第2、3、4节-光度计、显色反应及应用.ppt

一 目视比色法用眼睛比较溶液颜色的深浅以确定物质浓度的方法称为目视比色法 特点 设备简单 操作简便 无需单色光 准确度不高 二 分光光度计 2 3紫外 可见分光光度计 一 基本组成 光源 单色器 样品室 检测器 显示器 1 光源在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱 具有足够的辐射强度 较好的稳定性 较长的使用寿命 可见光区 钨灯作为光源 其辐射波长范围在320 2500nm 紫外区 氢 氘灯 发射185 400nm的连续光谱 2 单色器 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统 色散元件 将复合光分解成单色光 棱镜或光栅 3 样品室 样品室放置各种类型的吸收池 比色皿 和相应的池架附件 吸收池主要有石英池和玻璃池两种 在紫外区须采用石英池 可见区一般用玻璃池 比色皿规格 0 5cm 1cm 2cm 3cm手拿 毛玻璃面清洗 CH3OH HCl 2 1水蒸馏水试液注意 绝对不能用洗液 毛刷 去污粉 4 检测器利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号 常用的有光电池 光电管或光电倍增管 5 结果显示记录系统检流计 数字显示 微机进行仪器自动控制和结果处理 仪器 可见分光光度计 仪器 紫外 可见分光光度计 1 显色反应2 显色反应条件的选择3 测量条件的选择4 提高光度测定灵敏度和选择性的途径 2 4显色与测量条件的选择 一 显色反应首先显色有色化合物测定使无色或浅色的待测组分转变为有色化合物的反应称为显色反应 与待测组分形成有色化合物的试剂成为显色剂 如Mo5 5CNS Mo CNS 5桔红色Fe3 CNS Fe CNS 2 血红色显色反应可以是络合反应 氧化还原反应 有机合成反应等目的 提高分析的灵敏度和准确度 1 原则 1 显色反应的灵敏度要高 2 显色剂的选择性要好 3 有色化合物的稳定性要高 4 有色化合物的组成要恒定 5 显色剂本身的颜色与有色化合物的颜色差别要大要求 60nm 2 显色剂 无机显色剂 硫氰酸盐 钼酸铵 过氧化氢等应用不多 因为配合物不够稳定 灵敏度及选择性也不高 有机显色剂 种类繁多M 有机显色剂螯合物 大多数 特征颜色极稳定 OO 有机显色剂的选择性 灵敏度均较高 生色团 含不饱和键的基团 能吸收 200nm波长的光广义生色团如 N NC ON O 偶氮基 羰基 亚硝基 C SN 硫羰基 硝基 助色团 含孤对电子的基团 与生色团上的不饱和键相互作用颜色加深如 NH2R2NOH 例 1 磺基水扬酸很多高价金属离子螯合物 主要用于测定Fe3 Fe3 FeSal 红褐色pH2 3Fe Sal 2 Fe Sal 33 Fe OH 3褐色黄色沉淀pH4 9pH9 11 5pH 12FeSal max 520nm 1 6 103 2 丁二酮肟测Ni2 十分有效的试剂Ni2 红色配合物 max 470nm 1 3 104 过硫酸铵 3 邻二氮菲 邻菲啰啉 邻二氮杂菲 测Fe2 较好的试剂Fe2 橙红色pH3 9 max 508nm 1 1 104 4 二苯硫腙测Cu2 Pb2 Zn2 Cd2 Hg2 等重金属离子的重要试剂采用控制酸度及掩蔽的办法 可消除重金属离子之间的干扰 反应的灵敏度是很高的 Pb2 红褐色 max 520nm 6 6 104 二 显色反应条件的选择 影响显色反应的内因 决定于离子的本性及显色剂的结构和性质 外因 显色条件1 显色剂用量M RMR被测离子显色剂有色化合物K MR M R MR M K R 吸光度A与显色剂用量CR的关系会出现如图所示的几种情况 选择曲线变化平坦处 2 反应体系的酸度 1 酸度对显色剂本身颜色的影响酸碱指示剂的性质 在不同的酸度下 显不同的颜色如 偶氮胂 在pH 4时呈紫色碱性呈兰色pH 3玫瑰红色 ZrO2 只有在较强的酸性溶液中有明显的显色反应 玫瑰红色绿色 2 酸度对溶液中各元素状态的影响 如 Fe3 Al3 TiO2 等Fe3 3OH Fe OH 3 3 酸度对显色剂浓度的影响M RMR H HR 在相同实验条件下 分别测定不同pH值条件下显色溶液的吸光度 选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pH范围 3 显色时间的影响 A t a b c d 4 温度的影响实验确定如 硅钼蓝法测Si 第一步形成硅钼黄室温5min沸水30Sec5 溶剂的影响一般尽量采用水相测定 如 Fe CNS 3水溶液 丙酮红色变深 例 催化动力学分光光度法测定Mn2 体系KIO4 邻菲啰啉 百里酚蓝 Mn2 百里酚蓝黄色无色Mn2 催化作用 邻菲啰啉活化剂pH的影响KIO4浓度的影响邻菲啰啉浓度的影响百里酚蓝浓度的影响t的影响T的影响 O 三 测定条件的选择 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 2 选择合适的参比溶液 为什么需要使用参比溶液 利用参比溶液来调节仪器的零点 消除比色皿壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差 即测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度 参比溶液的选择一般遵循以下原则 显色剂及试剂无色 且被测试液中无其它有色离子存在纯溶剂 蒸馏水 例 Mn2 MnO4 试剂 样品均无色H2O NH4 2S2O8 显色剂无色 被测试液存在其它有色离子不加显色剂的被测试液例 铜试剂显色测定钢中的Cu 显色剂 试剂等均有颜色 但试液无色按测定方法加入 只是不加样品 例 邻二氮菲分光光度法测定Fe2 因为试剂杂质中也会带来微量铁 所以参比溶液也加入同样的试剂 就可以抵消由于试剂中带来微量铁而使结果偏高的误差 显色剂 试剂 试液均有颜色试液 掩蔽剂 将待测组分掩蔽 显色剂 试剂 按测定方法加入 可消除共存组分的干扰 3 仪器测量误差 来源 光源不稳定 读数不准确 光电流测量不准等 i I T 光电流测量误差 光强测量误差 1 2 但A lgT 同样 T 不同A时 A不一样推导A lgT微分 dA d lgT 0 434dlnT为求吸光度相对误差 用A除等式两边 T dT 0 434 dA A 0 434 TA dT 0 434 T lgT dT dA A d bc bc bdc bc dc c dc c 0 434 T lgT dT 以有限值表示 则上式可写成 浓度测量值的相对误差 c c 不仅与仪器的透光度误差 T有关 而且与其透光度读数T的值也有关 是否存在最佳读数范围 何值时误差最小 c c 0 434 T T lgT 当读数误差 T 1时 则 用不同的透光率T代入上式 所引起的相对误差如表所示T cT c9520 836 82 739010 7302 8805 6203 2704 0104 3603 356 5502 9212 8 c c 0 434 T lgT 最佳读数范围与最佳值 若以 c c对溶液的透光率T作图 得如下曲线 T 36 8 A 0 434时测量误差最小 一般T15 65 A0 2 0 8 如何控制最佳吸光度范围 吸光度A 0 80 0 20 1 控制溶液浓度 2 选择不同厚度的比色皿 一 普通光度法二 示差光度法 2 5光度法的应用 一 普通分光光度法 1 单组分的测定通常采用A C标准曲线法定量测定 2 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 例 钢中铬和锰的测定 试样经酸分解后 生成Mn2 和Cr3 加入H3PO4以掩蔽Fe3 的干扰 在酸性条件下 以AgNO3作催化剂 加过量的 NH4 2S2O8 将Cr3 Mn2 氧化成Cr2O72 和MnO4 离子 1 吸收曲线的绘制用2只1cm比色皿分别测定KMnO4和K2Cr2O7标准溶液在420 700nm的吸光度 在同一坐标纸上绘制两者的吸收曲线 2 摩尔吸光系数的测定分别吸取3 0mL标准KMnO4和K2Cr2O7溶液加入到2个50mL容量瓶中 用1mol L 1H2SO4稀释至刻度 摇匀 用1cm比色皿 以1mol L 1H2SO4溶液作参比 分别在440nm和545nm处测定其吸光度 根据A bc 可计算出 3 混合液中Cr2O72 和MnO4 的测定吸取5 0mL试液至50mL容量瓶中 以1mol L 1H2SO4稀释至刻度 摇匀 b 1cm 在440nm和545nm处测定吸光度 4 计算代入公式 解联立方程即可 b b b b 二 示差分光光度法 示差法 普通分光光度法一般只适于测定微量组分 当待测组分含量较高时 将产生较大的误差 需采用示差法 即采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液 增加透光率 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测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差 示差法测得的吸光度与 c呈直线关系 由标准曲线上查得相应的 c值 则待测溶液浓度cx cx cs c 示差法标尺扩展原理 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 使得测得的透光率T 15 65 吸光度A 0 80 0 20 从而提高测量的准确度 例1 称取纯度为95 5 的某吸光物质0 0500g溶解后定容至500mL 从中吸取2 00mL显色后定容至50mL 于最大吸收波长处用2cm吸收池测得透光率为35 5 已知吸光物质的 为1 50 104 试计算该吸光物质的摩尔质量 解 A lgT lg0 355 0 450c1 A b 0 450 1 50 104 2 1 50 10 5 mol L 1 c 1 50 10 5 50 0 2 00 3 75 10 4 mol L 1 M 0 0500 0 955 3 75 10 4 500 10 3 255 g mol 1 例2 某钢样含镍约0 12 用丁二酮污光度法 1 3 104L mol 1 cm 1 进行测定 试样溶解后转入100mL容量瓶中 显色 再加水稀释至刻度 在 470nm处用1cm吸收池测量 希望测量误差最小 应称取试样多少克 解 当吸光度A 0 434时 测量误差最小 则c A b 0 43