吸光光度法Absorptionphotometry.ppt

第十章 吸光光度法(Absorption photometry) 基于物质对光的选择吸收而建立起来的分析方法 。包括比色法、紫外-可见吸光光度法、红外光谱法。本 章讨论溶液的可见吸光光度法（分光光度法，简称光度 法）。 KMnO4白光 吸收绿光。浓度越大,颜色越深。 特点（与化学分析比较）： a.灵敏（可测1%-10-3%微量组分) b.准确（Er=2-5%） c.操作简便，快速（测微量） d.应用广（无机、有机均可测） 1 现代分析化学的 “武器常规 ” 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（nm） c：光速（2.9979X1010cm.s-1） 一、光的基本性质（复习） 2 第一节 物质对光的选择性吸收 （普朗克方程） ，E ； ，E 射 线 x 射 线 紫 外 光 红 外 光 微 波 无 线 电 波 10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm 可 见 光 近紫外：200-400nm 人眼所能感觉到的波长范围400-750nm 近红外：7502500nm3 电磁波谱 可见光 3 色散 红 橙黄绿青青蓝蓝紫 650-750 nm 600-650 nm 580-600 nm 500-580 nm 490-500 nm 480-490 nm 450-480 nm 400-450 nm 单色光:单一波长的光 复合光:由不同波长的光组合而成的光 光的互补: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。 蓝 黄 紫红 绿 紫 黄绿 绿蓝 橙 红 蓝绿 4 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 二、物质对光的选择性吸收 Why ? ? ? 光作用于物质时，物质吸收了可见光，而显示出特征 的颜色。物质呈现的颜色与光有着密切的关系，物质呈 现何种颜色，与光的组成和物质本身的结构有关。 6 （一）颜色与光的关系 物质选择性地吸收白光中某种颜色的光， 物质就会呈现其互补色光的颜色。 （二）吸收曲线（吸收光谱） 7 物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也 不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。 溶液颜色的深浅，取决于溶液中吸光物质浓 度的高低。 吸光度（A）与波长（） 的关系曲线。 红 蓝绿 紫红 绿 紫 黄绿 蓝 黄 绿蓝 橙 定性分析基础 不同的物质具有不同 的分子结构，因而具有不 同的吸收曲线，可以根据 吸收曲线的形状和最大吸 收波长的位置，对物质进 行定性分析。 定量分析基础 在同一波长下，物质的浓度越 大，物质对光吸收程度越大。 图10-2 KMnO4溶液的吸 收曲线(cKMnO4:abcd) 吸收曲线中吸光度最 大值处（吸收峰）对应 的波长称为最大吸收波 长，以max表示。 同一物质，浓度不同，其吸收 曲线的形状和max的位置不变。 8 第二节 光吸收的基本定律 （一）吸光度A与透射比（透光度）T I0 It 参 比 I0 Ir I0 = Ir + Ia + It Ia I0 Ir I0 Ir = Ia + It I0 = Ir + I0 真正进入溶液部分的入射光 一、朗伯比耳定律 9 定义： T 取值为0.0 % 100.0 % 全部吸收T = 0.0 % 全部透射T = 100.0 % 入射光 I0透射光 It T ，溶液对光的吸收 ； T ，溶液对光的吸收 。 物质对光的吸收程度用吸光度A表示。实验 证明：A= f (C、b、 Io ) = lg Io/It = lg1/T=-lgT 10 透射比 （二）朗伯比耳定律 后人对这两个定律进行了总结，发现： 吸光质点之间无相互作用 11 a.比例系数与吸光物质的性质、入射波长及温度有关。 b.吸光度A具有加和性。 溶液中有几种吸光物质，彼此间不发生化学反应，则可： 注意： 12 a的单位: Lg-1cm-1 当b用cm、c用gL-1为单位时，K用吸收系 数a表示，此时 Aabc 为常数，它表示物质对光吸收的能力。 值随C的单位不同有两种表示方式。 的单位: Lmol-1cm-1 当b用cm、c用molL-1表示时， K用表 示. 摩尔吸收系数 A bc 桑德尔灵敏度：当光度仪器的检测极限为A0.001 时，单位截面积光程内所能检出的吸光物质的最低质量 。ug/cm2 与a的关系为： =Ma 13 解： 14 （三） 标准曲线的绘制及其应用 0 1 2 3 4 C/molL- 1 A 。 。 。 。 * 0.8 0.6 0.4 0.2 0 依 A = bC 标准曲线的斜率为 ： tan=dA/dc = b b为定值 故由曲线的斜率即可求出 标准曲线：A-C（吸光度-浓度）曲线，又称校准 曲线或工作曲线 15 二、引起偏离朗伯比耳定律的因素 （一） 物理因素 A C 原因：1.非单色光； 2.非平行入射光； 3.介质不均匀 1.非单色光（仪器本身所致） 仪器使用的是连续光源，用单色器分光，由于单色 器色散能力的限制和出口狭缝要保持一定的宽度，所以 我们不可能得到纯的单色光。 16 A 克服方法： a. 尽量选用较好的单色器 b. 入射波长选择在峰值位置（在波 峰有一个A值相差较小的区域） 3. 介质不均匀 散射、假吸收。 克服方法：避免溶液产生胶体或浑浊 2.非平行入射光 导致光束的平均光程b大 于吸收池厚度b，实际测得的吸 光度大于理论值，产生正偏离 。 入射光会因散射 而损失，导致T减小，实测的A偏高 17 例，聚合引起的对吸光定律的偏离 单体： 2 max = 660 nm 二聚体：max = 610 nm A 660 nm610 nm A C max = 660 nm （二） 化学因素 1.溶液浓度过高；2.化学反应有色物离解、 缔合. 18 第三节 吸光光度法及仪器 一、目视法 c4c3c2c1 c1c2c3c4 2.特点：简单、可测微量，复合光，误差大。 观察方向 观察方向 1.方法： 19 二、 光电比色法 通过滤光片得一 窄范围的光(几十nm) 光电比色计结构示意图 1.方法：（滤光片获取单色光） A C 2.特点：准确度较高（消除人眼的主观因素） 选择性较好（滤光片、参比液可消除干扰） 三、分光光度法 1.方法：同上。不同点：光栅或棱镜获取单色光 四、基本构造 由光源、单色器（分光系统）、吸收池（ 比色皿）、检测系统、信号显示系统五大部分 组成。 单色光纯度高（可精选某一波长，准） 测定多组分（利用A的加和性） 应用范围广（无色、有色） 2.特点： 紫外-可见分光光度计组件 光源 单色器 吸收池 检测器 信号显示系统 氢灯，氘灯，185 375 nm； 钨灯，400 2500 nm. 基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定 作用：将复合光色散成单色光 棱镜 光栅 玻璃， 360 3200 nm, 石英，200 4000 nm 平面透射光栅， 反射光栅 玻璃，光学玻璃，石英 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 第四节 吸光光度法分析条件的选择 （科研初步,与时俱进） 一、显色反应及其条件的选择 （一）显色反应和显色剂 定义：将被测组分转变为“有色物质”的反应 M无色 + R = MR有色(主要是络合、氧化还原反应） 1. 对显色反应或显色剂的要求： 选择性好（最好是特效反应） 灵敏度高（ max 104Lmol-1cm-1） 对比度要大，(max)最大吸收波长相差60nm以上 MR稳定，组成恒定 显色反应的条件要易于控制 广义， 有吸收 2. 显色剂R（自学P289P290） （二） 显色反应条件的选择 1 1 1 1 2 34 5 6 6 1.溶液的酸度：H+一切反应的基础 a.影响M的存在状态， H+ ，M会水解； b.影响R及颜色，H+ ，影响R（大多有机弱酸） 影响颜色（大多酸碱指示剂） c.影响MRn组成 2.显色剂的用量（CR） 为使显色反应完全，一般R过量（同离子效应），但R 也不能大过头，否则，物极必反。 a. R本身有色，空白 b. 改变络合比，例：Mo()与SCN-: CR由实验确定 3. 时间t A t t 由实验确定。显色后，至少应保持到测定 工作做完。 4.温度T 大多显色反应在室温下进行，但也有需要加热才能 完成的。 V=f(T) T, V。但T 太，有色物分解。 合适的T 由实验确定。 5. 溶剂和表面活性剂 溶剂影响有色络合物的离解度 溶剂影响有色络合物的显色速度 溶剂影响有色络合物的颜色 表面活性剂 a. 胶束增溶 b. 形成三元络合物 实验确定，有点运气 6. 干扰及消除 a.干扰 干扰物本身有色或与显色剂显色，+干扰 干扰物与M、N反应，使显色不完全，干扰 b. 消除 控制酸度，使M显色，干扰不显色 氧化还原，改变干扰离子价态 掩蔽 校正系数 参比液：可消除显色剂和某些离子的干扰 选择测，可避开干扰的吸收 增加显色剂用量，将干扰灌饱 分离 二、仪器测量误差 光度分析法的误差除了来源于朗伯比耳定律的偏 离以外，仪器测量不准确也是导致误差的原因。 任何光度计都有一定的测量误差。这些误差可能来 源于光源不稳定、实验条件的偶然变动、读数不准确等 。 P286页图105： 偏离A=bC 对同一台仪器，读数的波动对T是确定值，dT=0.002-0.01； 但对A却不确定 我们关心的是浓度测量的相对误差，它就等于吸光度测量 的相对误差，从图10-5可以看出，在刻度标尺上，dA在不同位 置，不是定值，故改成dT来算。 (6)代入(3): 将TEr的关系描绘于书293页图108 10 8 6 4 2 0 20406080 0.70.40.2 0.1A T% Er (36.8) 0.434 实际工作中，应控制T 在1570, A在0.150.80之间 (调c, b, ) 可见：1）当dT一定 ，T较大和较小时，dC/C 均较大；2）T在15%-70% （即A为0.15-0.8）时， 由dT引起的Er较小； 3）当T=e-1=0.368,即 A=0.434时，Er最小。 三、测量条件的选择 1.测量波长的选择 (1)“最大吸收”原则无干扰， 选择 max为测量波长 (2)“吸收较大，干扰最 小”原则有干扰，选 择不受干扰的次强吸 收波长为测量波长A A 2.吸光度范围的控制 控制A = 0.15 0.80 T = 70 % 15% 方法 选择 C A = KbC 选择 b A = KbC 1）非单色 光影响小 2）灵敏度高 3. 参比溶液的选择原则：扣除非待测组分的吸收 A （样） = A （待测吸光物质） + A （干扰池） A （参比） = A （干扰+池） M无色 + R = MR有色 试液 不只是M 试剂 不只是R 示意图参比液 无色无色 MR 溶剂空白 有色无色 M MR 试样空白 无色有色 MR R 试剂空白 有色有色 M MR R 显色空白 第五节 吸光光度法的应用 一、定量分析 （一）单组分的测定 1 一般方法： 通常采用 A-C 标准曲线法定量测定。 A C 2 示差分光光度法（测高含量，技术处理） A 0.8 1.2 0.4 原理：设试液浓度Cx、标液浓度 Cs，且Cs Cx ，则： 0 普通法： cs的T=10%；cx的T=5% 示差法： cs 做参比，调T=100% 则： cx的T=50% ；标尺扩展10倍 示差法标尺扩展原理： 特点：测高含量（准确度相对提高，若标液配制 不当，误差大） （二）多组分的同时测定 若各组分的吸收曲线互不重叠， 则可在各自最大吸收波长处分别进 行测定。这本质上与单组分测定没 有区别。 若各组分的吸收曲线互有重叠， 则可根据吸光度的加和性求解联立 方程组得出各组分的含量。 1 ：A1= a,1bca b,1bcb 2： A2= a,2bca b,2bcb 例：有下列一组数据： 吸光物质C(mol/L)(nm)b(cm)A A5.010-444010.683 59010.139 B8.010-544010.106 59010.470 A+B?44011.022 59010.414 求未知液中A和B的浓度。 解：先求出纯A、纯B在两种波长下的（Lmol-1cm-1）： 返回 再根据A的加和性，列方程求解： 上页 二、络合物的组成和Ka的测定 1. 络合物的组成的测定 (1)摩尔比法: 前提：1. M、R均无色，即M和R均不干扰MRn； 2. MRn稳定；3. n值大 M + nR MRn(有色） 最终体积10mL 固定CM，改变CR，配制一系列CR/CM不同的溶液， 在max处分别测量各溶液的吸光度A，作ACR/CM图 。 CM= CR= 1:13:1 c(R)/c(M) A 1.0 2.0 3,0 n=(CR/CM)转折点 摩尔比法适用于解离度小、稳定性高、 络合比高的络合物组成的测定。 (2)等摩尔连续变化法: M + nR MRn(有色） 保持CM+CR为常数，连续改变CR和CM比值，配 制一系列显色溶液，分别测量系列溶液的吸光度A， 以A