位用的单位用gL-1表示时,用表示时,用a表示,表示,Aabc的单位的单位:Lmol-1cm-1当当c的单位用的单位用molL-1表示时,用表示时,用表示表示.摩尔吸光系数摩尔吸光系数 Molar Absorptivi
17、ty A bc 当当c的单位用的单位用g100mL-1表示时,用表示时,用 表示,表示,A bc,叫做比消光系数叫做比消光系数第25页/共97页26吸光度与光程的关系A=bc光源检测器0.00吸光度吸光度检测器b样品光源0.22吸光度吸光度光源检测器0.44吸光度吸光度b样品b样品第26页/共97页27吸光度与浓度的关系 A=bc吸光度0.00光源检测器吸光度0.22光源检测器b吸光度0.42光源检测器b第27页/共97页28朗伯-比尔定律的适用条件1.单色光单色光 应选用应选用 max处或肩峰处测定处或肩峰处测定2.吸光质点形式不变吸光质点形式不变 离解、络合、缔合会破坏线性关系离解、络合、
18、缔合会破坏线性关系 应控制条件应控制条件(酸度、浓度、介质等酸度、浓度、介质等)3.稀溶液稀溶液 浓度增大,分子之间作用增强浓度增大,分子之间作用增强第28页/共97页29 x104(nm)亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱a.6.3610-6 mol/Lb.1.2710-4 mol/Lc.5.9710-4 mol/L亚甲蓝阳离子单体max=660nm二聚体max=610nm二聚体的生成破坏二聚体的生成破坏了了A与与c的线性关系的线性关系第29页/共97页30 0 1 2 3 4 mg/mlA。*0.80.60.40.20溶液浓度的测定溶液浓度的测定Abc工作曲线法工作曲
19、线法(校准曲线校准曲线)朗伯-比尔定律的分析应用第30页/共97页316.吸光度的加和性与吸光度的测量吸光度的加和性与吸光度的测量 用参比溶液调用参比溶液调T=100%(A=0),再测样品溶液),再测样品溶液的吸光度,即消除了吸收池对光的吸收、反射,的吸光度,即消除了吸收池对光的吸收、反射,溶剂、试剂对光的吸收等溶剂、试剂对光的吸收等。第31页/共97页322.2光度分析的方法和仪器光度分析的方法和仪器光度分析的几种方法光度分析的几种方法方便、灵敏,准确度差。常用于限界分析。观察方向观察方向1.1.目视比色法目视比色法c4c3c2c1c1c2c3c4第32页/共97页33CharacteCha
20、racteristicsristicsUse nature lightUse nature lightCompare the supplementary colored Compare the supplementary colored light of absorption lightlight of absorption lightThe accuracy is low(Semi-The accuracy is low(Semi-quantitative)quantitative)the multi-components that the multi-components that Can
21、not distinguishCannot distinguish The method is simple and the The method is simple and the sensitivity is high.sensitivity is high.Standard Standard seriesseriesUnknown Unknown samplesamplecolorimetercolorimeter第33页/共97页342.光电比色光电比色法法通过滤光片得一窄范围的光通过滤光片得一窄范围的光(几十几十nm)光电比色计结构示意图灵敏度和准灵敏度和准确度较差确度较差第34页/
22、共97页353.吸光光度法和分光光度计吸光光度法和分光光度计光源单色器吸收池检测系统稳压电源稳压电源分光光度法的基本部件通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光.波长可调波长可调,故选择性好故选择性好,准确度高准确度高.第35页/共97页36Workingprocess light sourcemonochromatorManifest record systemPhotoelectricity transformationcolorithrough第36页/共97页37722722型分光光度计结构方框图型分光光度计结构方框图光光源源吸收池吸收池检测系统检测系统分光
23、分光系统系统第37页/共97页38分光光度计的主要部件分光光度计的主要部件光源光源:发出所需波长范围内的连续光谱,有足够:发出所需波长范围内的连续光谱,有足够 的光强度的光强度,稳定。稳定。可见光区:可见光区:钨灯,碘钨灯钨灯,碘钨灯(320(3202500nm)2500nm)紫外区:紫外区:氢灯,氘灯氢灯,氘灯(180(180375nm)375nm)单色器单色器:将光源发出的连续光谱分解为单色光的:将光源发出的连续光谱分解为单色光的 装置。装置。棱镜棱镜:玻璃玻璃3503503200nm,3200nm,石英石英1851854000nm4000nm 光栅光栅:波长范围宽波长范围宽,色散均匀色散
24、均匀,分辨性能好分辨性能好,使用方使用方便便第38页/共97页39吸收池吸收池:(比色皿比色皿)用于盛待测及参比溶液。用于盛待测及参比溶液。可见光区:光学玻璃池可见光区:光学玻璃池 紫外区:石英池紫外区:石英池检测器检测器:利用光电效应,将光能转换成:利用光电效应,将光能转换成 电流讯号。电流讯号。光电池,光电管,光电倍增管光电池,光电管,光电倍增管指示器指示器:低档仪器:刻度显示低档仪器:刻度显示 中高档仪器:数字显示,自动扫描记录中高档仪器:数字显示,自动扫描记录第39页/共97页40棱镜:棱镜:依据不同波长光通过棱镜时折射率不同依据不同波长光通过棱镜时折射率不同单色器单色器入射狭缝入射狭
25、缝准直透镜准直透镜棱镜棱镜聚焦透镜聚焦透镜出射狭缝出射狭缝白光白光红红紫紫1 12 2800 600 500400第40页/共97页41光栅:光栅:在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等等宽度等间距间距条痕条痕(600、1200、2400条条/mm)。M1M2出出射射狭狭缝缝光屏光屏透透镜镜平面透平面透射光栅射光栅光栅衍射示意图光栅衍射示意图原理原理:利用光通过光栅时利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而发生衍射和干涉现象而分光分光.第41页/共97页42检测器检测器SeAu,Ag半导体半导体h 硒光电池Ag、Au第42页/共97页43光电管光电管红敏管红敏管 62
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