(分析化学)第七章：吸光光度法解析

1、Analytical chemistry第七章：吸光光度法第七章：吸光光度法 (Spectrophotometry)7-1 概述概述7-2 光吸收定律光吸收定律 7-3 分光光度计分光光度计7-4 显色反应及其影响因素显色反应及其影响因素7-5 光度测量误差和测量条件的选择光度测量误差和测量条件的选择7-6 吸光光度法的应用吸光光度法的应用习题习题Analytical chemistry2022-5-427.1: 概述概述一、吸光光度法一、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。基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。许多物质呈现颜色，而且颜色许多物质呈现颜色，而且颜色深

2、浅深浅与与浓度浓度有关有关 二、方法特点：二、方法特点：1、灵敏度高，能测、灵敏度高，能测c2c1是光谱定量的依据是光谱定量的依据 (3)同一物质分子运动的形式相同，结构相同，在不同一物质分子运动的形式相同，结构相同，在不同浓度下，吸收曲线的形状相同，且同浓度下，吸收曲线的形状相同，且max位置不变位置不变 (4)不同物质的吸收曲线形状不同，决定了物质的结不同物质的吸收曲线形状不同，决定了物质的结构分析的依据构分析的依据 Analytical chemistry2022-5-410(5)若选择在若选择在max处测量处测量A，则灵敏度高则灵敏度高 Cr2O72- MnO4-2、物质的颜色、物质的

3、颜色 Analytical chemistry2022-5-411 溶液呈现的颜色与吸收光颜色及波段的溶液呈现的颜色与吸收光颜色及波段的关系关系 物质的颜色物质的颜色吸收光吸收光 颜色颜色波长范围波长范围( l ,nm)黄绿黄绿黄黄橙橙红红紫红紫红紫紫蓝蓝绿蓝绿蓝蓝绿蓝绿紫紫蓝蓝绿蓝绿蓝蓝绿蓝绿绿绿黄绿黄绿黄黄橙橙红红400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-750 溶液呈现的颜色是其吸收光的互补光的颜色。溶液呈现的颜色是其吸收光的互补光的颜色。 Analytical chemistry2022-5-4127.2:

4、光吸收定律光吸收定律一、朗伯一、朗伯-比耳定律比耳定律 当一束强度为当一束强度为I0的平行单色光入射到厚度为的平行单色光入射到厚度为b的溶的溶液上，一部分光被吸收（强度为液上，一部分光被吸收（强度为Ia），剩余的光透过（），剩余的光透过（强度为强度为It）ta0III%1000tIIT透光率透光率吸光度吸光度0t-lglgIITAAnalytical chemistry当物质对光完全透光时，当物质对光完全透光时，T=1，A=0当物质对光全部吸收时，当物质对光全部吸收时，T=0，A=朗伯朗伯-比尔定律比尔定律的数学表达式的数学表达式KbcA I0IrItIa单色光垂直照射含有吸单色光垂直照射含有

5、吸光物质的溶液时，溶液的光物质的溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度吸光度与吸光物质的浓度及液层的厚度成正比。及液层的厚度成正比。Analytical chemistry2022-5-414其中，其中，A:吸光度，吸光度，T:透射比，透射比， K:比例常数，比例常数，b:溶液厚度，溶液厚度，c:溶液浓度溶液浓度注意：注意： 平行单色光平行单色光 均相介质均相介质 无发射、散射或光化学反应无发射、散射或光化学反应二、吸光系数、摩尔吸光系数二、吸光系数、摩尔吸光系数1、吸光系数、吸光系数a 和摩尔吸光系数和摩尔吸光系数( Molar absorptivity) A= Kbc (1)当当 c= g/

6、L时：时：b=cm； K=a = Lg-1cm-1 (2)当当 c=mol/L时：时：b=cm； K=Lmol-1cm-1 Analytical chemistry2022-5-415 表示物质的浓度为表示物质的浓度为1mol/L,液层厚度为液层厚度为1cm时溶液时溶液的吸光度。单位：的吸光度。单位： (Lmol-1 cm-1) 影响影响值大小的因素值大小的因素 (1)入射光波长入射光波长 (2)与被测物质有关与被测物质有关 (3)温度，酸度，介质，有色物结构，温度，酸度，介质，有色物结构，(4)不随不随 c或或b值变化值变化 Analytical chemistry2022-5-416 2、

7、桑德尔、桑德尔(Sandell)灵敏度：灵敏度： S 当仪器检测吸光度为当仪器检测吸光度为0.001时，单位截面积光程内所时，单位截面积光程内所能检测到的吸光物质的最低含量。能检测到的吸光物质的最低含量。 单位：单位：g/cm2 氯磺酚氯磺酚S测定钢中的铌测定钢中的铌 50ml容量瓶中有容量瓶中有Nb30g，用用2cm比色池，在比色池，在650nm测定光吸收，测定光吸收，A0.43，求，求(Nb原子量原子量92.91)。mol/L5091.92101000306c114cmmolL103 . 3bcAAnalytical chemistry2022-5-417三、吸光度三、吸光度A的加和性的加

8、和性 若溶液中含有不止一种吸光物质，则总吸光度若溶液中含有不止一种吸光物质，则总吸光度等于各个组分吸光度之和：等于各个组分吸光度之和： A=A1+A2+.+An = 1bc1+ 2bc2 + .+nbcnMS Analytical chemistry2022-5-4187.3 分光光度计分光光度计0.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示显示Analytical chemistry2022-5-4191、光源、光源(Source)：75W钨灯，发射出钨灯，发射出360-800nm波长的连续光谱波长的连续光谱 2、单色器、单色器(Monochromator)：将连续光谱分解为：将

9、连续光谱分解为按波长排列的单色光按波长排列的单色光 3、比色皿（吸收池）、比色皿（吸收池）：材质相同的玻璃，石英制：材质相同的玻璃，石英制成成0.5，1.0，2.0，3.0cm 4、检测器、检测器(Detector)：接受比色皿透过的光强，转：接受比色皿透过的光强，转换为电信号，并放大显示，读取换为电信号，并放大显示，读取 T，A，c 光电管：产生光电流，在电阻两端产生电压降光电管：产生光电流，在电阻两端产生电压降 Analytical chemistry2022-5-4207.4 显色反应及影响因素显色反应及影响因素一、一、 显色反应显色反应没有颜色的或颜色较浅的化合物，需要通过适当的没有颜

10、色的或颜色较浅的化合物，需要通过适当的反应定量生成有色化合物再测定反应定量生成有色化合物再测定 显色反应。显色反应。MRR M 被测物被测物 显色剂显色剂 有色化合物有色化合物对显色反应的要求：对显色反应的要求：1、选择性好、选择性好2、灵敏度高、灵敏度高 (104)Analytical chemistry2022-5-4213、 产物的化学组成稳定产物的化学组成稳定4、 化学性质稳定化学性质稳定5、 显色剂和产物有明显的颜色差别显色剂和产物有明显的颜色差别 ( 60nm)二、显色剂二、显色剂1、 无机显色剂无机显色剂: 过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾2、 有机显色剂：有

11、机显色剂： （1）偶氮类：偶氮胂）偶氮类：偶氮胂IIINNNNSO3HHO3SOHOHAsO H32H O As32Analytical chemistry2022-5-422（2）三苯甲烷类）三苯甲烷类 三苯甲烷酸性染料三苯甲烷酸性染料 铬天菁铬天菁S OCH3COOHHOCClClSO3HCH3COOH（3）邻菲罗啉类：新亚铜灵）邻菲罗啉类：新亚铜灵 NNCH3CH3Analytical chemistry2022-5-423（4）肟类：丁二肟）肟类：丁二肟 CCCH3NNOHHOCH3三、三、 多元络合物多元络合物混配化合物混配化合物 Nb-5-Br-PADAP-酒石酸酒石酸 离子缔合物

12、离子缔合物 AuCl4-罗丹明罗丹明B金属离子金属离子-配体配体-表面活性剂体系表面活性剂体系 Mo-水杨基荧光酮水杨基荧光酮-CTMAB Analytical chemistry2022-5-424四、四、 影响显色反应的因素影响显色反应的因素1、 溶液酸度（溶液酸度（pH值及缓冲溶液）值及缓冲溶液）u 影响显色剂的平衡浓度及颜色，影响显色剂的平衡浓度及颜色，u 影响待测离子的存在状态，防止沉淀影响待测离子的存在状态，防止沉淀u 影响络合物组成影响络合物组成 2、显色剂的用量、显色剂的用量稍过量，处于平台区稍过量，处于平台区 3 、显色反应时间、显色反应时间 针对不同显色反应确定显示时间针对

13、不同显色反应确定显示时间 显色反应快且稳定；显色反应快但不稳定；显色反应快且稳定；显色反应快但不稳定； 显色反应慢，稳定需时间；显色反应慢但不稳定显色反应慢，稳定需时间；显色反应慢但不稳定Analytical chemistry2022-5-4254、 显色反应温度显色反应温度加热可加快反应速度，导致显色剂或产物分解加热可加快反应速度，导致显色剂或产物分解5、溶剂、溶剂6、干扰离子、干扰离子 有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率消除办法：消除办法： 改变酸度，加入隐蔽剂，改变价态改变酸度，加入隐蔽剂，改变价态 选择合适参比选择合适参比 选择适当波长选择适当波长

14、Analytical chemistry2022-5-4267.5 吸光光度分析条件的选择与误差的控制吸光光度分析条件的选择与误差的控制一、测定波长选择一、测定波长选择选择原则：选择原则：“吸收最大，干扰最小吸收最大，干扰最小”灵敏度选择性Analytical chemistry2022-5-427二、二、 标准曲线制作标准曲线制作0123456780.000.050.100.150.200.250.300.35Aconcentration理论基础：朗伯理论基础：朗伯-比尔定律比尔定律 相同条件下相同条件下测定不同浓度标准测定不同浓度标准溶液的吸光度溶液的吸光度AAc 作图作图Analytic

15、al chemistry2022-5-428三、偏离朗伯三、偏离朗伯-比尔定律比尔定律 的原因的原因正偏离负偏离负偏离1、由于、由于非单色光非单色光引起的引起的偏离偏离 因物质对不同波长的光的吸收程度不同，而导因物质对不同波长的光的吸收程度不同，而导致偏离。致偏离。 Analytical chemistry2022-5-429复合光由复合光由 1和和 2组成，对于浓度不同的溶液组成，对于浓度不同的溶液a和和b,引引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的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。误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。 Analytic

16、al chemistry2022-5-4302、溶液本身的、溶液本身的化学和物理因素化学和物理因素引起的引起的偏离偏离 (1)溶液介质不均匀引起的溶液介质不均匀引起的 (2)溶液中的副反应发生而引起的溶液中的副反应发生而引起的 (3)反应条件影响显色反应反应条件影响显色反应 例如例如 Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H+2CrO4- 橙色橙色 黄色黄色 1max=350nm max=375nm 2max=450nm Analytical chemistry2022-5-431四、四、 吸光度测量的误差吸光度测量的误差TTKbcAln434. 0lgTTdTAAcclnddAnalyt

17、ical chemistry2022-5-4320ln1)ln(TTTT=0.368，A=0.434 测量误差最小测量误差最小为了减少测量误差，控制溶液的吸光度范围为了减少测量误差，控制溶液的吸光度范围 A = 0.2 0.8T = 65 15 %五、参比溶液的选择：五、参比溶液的选择： 选合适的参比溶液，调仪器选合适的参比溶液，调仪器A =0，T=100% (1)当试液，显色液，在此波段无吸收，可用纯水当试液，显色液，在此波段无吸收，可用纯水作参比；作参比；Analytical chemistry2022-5-433(2)试剂有色，以试剂的空白为参比；试剂有色，以试剂的空白为参比； (3)显

18、色剂，待测物有吸收，应掩蔽，使其不与显色显色剂，待测物有吸收，应掩蔽，使其不与显色剂作用剂作用。Analytical chemistry2022-5-4347.6: 其它光度法其它光度法 一、目视比色法一、目视比色法对样品的粗略测定对样品的粗略测定 适合对准确度要求不太高的大批量样品的分析。适合对准确度要求不太高的大批量样品的分析。二、示差分光光度法二、示差分光光度法-高含量组分的测定高含量组分的测定 1、原理、原理： 以稍低于待测组分浓度的标准溶液作为参比溶液，以稍低于待测组分浓度的标准溶液作为参比溶液，然后测试液的吸光度，再从然后测试液的吸光度，再从A求求c，从而提高准确度。从而提高准确度

19、。 参比液参比液 cs cx样品液样品液 xxssbc A bcAAnalytical chemistry2022-5-435cbccbAAA Asxsx)(-r用参比液调吸光度为用参比液调吸光度为“0”，此时，被测液的吸光度此时，被测液的吸光度为为吸光度的差与浓度差成正比。吸光度的差与浓度差成正比。cc csx如果标准溶液的如果标准溶液的T%=10，用此溶液做参比，调成用此溶液做参比，调成100%(A=0)，等于把仪器透光率扩等于把仪器透光率扩10倍，测量误差变倍，测量误差变小了。小了。 Analytical chemistry2022-5-436例例 以试剂为空白参比调以试剂为空白参比调T

20、=100%，测某有色液，测某有色液A=1.301，假设，假设T=0.003，求光度测量误差，求光度测量误差Er=？%501010301. 1AT2%lg0.050.050.0030.434lg0.434ErTTTccAnalytical chemistry2022-5-437若以若以T=10%为参比，示差光度法测该试液的为参比，示差光度法测该试液的T=？此时？此时Er又为多少？又为多少？% 50% 10%5.0% SxrTTTsxrrln434. 0-lg TTTbcA0.2%lg0.10)00.50(lg0.50.0030.434 )lg (lg 0.434 ErSrrTTTTccr434.

21、 0dTTcbAnalytical chemistry2022-5-438例例12. 锌标液锌标液cZn=0.00100mol/L和含和含Zn样品各测样品各测A=0.700和和A=1.000，问两种溶液透射率相差多少？，问两种溶液透射率相差多少？如果用如果用0.00100mol/L Zn 标液作参比，试液的标液作参比，试液的A=？示？示差法与普通光度法相比，读数标尺放大了多少倍？差法与普通光度法相比，读数标尺放大了多少倍？ 解：解： 1、A= - lgT，则，则T1=10-A=10-0.700=0.200=20.0% T2=10-1.000=0.1000=10.0% 故透光率相差故透光率相差1

22、0.0%Analytical chemistry2022-5-439 2、A相对相对=A=bc=1.000-0.700=0.300 3、则、则T相对相对=10-0.300=0.50=50% 标尺放大倍数为：标尺放大倍数为：5%10%50三、光度滴定三、光度滴定 由于在选定的波长下，被滴定的溶液各组分的吸由于在选定的波长下，被滴定的溶液各组分的吸光情况不同，曲线形状不同光情况不同，曲线形状不同 Analytical chemistry2022-5-440(a)滴定剂对选用波长的光滴定剂对选用波长的光有很大吸收，待测物和产有很大吸收，待测物和产物不吸收，如物不吸收，如MnO4-滴滴 Fe2+(b)

23、待测物有吸收滴定待测物有吸收滴定剂和产物不吸收，如剂和产物不吸收，如EDTA滴水扬酸铁滴水扬酸铁 Analytical chemistry2022-5-441(c)产物有吸收，滴定剂产物有吸收，滴定剂与待测物无吸收，与待测物无吸收，如如NaOH滴对溴苯酚滴对溴苯酚(d)滴定剂和待测物滴定剂和待测物 有吸收，有吸收，产物产物无吸收无吸收 如如 KBrO3 -KBr滴滴 Sb3+-HCl液液 Analytical chemistry2022-5-4427.7: 吸光光度法的应用吸光光度法的应用 一、标准曲线法测单一组分一、标准曲线法测单一组分 1、选择合适的显色反应和显色条件、选择合适的显色反应和

24、显色条件 2、绘出被测组分的吸收、绘出被测组分的吸收光谱曲线光谱曲线(用标液），找用标液），找出最大吸收波长。出最大吸收波长。 A 3、在、在max下测一系列标准溶液的下测一系列标准溶液的A值，绘制工值，绘制工作曲线作曲线A-cAnalytical chemistry4、与工作曲线相同的方法，测未知物、与工作曲线相同的方法，测未知物Ax ， 从工作曲从工作曲线上查线上查cx Ax CxA二、多组分的测定二、多组分的测定Analytical chemistry2022-5-444yxAAA111yyxxbcbc11yxAAA222A XY 1 2 为物质的特征参数，可通过配制标准溶液测得。为物质的特征参数，可通过配制标准溶液测得。解解联立方程，可求得联立方程，可求得cx, cyyyxxbcbc22Analytical chemistry2022-5-445三、配合物组成的测定三、配合物组成的测定 1、摩尔比法、摩尔比法 固定