第十章 吸光光度法.doc

分析化学教案第十章 吸光光度法要求：1.掌握吸光光度法的基本原理，朗伯比耳定律和偏离比耳定律的原因； 2.了解金属离子与显色剂发生显色反应的原理和影响显色反应的因素，掌握选择显 色反应的一般原则； 3.了解几种常用的显色剂； 4.了解光度测量条件的选择，提高分析结果的准确度； 5.掌握吸光光度法的应用。进程：10-1 概述吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特点而建立起来的分析方法，它包括比色分析法、可见及紫外吸收光度法以及红外光谱法等。本章着重讨论可见光区的吸光光度法（又称分光光度法，简称光度法）。一、分光光度法的特点分光光度法同化学分析法中的滴定分析法、重量分析法相比，有以下特点：1. 灵敏度高分光光度法测物质的浓度下限（最低浓度）一般可达10-510-6mol/L，相当于含量低于0.0010.0001%的微量组分。如果将被测组分加以富集，灵敏度还可提高12个数量级。该方法适用于微量组分的测定。举例：略（见课件）2. 准确度较高一般分光光度法的相对误差为25%。3. 操作简便，测定速度快分光光度法的仪器设备不复杂，操作也简便。如果采用灵敏度高，选择性好的显色剂，再采用掩蔽剂消除干扰，可以不经分离直接测定，而且速度快。4. 应用广泛吸光光度法既可测定绝大多数无机离子，也能测定具有共轭双键的有机化合物。主要用于测定微量组分，也能测定含量高的组分（用示差光度法或光度滴定）。还可测定络合物的组成、酸（碱）以及络合物的平衡常数。二、物质的颜色和光的选择性吸收物质呈现的颜色与光有着密切的关系。光是一种电磁波，如果按照波长或频率排列，则可得电磁波谱图（四师P.275表10-1）。光具有两象性：波动性和粒子性。波动性就是指光按波动形式传播。例如：光的折射、衍射、偏振和干涉现象，就明显地表现其波动性。 = c式中：波长（cm）；频率（赫兹）；c光速（31010cm/s）光的粒子性：如光电效应就明显地表现其粒子性。光是由“光微粒子”（光量子或光子）所组成。光量子的能量与波长的关系为： E = h=hc /式中：E光量子的能量（尔格）；频率（赫兹）；h普朗克常数（6.626210-34J秒）1. 光色的互补关系首先要明确什么叫单色光、复合光、可见光。理论上将具有单一波长的光称为单色光；由不同波长的光组合而成的光称为复合光；人眼能感觉到的光称为可见光（其波长范围大约在400750nm之间）。日光、白炽灯光等可见光都是复合光。 如果让一束白光（日光）通过棱镜，于是发生折射作用，便分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色的光。（各色光之间没有明显的界限）。各种色光的近似波长（见课件）。反之，这些颜色的光按一定强度比例混合便能形成白光。如果把两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合后，就能得到白光。我们便称这两种单色光为互补色光。日光、白炽灯光等就是一对对互补色光按一定适当比例组合而成的。互补色光的关系可用右图表示。2. 物质对光的选择吸收对固体物质来说，当白光照射到物质上时，如果物质对各种波长的光完全吸收，则呈现黑色；如果完全反射，则呈现白色；如果对各种波长的光均匀吸收，则呈现灰色；如果选择地吸收某些波长的光，则呈现反射或透射光的颜色。对溶液来说，溶液呈现不同的颜色是由于溶液中的质点（离子或分子）对不同波长的光具有选择性吸收而引起的。当白光通过某种溶液时，如果它选择性地吸收了白光中某种色光，则溶液呈现透射光的颜色，也就是说，溶液呈现的是它吸收光的互补色光的颜色。例如：当一束白光通过硫氰酸铁（Fe(SCN)3）溶液时，它选择性地吸收了白光中的蓝青色光，其它色光均透过溶液。铜铵络离子的溶液因选择地吸收了白光中的黄色光而呈现蓝色。溶液呈现不同颜色乃是由于物质对光的选择吸收所造成的。当一束白光（强度为I0）通过下列几种溶液，溶液呈现的颜色和吸收光的关系如下图： 如果将各种波长的单色光依次通过某一固定浓度的有色溶液，测定每一波长下有色溶液对光的吸收程度（即吸光度A），然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得一曲线，称为吸收光谱曲线（简称吸收曲线）。四师P.276图10-2是四个不同浓度KMnO4溶液的光吸收曲线。从图上可以看到： KMnO4溶液对不同波长的光吸收程度不同。对波长为525nm的绿色光吸收最多，在吸收曲线上有一高峰（相应波长称为最大吸收波长），而对红色光和紫色光吸收很少，几乎能完全透过，因此KMnO4溶液呈紫红色（即透射光的颜色）。光吸收程度最大处的波长称为最大吸收波长（常以最大或max表示）。 不同浓度KMnO4溶液的吸收曲线形状相似，最大吸收波长不变。不同物质的吸收曲线形状和最大吸收波长都各不相同。但对某一种物质来说，尽管浓度不同，其吸收曲线形状相似，最大吸收波长相同。因此各种物质都有特征的吸收曲线和最大吸收波长。这些特性可作为物质定性分析的依据。 同一物质不同浓度的溶液，在一定波长处吸光度随浓度增加而增大（这个特性可作为物质定量分析的依据）。若在最大吸收波长处测定吸光度，灵敏度最高。10-2 光吸收的基本定律一、朗伯比耳定律当一束平行单色光照射到任何均匀、非散射的介质（固体、液体或气体），例如溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。如果入射光的强度为I0，吸收光的强度为Ia，透过光的强度为It，反射光的强度为Ir，则 I0 = Ia + It + Ir （1）在吸光光度法中，测量时都是采用同样质料的比色皿，反射光的强度基本上是不变的，其影响可以相互抵消，于是式可简化为： I0 = Ia + It （2）透过光强度It与射光强度I0之比称为透光度或透光率。用T表示。即 溶液的透光度愈大，说明对光的吸收愈小；相反，透光度愈小，则溶液对光的吸收愈大。实践证明，溶液对光的吸收程度，与溶液的浓度、液层厚度以及入射光的波长等因素有关。如果保持入射光的波长不变，光吸收的程度则与溶液的浓度、液层厚度有关。（朗伯、比耳找出了它们的关系） 朗伯定律当一束单色光通过溶液后，由于溶液吸收了一部分光能，光的强度就要减弱。设入射光的强度为I0，透过浓度为c，液层厚度为b的溶液，透过光的强度为It，由于一部分光被吸收，所以ItHIn，即碱态居优势；当H+大时，In-HIn，则酸态占优势。可见指示剂两种型态的浓度比受H+的影响，因此指示剂的吸收光谱应随pH值的变化而变化。测定指示剂的Ka，首先应选择指示剂的酸态或碱态最大吸收的波长。如1924年Brode曾用溴甲酚紫，在它碱态最大吸收波长590nm处观测在不同pH处的吸光度，如下表，并绘制其相应的吸光度-pH曲线。 溴甲酚紫的pH-A关系值 当pH4.8后，吸光度迅速增加；当pH7.6时，B点以后曲线呈水平线，指示剂几乎全以碱态（即In-）形式存在，其吸光度为2.0，pH值再增大，吸光度值不再增加。 作图求AB的中点C，在此pH值下，HIn=In-， pKa=pH即吸光度从2.0降低到一半时，必然有一半的In-变成HIn，所以在A=1.00时，HIn=In-。 Ka=H+ pKa=pH从上图可知，溴甲酚紫的pKa=6.3 .三、双波长分光光度法（自学）（一）基本原理（二）波长组合的选择小结：光度分析的一般步骤：1. 作络合物吸收曲线，确定测定波长2. 用单因素试验的方法进行条件实验，选择最佳条件3. 作标准曲线，找比尔定律适用范围4. 作共存了离子的干扰实验，考查方法的选择性5. 对严重干扰离子，考虑消除干扰办法6. 待测溶液的显色及测定7. 对结果作简单的数理统计处理光度分析的结果计算比较简单，从工作曲线上查找出浓度，再由样品的溶解、稀释过程可计算出原始样品的含量。除了直接从工作曲线上查出浓度外，还可用“最小二乘