第八章分光光度法.ppt

16 27 57 一 吸收光谱原理1 吸收光谱法 在光谱分析中 依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法 又称吸光光度法 8 1吸收光谱法的基本原理 吸收光谱法 分子吸收 原子吸收 红外吸收光谱法 紫外吸收光谱法 可见吸收光谱法 16 27 57 红外吸收光谱法 吸收光波长范围2 5 1000um 主要用于有机化合物结构鉴定 紫外吸收光谱法 吸收光波长范围200 400nm 近紫外区 可用于结构鉴定和定量分析 可见吸收光谱法 吸收光波长范围400 800nm 主要用于有色物质的定量分析 16 27 57 2 光的基本性质电磁波的波粒二象性 c 真空中光速2 99792458 108m s 3 0 108m s 波长 单位 m cm mm m nm 1 m 10 6m 1nm 10 9m 1 10 10m 频率 单位 赫芝 周 Hz次 秒n 折射率 真空中为1 光的传播速度 波动性 16 27 57 磁场向量 电场向量 传播方向 Y Z X 与物质作用 16 27 57 微粒性 h 普朗克 Planck 常数6 626 10 34J s 频率E 光量子具有的能量单位 J 焦耳 eV 电子伏特 光量子 具有能量 16 27 57 波粒二象性 结论 一定波长的光具有一定的能量 波长越长 频率越低 光量子的能量越低 单色光 具有相同能量 相同波长 的光 混合光 具有不同能量 不同波长 的光复合在一起 真空中 16 27 57 吸收光谱的产生 当以一定范围波长的光连续照射分子或原子时 就有一个或几个一定波长的光波被吸收 由于光的互补性 透过的光谱中不出现这些波长的光 称为吸收光谱 16 27 57 光学光谱区 10nm 200nm 200nm 380nm 380nm 780nm 780nm 2 5 m 2 5 m 50 m 50 m 300 m 16 27 57 1 互补色光 若两种颜色的光按某适当的强度比例混合后可成为白光 则这两种色光成为互补色光 例如 黄光和蓝光 3 溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱 16 27 57 2 物质的颜色与光吸收的关系物质之所以呈现不同的颜色是物质对光选择性吸收造成的 溶液在日光的照射下 如果可见光几乎均被吸收 则溶液呈黑色 如果全不吸收 则呈无色透明 若吸收了白光中的某种色光 则呈现透射光的颜色 即被吸收光的互补色 16 27 57 例如 KMnO4溶液吸收波长500 560nm的绿色光 呈现紫色 K2Cr2O7溶液吸收篮紫色光 而呈现黄色 硫酸铜溶液呈现蓝色是由于它吸收了白光中的黄色光波 16 27 57 3 溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱 不同颜色的可见光波长及其互补光 16 27 57 4 吸收曲线 在同样的条件下依次将各种波长的单色光通过某物质溶液 并分别测定每个波长下溶液对光的吸收程度 吸光度A 以波长为横坐标 吸光度为纵坐标得到的A 曲线 称为该溶液的吸收曲线 又称吸收光谱 16 27 57 最大吸收波长 maxb 吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长 max 末端吸收 出现在短波区 紫外区末端吸收增强 未成峰形 生色基团 能产生吸收峰的原子或原子团 助色基团 本身不能产生吸收 对周围的生色基团发生作用 使生色基团吸收 红移 吸收峰向长波方向移动 紫移 吸收峰向短波方向移动 16 27 57 吸收曲线的讨论 同一种物质对不同波长光的吸光度不同 吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长 max 不同浓度的同一种物质 其吸收曲线形状相似 max不变 而对于不同物质 它们的吸收曲线形状和 max则不同 16 27 57 吸收曲线可以提供物质的结构信息 并作为物质定性分析的依据之一 在 max处吸光度随浓度变化的幅度最大 所以测定最灵敏 吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据 16 27 57 300 400 500 600 700 nm 350 525545 Cr2O72 MnO4 Cr2O72 MnO4 的吸收光谱 350 16 27 57 苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱 16 27 57 4 光吸收基本定律 Lambert Beer定律 A lg I0 It kLc 朗伯定律 1760 A lg I0 It k1b 比尔定律 1852 A lg I0 It k2c 16 27 57 T 透光率 透射比 Transmittance A lg I0 It lg 1 T lgT kLc 16 27 57 吸光度A 透射比T与浓度c的关系 16 27 57 K吸光系数Absorptivity 当c的单位用g 100mL 1表示时 用表示 A bc 叫做比消光系数 16 27 57 摩尔吸光系数 的讨论 是吸收物质在一定波长下的特征常数 温度和波长等条件一定时 仅与吸光物质本性有关 而与其浓度c和光程长度L无关 可作为定性鉴定的参数 16 27 57 同一吸收物质在不同波长下的 值是不同的 越大表明该物质对某波长的光吸收能力越强 用光度法测定该物质的灵敏度越高 代表测定方法的灵敏度 16 27 57 吸光度与光程的关系A Lc 16 27 57 吸光度与浓度的关系A LcL2 L1 16 27 57 例 1 有一溶液 在 max 310nm处的透光率为87 在该波长处时的吸光度为多少 解 T 87 A lgT lg87 0 062 已知苯胺的 max 280nm 1430 有一含苯胺的水样 在1cm比色皿中测得吸光度为0 52 求该水样中苯胺的含量 以mg L表示 解 16 27 57 3 某有色化合物的0 0010 水溶液 在510nm处 用3cm比色皿测得吸光度为A 0 57 已知摩尔吸光系数为2 5 103L mol cm 求该有色配合物的摩尔质量 解 16 27 57 溶液浓度的测定 A aLc 工作曲线法 校准曲线 朗伯 比尔定律的分析应用 16 27 57 偏离朗伯 比耳定律的原因朗伯 比耳定律知 吸光度与溶液的浓度成正比 即A C呈线性关系 标准曲线法测定未知溶液的浓度时发现 标准曲线常发生弯曲 尤其当溶液浓度较高时 这种现象称为对朗伯 比尔定律的偏离 16 27 57 引起这种偏离的因素 两大类 1 物理性因素朗伯 比尔定律的前提条件之一是入射光应为单色光 分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带 复合光可导致对朗伯 比耳定律的正或负偏离 2 化学性因素朗伯 比尔定律的假定 所有的吸光质点之间不发生相互作用 故 朗伯 比尔定律只适用于稀溶液 浓度大 易发生偏离 溶液中存在着离解 聚合 互变异构 配合物的形成等化学平衡时 使吸光质点的浓度发生变化 影响吸光度 16 27 57 8 2比色法和分光光度法 方便 灵敏 准确度差 常用于限界分析 1 目视比色法 一 比色法 16 27 57 2 光电比色法 通过滤光片得一窄范围的光 几十nm 16 27 57 二 分光光度法 特点 光源 通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光 波长可调 故选择性好 准确度高 监测系统 光电倍增管 将光信号转化为电信号 分类 可见分光光度计 紫外可见分光光度计 16 27 57 16 27 57 722型分光光度计结构方框图 光源 吸收池 检测系统 分光系统 16 27 57 分光光度计的主要部件 光源 发出所需波长范围内的连续光谱 有足够的光强度 稳定 可见光区 钨灯 碘钨灯 320 2500nm 紫外区 氢灯 氘灯 180 375nm 单色器 将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置 棱镜 玻璃350 3200nm 石英185 4000nm光栅 波长范围宽 色散均匀 分辨性能好 使用方便 16 27 57 吸收池 比色皿 用于盛待测及参比溶液 可见光区 光学玻璃池紫外区 石英池检测器 利用光电效应 将光能转换成电流讯号 光电池 光电管 光电倍增管指示器 低档仪器 刻度显示中高档仪器 数字显示 自动扫描记录 16 27 57 棱镜 依据不同波长光通过棱镜时折射率不同 单色器 16 27 57 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 原理 利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光 16 27 57 检测器 硒光电池 Ag Au 16 27 57 光电管 红敏管625 1000nm蓝敏管200 625nm 16 27 57 光电倍增管 待扫描 160 700nm 1个光电子可产生106 107个电子 16 27 57 或 分光光度计的使用 1 打开光源 电源指示灯亮 预热10min 2 用波旋钮调 max 3 打开样品池暗箱盖 断开光路 调至 吸光度 透光率 4 选择合适的参比液 如蒸馏水 合上暗箱盖 将参比池置于光路中 调零 5 重复 和 至少两遍 16 27 57 例题 1 吸收曲线是 A A C关系图B A pH关系图C A 关系图D A 关系图2 今有甲乙两个不同浓度的同一有色物质的溶液 用同一波长的光 同一厚度的比色皿测得吸光度为 甲0 2 乙0 3 如果甲的浓度为4 0 10 4mol L 则乙的浓度为 mol LA 2 0 10 4 B 4 0 10 4 C 6 0 10 4 D 8 0 10 4 3 在分光光度法中 吸光度和透光度的关系是下列四个中的哪一个 A A 1gT B A 1g 1 T C T 1gA D A 1n 1 T C C B 16 27 57 4 在分光光度法中 理想的显色剂应该满足 A 灵敏度高 选择性和稳定性好B 灵敏度高 显著性和稳定性好C 灵敏度高 选择性和显著性好D 灵敏度高 显著性和准确度好5 某试液用2 0cm的比色皿 测得T 60 若改用1 0cm的比色皿 测得T为 A15 B30 C39 D77 6 在分光光度法中 宜选用的吸光度读数范围为 A 0 0 2 B 0 1 0 3 C 0 3 1 0 D 0 2 0 87 某物质的摩尔吸光系数 很大 则表明 A 该物质溶液的浓度很大 B 光通过该物质溶液的光程长 C 测定该物质的灵敏度低 D 测定该物质的灵敏度高 A D D 16 27 57 8 某金属离子X与R试剂形成一有色络合物 若溶液中X的浓度为1 0 10 4mol L 1 用1cm比色皿在525nm处测得吸光度为0 400 则此络合物在525nm处的摩尔吸光系数为 A 4 10 3 B 4 103 C 4 10 4 D 4 104 9 某符合比耳定律的有色溶液 当浓度为c时 其透光度为T0 若浓度增大1倍 则此溶液的透光度的对数为 A T0 2 B 2T0 C 21gT0 D 10 符合比尔定律的某有色溶液稀释时 其最大吸收峰的波长位置 A 向短波方向移动 B 向长波方向移动 C 不移动 但高峰值降低 D 不移动 但高峰值增大 11 在吸光光度法中 透过光强度 It 与入射光强度 I0 之比 即It I0 称为 A 吸光度 B 消光度 C 透光度 D 光密度 B C C C 16 27 57 A lg I0 It lg 1 T lgT kLc 9 16 27 57 12 有甲 乙两个不同浓度的同一有色物质水样 用同一波长进行测定 当甲水样用1cm比色皿 乙用2cm比色皿 测定的吸光度相同 则它们的浓度关系是 A 甲是乙的1 2 B 甲是乙的4倍 C 乙是甲的1 2 D 乙是甲的4倍 13 Fe和Cd的摩尔质量分别是55 85g L和112 4g L 分别反应后 用吸收光谱法测定 同样质量的两元素显色成相同体积的溶液 前者用2cm比色皿 后者用1cm比色皿 测定吸光度相同 则两种显色反应产物的摩尔吸收系数为 A Cd的约为Fe的4倍 B Fe的约为Cd的4倍 C Cd的约为Fe的2倍 D Fe的约为Cd的2倍 C A 16 27 57 14 分光光度法与普通光度法的不同点是 A 测量范围不同 B 检测器不同 C 获得单色光的方法不同 D 光源不同 C 16 27 57 15 某符合朗伯 比耳定律的某有色溶液 当有色物质的浓度增加时 最大吸收波长和吸光度分别是 A 不变 增加B 不变 减少C 增加 不变D 减少 不变16 若显色剂无色 而被测溶液中存在其他有色离子 在比色分析中 应采用的参比溶液是 A 蒸馏水B 显色剂C 加入显色剂的被测溶液 D 不加显色剂的被测溶液 A D 16 27 57 8 3显色反应及其影响因素 一 显色剂与显色反应 无机显色剂 SCN Fe SCN 2 H2O2 TiO H2O2 2 有机显色剂 16 27 57 有机显色剂 OO型 ON型 PAR S型 双硫腙 NN型 丁二酮肟 邻二氮菲 磺基水杨酸 16 27 57 显色反应满足的条件 灵敏度高 一般 104 选择性好 显色剂在测定波长处无明显吸收 对照性好 max 60nm 反应生成的有色化合物组成恒定 稳定 显色条件易于控制 重现性好 16 27 57 二 显色反应的影响因素 c R c R c R 1 显色剂用量 c M pH一定 Mo SCN 32 浅红Mo SCN 5橙红Mo SCN 6 浅红 Fe SCN n3 n 16 27 57 2 显色反应酸度 c M c R 一定 pH1 pH pH2 pH 16 27 57 邻二氮菲 亚铁反应完全度与pH的关系 Fe2 3R c R R 10 4mol L 1 3 1021 3 16 27 57 pH3 8为适宜的酸度范围 16 27 57 3 显色温度及显色时间 另外 还有介质条件 有机溶剂 表面活性剂等 T1 T2 t min A 16 27 57 4 溶剂 5 溶液中共存离子影响 16 27 57 1 干扰离子本身有颜色 且与待测离子颜色相似 2 共存离子与显色剂反应形成络合物络合物有颜色干扰络合物无颜色消耗浓度 3 与待测组分反应 4 干扰离子是强的氧化剂 还原剂 破坏显色剂 三 干扰及消除 16 27 57 消除 测Co2 含Fe3 掩蔽法 1 化学法 16 27 57 测Co2 生成络合物性质不同 如不能通过控制酸度和掩蔽的办法消除干扰 则需采取分离法 测Fe3 控制pH 16 27 57 2 物理法 选择适当的测定波长 16 27 57 8 4吸光度测量条件的选择 8 4 1选择适当的入射波长一般应该选择 max为入射光波长 如果 max处有共存组分干扰时 则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长 如图选500nm波长测定 灵敏度虽有所下降 却消除了干扰 提高了测定的准确度和选择性 16 27 57 8 4 2参比溶液的选择 为什么需要使用参比溶液 消除吸收池和溶剂对入射光的吸收和反射引起的误差 扣除有色配合物中非待测组分的干扰 选择参比溶液所遵循的一般原则 当试液 试剂及显色剂均无色时 可直接用纯溶剂 水 作参比溶液 16 27 57 若试液无色 而试剂或显色剂有颜色时 用 试剂空白 不加试样溶液 作参比溶液 显色剂为无色 而被测试液中存在其他有色离子 则可用 试样空白 不加显色剂 作参比溶液 显色剂和试液均有颜色 则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂 作为参比溶液 16 27 57 16 27 57 分光光度法中所用的参比溶液总是采用不含被测物质和显色剂的空白溶液 错 参比溶液是指 A 吸光度为零的物质 B 吸光度为1的物质 C 吸光度为固定值的物 D 均不是 D 试剂和显色剂均无色 被测试液中存在其他有色离子 应选作参比溶液 试液空白 空气可做空白调零吗 不能 16 27 57 8 4 3吸光度读数范围的选择 是否存在最佳读数范围 何值时误差最小 浓度相对误差最小时的透射比Tmin为 Tmin 36 8 Amin 0 434通过改变吸收池厚度或待测液浓度 使吸光度读数处在适宜范围使A介于0 2 0 8 普通分光光度法不适于高含量或极低含量物质的测定 16 27 57 吸收光谱分析的一般步骤 1 确定最佳显色体系样品通常无色 要进行显色反应 例 Cd2 本身不能产生吸收光谱 需进行显色反应 例2 Fe2 的测定显色反应 16 27 57 绘制特征吸收曲线 找出最大的吸收波长 max max只与溶液性质有关 与物质的量浓度c无关 定量分析时 在波长 max下进行测定 绘制标准曲线绘制方法 配制系列标准 在 max下测定得到一组 i ci 直线 注意取值范围 标准溶液的吸光度 应在0 04 0 8 实际在高浓度时 与c不是直线 偏离 16 27 57 未知水样的测定测未知水样的A未 在该标准曲线上找出相应的c未 16 27 57 8 5吸光光度法的应用 8 5 1普通分光光度法一 单组分的测定A c标准曲线法定量测定 1 选择合适的显色反应和显色条件2 绘出被测组分的吸收光谱曲线 用标液 3 在 max下测一系列标准溶液的A值 绘制工作曲线A c4 与工作曲线相同的方法 测未知物AX 从工作曲线上查cX 16 27 57 2 对照法 对照法又称比较法 在相同条件下在线性范围内配制样品溶液和标准溶液 在选定波长处 分别测量吸光度 根据比尔定律A样 K样 c样 L样A标 K标 c标 L标因是同种物质 同台仪器 相同厚度吸收池及同一波长测定 故K样 K标 L样 L标 所以 c样 A样 A标 c标为了减少误差 比较法配制的标准溶液浓度常与样品溶液的浓度相接近 16 27 57 当测定不纯样品中某纯品的含量时 可先配制相同浓度的不纯样品溶液 c原样 和标准品溶液 即c原样 c标 c样为c原样溶液中纯被测物的浓度 在最大吸收峰处分别测定其吸光度A值 便可直接计算出样品的含量 16 27 57 注意 使用标准曲线法定量时 待测试液的浓度要在标准系列的浓度范围之内 只有在标准曲线的线性范围定量 才可能获得准确的分析结果 仪器不同或测定方法不同均得到不同的标准曲线 因此在更换仪器或仪器使用过久 以及采用不同反应进行吸光度测定时 都需重新绘制标准曲线 16 27 57 例2 称钢样0 500g 溶解 MnO4 50mL容量瓶 摇匀 从中取5 00mL 50mL容量瓶定溶 用2cm比色皿在 525nm 2235 测A 0 124 计算Mn Mn 54 94 解 A0 124c2 2 77 10 5mol L b2235 2 Mnc2 50 1000Mn 100 0 1525 000 500 50 16 27 57 例4 某试液用2 0cm比色皿测T 60 若改用3 0cm 求T 和A 解 1 A lgT lg0 60 0 222 bc A1b1b2 2 A2 A1 0 333A2b2b1 1100 3 A 2 lgT lg lg TT lgT 2 A 2 0 333 1 667T 46 45 16 27 57 例5 称纯Fe0 5000g溶解定溶1000mL作标准Fe 取10 0mL稀释 100mL 取5 0mL显色定溶50mL 测As 0 230 称试样中1 500g溶解定容250 0ml 从中取5 00ml与标准曲线相同方法测Ax 0 200 求试样Fe 解 0 500g 10 010005 0c标 5 0 10 6g mL100mL50 A标AS0 230c标5 0 10 6 A样AX0 200c样c样 16 27 57 因为BeerLaw ASAX cScX AX所以cX cS 4 35 10 6g mLAS 4 35 10 6g mL 50mL所以Fe 1005 01 50g 250 0 725 16 27 57 例6 丁二肟测Ni Ni标液10 g mL 取5 00mL 发色后测A 0 292 称镍矿渣0 6261g 分解定溶100mL 取2 00mL发色测AX 0 300 求Ni 解 mS 10 g mol 1 5 00mL 50 0 g mS AScSMmS AXcXmXmX M 16 27 57 50故 mX 0 300 51 37 g0 292 51 37 10 6Ni 100 0 412 000 626 100 16 27 57 例7 含Fe47 0mg L 取5 0mL 100mL定溶显色 b 1cm A 0 467 510nm 求a S 解 A0 467a 2 0 102L g 1 cm 147 05 0bc1 1000100 16 27 57 A0 467 47 05 0bc1 1000 55 85100 1 11 104L mol 1 cm 1 M55 85S 0 0050 g cm2 1 11 104 16 27 57 例8 某有色液b 2 0cm时T 60 若c增大一倍 T 若改用1cm 5cm时T A各多少 解 1 A lgT lg0 60 0 222A 2 lg60 0 222 A0 222 c 0 111b2 若c增1倍T2 0 60 2 0 36 T 36 16 27 57 2 b 1cm A c 0 111 1 0 111b lgT 2 0 111 1 889 T 77 4 3 b 5cmA 0 111 5 0 555lgT 2 A 2 0 555 1 445 T 27 9 16 27 57 例9 称水泥0 800g 并溶解 1L 现取5 00 50mL容量瓶显色 510nm b 2 0cm A 0 431 已知 1 1 104 求水泥中Fe2O3 解 A0 431 1 c b1 1 104 2 0 1 96 10 5mol L 16 27 57 mFe2O3 2 Fe2O3 100mS 1Fe2O3cFeVFe 21000 100 1 965 00mS 1000 16 27 57 例10 50mLCd2 5 0 g溶液 用10 0mL双硫腙 CHCl3萃取 萃取率100 518nm b 1cm T 44 5 MCd 112 4 求a S 解 5 0 10 6c1 1000 5 0 10 4g L10 0 5 0 10 6c2 1000 4 44 10 4g LM 10 0 A lgT lg0 445 0 352 16 27 57 A0 352a bc11 5 0 10 4 7 04 102L g 1 cm 1 A0 352 bc21 4 44 10 6 7 92 104L mol 1 cm 1 M112 4S 1 42 10 3 g cm2 7 92 104 16 27 57 1 双波长光度法作用原理 设 1和 2两束单色光强度相等 则有 A 1 1bc A 2 2bc所以 A A 1 A 2 1 2 bc 二 多组分的测定 双波长分光光度法 16 27 57 2 应用 a 混浊试液中组分测定 试液为参比 不同波长 40 60nm 消除试液中散射光的影响b 单组分测定 配合物吸收峰为测量波长 显色剂的吸收 等吸点 为参比波长c 两组分共存时测定 利用等吸点处A相等的特点 16 27 57 2 多组分的同时测定 各组分的吸收曲线不重叠 各组分的吸收曲线互有重叠根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量 A 1 a 1bca b 1bcbA 2 a 2bca b 2bcb 16 27 57 示差分光光度法 示差法 原理示差法需要较大的入射光强度 并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液 设 待测溶液浓度为cx 标准溶液浓度为cs cs cx 则 Ax bcxAs bcs x s b cx cs b c 8 5 2高含量组分的测定 示差法 绘制Ar c工作曲线 再根据cx cs c计算试样浓度 16 27 57 示差法为什么能较准确地测定高浓度组分呢 普通光度法 cs Ts 10 cx Tx 5 示差法 cs Ts 100 cx Tr 50 透射比读数标尺扩大了十倍 读数落入适宜读数范围内 提高了测量的准确度 16 27 57 示差光度法是用一个比被测试液浓度 cx 稍低的标准溶液 cs 作参比溶液与试液进行比较 以cs作参比溶液 调节仪器透光度读数为100 A 0 测得的吸光度是试液与参比溶液的吸光度差值 称为相对吸光度 即 A b cx cs b c 由此可知 被测试液与参比溶液的吸光度差值 A 与两溶液浓度之差 c 成正比 这就是示差光度法的基本原理 16 27 57 示差光度法常采用标准曲线法进行定量分析 以上述浓度为cs的标准溶液作参比溶液 测定一系列 c已知的标准溶液的相对吸光度 A 绘制 A c工作曲线 再测未知液的相对吸光度 A 由工