吸光光度法.ppt

AnalyticalChemistry 吸光光度法简介 7 1吸光光度法的基本原理 7 1 1光的基本性质7 1 2物质对光的吸收7 1 3溶液的吸光定律 7 2吸光分析法的方法与仪器简介 7 2 1吸光分析的几种方法7 2 2吸光分析法的仪器简介 要点归纳 7 3吸光光度法的灵敏度与准确度 7 3 1灵敏度的表示方法7 3 2影响准确度的因素7 3 3测量条件的选择 7 4吸光光度法分析条件的选择 7 4 1酸度的选择7 4 2显色剂用量的选择7 4 3其它条件的选择 7 5吸光光度法应用简介 7 5 1微量组分的测定7 5 2示差光度法7 5 3光度滴定法7 5 4络合物组成及稳定常数的测定7 5 5弱酸弱碱离解常数的测定7 5 6双波长分光光度法7 5 7导数分光光度法 7 1 1光的基本性质 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 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 9979 1010cm s 1 h Plank常数 6 6256 10 34J 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 7 1 2物质对光的吸收 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 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 分子基态的电子组态 物质对光的吸收 物质对光的吸收满足Plank条件 分子基态的电子组态 1 用原子轨道线性组合法产生出各个分子轨道 2 把电子加到每个分子轨道中去 在每个分子轨道中最多加进两个电子 Pauli原理 由此产生分子的电子组态 3 把电子对加到最低能量轨道中去 建造原理 从而产生最低能量的电子组态 基态电子组态 例 甲醛的分子轨道 最低空轨道 电子基态 电子跃迁与电子激发态 甲醛的电子基态 电子跃迁类型 最低激发态和基态的电子组态 最低激发态和基态的电子态 电子多重态 电子的多重态 吸收光谱AbsorptionSpectrum 纯电子能态间跃迁 分子内电子跃迁 带状光谱 锐线光谱 物质对光的选择吸收Selectedabsorption 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 例 A物质 B物质 同理 得 1ev 1 6 10 19J 吸收光谱的获得AbsorptionSpectra 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 a 联苯 己烷溶剂 一些典型的紫外光谱 b 苯 己烷溶剂 c 苯蒸汽 d Na蒸汽 定性分析与定量分析的基础 定性分析基础 定量分析基础 物质对光的选择吸收 在一定的实验条件下 物质对光的吸收与物质的浓度成正比 7 1 3溶液的吸光定律 透光率 透射比 Transmittance 透光率定义 T取值为0 0 100 0 全部吸收 T 0 0 全部透射 T 100 0 吸收定律的推导 Lambert BeerLaw I0 It dI NI N 薄层中的吸光粒子数 N N0cdSdb N0 阿伏加德罗常数 dS 捕获面积 薄层中被光照射的面积 c 吸光溶液的浓度 N k cdb 故dI NI Ik cdb dI Ikcdb dI I kcdb 积分 得 或 得 吸光度与透光率Absorbanceandtransmittance 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 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 100mL K 比吸光系数 相互关系 MolarAbsorptivity Absorptivity Specificextinctioncoefficient 吸收定律与吸收光谱的关系 吸光定律 吸收光谱 吸光的加合性 多组分体系中 如果各组分之间无相互作用 其吸光度具有加合性 即 对吸收定律偏离 主要原因 非单色光 吸光质点的相互作用 非单色光引起的对吸光定律的偏离 设入射光由 1和 2两种波长组成 溶液的吸光质点对两种波长的光的吸收均遵从吸收定律 1 2 1 2 或 或 非单色光引起的对吸光定律的偏离 对吸收光谱而言 b和c固定 反映了 随波长变化的情况 单一波长 固定 不同波长 不同 因此 非单色光将导致对吸光定律的偏离 在实际工作中 入射光通常具有一定的带通 为了避免非单色光带来的影响 一般选用峰值波长进行测定 1对应的 1较小 2对应的 2较大 选用峰值波长 也可以得到较高的灵敏度 吸光质点间相互作用引起的对吸光定律的偏离 质点间的静电作用 质点间的缔合作用 质点间的化学反应 7 2 1吸光分析的几种方法 目视比色法 特点 利用自然光 比较吸收光的互补色光 准确度低 半定量 不可分辨多组分 方法简便 灵敏度高 光电比色法 分光光度法 紫外 可见分光光度法 UV VIS UltravioletVisualSpectroscopy 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 7 2 2吸光分析法的仪器简介 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 185 350nm 卤钨灯 250 2000nm 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 350 2500nm 石英 185 4500nm 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 单波长单光束分光光度计 单波长双光束分光光度计 要点 1 Plank条件 2 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 3 在一定的实验条件下 物质对光的吸收与物质的浓度成正比 吸光定律 c mol L 摩尔吸光系数 L mol 1 cm 1 K c g L K a 吸光系数 L g 1 cm 1 AnalyticalChemistry 吸光光度法简介 2 7 3吸光光度法的灵敏度与准确度 前节要点复习7 3 1灵敏度的表示方法7 3 2影响准确度的因素7 3 3测量条件的选择 7 4吸光光度法分析条件的选择 7 4 1酸度的选择7 4 2显色剂用量的选择7 4 3其它条件的选择 7 5吸光光度法应用简介 7 5 1微量组分的测定7 5 2示差光度法7 5 3光度滴定法7 5 4络合物组成及稳定常数的测定7 5 5弱酸弱碱离解常数的测定7 5 6双波长分光光度法7 5 7导数分光光度法 前节要点复习 7 3吸光光度法的灵敏度与准确度 灵敏度 吸光光度法是一种适合于微量组分测定的仪器分析法 检测限大多可达10 3 10 4g L或 g mL数量级 准确度 能满足微量组分测定的要求 一般相对误差2 5 例如 石灰石中微量铁 含量为0 067 相对误差以5 计算 结果为0 064 0 070 绝对误差为0 003 比较常量分析 铁矿中的铁含量测定 含量为80 若相对误差以5 计算 结果为84 76 绝对误差为4 测定时一般以游离态的物质 如上例Fe2 的分析浓度进行计算 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 测定 工作曲线的斜率即为摩尔吸收系数 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 灵敏度的表示方法 摩尔吸光系数 当b 1时 A C 定 对摩尔系数的理解之二 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 104L mol 1 cm 1 双硫腙法测Cu 495 1 58 105L mol 1 cm 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 吸光系数a 比吸光系数 Sandell灵敏度S S值表示光程 pathlenth 为1cm吸收池测得吸光度为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 摩尔吸光系数 灵敏度 灵敏度 影响准确度的因素 仪器测量误差 吸光定律 根据误差传递公式 有 又 得 浓度测量的相对偏差 令 得 T 0 368 36 8 A 0 434 时 仪器测量误差最小 为了减少测量误差 控制溶液的吸光度 A 0 15 1 T 70 10 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 单体 max 660nm 二聚体 max 610nm 测量条件的选择 测量波长的选择 无干扰 选择 max 有干扰 待测溶液吸光度的选择 控制 A 0 15 1 T 70 10 方法 选择C 选择b 1 非单色光影响小 2 灵敏度高 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 7 4吸光光度法分析条件的选择 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 酸度的选择 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 Fe3 pH 2 3 FeR 紫红色 pH 4 7 FeR2 橙色 pH 8 10 FeR3 黄色 酸度的选择 理论计算 可得适宜pH范围 实际工作中 作A pH曲线 寻找适宜pH范围 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 温度的选择 实际工作中 作A T曲线 寻找适宜反应 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 温度 7 5吸光光度法应用简介 微量组分的测定 单组分的测定 多组分的测定 介绍一种解联立方程法 根据加合性原则 解联立方程 可求得Cx Cy 为物质的特征参数 可通过配制标准溶液测得 请设计一个测定两组分的浓度的实验方案 纯物质或共存物质不干扰 单组分的测定 微量铁的测定 氨基酸的测定 邻二氮菲法 茚三酮法 蛋白质的测定 考马斯亮蓝法 总磷的测定 磷钼蓝法 海水中营养盐的测定 返回 示差光度法 方法 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 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 光度滴定法 光度滴定法是依据滴定过程中溶液的吸光度的突变来确定滴定终点的滴定分析方法 例 滴定反应 M R MR 随着R的加入 M MR 滴定曲线随各物质的吸收性质的不同而不同 不考虑滴定体积的变化 R MR R MR 更多例子 滴定曲线分析 光度滴定与指示剂法的比较 1 线性滴定法 2 适宜低浓度的滴定 3 背景有色溶液也能滴定 思考题 指示剂法和光度滴定的方法原理的共性 方法原理的应用 电位滴定 发光滴定 滴定曲线分析 M吸收 M R MR R为滴定剂 MR无吸收 R吸收 返回 同学自己分析 更多例子 M MR M MR 络合物的组成及稳定常数的测定 摩尔比法测络合比 饱和法 M nR MRn CM 固定 CR 从0开始增大 在特定波长测定 等摩尔连续变化法 Job 测络合比 M nR MRn CM CR 常数 CM C从0 1 在特定波长测定 n 1 CM C 0 5 n 2 CM C 0 33 条件稳定常数的测定 A A A 由于络合物离解引起 离解度 MR R M 总浓度C 平衡浓度 C 1 a Ca Ca 弱酸弱碱离解常数的测定 HR H R HR 用光度法可以测定其离解常数 R 配制一系列不同pH 浓度C相同的溶液 半中和法 在 H