分析化学分光光度法.ppt

本 章 要 点 朗伯比耳定律 一般光度计的构造 吸光光度法进行定量分析的方法 第十章 分光光度法 1 10.1 物质对光的选择性吸收和光吸收基本定律 一、物质对光的选择性吸收 1.光的基本性质 光是一种电磁波 光具有两象性 2 电磁波谱范围表 3 2.物质吸收光的特性 可见光：400-750nm 白光是一种复合光。 同一波长的光称为单色光。 4 物质颜色和吸收颜色的关系 物质的颜色是因物质对不同波长的光具有选择性吸 收作用而产生，物质的颜色与吸收光的颜色互为互 补色。 互补色光：可以合成白光的两种对应颜色的光称为 互补色光。将它们按一定比例混合，可得到白光。 5 溶液的光吸收曲线 最大吸收波长 max KMnO4溶液的max=525nm max / nm 吸 收 强 度 6 物质颜色和吸收颜色的关系 10 7 物质对光的吸收引起电子能级的跃迁，在电子能级跃 迁的同时，不可避免地伴随分子振动和转动能级的变化。 8 二、光吸收的基本定律朗伯比耳定律 入射光为平行单色光 It b db I 定义透射比或透光 度为T 9 1.朗伯比耳定律 另：当溶液中存在多种吸光物质，且对同一波长的 单色光均有吸收，溶液的总吸光度等于各吸光物质 的吸光度之和。 10 2.吸光系数、摩尔吸光系数与桑德尔灵敏度 吸光系数 a A=Kbc A = abc c - g.L-1; b-cm; a 称为吸光系数 摩尔吸光系数 A = b c c -mol.L-1; b-cm; 称为摩尔吸光系数 11 桑德尔灵敏度 S 桑德尔灵敏度 S就是规定仪器的检测极限为 A = 0.001时，单位截面积光程所能检测出来的吸光物质 的最低含量，以 g.cm-2 表示。S与 的关系如下： 12 例1.已知含Cd 2+浓度为140g.L-1 的溶液，用 双硫腙法测定镉，液层厚度为2cm, 在 max=520nm处测定的吸光度为0.22，计算摩 尔吸光系数及桑德尔灵敏度S。 13 14 光源 单色器样品池检测器 读出系统 一、分光光度计 10.2.分光光度计及吸收光谱 15 721分光光度计 16 17 分光光度计的主要部件 a光源 （钨灯、氢灯）通常用612 V钨丝灯作可 见光区的光源，发出的连续光谱在360800nm范 围内。光源应该稳定，即要求电源电压保持稳定。 为此，通常在仪器内同时配有电源稳压器。 b单色器 单色器的作用是将光源发出的连续光谱 分解为单色光的装置。分为棱镜和光栅。 18 棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同分光 c.单色器 入射狭缝 准直透镜 棱镜聚焦透镜出射狭缝 白光 红 紫 1 2 800 600 500 400 19 棱镜是根据光的折射原理而将复合光色散为不 同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过一个 很窄的狭缝照射到吸收池上。它由玻璃或石英制成 。玻璃棱镜用于可见光范围，石英棱镜则在紫外和 可见光范围均可使用。 20 光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度 等间距条痕(600、1200、2400条/mm )。 M1 M2 出 射 狭 缝 光屏 透 镜 平面透 射光栅 光栅衍射示意图 原理： 利用光通过光栅时 发生衍射和干涉现象而 分光. 21 光栅是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不 同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过狭缝 照射到吸收池上。它的分辨率比棱镜大，可用的波 长范围也较宽。 22 c比色皿 也称吸收池。 用于盛放试液的容器。它是由无色透明、耐腐 蚀、化学性质相同、厚度相等的玻璃制成的，按其 厚度分为0.5 cm，1 cm，2 cm，3 cm和5 cm。在可 见光区测量吸光度时使用玻璃吸收池，紫外区则使 用石英吸收池。使用比色皿时应注意保持清洁、透 明，避免磨损透光面。 23 d检测器 检测器的作用是接受从比色皿发出的透射光并 转换成电信号进行测量。分为光电管和光电倍增管 。 光电管是一个真空或充有少量惰性气体的二极 管。阴极是金属做成的半圆筒，内侧涂有光敏物质 ，阳极为一金属丝。光电管依其对光敏感的波长范 围不同分为红敏和紫敏两种。红敏光电管是在阴极 表面涂银和氧化铯，适用波长范围为6251 000nm ；紫敏光电管是阴极表面涂锑和铯，适用波长范围 为200625nm。 24 光电倍增管是由光电管改进而成的，管中有若 干个称为倍增极的附加电极。因此，可使光激发的 电流得以放大，一个光子约产生106107个电子。 它的灵敏度比光电管高200多倍。适用波长范围为 160700 nm。光电倍增管在现代的分光光度计中 被广泛采用。 e显示装置 显示装置的作用是把放大的信号以吸光度A或 透光率T的方式显示或记录下来。分光光度计常用 的显示装置是检流计、微安表、数字显示记录仪。 25 物质对光的吸收引起电子能级的跃迁，在电子能级跃 迁的同时，不可避免地伴随分子振动和转动能级的变化。 由电子能级跃迁而产生吸收光谱，位于紫外及可见光部分 (200-800nm)，称为紫外光谱和可见光谱。 二、分子吸收光谱-可见光吸收光谱 26 吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小 A关系 最大吸收波长 max：光吸收最大处的波长 二、分子吸收光谱-可见光吸收光谱 27 吸收光谱特点： 1.同一物质，浓度不同时，同一波长下吸光度不同，最大吸收 波长位置和吸收光谱形状不变。-定性分析 2. 同一物质，在一定波长下，随着浓度的增加，吸光度增加， 在最大吸收波长下，吸光度最大，且随浓度增大变化最明显。- -定量分析 3. 吸光度具有加和性，可同时测定多组分。 28 三、吸光度的测量 选择物质最大吸收波长，选择合适的参比溶液，用来 调节仪器零点，消除洗手池及溶剂的影响，消除干扰。 参比溶液选择原则： 试液与显色剂均无色时，可用蒸馏水作参比； 显色剂无色，被测试液存在其它有色离子，可用不 加显色剂的被测试液为参比； 显色剂有色，可不加试样的试剂空白为参比； 显色剂和被测离子均有色，可加掩蔽剂掩蔽被测试 液为参比。 29 10.3 显色反应及其影响因素 一、显色反应 1.显色反应的选择 a.选择性好，灵敏度高； b.有色化合物的组成恒定； c.有色化合物的性质足够稳定； d.有色化合物与显色剂的颜色差别(对比度)要 大于60nm。 = maxRmaxMR 30 二. 显色剂 无机显色剂 有机显色剂 a.磺基水杨酸-Fe3+ b.丁二酮肟-Ni2+ c.1，10-邻二氮菲-Fe2+ d.二苯硫腙-Cu2+ Pb2+ Zn2+ Cd2+ Hg2+ e.偶氮胂3 -Th Zr U f.铬天青S- Al3+ g.结晶紫-Ti3+ 31 3.多元络合物 a.三元混配络合物 b.离子缔合物 c.金属离子络合剂表面活性剂体系 d.杂多酸 32 三. 影响显色反应的因素 1.溶液酸度 a.影响显色剂的平衡浓度和颜色 b.影响金属离子的存在状态 c.影响络合物的组成 pH A 33 2.显色剂用量 M(被测组分)+R(显色剂) = MR(有色络合物) c 试液吸光度与显色剂浓度的关系 AA A cc ab 34 3.显色反应时间 一般从加入显色剂起计算时间。 4.显色反应温度 5.溶剂 有机溶剂降低有色化合物的解离度； 提高显色反应的速率； 影响有色络合物的溶解度和组成。 35 10.4 吸光光度分析及误差控制 一.入射光波长的选择和标准曲线的制作 1.波长选择 遵守最大吸收原则。即选择被测物质的最大吸收 波长的光作为入射光。 遵守吸收最大，干扰最小的原则。 36 2、标准曲线的制作 1） 作吸收光谱曲线，求 出最大吸收波长max， 2） 作待测组分的标准曲 线，根据A=Kbc=K c 3 ）测出待测组分的吸光 度值A，在标准曲线中 查出对应的浓度c。 c 未知物的 吸光度 未知物的 浓度 37 二、对朗伯比耳定律的偏离 1.非单色光引起的偏离 a b A2 A1 A3 A4 123 A 正偏离 负偏离 A c 标准曲线 非单色光的影响 38 2.介质不均匀性引起的偏离 3.由于溶液中的化学反应引起的偏离 a.离解 b.络合 c.缔合 39 4.干扰及其消除方法 控制溶液酸度 加入掩蔽剂 利用氧化还原反应 利用校正系数 利用参比溶液 选择适当的波长 增加显色剂用量 采用适当的分离方法 40 吸光度与透射比的关系 0201030405060708090100 透射比T% 吸光度A 1.01.00.70.7 0 0 0.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.6 三、吸光度测量的误差 1.51.5 41 由于c与A成正比，则测量的绝对误差dc与dA 也成正比；而相对误差相等。 42 透射比在什么范围具有较小的测量误差 43 相对标准偏差与透光率的关系 00.20.40.60.81.0 10 8 6 4 2 0.368 相对标准偏差/% 相对标准偏差与透光率的关系 T 当透光率为15-65%或 吸光度为0.2-0.8时， 浓度测量的相对标准 偏差较小 44 吸光度为0.434时仪器测量误差最小？ 45 根据朗伯比尔定律 控制适当的吸光度范围（0.2-0.8 ） 控制溶液浓度 选择不同厚度的比色皿 46 一、目视比色法 用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确 定物质含量的方法称为目视比色法。 标准系列 样品 KMnO4溶液 10.5 其他吸光光度法 47 其优点是仪器简单，操作简便，适宜 于大批试样的分析；灵敏度高； 在复合光 白光下进行测定，故某些显色反应不符合朗 伯比尔定律时，仍可用该法进行测定。其 主要缺点是准确度不高，标准系列不能久存 ，需要在测定时临时配制。 48 吸光光度法与目视比色法在原理上并不 完全一样。吸光光度法是比较有色溶液对某 一波长光的吸收情况，目视比色法则是比较 透过光的强度。例如，测定溶液中KMnO4的 含量时，吸光光度法测量的是KMnO4溶液对 黄绿色光的吸收情况，目视比色法则是比较 KMnO4溶液透过红紫色光的强度。 49 吸光光度法的特点是：因入射光是纯度较高的 单色光，故使偏离朗伯比尔定律的情况大为减少 ，标准曲线直线部分的范围更大，分析结果的准确 度较高。 因可任意选取某种波长的单色光，故利用吸光 度的加和性，可同时测定溶液中两种或两种以上的 组分。由于入射光的波长范围扩大了，许多无色物 质，只要它们在紫外或红外光区域内有吸收峰，都 可以用吸光光度法进行测定。 50 二、示差分光光度法 1.示差法的原理 51 2. 示差法的误差 101020203030404050506060707080809090100100 0 0 X X 一般法T1=7% 示差法T2 =70% 52 在示差吸光光度法中测量的是两个溶液的浓 度差 如果测量误差为x% 普通测量法的结果为： 示差测量法的结果为： 53 三、双波长吸光光度法 1.双波长吸光光度法的原理 54 55 c . 两组分共存时分别测定 选择参比波长和测 定波长的条件是： 待测组分在两波长 处的吸光度之差要 足够大，干扰组分 在两波长处的吸光 度应相等。 56 四.导数吸光光度法 目的：提高分辨率 去除背景干扰 原理： 57 10.6 吸光光度法的应用 一、痕量金属分析 二、临床分析 三、食品分析 58 四、其它应用 1.弱酸弱碱离解常数的测定 对一元弱酸HL 59 60 61 2. 络合物组成的测定 1）.饱和法 固定金属离子M浓度；改变络合剂R的浓度 得到一系列R/M比值不同的溶液； 分别测其吸光度 交点处向横坐标作垂线 A C D A最大 R/M 0 62 2）.连续变化法 保持溶液中 CR+ CM=C(定值)； 改变CR和 CM的相对量，制备一系列溶液，测 量其吸光度； 当溶液中的络合物MRn浓度最大时， CR/CM的 比值为n。 63 连续变化法 A B A B、 f 1.00.80.60.40.20 64 络合物的离解度及稳定常数 MR = M + R 总浓度 c 平衡浓度 c(1-) c c 65 朗伯比耳定律：A=abc。其中符号c 代表 b代表 当c的单位为mol/L ，b的单位为cm, 则a以符号 表示，并称为 有色物质的浓度 光通过有色溶液的厚度 摩尔吸收系数。 66 符合朗伯比尔定律的某有色溶液当 浓度为C gmol-1时，透光度为T0、吸光度为 A0；若浓度减小一倍，则此溶液的透光度为 ，吸光