分析化学吸光光度法资料

1、第10章 吸光光度法,吸光光度法: 基于物质对光的选择性吸 收而建立起来的分析方法. 本章重点讨论可见光区的吸光光度法。,.1.,吸光光度法的分类,（1）根据所用仪器的不同：,目视比色法、光电比色法和分光光度法。,（2）根据所吸收的波长范围不同：,紫外分光光度法(波长200400nm),可见分光光度法(400750nm),红外光谱法(7502500nm),.2.,.3.,特点:,灵敏度高：常用于测定试样中质量分数为1%10-5 的微量组分，甚至可以测定低至质量分数为10-610-8的痕量组分。 准确度高： 应用广泛：几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可以直接或间接地用吸光度法进行测定。 仪器

2、简单、操作简便、快速。,比色分析，相对误差510%，,分光光度法，25%，12%；,.4.,10.1 吸光光度法的基本原理,10.1.1 光的基本性质,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（cm）,c：光速（2.99791010 cm.s-1）,h：plank常数（6.625610-34 j.s 焦耳. 秒）,5,光的电磁波性质,.6.,电磁波谱范围表,7,单色光、复合光、光的互补,单色光,复合光,光的互补,单一波长的光,由不同波长的光组合而成的光,若两种不同颜色的

3、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。,8,互补色,.9.,10.1.2 吸收光谱产生的原理,物质对光的选择性吸收,物质的颜色与光的关系,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,10,物质对光的吸收,物质对光的吸收满足plank 条件,当用频率为v电磁辐射照射分子，若电磁辐射的能量hv恰好等于该分子的较高能级与较低能级能量差e时，在微观上出现分子由较低能级跃迁到较高能级；在宏观上则体现在透射光的强度变弱。,11,物质对光的选择吸收 selected absorption,物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就

4、构成了物质对光的选择吸收基础。,例：,a 物质,b 物质,同理，得：,1 ev = 1.610-19 j.,.12.,吸收光谱的分类 吸收光谱有原子吸收光谱和分子吸收光谱。 原子吸收光谱是由原子外层电子选择性地吸收某些波长的电磁波而引起的。 分子吸收光谱比较复杂，由于分子结构的复杂性所引起的。 分子的能量： e分子=e电子+e振动+e转动,.13.,分子内部三种不同运动涉及三种跃迁能级 三种能级跃迁所需能量大小的顺序为 e电子e振动 e转动 所以需要不同能量（波长）的电磁辐射使它们跃迁，即在不同的光学区出现吸收谱带： e电子（120ev）对应的是紫外及可见光谱； e振动（0.051ev）对应的

5、红外光谱e转动（0.0050.05ev）,.14.,3) 吸收曲线 当分子的价电子能级发生跃迁常伴随着振动能级和转动能级的跃迁，故价电子在每两个能级间的跃迁所对应的能量差往往不是象原子那样表现为一个确定的数值，而是表现为多个彼此相差很小的数值，因此，紫外可见光谱为带状光谱。,15,纯 电子能态 间跃迁,分子内电子跃迁,带状光谱,锐线光谱,.16.,如果测量某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，可得到一条吸收光谱曲线。 光吸收程度最大处的波长称为最大吸收波长，用max表示。 浓度不同时，光吸收曲线形状相同，最大吸收波长不变，只是相应的吸光度大小不同.,17,吸收

6、定律与吸收光谱的关系,吸光定律,吸收光谱,三维谱图,18,定性分析与定量分析的基础,定性分析基础,定量分析基础,物质对光的选择吸收,在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。,.19.,10.1.3 光吸收的基本定律,朗伯-比尔定律 当一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一部分被器皿的表面反射。 i0 = ia + it + ir,.20.,在吸光光度法中，通常将试液和空白溶液分别置于同样质料及厚度的吸收池中，然后让强度为i0的单色光分别通过这两个吸收池，再测量其透过光的强度。此时反射光强度基本上是不变的，且其影响可以相互抵消，

7、故上式可简化为： i0 = ia + it,.21.,透过光强度it与入射光强度i0之比称为透射比或透光度，用t表示：,溶液的透射比愈大，表示它对光的吸收愈小；相反，透射比愈小，表示它对光的吸收愈大,t 取值为0.0 % 100.0 %,全部吸收,t = 0.0 %,全部透射,t = 100.0 %,.22.,实践证明，溶液对光的吸收程度，与溶液浓度、液层厚度及入射光波长等因素有关。保持入射光波长不变，朗伯(lambert j h)和比尔(beer a)分别研究了光的吸收与溶液层的厚度及溶液浓度的定量关系，二者结合称为朗伯-比尔定律，也称为光的吸收定律。,.23.,当一束强度为i0的平行单色光

8、垂直照射到长度为b的液层、浓度为c的溶液时，由于溶液中吸光质点的吸收，通过溶液后光的强度减弱为i，则,a:吸光度，k:比例常数， b:溶液厚度，c:溶液浓度,上式是朗伯-比尔定律的数学表达式。它表明：当一束单色光通过含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。这是进行定量分析的理论基础。式中比例常数k与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。,注意： 平行单色光 均相介质 无反射、散射或光化学反应,24,吸收定律的推导,i0,it,di n i,n ：薄层中的吸光粒子数,n = n0 c ds db,n0 ：阿伏加德罗常数,ds ：捕获面积，薄层中光照射的面积,c

9、：吸光溶液的浓度,n = k c db,故 di n i = i k c db,di = - i k c db ,di / i = - k c db,积分,得,或,得,25,t ： 透光率,a： 吸光度,t,t = 0.0 %,a = ,t = 100.0 %,a = 0.0,a = 0.434,t = 36.8 %,吸光度a与溶液的透射比的关系为：,.26.,a1 = e1bc1 a2 = e2bc2 a = e1bc1+ e2bc2,根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及某些化学反应平衡常数的测定,在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各个吸

10、光物质的吸光度之和,吸光度的加和性,如溶液中含有a1、a2两物质，对波长为的光均有吸收，则,.27.,摩尔吸收系数和桑德尔灵敏度,摩尔吸收系数 当浓度c用moll-1，液层厚度b用cm为单位表示，则k用另一符号来表示。称为摩尔吸收系数，其单位为lmol-1cm-1，它表示物质的量浓度为1moll-1，液层厚度为1cm时溶液的吸光度。 a= bc 反映吸光物质对光的吸收能力，也反映用吸光光度法测定该吸光物质的灵敏度。它只与波长有关，而与溶液的浓度及液层的厚度无关。,.28.,c: g/l,k a,a = e bc,a = kbc,c: mol/l,a = abc a: 吸光系数,k ,l g 1

11、 cm -1,摩尔吸光系数， l mol 1 cm -1,相互关系,.29.,桑德尔灵敏度s,s是指当仪器的检测极限为a=0.001时，单位截面积光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量。 单位：mgcm-2， s与及吸光物质摩尔质量m的关系为：,.30.,例,铁（）浓度为5.010-4 gl-1 的溶液，与 1，10-邻二氮菲反应，生成橙红色络合物。该络合物在波长508nm，比色皿厚度为2cm时，测得a=0.19。计算1，10-邻二氮菲铁的 。,解：,已知 m (fe)=55.85,.31.,练习题,1、人眼能感觉到的光称为可见光，其波长范围是,a. 400780nm b. 200320nm

12、c. 200780nm d. 2001000nm,a,2 、符合比尔定律的一有色溶液，当其浓度增大时，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,a,.32.,3、下列表述不正确的是,a. 吸收光谱曲线，表明了吸光度随波长的变化关系 b. 吸收光谱曲线中,最大吸收处的波长为最大吸收波长 c. 吸收光谱曲线，以波长为纵坐标,以吸光度为横坐标 d. 吸收光谱曲线，表明了吸光物质的吸收特性,c,4、影响有色物质摩尔吸收系数的因素是,a. 吸收池厚度 b. 入射光波长 c. 有色物质溶液的浓度 d. 入射光的强度,b,.33.,5、某有色物质溶液

13、，遵守比尔定律，当其浓度为c 时，用1.00cm比色皿测得其透光度为t，当浓度减小为0.50 c 时，在同样条件下测定，其透光率应为,a. t 2 b. 2t c. t 1/2 d. t / 2,c,6、紫外可见分光光度计在可见区测量时所用光源是,a. 氢灯 b. 钨灯 c. 空心阴极灯 d. 红外灯,b,.34.,7、在光度计的检流计上刻有a 和t，二者关系为,8、某有色物质溶液，遵守比尔定律，当其浓度为c 时，吸光度a = 0.30，那么当浓度为2 c 时，该溶液的吸光度a =,0.60,.35.,10.2.1. 吸光光度法 借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线，然后根

14、据被测试液的吸光度，从标准曲线上求得被测物质的浓度或含量。,10.2 吸光光度法及其仪器,分光光度计的主要部件有哪些？各部件的作用是什么？,分光光度法（紫外-可见分光光度法）uv-vis,ultraviolet visual spectroscopy,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,i0,it,参比,样品,10.2.2. 吸光分析法的仪器简介,.36.,.37.,分光光度计的基本部件有：光源、单色器、比色皿、检测器和显示装置。,光源：通常用612v钨丝灯作可见光区的光源，发出的连续光谱在360800nm范围内。光源应该稳定。,.38.,常用光源,.39.,b. 单色器：将光源发出的连续光谱

15、分解为单色光的装置。分为棱镜和光栅。,光栅的分辨率比棱镜大， 可用的波长范围也较宽。,.40.,c. 比色皿：也称吸收池。 用于盛放试液的容器。,厚度(光程): 0.5, 1, 2, 3, 5cm 材质：玻璃比色皿可见光区 石英比色皿可见、紫外光区,.41.,d. 检测器：接受从比色皿发出的透射光并转换为电信号进行测量。分为光电管和光电倍增管。,光电管分为红敏和紫敏， 阴极表面涂银和氧化铯为红敏，适用6251000nm波长；阴极表面涂锑和铯为紫敏，适用200625nm波长。,.42.,e. 显示装置：把放大的信号以吸光度a或透射比t的方式显示或记录下来。 分光光度计常用的显示装置是检流计、微安

16、表、数字显示记录仪。,.43.,722型分光光度计光学系统图,.44.,721型可见分光光度计,特点： 棱镜单色器。 t.a直读。 使用消光片，可供高含量比色测定。 技术指标： 波长范围：360800nm 波长精度：3nm(360600nm) 表面刻度：（t）0100（a）02,.45.,.46.,722型可见分光光度计,特点： 能在可见光谱区域内对物质作定性定量分析。 采用光栅单色器、具有波长精度高，单色性好等优点。 采用3 位led数字显示，t.a.c直读。 波长范围：330800nm 波长准确度：2nm,.47.,单波长单光束分光光度计,.48.,单波长双光束分光光度计,.49.,50,

17、.51.,10.3 光度分析法的设计,1. 选择显色反应 2. 选择显色剂 3. 显色条件的选择 4. 选择检测波长 5. 选择合适的浓度 6. 选择参比溶液 7. 建立标准曲线,测量条件选择,.52.,将无色或浅色化合物转化为有色化合物的反应称为显色反应，所用的试剂称为显色剂。 显色反应的选择 a. 选择性好，干扰少，灵敏度足够高，有色 物质的应大于104。 b. 有色化合物的组成恒定，符合一定的化学式。 c. 有色化合物的化学性质应足够稳定，至少 保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定。 d. 有色化合物与显色剂的颜色差别要大(l60nm)。,10.3.1 显色反应,.53.,1. 无机显色

18、剂,应用不多，因其生成络合物不稳定，灵敏度选择性也不高。,目前有使用价值的主要有：,硫氰酸盐：,测定fe3+、mo()、w()、nb5+等。,钼酸铵：,测定p、si、w等。,过氧化氢：,测定v5+、ti4+等,10.3.2 显色剂,.54.,2. 有机显色剂：,特点：,有机显色剂大多能与金属离子生成极其稳定的螯合物，具有特征颜色，其选择性，灵敏度均高。不少螯合物易溶于有机溶剂，可以进行萃取比色。,有机显色剂多是含有生色团和助色团的化合物,.55.,生色团：,含有不饱和键的基团，,如-n=n-,c=c,-n=o, c=o, c=s、醌基等。,助色团：,某些含有孤对电子的基团,如-oh, -rh,

19、 -nh2, -nhr, -sh, -cl, -br, -i等。,它们与生色团上的不饱和键相互作用,影响其吸收,使颜色加深（红移）。,.56.,类型：,偶氮类：,偶氮胂，偶氮氯膦，par等,三苯甲烷类：,铬天青s，二甲酚橙，结晶紫等,其它型：,oo, nn, 含s型等,.57.,fe3+,ni2+,fe2+,cu2+，pb2+,th(iv), u(iv),al3+,tl3+,.58.,3. 多元络合物,多元络合物是由三种或三种以上的组分所形成的络合物。目前应用较多的是由一种金属离子与两种配位体所组成的三元络合物，三元络合物在吸光光度分析中应用较普遍。,主要特点：,1、稳定性强,2、对比度和灵敏

20、度高,3、选择性好,.59.,10.3.3 显色条件的选择,溶液的酸度 酸度对显色反应的影响主要表现为： a.影响显色剂的平衡浓度和颜色 显色剂很多都是有机弱酸，酸度会影响显色剂的平衡浓度，并影响显色反应的完全程度。如二甲酚橙。 b.影响被测金属离子的存在状态 金属离子在低酸度下易水解。 c.影响络合物的组成。,.60.,显色反应的适宜酸度是通过实验来确定的。具体方法是：固定溶液中被测组分与显色剂的浓度，调节溶液不同的ph值，测定溶液的吸光度值。,.61.,2. 显色剂的用量,3. 显色反应时间 配制一份显色溶液,从加入显色剂起计算时间,每隔几分钟测量一次a，制作at曲线，根据曲线来确定适宜的

21、时间。,稍过量，处于平台区,.62.,4. 显色反应温度,通常，显色反应大多数在室温下进行，有些反应必需加热至一定温度才能完成。 5. 溶剂 有机溶剂常降低有色化合物的解离度，从而提高了显色反应的灵敏度。 6. 干扰及其消除方法 干扰组分本身有颜色或与显色剂反应； 干扰物质在测量条件下从溶液中析出，使溶液变浑浊。,.63.,显色反应的干扰及消除方法：,a.控制酸度： b.加入掩蔽剂：掩蔽剂不与待测离子作用，掩蔽剂以及它与干扰组分形成的络合物的颜色应不干扰待测离子的测定。 c.改变干扰离子的价态：利用氧化还原反应，改变干扰离子的价态： d.选择合适的参比溶液：利用参比溶液消除显色剂和某些共存有色

22、离子的干扰利用校正系数： e. 分离：,.64.,10.3.4 测量波长的选择,最大吸收原则：选择被测物质的最大吸收波长的光作为入射光，此时，不仅灵敏度高，而且能够减少或消除由非单色光引起的对朗伯-比尔定律的偏离。 吸收最大、干扰最小原则：适用于在最大吸收波长有其他波长物质干扰测定的情况。,.65.,选520nm进行测定,10.3.5 选择合适的浓度 一般应控制标准溶液和被测试液的浓度，使其吸光度在0.20.8范围内。,.66.,10.3.6 参比溶液的选择,在进行光度测量时，利用参比溶液来调节仪器的零点，可以消除由于吸收池壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差，并扣除干扰的影响。 a.当试液

23、及显色剂均无色时，可用蒸馏水作参比溶液。 b.显色剂为无色，而被测试液中存在其他有色离子，可用不加显色剂的被测试液作参比溶液。(试液空白),.67.,c.显色剂有颜色，可选择不加试样溶液的试剂空白作参比溶液。 d.显色剂和试液均有颜色，可将一份试液加入适当掩蔽剂，将被测组分掩蔽起来，使之不再与显色剂作用，而显色剂及其他试剂均按试液测定方法加入，以此作为参比溶液，这样就可以消除显色剂和一些共存组分的干扰 。(褪色空白) e.改变加入试剂的顺序，使被测组分不发生显色反应，可以此溶液作为参比溶液。(不显色空白),.68.,理论基础：朗伯-比尔定律,10.3.7 建立标准曲线,再测量待测溶液的吸光度，

24、在标准曲线上就可以查到与之相对应的被测物质的含量。,在选择的实验条件下，从低浓度到高浓度分别测量一系列（不少于5）不同含量的标准溶液的吸光度，以标准溶液中待测组分的含量为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到一条通过原点的直线，称为标准曲线（或工作曲线）。,.69.,10.4 光度分析法的误差,吸光光度法的误差主要来自两方面： 一是偏离朗伯-比尔定律； 二是吸光度测量引起的误差。,10.4.1 对朗伯-比尔定律的偏离,在吸光光度分析中，经常出现标准曲线不呈直线的情况，特别是当吸光物质浓度较高时，明显地看到通过原点向浓度轴弯曲的现象，这种情况称为偏离朗伯-比尔定律。,.70.,1. 非单色光引起的偏离

25、,严格说，朗伯-比尔定律只适用于单色光，但由于单色器色散能力的限制和出口狭缝需要保持一定的宽度，所以目前各种分光光度计得到的入射光实际上都是具有某一波段的复合光。由于物质对不同波长光的吸收程度的不同，因而导致对朗伯-比尔定律的偏离。 措施：1、使用好的单色器；2、应将入射光波长选择在被测物质的最大吸收处。,.71.,复合光由l1和l2组成，对于浓度不同的溶液a和b,引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。,.72.,2. 介质不均匀引起的偏离,被测溶液不均匀，会使一部分入射光因散射而损失，使透射比减少，因而实测吸光度增加，使标准曲线向吸光度轴弯曲。

26、3. 由于溶液本身的化学反应引起的偏离 溶液对光的吸收程度决定于吸光物质的性质和数目，溶液中的吸光物质常因解离、缔合、形成新化合物或互变异构体等化学变化而改变其浓度，因而导致偏离朗伯-比尔定律。,.73.,10.4.2 吸光度测量的误差,测量结果的精度常用浓度相对误差表示，即：,据朗伯-比尔定律：a=bc,两边微分：,.74.,对给定的分光光度计来说，透光率读数误差dt是一个常数，约为0.010.002，但同样大小的dt在不同透光率时，所引起的浓度相对误差是不一样的。,.75.,透光率在什么范围内具有较小的浓度测量误差？,a = -lgt = -0.434lnt,对此式微分：,.76.,可见，

27、浓度测量的误差不仅与仪器的读数误差dt有关，还与其本身的透光率有关。,实测表明：只有使待测溶液的透射比t在15%65%之间，或吸光度a在0.20.8之间，才能保证测量的相对误差较小。,.77.,当透光率为36.8%，或吸光度为0.434时，浓度测量才有最小的相对误差。,对式,求导可得：,只有当lge+lgt=0时，er有极值，测量误差最小。 此时，-lgt=lge=0.434=a，t=0.368,.78.,1、在光度分析中，选择参比溶液的原则是,a一般选蒸馏水 b一般选试剂溶液 c根据加入试剂和被测试液的颜色性质选择 d一般选褪色溶液,c,2、下列几组吸光度范围，测量相对误差较小的是,a0.2

28、0.8 b0.10.8 c0.30.6 d0.20.6,c,练习题,.79.,3、下列表述中错误的是,a吸收峰随浓度增加而增高，但最大吸收波长不变 b透射光与吸收光互为补色光，黄色和蓝色互补 c比色法又称分光光度法 d在公式 中， 称摩尔吸收系数，其数值越大，反应越灵敏。,c,4、某有色物质溶液的吸光度值较小时，则表明,a该物质的浓度较小 b该物质摩尔吸收系数较小 c所用比色皿较薄 d上述三者都可能,d,.80.,5、一有色溶液在一定波长下，测定其吸光度为0.740，如果溶液浓度及比色皿宽度都减小一半，则其吸光度为,a2.96 b0.740 c0.370 d0.185,d,6、为使某待测物质测

29、定的灵敏度较高，则应选择,a较高浓度的待测溶液 b采用具有较大吸收系数的体系 c在较长的波长下进行 d用较强的光源,b,.81.,什么是朗伯-比尔定律？ 简述用工作曲线法应用该定律的基本过程。,答：,当一束单色光通过含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度于吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。 在确定的测量波长和选择的实验条件下分别测量一系列不同含量的标准溶液的吸光度，以标准溶液中待测组分的含量为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到一条通过原点的直线，称为标准曲线(或工作曲线)。 此时测量待测溶液的吸光度，在标准曲线上就可查到与之相对应的被测物质的含量。,.82.,什么是光度分析中的显色反应，对显色反应一

30、般有哪些要求？,答：将无色或浅色的无机离子转变为有色离子或络合物的反应称为显色反应。,显色反应一般应满足下列要求： （1）灵敏度足够高，有色物质的摩尔吸光系数应大于104； （2）选择性好，干扰小，或干扰容易消除； （3）有色化合物的组成恒定，符合一定的化学式； （4）有色物质的化学性质应足够稳定，至少保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定； （5）有色物质与显色剂之间的颜色差别要大，即显色剂对光的吸收与有色化合物的吸收有明显区别。,.83.,10.4 其他吸光光度法和光度分析法的应用,10.4.1 示差吸光度法 1. 示差吸光度法的原理 示差吸光光度法与普通吸光光度法的主要区别在于所采用的参比

31、溶液不同。示差吸光光度法不是以空白溶液作为参比溶液，而是采用比待测溶液浓度稍低的标准溶液作参比溶液。,.84.,设用作参比的标准溶液浓度为c0，待测试液浓度为cx，且cx大于c0。则： ax = bcx a0 = bc0 两式相减：a相对 = a = b(c0-cx) = bc 作a对 c的标准曲线，再据试液的a求出相应的c值，从cx=c0+c可求出待测溶液的浓度。这就是示差光度法的原理。,.85.,2.示差吸光光度法的误差,.86.,10.4.2 双波长吸光光度法,使两束不同波长的单色光以一定的时间表间隔交替地照射同一吸收池,测量并记录两者吸光度的差值。这样就可以从分析波长信号中扣除来自参比波长的信号，消除各种干扰，求得待测组分的含量。,.87.,1.双波长吸光光度法的原理,设波长为1和2的两束单色光的强度相等：,所以,.88.,2.双波长吸光光度法的应用,a.混浊度液中组分的测定 混浊试液中组分的测定在一般吸光光度法中必须使用相同浊度的参比溶液，但在实际中很难找到合适的参比溶液。 b.单组分的测定 c.两组分共存时的分别测定 选择参比波长和测定波长的条件是：待测组分在两波长处的吸光度之差a要足够，干扰组分在两波长处的吸光度应相等。,.89.,如测苯酚和2,4,6-三氯苯酚中的苯酚,选择苯酚的最大吸收波长2为测量波长，三氯苯酚等吸收