第十章 吸光光度法(Absorption photometry.ppt

第十章吸光光度法 Absorptionphotometry 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 近紫外 200 400nm人眼所能感觉到的波长范围400 750nm近红外 750 2500nm 3 电磁波谱 可见光 3 色散 红 橙 黄 绿 青 青蓝 蓝 紫 650 750nm 600 650nm 580 600nm 500 580nm 490 500nm 480 490nm 450 480nm 400 450nm 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 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 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 2KMnO4溶液的吸收曲线 cKMnO4 a b c d 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 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 lgIo 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 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 桑德尔灵敏度 当光度仪器的检测极限为A 0 001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 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 尽量选用较好的单色器入射波长 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 max 660nm 二聚体 max 610nm 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 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 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 375nm 钨灯 400 2500nm 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 3200nm 石英 200 4000nm 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 104L mol 1 cm 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P289 P290 二 显色反应条件的选择 1 1 1 1 2 3 4 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 胶束增溶形成三元络合物 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10 5 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T Er的关系描绘于书293页图10 8 实际工作中 应控制T在15 70 A在0 15 0 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 2 吸光度范围的控制 控制 A 0 15 0 80 T 70 15 方法 选择CA KbC 选择bA 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 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 A 1 a 1bca b 1bcb 2 A 2 a 2bca b 2bcb 例 有下列一组数据 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 L mol 1 cm 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A CR CM图 CM CR 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对CM CM CR 作图 最终体积10mL CR CM CM CR C n CR CM 转折点 等摩尔连续变化法适用于络合比低 稳定性较高的络合物组成的测定 络合物稳定常数K 的测定 设M R均无吸收 MR M RCC 1 CC 二 Ka的测定 1 固定 测2 固定总浓度 仅改变pH可测到不同的A值 将组分全调到酸式 强酸介质 AHA HAbC将组分全调到碱式 强碱介质 AA AbC在某一pH下 HA A 均存在 2 3 带入 1 得 返回 上页 返回 例 在不同pH的缓冲液