仪器分析法选介.pptx
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1、19.1紫外紫外可见分光光度法可见分光光度法9.2原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法9.3电势分析法电势分析法9.4色谱分析法色谱分析法第1页/共189页2学习要求1.掌握电位分析法的基本原理、指示电极和参比电极的含义。了解各类电极的结构和机理。2.掌握测定溶液pH值的方法。掌握直接电位法测定离子浓度及确定电位滴定终点的方法。3.掌握原子吸收光谱分析的基本原理和定量分析方法。了解原子吸收分光光度计的主要构造和应用范围。4.掌握色谱分离的原理、分类及定性、定量方法。了解评价分离效率的指标,了解气相及高效液相色谱仪的构造和各自的应用范围。第2页/共189页3仪器分析的基本特点Instrument
2、alAnalysis以被测物质的物理及物理以被测物质的物理及物理化学性质为基础的分析方法化学性质为基础的分析方法从二十世纪中叶开始,仪器分析得到迅速的发展,已广泛应用于现代科学技术的各个领域。多属微量分析,快速灵敏,相对误差较大,但绝对误差不大。仪器分析法的种类很多。有光谱法、色谱法、电化学分析法等。本章只介绍电位分析法,原子吸收分光光度法、气相色谱法和液相色谱法这四种常用的仪器分析法。第3页/共189页49.1 9.1 紫外紫外可见分光光度法可见分光光度法(Ultraviolet and Visible Spectrophotometry)9.1.1 概述9.1.2 光吸收的基本定律9.1.
3、3 显色反应及其影响因素9.1.4 紫外可见分光光度计9.1.5 紫外可见分光光度测定的方法9.1.6 分光光度法的误差和测量条件的选择9.1.7 紫外可见分光光度法应用实例第4页/共189页59.1.1 9.1.1 概述概述 吸光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法,包括比色法、可见及紫外吸光光度法及红外光谱法等。特点:灵敏度高(测定下限可达测定下限可达10105 510106 6mol/Lmol/L)准确度高(满足微量组分的测定要求)简便快速(在适当条件下,不经分离可直接测定)应用广泛(无机、有机成分、农药残留、生物体内的微量成分、药物分析、环境卫生分析)第5页/共189页
4、6 光是一种电磁波。所有电磁波都具有波粒二象性。光的波长、频率与光速c的关系为:光速在真空中等于2.9979108ms-1。光子的能量与波长的关系为:式中E为光子的能量;h为普朗克常数,为6.62610-34JS。光的基本性质光的基本性质第6页/共189页7第7页/共189页8物质的颜色与光的关系物质的颜色与光的关系单色光单色光(monochromatic light)只具有一种波长的光。混合光混合光 由两种以上波长组成的光。白光白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成的。物质的颜色物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产生的。例如:硫酸铜溶液因吸收白光
5、中的黄色光而呈蓝色;高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。物质呈现的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。第8页/共189页9 表表9-2 9-2 物质颜色和吸收光颜色的关系物质颜色和吸收光颜色的关系 物质颜色物质颜色 吸收光颜色吸收光颜色 吸收光波吸收光波/nm/nm 黄黄绿绿 紫紫 400 400 450450 黄黄 蓝蓝 450 450 480480 橙橙 绿蓝绿蓝 480 480 490490 红红 蓝绿蓝绿 490 490 500500 紫红紫红 绿绿 500 500 560560 紫紫 黄绿黄绿 560 560 580580 蓝蓝 黄黄 580 580 600600 绿蓝绿蓝 橙橙
6、600 600 650650 蓝绿蓝绿 红红 650 650 760760白光青蓝青绿黄橙红紫蓝第9页/共189页10当一束平行的单色光照射到有色溶液时,光的一部分将被溶液吸收,一部分透过溶液,还有一部分被器皿表面所反射。设入射光强度为I0,透过光强度为It,溶液的浓度为c,液层宽度为b,经实验表明它们之间有下列关系:(9-1)朗伯比尔定律9.1.2 光的吸收基本定律第10页/共189页11透光度透光度 T T(Transmittance)(Transmittance)透光度定义:透光度定义:T取值为取值为0.0%100.0%全部全部吸收吸收T=0.0%全部透射全部透射T=100.0%入射光I
7、0透射光It第11页/共189页12透光度、吸光度与溶液浓度及液层宽度的关系(9-2)A 吸光度 T 透光度 K-吸光系数,与入射光波长、溶液的性质及温度有关。当c的单位为gL-1,b的单位为cm时,k以a表示其单位为Lg-1cm-1,此时式(9-1)变为 (9-3)第12页/共189页13 如果浓度c的单位为molL-1,b的单位为cm,这时k常用 表示。称为摩尔吸光系数(molar absorptivity),其单位为Lmol-1cm-1,它表示吸光质点的浓度为1molL-1,溶液的宽度为1cm时,溶液对光的吸收能力。值越大,表示吸光质点对某波长的光吸收能力愈强,故光度测定的灵敏度越高。值
8、在103以上即可进行分光光度法测定,高灵敏度的分光光度法可达到105106。式(9-3)可写成为:A=bc (9-6)与a的关系为:=Ma (9-7)式中M为吸光物质的摩尔质量第13页/共189页14朗伯朗伯比尔定律的几种形式比尔定律的几种形式入射光强度入射光强度透射光强度透射光强度透光度透光度吸光度吸光度摩尔吸光系数摩尔吸光系数,L mol 1cm 1溶液厚度溶液厚度溶液浓度溶液浓度物理意义物理意义:一定温度下,一定波长的单色光通过均匀的、:一定温度下,一定波长的单色光通过均匀的、非散射的溶液时,溶液的吸光度与溶液的浓度和厚度的非散射的溶液时,溶液的吸光度与溶液的浓度和厚度的乘积成正比。乘积
9、成正比。第14页/共189页15例9-1浓度为25.0g/50mL的Cu2+溶液,用双环已酮草酰二腙分光光度法测定,于波长600nm处,用2.0cm比色皿测得T=50.1%,求吸光系数a和摩尔吸光系数。已知M(Cu)=64.0。解:已知T=0.501,则A=lgT=0.300,b=2.0cm,则根据朗伯比尔定律A=abc,而=Ma=64.0gmol-13.00102Lg-1cm-1=1.92104(Lmol-1cm-1)第15页/共189页16例例9-29-2 某有色溶液,当用1cm比色皿时,其透光度为T,若改用2cm比色皿,则透光度应为多少?解解:由A=-lgT=abc可得 T=10-abc
10、 当b1=1cm时,T1=10-ac=T 当b2=2cm时,T2=10-2ac=T2第16页/共189页17 定量分析时,通常液层厚度是相同的,按照比尔定律,浓度与吸光度之间的关系应该是一条通过直角坐标原点的直线。但在实际工作中,往往会偏离线性而发生弯曲,见图中的虚线。偏离朗伯一比尔定律的原因CA标准工作曲线图正误差正误差负误差负误差第17页/共189页18 单色光不纯所引起的偏离 朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立,但在实际工作中,即使质量较好的分光光度计所得的入射光,仍然具有一定波长范围的波带宽度。在这种情况下,吸光度与浓度并不完全成直线关系,因而导致了对朗伯一比尔定律的偏离。所得
11、入射光的波长范围越窄,即“单色光”越纯,则偏离越小。第18页/共189页19由于溶液本身的原因所引起的偏离 吸光系数k与溶液的折光指数n有关。溶液浓度在0.01molL-1或更低时,n基本上是一个常数,浓度过高会偏离朗伯-比尔定律。朗伯-比尔定律是建立在均匀、非散射的溶液这个基础上的。如果介质不均匀,呈胶体、乳浊、悬浮状态,则入射光除了被吸收外,还会有反射、散射的损失,因而实际测得的吸光度增大,导致对朗伯-比尔定律的偏离第19页/共189页20溶质的离解、缔合、互变异构溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化引起的偏离及化学变化引起的偏离 有色化合物的离解是偏离朗伯比尔定律的主要化学因素。例如,显
12、色剂KSCN与Fe3+形成红色配合物Fe(SCN)3,存在下列平衡:Fe(SCN)3 Fe3+3SCN 溶液稀释时,上述平衡向右,离解度增大。所以当溶液体积增大一倍时,Fe(SCN)3的浓度不止降低一半,故吸光度降低一半以上,导致偏离朗伯比尔定律。第20页/共189页21显色反应及显色剂:被测元素在某种试剂的作用下,转变成有色 化 合 物 的 反 应 叫 显 色 反 应(color reaction),所加入试剂称为显色剂(color reagent)。常见的显色反应大多数是生成配合物的反应,少数是氧化还原反应和增加吸光能力的生化反应9.1.3 9.1.3 显色反应及其影响因素显色反应及其影响
13、因素第21页/共189页22 显色反应的要求:选择性好 所用的显色剂仅与被测组分显色而与其它共存组分不显色,或其它组分干扰少。灵敏度要足够高 有色化合物有大的摩尔吸光系数,一般应有104-105数量级。有色配合物的组成要恒定 显色剂与被测物质的反应要定量进行,生成有色配合物的组成要恒定。生成的有色配合物稳定性好 即要求配合物有较大的稳定常数,有色配合物不易受外界环境条件的影响,亦不受溶液中其它化学因素的影响。有较好的重现性,结果才准确。色差大 有色配合物与显色剂之间的颜色差别要大,这样试剂空白小,显色时颜色变化才明显。第22页/共189页23影响显色反应的因素影响显色反应的因素显色剂的用量显色
14、剂的用量 显色反应一般可表示为:M+R MR 有色配合物MR的稳定常数越大,显色剂R的用量越多,越有利于显色反应的进行。但有时过多的显色剂反而对测定不利。在实际工作中,常根据实验结果来确定显色剂的用量。c(R)第23页/共189页24溶液的酸度溶液的酸度 许多显色剂都是有机弱酸或有机弱碱,溶液的酸度会直接影响显色剂的解离程度。对某些能形成逐级配合物的显色反应,产物的组成会随介质酸度的改变而改变,从而影响溶液的颜色。另外,某些金属离子会随着溶液酸度的降低而发生水解,甚至产生沉淀,使稳定性较低的有色配合物的解离。pHpH1pH80C)的条件下使用时,Ag-AgCl电极的电位较甘汞电极稳定。25C时
15、,内充饱和KCl溶液的Ag-AgCl电极的电位值为0.199V。第90页/共189页919.3.2 9.3.2 离子选择性电极离子选择性电极 离子选择性电极(ionselectiveelectrode,ISE)是20世纪60年代后迅速发展的新型指示电极。有常规电极和微电极之分,后者在生命科学中有极其美好的应用前景。离子选择性电极有特殊响应机理离子在溶液和选选择择性性敏感膜敏感膜之间的扩散和交换扩散和交换而形成膜电位膜电位(membranepotential)。第91页/共189页92 1.1.离子选择性电极和膜电位离子选择性电极和膜电位 选择性敏感膜是对特定离子有选择性交换能力的材料。按敏感膜
16、材料性质不同,电极可分类为:分类为:晶体电极:晶体电极:用晶体敏感膜用晶体敏感膜制作,如氟化镧单晶制成的氟离子选择性电极,用氯化银多晶制成的氯离子选择性电极。非晶体电极:非晶体电极:用玻璃膜玻璃膜和流动载体(液膜液膜)制成的电极(前者如pH玻璃电极,后者如流动载体钙离子选择性电极)等。第92页/共189页93 2.pH2.pH玻璃电极玻璃电极pH玻璃电极是对溶液中的对溶液中的H+离子活度具有选择性响应离子活度具有选择性响应的电极,它主要用于测量溶液的酸度。组成见图(由玻璃膜,内部溶液,内参比电极组成)。第93页/共189页94复合式复合式pH玻璃电极示意图玻璃电极示意图 新型玻璃电极多为复合型
17、,将指示电极和参比电极二合一,外加长脚护套,玻璃泡不易破损。1玻璃膜;2.多孔陶瓷;3.加液口;4.内参比电极;5.外参比电极;6.外参比电极的参比溶液。第94页/共189页95 玻璃电极的膜结构玻璃电极的膜结构电极的球泡形玻璃膜厚0.030.1mm,组成特殊(Na2O,22%;CaO,6%;SiO2,72%)玻璃电极的特殊内部结构使玻璃膜有选择性响应。在掺有Na2O的硅氧网络结构形成部分荷负电的硅-氧骨架,可与带正电荷的Na+离子形成离子键第95页/共189页96 玻璃电极膜电位的形成玻璃电极膜电位的形成pH玻璃电极需水水化化后才能使用。水化层中的Na+与溶液中H+发生离子交换。SiO-Na
18、+(表面)+H+(溶液)SiO-H+(表面)+Na+(溶液)插入待测试样后,因膜外表面水化层中的H+离子活度与待测溶液中H+离子活度不同,在两相界面上因H+离子扩散迁移而建立起相间电位。第96页/共189页97内试膜=试-内若待测液H+离子活度较大,溶液中H+向玻璃膜外表面水化层扩散,在玻璃外表面和溶液界面形成双电层,产生相间电位。同理,在玻璃内表面也形成相应的相电位。在膜两侧形成了膜电位:第97页/共189页98 玻璃电极膜电位的表示外表面的相间电位符合Nernst方程:同理,玻璃膜的内表面也存在着因H+离子的扩散迁移而建立起相间电位:第98页/共189页99 玻璃电极膜电位间的关系通常玻璃
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