分析化学吸光光度法M.ppt

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1、第九章第九章吸光光度法吸光光度法定义：基于物质对光的选择性吸收定义：基于物质对光的选择性吸收分类：分类：一、比色一、比色 1.1.目视比色法：自然光源，误差大目视比色法：自然光源，误差大2.2.光电比色法：电光源，单色光，滤光片光电比色法：电光源，单色光，滤光片 二、分光光度二、分光光度光源纯度更高：棱镜或光栅分光光源纯度更高：棱镜或光栅分光 应用：可见光区，红外、紫外应用：可见光区，红外、紫外 吸光光度特点：吸光光度特点：1.1.灵敏度高灵敏度高。检测下限检测下限1010-510-6-6mol/Lmol/L，相当于含量为相当于含量为0.0010.0001%的微量组分。的微量组分。2.2.准确

2、度高准确度高。比色相对误差比色相对误差5 520%20%，分光光度，分光光度2 25%5%3.3.操作简便操作简便，测定测定速度速度快快，普及，普及 9-1 9-1 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理 一、物质对光的选择性吸收一、物质对光的选择性吸收 1.1.光：是一种电磁波光：是一种电磁波波动性波动性 =c =c 粒子性粒子性 E=E=h=hc/M（基态）基态）+h M*（激发态）激发态）2.2.单色光：具有同一波长的光单色光：具有同一波长的光 复合光：由多种波长组成的光复合光：由多种波长组成的光 可见光区：可见光区：760 400760 400nm nm 红外红外 红红 橙橙 黄黄 绿绿

3、 青青 蓝蓝 紫紫 紫外紫外 二、物质对光的选择性吸收 1.产生选择性吸收的本质产生选择性吸收的本质 构成物质的分子都处在一定的能级上运动。当物质分子吸构成物质的分子都处在一定的能级上运动。当物质分子吸收了一定频率的可见光后，它的外层电子就会发生跃迁，从而收了一定频率的可见光后，它的外层电子就会发生跃迁，从而使分子的能量升高。使分子的能量升高。hEE迁迁跃跃E=h收收吸吸分子轨道的能级差决定了吸收光的频率。分子轨道的能级差决定了吸收光的频率。由于由于不同分子的能级差是不同的，因此，不同物质对不不同分子的能级差是不同的，因此，不同物质对不同频率光的吸收是具有选择性的。同频率光的吸收是具有选择性的

4、。七色混合七色混合=白光白光 两两混合两两混合=白光白光 互补光互补光 物体色物体色=透过光的颜色透过光的颜色 物体色物体色+吸收光色吸收光色=互补互补 日光日光=一对对互补色光按比例混合成一对对互补色光按比例混合成 无色溶液：无吸收，全部透过无色溶液：无吸收，全部透过 CuSOCuSO4 45H5H2 2O:O:吸收黄，透过吸收黄，透过蓝蓝黑：全吸收黑：全吸收问：黄光照射问：黄光照射CuSOCuSO4 4溶液，看到什么色？溶液，看到什么色？溶液颜色溶液颜色深浅深浅决定于吸光物决定于吸光物质的质的浓度浓度 白光白光红红紫紫橙橙青青蓝蓝蓝蓝青青绿绿黄黄2.吸收光与溶液的颜色如如CuCu2+2+液

5、呈蓝色是因其吸收了白光中的黄光所致液呈蓝色是因其吸收了白光中的黄光所致:CuSO4溶液白光蓝光CuCu2+2+液液在在黄黄光光场场中中呢呢？黄光 又如又如MnOMnO4 4-液紫红色，液紫红色，其原因其原因?光度法原理3.吸收光谱曲线用不同用不同波长波长的入射光通过溶液后测定对应的的入射光通过溶液后测定对应的吸吸光度光度（A），），作作A 图即吸收光谱曲线图即吸收光谱曲线吸收吸收曲线曲线1 1）不同物质吸收曲线及）不同物质吸收曲线及 max不同不同（定性）（定性）max-吸收程度最大的光的波长吸收程度最大的光的波长2)2)同一物质，同一物质，不同浓度不同浓度形状相似，形状相似，max相同相同

6、，一定时一定时 C A（定量）（定量）3)3)max处测处测A A灵敏度最高灵敏度最高 （选择测量波长）（选择测量波长）300400500600/nmCr2O72-350nm525nmMnO4-高锰酸钾和重铬酸钾的吸收曲线高锰酸钾和重铬酸钾的吸收曲线A二朗伯-比耳定律 波波 格格1729 1729 光光 吸吸 收收与与b b有关有关1.1.定义：定义：当一束当一束平行单色光平行单色光通过通过单一均匀单一均匀的、的、非散射非散射的的吸光物质溶液吸光物质溶液时，溶液的时，溶液的吸光度吸光度与与溶液浓度溶液浓度和和液层厚度液层厚度的乘积成正比。的乘积成正比。朗伯朗伯1760 1760 C C一定时一

7、定时吸光度与吸光度与b b成正比成正比 比耳比耳 1852 1852 b b一定时，一定时，吸光度与吸光度与C C成正比成正比 A：吸光度（吸光度（absorbance）（）（光密度、消光）无量纲光密度、消光）无量纲T：透光率（透光率（transmittance）I0：入射光强度入射光强度 I：透过光强度。单位透过光强度。单位cd 坎德拉坎德拉 b：光程（液层厚度）光程（液层厚度）cm c：有色溶液浓度有色溶液浓度 a：吸光系数，当浓度单位为吸光系数，当浓度单位为g/L，液层厚度单位为液层厚度单位为 cm时，时，a的单位为的单位为Lg-1cm-1。摩尔吸光系数，其单位为摩尔吸光系数，其单位为L

8、mol-1cm-1。当溶液以物质的量浓度为单位时，朗伯比耳定律表示为：表示表示1mol/L待测物质溶液，在待测物质溶液，在1cm比色皿比色皿中，对某特定波长的光所产生的吸光度。中，对某特定波长的光所产生的吸光度。与吸收光波长、溶液温度和介质条件有关，与与吸收光波长、溶液温度和介质条件有关，与液层厚度和溶液浓度液层厚度和溶液浓度无关。无关。吸光系数和摩尔吸光系数的关系：吸光系数和摩尔吸光系数的关系：最大吸收波长处的最大吸收波长处的 最大，分析灵敏度（最大，分析灵敏度（）也最高。也最高。2.定量分析的方法标准曲线法0.40.81.21.60cxAx=0.226将将A换换成成T会会怎样？怎样？用磺基

9、水杨酸法测定微量铁，由标准曲线上查出用磺基水杨酸法测定微量铁，由标准曲线上查出 C=6.3mg/mL时，时，A=0.420，在与绘制标准曲线在与绘制标准曲线相同的条件下，测量一未知含量的铁试液，测得相同的条件下，测量一未知含量的铁试液，测得A=0.500，求试液中铁的含量求试液中铁的含量例：例：解：解：解出解出例：例：Fe2+浓度为浓度为5.010-4g/L，与与1,10-邻二氮杂菲反应生成邻二氮杂菲反应生成橙红色络合物。在波长橙红色络合物。在波长508nm，比色皿厚度比色皿厚度b=2cm时，测时，测得得A=0.19，计算计算1,10-邻二氮杂菲亚铁络合物的邻二氮杂菲亚铁络合物的a及及 。解：

10、解：由由A=abc得：得：测吸光度时也用透光度测吸光度时也用透光度T T或百分透光度或百分透光度%T T表示物质表示物质对光的吸收程度和进行有关计算对光的吸收程度和进行有关计算 3.3.透光率透光率 T T A=-lgT C AT max不变，不变，max不变不变 4.A A的加和性的加和性 多组分体系中多组分体系中A A 具有加和性。（各吸光物质具有加和性。（各吸光物质间无作用）间无作用）yA/nmx123.3.偏离比耳定律的原因偏离比耳定律的原因 1 1）光源不纯，一般向下（负）光源不纯，一般向下（负误差）误差）幻灯片幻灯片 15 152 2）化学原因：浓度大，有）化学原因：浓度大，有色溶

11、液发生离解或缔合色溶液发生离解或缔合幻灯幻灯片片 19 193 3）标准溶液有杂质：曲线）标准溶液有杂质：曲线比工作曲线低，由曲线查到比工作曲线低，由曲线查到的浓度偏高，以空白为参比的浓度偏高，以空白为参比抵消干扰物吸收抵消干扰物吸收 入射光不纯入射光不纯 入射光：入射光：对于对于 的吸光度的吸光度A 对于对于 的吸光度的吸光度A：I+II0+I0入射光强度：入射光强度：透过光强度：透过光强度：A与与C不成线性关系，偏离比耳定律不成线性关系，偏离比耳定律符合比耳定律符合比耳定律若若若若谱带谱带A谱带谱带B 选用选用谱带谱带A的复合的复合光光 工作曲线不会工作曲线不会偏离比耳定律偏离比耳定律 选

12、用选用谱带谱带B的复合的复合光光 工作曲线将偏工作曲线将偏离比耳定律离比耳定律2.由于溶液中的化学反应引起的偏离由于溶液中的化学反应引起的偏离例：例：Cr2O72-+H2O2H+2CrO42-（橙）橙）（黄）（黄）消除方法：使作工作曲线和测量时的条消除方法：使作工作曲线和测量时的条件一致件一致3.被测溶液浓度太大被测溶液浓度太大 消除方法：稀释溶液消除方法：稀释溶液4.介质不均匀介质不均匀 消除方法：使溶液澄清、透明消除方法：使溶液澄清、透明9-2 9-2 目视比色法及光度计的基本部件目视比色法及光度计的基本部件 一、目视比色法一、目视比色法 用眼睛比较溶液颜色的深浅以测定物质含量的用眼睛比较

13、溶液颜色的深浅以测定物质含量的方法。方法。标准系列法标准系列法 优点优点 缺点缺点 光电比色法：使用光电比色计测定溶液吸光度进行光电比色法：使用光电比色计测定溶液吸光度进行定量分析的方法。定量分析的方法。分光光度法：分光光度法：分光光度计分光光度计。不同仅在于获得单色光的方法：不同仅在于获得单色光的方法：光电：滤光片光电：滤光片 分光：棱镜或光栅分光：棱镜或光栅优点：准确度高、选择性高、分析速度快优点：准确度高、选择性高、分析速度快 二、光度计的基本部件二、光度计的基本部件1.1.光源光源 光源光源 单色器单色器 吸收池吸收池 检测系统检测系统 2.2.单色器单色器 3.3.吸收池吸收池 4.

14、4.检测系统：检测系统：光电管、读数装置光电管、读数装置 9-39-3显色反应及显色条件的选择显色反应及显色条件的选择 进行光度分析时，首先要把待测组分转变为有色化合物进行光度分析时，首先要把待测组分转变为有色化合物显色反应显色反应：将待测组分转变为有色化合物的反应：将待测组分转变为有色化合物的反应 (配位反应和氧化还原反应）配位反应和氧化还原反应）显色剂显色剂：与待测组分形成有色化合物的试剂：与待测组分形成有色化合物的试剂 一一.显色反应的选择显色反应的选择 1.1.灵敏度高灵敏度高 大大 104 105 2.2.选择性好选择性好 3.3.化合物稳定化合物稳定 4.4.显色剂在测定波长处无明

15、显吸收显色剂在测定波长处无明显吸收 对比度对比度 60 nm例如：锰的测定max585nm,=5.85104mol-1Lcm-1Ni2+、Cu2+、Cd2+等离子干扰测定。max525nm,=5.9103mol-1Lcm-1除高浓度除高浓度Co2+外，其他共存金属离子无干扰。外，其他共存金属离子无干扰。Mn2+(NH4)2S2O8Ag+MnO4-紫红色紫红色灵敏度高，但灵敏度高，但选择性差。选择性差。灵敏度较低，灵敏度较低，但选择性好。但选择性好。二显色反应条件的选择二显色反应条件的选择 显色反应显色反应 M +M +nR nR =MRMRn n （待测组分）（待测组分）（显色剂）（显色剂）（

16、有色化合物）（有色化合物）1.1.显色剂用量显色剂用量用量：用量：ab之间，之间，（a）浓度控制不太严格浓度控制不太严格（b）严格控制严格控制（c）十分严格地控制十分严格地控制2.2.显色酸度显色酸度 3.3.显色温度显色温度 4.4.显色时间显色时间 5.5.溶剂溶剂 三干扰离子的消除三干扰离子的消除 四显色剂四显色剂 显色剂的酸效应显色剂的酸效应金属离子水解效应金属离子水解效应显色剂本身颜色显色剂本身颜色利用掩蔽消除干扰利用掩蔽消除干扰控制显色条件消除干扰控制显色条件消除干扰利用分离手段消除干扰利用分离手段消除干扰9-49-4吸光光度法测定条件的选择吸光光度法测定条件的选择 一、合适的入射

17、波长一、合适的入射波长 2 2、有干扰物存在以、有干扰物存在以“吸收最大，干扰最小吸收最大，干扰最小”为原则为原则 1、选、选 max 3.测量波长处偏离朗伯比耳定律应较小。测量波长处偏离朗伯比耳定律应较小。谱带谱带A谱带谱带B二、参比溶液的选择参比溶液参比溶液 调节光度计调节光度计T=100%，A=0的溶液。的溶液。参比溶液的作用参比溶液的作用 扣除比色皿对光的反射以及试液中其他扣除比色皿对光的反射以及试液中其他成分吸收入射光对测量造成的影响。成分吸收入射光对测量造成的影响。I0I1A1=lg(I0/I1)参比溶液I0I2A2=lg(I0/I2)被测溶液用参比溶液调节用参比溶液调节A1=0的

18、的实质是设定仪器，使参实质是设定仪器，使参比液的：比液的：I1扣除了比色皿扣除了比色皿的反射和共存成分的反射和共存成分的吸收等影响以后的吸收等影响以后入射光强度。入射光强度。参比溶液：（空白溶液）调节参比溶液：（空白溶液）调节A=0 A=0（T=100%T=100%）1.1.只有只有MR MR n n有吸收（有色）有吸收（有色）R R、M M、其它试剂均无色，其它试剂均无色，溶剂空白溶剂空白（H H2 2O O或纯溶或纯溶剂）为参比溶液剂）为参比溶液 2.2.R R或其他试剂略有吸收或其他试剂略有吸收 试剂空白试剂空白（不含（不含M M的试液）为参比溶液的试液）为参比溶液 3.3.R R无吸收

19、，无吸收，N N有吸收（有吸收（N N为干扰离子）为干扰离子）试样空白试样空白不加显色剂不加显色剂R R的溶液的溶液为参比溶液为参比溶液4.4.R R、N N有吸收有吸收 掩蔽掩蔽M M测其它溶液吸光度为参比溶液测其它溶液吸光度为参比溶液 选择原则：使试液的吸光度真正反映待测物的浓度选择原则：使试液的吸光度真正反映待测物的浓度 被测试液被测试液 显色剂显色剂 其他试剂其他试剂 参比溶液参比溶液 (N)(N)试剂空白试剂空白（不加被测试样）（不加被测试样）试样空白试样空白 (不加显色剂不加显色剂)纯溶剂纯溶剂掩蔽被测组分掩蔽被测组分三、吸光度读数范围的选择三、吸光度读数范围的选择对于一台光度计来

20、讲，对于一台光度计来讲，透光度读数的绝对误差透光度读数的绝对误差T 是恒定的是恒定的，一般一般T=0.22。假定一台光度计的假定一台光度计的T=0.5，则在不同则在不同T或或A时测量得到的时测量得到的浓度相对误差为：浓度相对误差为：结论：结论：不同透光度或吸光度下的分析误差是不同的。为了使分析误差不同透光度或吸光度下的分析误差是不同的。为了使分析误差在在2.0以下，应控制读数以下，应控制读数T=1070（A1.00.15）之间。之间。p258 式式(9-7)当当T=36.8%(A=0.434)时时,分析误差最小分析误差最小,约为约为1.4。T%A100C/C950.02210.2900.046

21、5.3800.0972.8700.1552.0600.2221.63500.3011.44400.3991.36300.5231.38200.6991.55101.0002.1731.5234.7521.6996.38不同吸光度（透光度）读数下的测量相对误差不同吸光度（透光度）读数下的测量相对误差T%=36.8A=0.434减小误差：减小误差：1.1.改变浓度改变浓度 2.2.改变比色皿厚度改变比色皿厚度 四光度法最大的误差来源（理论误差）四光度法最大的误差来源（理论误差）1.1.朗伯朗伯-比耳定律的偏离比耳定律的偏离 2.2.仪器读数仪器读数 9-59-5吸光光度法的应用吸光光度法的应用一、

22、微量组分的测定一、微量组分的测定 单一组分单一组分 A=b c 混合组分混合组分 max不重叠不重叠 1 2 max重叠重叠 利用吸光度的加合性利用吸光度的加合性 用一个比被测试液浓度用一个比被测试液浓度(Cx)稍低的标准溶液稍低的标准溶液(Cs)作作参比溶液来调节参比溶液来调节A=0即即T=100%，进而测定试液吸进而测定试液吸光度光度Ar的分析方法的分析方法示差示差法法。二、高浓度组分的测定二、高浓度组分的测定示差法示差法1.示差法原理示差法原理Ar与与cr符合朗伯比耳符合朗伯比耳定律，成直线关系。定律，成直线关系。2.2.示差法的特点示差法的特点例如，有一试液用普通光度法测得：例如，有一

23、试液用普通光度法测得：Ax=1.301（Tx=5%），），若用若用As=1.000（Ts=10%）的参比溶液进行示差法测定：的参比溶液进行示差法测定：Ar=1.301-1.000=0.301 Tr=5/10=50%标尺扩展了标尺扩展了50%5%=10倍。倍。读数标尺得到扩展。读数标尺得到扩展。5 102040608010020406080100050普通光度法普通光度法%T示差光度法示差光度法%Tr分析误差比普通光度法低。分析误差比普通光度法低。p259式式(9-8)例：以例：以空白溶液空白溶液作参比时，某作参比时，某标准溶液标准溶液的透光率为的透光率为20%20%，被测试液被测试液的透光率为

24、的透光率为12%12%。若。若以此标准溶液作参以此标准溶液作参比比，则被测试液的透光率为，则被测试液的透光率为 ，吸光度，吸光度A A为为 ，相当于将读书标尺放大，相当于将读书标尺放大 倍。倍。标尺放大倍数标尺放大倍数=5倍倍60%0.2225三、络合物组成的测定三、络合物组成的测定 摩尔比法：摩尔比法：固定固定c cM M改变改变L L的浓度的浓度c cR R，测定测定A A斜线最高点对应比值斜线最高点对应比值 c cL L/c cM M nnn时时M M全为全为MLMLn n，A A不再改变不再改变 四、光度滴定四、光度滴定例如，例如，EDTA络合滴定法络合滴定法测定测定Bi3+和和Cu2

25、+。745nm处处CuY有吸收，而有吸收，而BiY则没有则没有吸收。吸收。745nmVEDTA/mLAV1V2Bi终点终点Cu终点终点光度滴定曲线示意图光度滴定曲线示意图四、光度滴定四、光度滴定五、酸碱离解常数的测定五、酸碱离解常数的测定六、双波长分光光度法六、双波长分光光度法9-6紫外吸收光谱法简介紫外吸收光谱法简介 产生产生 分子中价电子在能级间的跃迁分子中价电子在能级间的跃迁光源光源 钨丝灯钨丝灯 氢灯或氘灯氢灯或氘灯定量依据定量依据朗伯比尔定律朗伯比尔定律可见光可见光紫外光紫外光可见分光光度法可见分光光度法紫外分光光度法紫外分光光度法原理原理（选择性吸收）（选择性吸收）一、有机化合物电

26、子跃迁的类型一、有机化合物电子跃迁的类型1.2.3.4.二、影响紫外吸收光谱的因素二、影响紫外吸收光谱的因素1.溶剂：溶剂：溶剂极性改变光谱形状溶剂极性改变光谱形状 改变吸收波长改变吸收波长2.溶剂溶剂pH：影响有酸碱性基团的物质影响有酸碱性基团的物质3.空间效应：空间效应：大共轭体系大共轭体系max长长大大三、应用三、应用定量分析、测定物理化学常数定量分析、测定物理化学常数定性分析、结构分析定性分析、结构分析1.计算计算max2.比较吸收光谱比较吸收光谱3.同分异构体和顺反同分异构体和顺反异构体的确定异构体的确定4.纯度检查纯度检查回归分析法分析化学中的标准曲线都可以用一元线性方程分析化学中

27、的标准曲线都可以用一元线性方程来表示：来表示：y=a+bx使用最小二乘法可以通过测量点确立最能反映使用最小二乘法可以通过测量点确立最能反映测量值真实分布状况的最佳直线，该直线上所测量值真实分布状况的最佳直线，该直线上所有测量值有测量值y的偏差平方和为最小。值的偏差平方和为最小。值a、b称为称为回归系数回归系数。方程称为。方程称为y对对x的回归方程。的回归方程。回归系数确定回归系数确定相关系数相关系数相关系数相关系数1.当所有的当所有的yi值都在回归线上时，值都在回归线上时，r=1；2.y与与x之间完全不存在线性关系时，之间完全不存在线性关系时，r=0；3.当当 r 值在值在0与与1之间时，表示之间时，表示y与与x存在相关关系。存在相关关系。