《化学光度分析》PPT课件.ppt

第八章 吸光光度法,8.1 概述 8.2 吸光光度法基本原理 8.3 分光光度计 8.4 显色反应及影响因素 8.5 光度分析法的设计 8.6 吸光光度法的误差 8.7 常用的吸光光度法 8.8 吸光光度法的应用,一.吸光光度法的特点 1、灵敏度高，一般下限：10-510-6mol/L 2、分析微量组分准确度高，相对误差：25%。 3、应用广泛 4、操作简便、快速。,吸光光度法 是基于被测物质的分子 对光 具有选择吸收的特性而建立的分析方法。,第一节 概述,二.光的基本性质,光的电磁波性质,光的波粒二象性,波动性,粒子性, ,E,光的折射,光的衍射,光的偏振,光的干涉,光电效应,E：光子的能量（J, 焦耳）, ：光子的频率（Hz, 赫兹）, ：光子的波长（cm）,c：光速（2.99791010 cm.s-1）,h：Plank常数（6.625610-34 J.s 焦耳. 秒）,单色光、复合光、光的互补,单色光,复合光,光的互补,单一波长的光,由不同波长的光组合而成的光,若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。,三.物质颜色和其吸收光关系,物质的颜色与光的关系,完全吸收,完全透过,吸收黄色光,光谱示意,表观现象示意,复合光,四.吸收光谱,光作用于物质时，物质吸收了可见光，而显示出特征的颜色，这一过程与物质的性质及光的性质有关。,物质对光的吸收,物质对光的吸收满足Plank 条件,纯 电子能态 间跃迁,分子内电子跃迁,带状光谱,锐线光谱,a 跃迁类型 价电子跃迁：*, *; n*, n* E (h) 顺序: n* n*,有机化合物的生色原理,b 生色团和助色团 生色团: 含有*跃迁的不饱和基团 助色团: 含非键电子的杂原子基团,如-NH2, -OH, -CH3 与生色团相连时，会使吸收峰红移，吸收强度增强,吸收光谱曲线：物质能选择性地吸收某种波长的光， 但并不是它只对某一波长的光吸收，而对其它波长的 光一点不吸收，对任何一种物质，它对任一波长的光 都有一定的吸收，只是吸收的程度不同，物质呈现的 颜色是由最大吸收波长的光的互补光决定的。 测量某物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长 ()为横坐标，吸光度(A)为纵坐标，绘制吸光度随波 长的变化可得一曲线，此曲线即为吸收光谱曲线。,lmax,l,最大吸收波长 lmax： 光吸收最大处的波长 对比度(l): 络合物最大吸收波长(lMRmax)与试剂最大吸收波(lRmax)之差,第二节 吸光光度法基本原理,一.光吸收定律朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律 吸光光度法的理论依据，研究光吸收的最基本定律,I0 = Ir + It + Ia,I0 = It + Ia,T = It / I0 , T: 透射比或透光度 A=lg (I0 / It )lg(1/T), A:吸光度,朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比 比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比,当一束平行单色光垂直照射到样品溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度及光程（溶液的厚度）成正比关系朗伯比尔定律 光吸收定律 数学表达：Alg(1/T)=Kbc 其中，A:吸光度，T:透射比， K:比例常数，b:溶液厚度，c:溶液浓度,注意： 平行单色光 均相介质 无发射、散射或光化学反应,吸收定律的推导,Lambert Beer Law,I0,It,dI N I,N ：薄层中的吸光粒子数,N = N0 c dS db,N0 ：阿伏加德罗常数,dS ：捕获面积，薄层中光照射的面积,c：吸光溶液的浓度,N = k c db,故 dI N I = I k c db,dI = - I k c db ,dI / I = - k c db,积分,得,或,得,吸光度 与透光率 Absorbance and transmittance,T ： 透光率,A： 吸光度,T,T = 0.0 %,A = ,T = 100.0 %,A = 0.0,A = 0.434,T = 36.8 %,二.吸光系数 Absorptivity,b 吸光液层的厚度，光程，cm,c 吸光物质的浓度, g/L, mol/L,K 比例常数,入射光波长,物质的性质,温度,取值与浓度的单位相关,c：mol / L,K ,摩尔吸光系数， L mol 1 cm -1,c：g / L,K a,吸光系数， L g 1 cm -1,c：g / 100 mL,K ,比吸光系数,相互关系,Molar Absorptivity,Absorptivity,Specific extinction coefficient,实际测得的是条件摩尔吸收系数， ,对摩尔系数的理解之一, =1.1 104,实际测定,摩尔吸收系数是对吸光物质而言，是由吸光物质的结构特征，吸光面积等因素决定。,三.灵敏度的表示方法,摩尔吸光系数 ,当 b = 1 时，,A = C,对同一种待测物质，不同的方法具有不同的 ，表明具有不同的灵敏度。,例，分光光度法测铜,铜试剂法测 Cu, 426 = 1.28 104 Lmol-1cm-1,双硫腙法测 Cu, 495 = 1.58 105 Lmol-1cm-1,一般情况, 104, 104 105, 105,低灵敏度,中等灵敏度,高灵敏度,灵敏度不同的本质原因是什么,？,桑德尔(Sandell)灵敏度： S 当仪器检测吸光度为0.001时，单位截面积光程内所能检测到的吸光物质的最低含量。 单位：mg/cm2 S=M/e,S与的关系：s=M/ =aM. 推导： A0.001bC bC=A/=0.001/ C为mol/L，b为cm 则：bC即为单位截面积光程内的mol 即：mol/1000cm2 S=bC/1000M106=bCM103(g/cm2) =0.001/M103=M/,吸光系数 a,比吸光系数,Sandell 灵敏度 S,S 值表示 单位截面积光程 测得吸光度为 0.001 时，每mL 溶液中待测物质的微克数。单位为 g cm-2。,Sandell 灵敏度与 的关系,灵敏度,灵敏度,摩尔吸光系数 ,三.吸光度的加和性,A1 = e1bc1 A2 = e2bc2 A = e1bc1+ e2bc2,根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及某些化学反应平衡常数的测定,在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收的多种物质，如果各组分间无相互作用，溶液的总吸光度等于溶液中各个吸光物质的吸光度之和,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,I0,It,参比,样品,未考虑吸收池和溶剂对光子的作用,注意比较,一.分光光度计的组成,第三节 吸光光度计,紫外-可见分光光度计组件,光源,单色器,样品池,检测器,信号输出,氢灯、氘灯：185350 nm； 卤钨灯：2502000 nm.,基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定。 作用：发出连续光谱。,作用：将复合光色散成单色光,棱镜,光栅,玻璃， 350 2500 nm, 石英，185 4500 nm,平面透射光栅， 反射光栅,玻璃，光学玻璃，石英。作用：盛放试液。,作用：将光信号转换为电信号，并放大,光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管（多道分析器）,表头、记录仪、屏幕、数字显示。作用：把放大后的信号以A或T的方式显示和记录下来。,单波长单光束分光光度计,单波长双光束分光光度计,第四节 显色反应及影响因素,要求： a. 选择性好 b. 灵敏度高 (104) c. 产物的化学组成稳定 d. 化学性质稳定 e. 反应和产物有明显的颜色差别 (l60nm),没有颜色的化合物，需要通过适当的反应定量生成有色化合物再测定 显色反应,一.显色反应,显色反应,有机物质,官能团强吸收,直接测定,UV-VIS,官能团弱吸收,衍生化反应,UV-VIS,无机物质,通常通过显色反应生成吸光系数大的有色物质进行测定，以提高灵敏度,络合反应,氧化还原反应,二.显色反应类型,离子缔合反应,成盐反应,褪色反应 Zr(IV)-偶氮胂III络合物测定草酸,吸附显色反应 达旦黄测定Mg(II),Mg(OH)2吸附达旦黄呈红色,三.显色剂,无机显色剂: 过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾,有机显色剂： 偶氮类：偶氮胂III,三苯甲烷类 三苯甲烷酸性染料 铬天菁S,三苯甲烷碱性染料 结晶紫,邻菲罗啉类：新亚铜灵,肟类：丁二肟,四. 多元络合物,混配化合物 Nb-5-Br-PADAP-酒石酸 V-PAR-H2O 离子缔合物 AuCl4-罗丹明B 金属离子-配体-表面活性剂体系 Mo-水杨基荧光酮-CTMAB,酸度的影响,副反应,M + nR = MRn,OH-,H+,存在型体的变化,RH = R- + H+,1,2,生成不同配比的络合物,例，磺基水杨酸 Fe 3+,pH = 2 3,FeR,紫红色,pH = 4 7,FeR2,橙色,pH = 8 10,FeR3,黄色,五. 影响显色反应的因素,1. 酸度的影响,适宜pH范围,作 A pH 曲线，寻找适宜 pH 范围。,2.显色剂的用量,M + nR = MRn,定量反应,实际工作中，作 A CR 曲线，寻找适宜 CR 范围。,3.温度的选择,实际工作中，作 A T 曲线，寻找适宜 反应温度。,4.反应时间的选择,实际工作中，作 A t 曲线，寻找适宜 反应时间。,5. 溶剂,6.干扰离子,有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率,消除办法： 提高酸度，加入隐蔽剂，改变价态 选择合适参比 褪色空白(铬天菁S测Al，氟化铵褪色，消除锆、镍、钴干扰) 选择适当波长,第五节 光度分析法的设计,1. 选择显色反应 2. 选择显色剂 3. 优化显色反应条件 4. 选择检测波长 5. 选择合适的浓度 6. 选择参比溶液 7. 建立标准曲线,测量条件选择,一. 测定波长选择,选择原则：“吸收最大，干扰最小”,灵敏度,选择性,二. 测定浓度控制,控制浓度 吸光度A：0.20.8,减少测量误差,三.参比液的选择,原则：,扣除非待测组分的吸收,以显色反应为例进行讨论,M + R = M-R,max,试液 显色剂 溶剂 吸光物质 参比液组成,无吸收,无吸收,光学透明,溶剂,基质吸收,无吸收,吸收,不加显色剂的试液,无吸收,吸收,吸收,显色剂,基质吸收,吸收,吸收,吸收,显色剂 + 试液 + 待测组分的掩蔽剂,若欲测 M-R 的吸收,max,A （样） = A （待测吸光物质） + A （干扰）+ A （池）,A （参比） = A （干扰）+ A （池）,四. 标准曲线制作,理论基础：朗伯-比尔定律,相同条件下 测定不同浓度标准溶液的吸光度A Ac 作图,第六节 吸光光度法的误差,非单色光引起的偏移 物理化学因素：非均匀介质及化学反应 吸光度测量的误差,对朗伯-比尔定律的偏移,一. 非单色光引起的偏移,复合光由l1和l2组成，对于浓度不同的溶液a和b,引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。,假设混合入射光是由1和2组成，溶液对1和2的吸收都符合比耳定律，则： 对1：A1=lgI01/I1=1bC， I1= I0110-1bC； 对2：A2=lgI02/I2=2bC， I2= I0210-2bC。 测定时总入射光为I01 +I02，总透过光为I1 +I2， A=lg(I01+I02)/( I1+I2)=lg(I01+I02)/( I0110-1bC+ I0210-2bC). 当1=2=时，A=bC，A与C成线性关系，若12 则A与C不成线性关系。相差越大，偏离越严重。,非均匀介质 胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射，使实测吸光度增加，导致线性关系上弯,二. 物理化学因素,离解、缔合、异构等 如：Cr2O72-+H2O-=2HCrO4-=2H+2CrO42- PAR的偶氮醌腙式,化学反应,化学反应的影响,M + L = ML,max,吸光定律,光度法测定通常在一个较大的浓度范围内作工作曲线，当 或随着浓度的变化而变化，或随着副反应的变化而变化时，就表现出对吸光定律的偏离。,实际计算,例：,M + L ML , ML2, ML3,1 1,2 2,3 3,如果在 1 进行测定，结果如左图所示,ML3,ML2,ML,例，聚合引起的对吸光定律的偏离,max = 660 nm,二聚体：,max = 610 nm,单体：,三.仪器测量误差,根据误差传递公式，可以推导出浓度测量的相对误差为,T = 0.368 = 36.8 %,A = 0.434,为了使测量误差 5%，控制溶液的透光率,T = 70 10 %,当dT = 1%时,误差最小,A = 0.155 1.00,仪器测量误差公式推导,吸光定律,根据误差传递公式，有,又,得,浓度测量的相对偏差,得,T = 0.368 = 36.8 %,A = 0.434,此时，,仪器测量误差最小,令,一.示差吸光光度法 目的：提高光度分析的准确度和精密度 解决高(低)浓度组分(i.e. A在0.20.8以外)问题 分类：高吸光度差示法、低吸光度差示法、 精密差示吸光度法 特点： 以标准溶液作空白 原理： A相对 = A = bcx- bc0= b c 准确度：读数标尺扩展, 相对误差减少, c0愈接近cx, 准确度提高愈显著,第七节 常用的吸光光度法,示差光度法,方法比较,常规法,以空白溶剂为参比,示差法,以浓度为 Cs 的标准溶液为参比,（Cx Cs）,适宜 高 浓度的测定,示差法的误差,方法,定量原理,相对误差,常规法,示差法, Tr Tx, I0 Is,有,结论：示差法提高了准确度,例题,已知 dT = 0.01, 样品Tx = 2.00 %, 标准 Ts = 10.0 %,示差法,常规法误差,示差法误差,已知 dT = 0.01, 样品Tx = 2.00 %, 标准 Ts = 5.00 %,示差法提高准确度的实质,常规法,Tx,落在测量误差较 大 的范围,示差法,Tr,Ts,Ts,落在测量误差较 小 的范围,结论：示差法通过提高测量的准确度提高了方法的准确度,二.双波长吸光光度法 目的：解决浑浊样品光度分析 消除背景吸收的干扰 多组分同时检测 原理： A = Al1-Al2 = （l1- l2）b c 波长对的选择： a.等吸光度点法，b.系数倍率法,选l1为参比波长, l2为测量波长 得 Al1= xl1bcx + yl1bcy Al2= xl2bcx+ yl2bcy A=Al2-Al1= ( x2