第 八 章 吸 光 光 度 法-稍微修改.ppt

1、第 八 章 吸 光 光 度 法,吸光光度法是基于物质分子对光的选择性吸收而建立的一种分析方法，包括比色法、可见及紫外吸光光度法和红外光谱法等方法。 本章仅介绍可见分光光度法。 可见分光光度法- Visible Spectrophotometry,特点：灵敏度高，可以测微量、痕量组分（10-410-5%），准确度高：2%-5%,8.1 物质对光的选择性吸收,许多物质是有颜色的，物质之所以呈现五彩缤纷的不同颜色，就是因为选择性地吸收了某些特定波长的可见光所致。例如：高锰酸钾为紫色；重铬酸钾为橙色。 有色溶液颜色的深浅，与有色物质的浓度成正比。,一、光是电磁波中的一个很小波段。 光可进行以下分类：,

2、光,紫外光：（10-400nm）,可见光：（400-760nm）,红外光 ： (0.76-300um),光,单色光：单一波长的光。,复合光：不同波长的光。,白光属于复合光。 一束白光（复合光）通过三棱镜分光，便可得到红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色光，这些色光也并非原来意义上的单色光（因其不纯）。 将红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色光按一定比例混合，就可得到白光。 互补光：,红,橙,绿,青,青蓝,蓝,紫,红-青为互补光 紫-绿为互补光等等 两种互补光按一定比例混合，也能得到白光。,黄,物质颜色与吸收光波长的关系,高锰酸钾之所以显示紫红色，就是选择性地吸收了可见光里波长500560nm范围的绿光，绿

3、光得不到互补，因此显示绿光的互补色紫红色。,将不同波长的光通过某一固定厚度和浓度的有色溶液，测量每一波长下有色溶液对光的吸收程度（即吸光度），然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标，作图，可得一曲线，称为吸收曲线。,吸收曲线,吸收曲线中吸光度最大值称为最大吸收，它所对应的波长称为最大吸收波长，用max表示。,现用4种不同浓度的高锰酸钾溶液，分别测量它对不同波长的吸光度，绘出的曲线见图8-1。 高锰酸钾溶液对波长为525nm附近的绿色光有最大吸收，而对紫色和红色光则吸收很少。虽然高锰酸钾溶液浓度不同，但最大吸收波长不变，都是525nm。在最大吸收波长处测定吸光度，则灵敏度最高。在实际测定中，常选用该

4、物质的最大吸收波长作为测量波长。,8.2 朗伯-比尔定律,被溶液吸收的光的强度为Ia,bcm,I0,入射光,透射光,It,界面 反射 损失Ir,当一束平行单色光通过有色溶液（液层厚度为b）时，光的一部分被溶液吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿表面反射。,它们之间的关系为:,朗伯和比尔分别于1760年和1852年研究了光的吸收与有色溶液的液层厚度及溶液浓度的定量关系。 朗伯指出：如果溶液的浓度一定，则光的吸收程度与液层厚度成正比， 该关系用下式表示：,Io入射光强度；It透过光强度； A吸光度；b深层厚度（即光程长度）；K1比例常数。,c有色溶液的浓度；K2比例常数,比尔指出：当液层的厚度一定时

5、，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比，这个关系称为比尔定律，用下式表示：,朗伯-比尔定律 ： 朗伯-比尔定律 通常写为以下两种形式： ,a为吸光系数，单位为L/gcm ； b为液层厚度，单位用cm表示； c为有色溶液的浓度，单位用g/L表示。,为摩尔吸光系数，单位为L/molcm ； b为液层厚度，单位用cm表示； c为有色溶液的浓度，单位用mol/L表示。,吸光度具有加和性： 在多组分体系中，如果各种吸光物质之间彼此不发生作用，这时体系总吸光度就等于各组分吸光度之和，这一规律称为吸光度的加和性。 在吸光度的测量中，有时也用透光度T（或透光率）表示有色物质对光的吸收程度。 A与T的关系：,透光度T

6、定义为透射光强度It与入射光强度Io之比,8.3 吸光光度法的灵敏度与准确度,8.3.1灵敏度的表示方法 1摩尔吸光系数 摩尔吸光系数 表示浓度为1mol/L的有色溶液，其液层厚度为1cm时的吸光度。 例1 0.0880mg Fe3+在酸性溶液中，以硫氰酸钾显色后，用水稀释到50.00ml，在480nm处用1cm比色皿测得吸光度A为0.220，计算该显色反应的摩尔吸光系数。 解 已知A0.220，b=1cm,2桑德尔（Sandell）灵敏度S 桑德尔灵敏度S表示：规定仪器的检出极限A=0.001时，单位横截面积液柱内能够检出的物质最低含量为桑德尔灵敏度。 单位： 3. 摩尔吸光系数与桑德尔灵敏

7、度之间的关系：,S值越小，灵敏度高，反之，灵敏度越低。,8.3.2 影响测定结果准确度的因素,1 仪器的测量误差及其减免方法,从左到右，仪器的测量相对误差 透光率T ，吸光度A 从左到右，仪器的测量相对误差 透光率T ，吸光度A 仪器的测量相对误差为最小时，所 对应的T=36.8% ，A=0.434 若要满足微量组分或痕量组分测定 的要求（误差5%），则选定A为0.20.8为适宜的测定范围。,实际工作中特别是在溶液浓度较高时，经常会出现标准曲线不成直线的现象，称为偏离比耳定律。,偏离原因： （1）非单色光引起的偏离； （2）化学因素引起的偏离。,8.4 显色反应及其影响因素,利用吸光光度法进行

8、分析，被测定物质往往需要颜色，即对某一特定波长的光具有很强的吸收。若被测的物质本身有色，则可直接测量，如被测物无色（或太浅）时，往往要选择适当的显色剂对其进行显色。,(1) 显色反应及其选择,将待测组分转变成有色化合物的反应叫做显色反应。 与待测组分形成有色化合物的试剂称为显色剂。 选择显色剂应考虑的因素： 灵敏度高：一般希望 达到104 105 选择性好：其它离子干扰少 显色剂在测定波长处无明显吸收 反应生成的有色化合物组成恒定，化学性质稳定。,(2) 显色剂 （2.11）无机显色剂 种类不多，主要有硫氰酸盐、钼酸铵等。 （2.2）有机显色剂 有机显色剂种类很多，主要可分为： 偶氮类显色剂

9、如偶氮胂 三苯甲烷类显色剂 如结晶紫 其它有机显色剂 如丁二酮肟,(3) 显色反应条件的选择,（3.1）显色剂用量 显色剂不能太少，也不能太多，适宜的用量可通过实验测定。 （3.2）反应体系的酸度 （3.3）显色反应的温度 （3.4）显色反应的时间 （3.5）溶剂 （3.6）共存离子的干扰,在50ml比色管中，加入10mlFe2+标准溶液, 10ml缓冲溶液及8ml邻二氮菲溶液，用水稀释到50ml。摇匀，放置5分钟。以试剂为空白将显色后的溶液在400600纳米区间内绘制吸收曲线。结果表明最大吸收波长为510nm，所以实验选择在510nm处测定吸光度。,在比色管中，加入10mlFe+标准溶液,

10、10ml缓冲溶液。最后 依次加入4、5、6、7、8、9、10ml的邻二氮菲溶液，用水 稀释到50ml。摇匀，放置5分钟。以试剂为空白分别测定不 同显色剂用量时溶液的吸光度，见图4。结果表明Fe2+一邻 二氮菲显色剂用量少于9ml吸收度稍低，9ml以上吸收度几乎 无变化，选择邻二氮菲显色剂用量为9ml。,在50ml比色管中，加入10mlFe2+标准溶液, 10ml缓冲溶液及9ml邻二氮菲溶液，用水稀释到50ml。摇匀，分别测定不同时间段内（51015355575分钟）显色溶液的吸光度，见图5。实验结果说明，本反应在1520min之内即可完成，且显色在60min内相当稳定。,8.4.4 吸光度测量

11、条件的选择,（1) 入射光波长的选择 入射光的波长应根据吸收光谱曲线选择，选择的原则是吸收最大，干扰最小。 一般情况下选择被测溶液的最大吸收波长为入射光波长。这样测定的灵敏度和准确度都较高。 如果干扰物质在最大吸收波长处有强烈的吸收，则可选其它波长，但要注意尽可能选择值随波长改变而变化不太大的范围内的波长。,最大吸收波长处有干扰时，可选择其它一处合适的波长来测定。,（2） 参比溶液的选择,在吸光度测量中，将发生反射、吸收和透射等作用，由于反射以及溶剂、试剂等对光的吸收会造成透射光的减弱，为使光强度减弱仅与溶液中待测物质的浓度有关，必须进行校正。 校正方法：采用光学性质完全相同、厚度相同的比色皿

12、贮放参比溶液，条件仪器使透过参比皿的吸光度为零。,参比溶液的选择方法： （1）如果仅所测物质有吸收，其它试剂均无吸收，则可用纯溶剂做参比溶液； （2）如果显色剂或其它试剂略有吸收，应用空白溶液（不加试样溶液）做参比溶液； （3）如果试样中其它组分有吸收，但不与显色剂反应，则当显色剂无吸收时，可用试样溶液做参比溶液；当显色剂略有吸收时，或干扰离子也与显色剂反应时，可在试液中加入掩蔽剂后再加显色剂，以此溶液作为参比。,（3） 吸光度读数范围的选择,在不同的吸光度范围内读数对测定带来的误差不同。 一般分光光度计的透光率读数误差T约为 0.2% 2 %。 从图8-5可看 出，当 T = 0.368（A

13、=0.434）时，浓度测定的相对误差最小。 浓度相对误差的大小和透光度读数范围有关。当所测吸光度 A 在0.2 0.8 内，仪器本身所带来的浓度测量误差处于最小范围（5%）。,8.5 吸光光度的方法和仪器 （1） 比色法 根据测定方法的不同，比色法分为目视比色法和光电比色法。 （1.1）目视比色法 用眼睛比较溶液有色的深浅以测定物质含量的方法，称为目视比色法。 常用目视比色法是标准系列法。,（1.2）光电比色法 光电比色法是利用光电比色计测定溶液的吸光度以进行定量分析的方法。 光电比色计利用滤光片获得单色光。 滤光片的选择原则：滤光片最易透过的光应是有色物质最易吸收的光。 滤光片的质量用“半宽

14、度”表示，半宽度越窄，滤光片的单色性越好。,（2） 分光光度法,可见光分光光度法的测定方法和原理与光电比色法相同，但获得单色光的方法不同。 光电比色法：滤光片 分光光度法：棱镜、光栅 单色器 分光光度法采用的仪器是分光光度计。 分光光度计的种类和型号繁多，常见的国产分光光度计有 721 型、 721A 型、 721B 型以及 722 型等。,分光光度计的主要组成部件是： 光 源 单色器 吸收池 检测系统,（1）光源 要求：发出所需波长范围内的连续光谱，由足够强度且在一定时间内保持稳定。 常用：钨丝灯、钨卤素灯 （2）单色器： 将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置，称为单色器。 单色器由棱镜或

15、光栅灯色散元件及狭缝和透镜组成。,（3）吸收池 也叫比色皿, 用于盛装参比溶液和待测溶液，能透过所需光谱范围内的光线。 （4）检测系统 将透射光转化为电信号进行测量的装置。包括：硒光电池（或光电管）、指示器。,可见光分光光度法的应用1、微量组分含量的测定标准曲线法,准确移取Fe2+标准溶液（0.0001250mol/L）0.00、0.20、2.00、4.00、8.00、12.00、16.00ml分别置于50ml的一组比色管中。每支管加入10ml缓冲溶液及9ml邻二氮菲溶液，最后用水稀释到50ml。摇匀，放置1520分钟，在510纳米波长处测定标准溶液系列的吸光度。以Fe2+的浓度为横坐标，吸光

16、度为纵坐标，绘制标准曲线。如图6，浓度与吸光度呈线性关系。其线性回归方程为：A0.00325 +23149.45503C(mol/L),r= 0.99991。从回归方程可算出摩尔吸光系数=2.40104 Lmol-1cm-1,所绘制的标准曲线如下图,取未知的Fe2+溶液10.00ml ， 加入10ml缓冲溶液及9ml邻二氮菲溶液，最后用水稀释到50.00ml。摇匀，放置1520分钟，在510纳米波长处测定其吸光度为0.349，读出其浓度0.00001500mol/L，则原始未知样的浓度为？,可见光分光光度法的应用,1、微量组分含量的测定标准曲线法 习题 用磺基水扬酸法测定微量铁标准溶液是由0.2610g NH4Fe(SO4)2 12H2O溶于水稀释至500ml配制成的。根据下列数据