第7章-吸光光度法

1、分析化学,第七章吸光光度法Spectrophotometry,返回,基本内容和重点要求,掌握物质对光的选择性吸收、吸光度和透光度、朗伯比耳定律及摩尔吸光系数等知识；了解分光光度法的特点、基本原理、仪器构造和各部件的作用；学习显色反应和显色条件的选择；理解分光光度法定量分析中的各种影响因素以及吸光度测量条件的选择。,返回,一、方法依据及分类,基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法，包括比色法、可见及紫外光度法及红外光谱法等。比色分析法通过目视比较颜色的深浅来测定物质的浓度。吸光光度法使用光度计测定的方法。,返回,二、方法特点,灵敏度高、选择性好:可测10-3-10-6mol.L-1准确度较

2、高:相对误差为2%5%，满足微量分析要求应用广泛:可测定绝大多数无机离子及具有共轭双键的有机化合物仪器简单、操作简便、分析快速:一般不分离干扰物质就能测定,返回,7.1-2吸光光度法基本原理,一、光的基本性质二、物质对光的选择性吸收三、光吸收基本定律朗伯-比耳定律四、偏离比耳定律的原因,返回,一、光的基本性质,光的波动性和微粒性电磁波谱图单色光与复合光互补色光,返回,1.光的波动性和微粒性,返回,2.电磁波谱图,返回,3.单色光与复合光,单色光：具有同一波长的光复合光：不同波长的光组合而成可见光的波长大约在400760nm之间，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成，各种光具

3、有一定的波长范围。,返回,4.互补色光,如果把适当颜色的两种色光按一定强度比例混合，可以组成白光，这两种色光称为互补色光。,返回,二、物质对光的选择性吸收,物质颜色和吸收颜色的关系2.吸收光谱图3.分析依据,返回,返回,吸收绿色光,吸收黄色光,二、物质对光的选择性吸收,1.物质颜色和吸收颜色的关系,返回,光吸收曲线（可用实验方法确定）,返回,定性分析依据：不同物质具有不同吸收曲线形状和最大吸收波长（max处灵敏度最高）,它描述了物质对不同光的吸收能力,max,返回,定量分析：max处吸光度大小,不同浓度的同一物质，max不变，在吸收峰附近处的A随浓度增加而增大,三、光的吸收基本定律朗伯比耳定律

4、,透光率与吸光度朗伯比耳定律吸光系数、摩尔吸光系数吸光度的加合性,返回,透光度T与吸光度ATransmittanceandAbsorbance,透光度或透射比,吸光度,返回,均匀,平行单色光,2.朗伯比耳定律,Lambert-BeersLaw,返回,朗伯定律(c一定时）比尔定律(b一定时）,合并,3.吸光系数、摩尔吸光系数,吸光系数a：摩尔吸光系数：关系：Ma,返回,例1,50mL比色管中，加入含有0.025mg的Fe2+溶液，加入邻二氮菲显色剂，用水稀释至50mL，用2cm比色池，在分光光度计上测得吸光度A=0.190，计算摩尔吸光系数？解：,返回,朗伯比耳定律适用条件,有色稀溶液及均匀,非

5、散射的吸光物质(气体和固体)入射光为垂直照射的平行单色光吸光物质间无相互作用被测物质不存在荧光或光化学现象,4.吸光度的加合性,多组分体系中,如果各种吸光物质之间没有相互作用，则体系的总吸光度等于各组分吸光度之和。,返回,四、偏离比耳定律的原因,标准曲线（校正曲线）物理因素引起的偏离化学因素引起的偏离,返回,Standardcurve，calibratedcurve，workingcurve,1.标准曲线（校正曲线）,返回,Ax（相同条件下测定）,Cx,固定b、I0和,返回,偏离比尔定律的原因,比尔定律的局限性此定律只适用于稀溶液（假设吸收离子之间无相互作用）。高浓度时，粒子间的距离缩小，相互

6、作用力增大，改变粒子对光的吸收能力，使A与C之间的线性关系发生偏离。,非单色光引起的偏离,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，物质对不同波长光的吸收程度的不同，因而导致对朗伯比耳定律的偏离。克服非单色光引起的偏离的措施：使用比较好的单色器；人射光波长选择在被测物质的最大吸收处；测定时应选择适当的浓度范围。,返回,物理因素引起的偏离,介质不均匀引起的偏离,溶液不均匀时，入射光通过溶液后，有一部分因散射现象而损失，使透射比减少，实测吸光度增加，使标准曲线偏离直线向吸光度轴弯曲（正偏离）。在光度法中应避免溶液产生胶体或混浊。,返回,物理因素,非平行入射光引起的偏离,非平行光

7、光束的光程大于吸收池的厚度，产生正偏离。,化学因素引起的偏离,溶液中的吸光物质常因解离、络合、缔合、形成新化合物或互变异构等化学变化而改变其浓度，因而导致偏离朗伯比耳定律。在分析测定中，要控制溶液的条件，使被测组分以一种形式存在，以克服化学因素所引起的对朗伯比耳定律的偏离。,返回,Cr2O72-+H2O2HCrO4-2CrO42-+2H+,橙色,黄色,Cr的总浓度相同时，A取决于C(Cr2O72-)/C(CrO42-)之比值,加酸或加碱，使C与A之间符合L-B定律,max=375nm,max=350nm,分光光度计基本部件：,光源单色器吸收池检测系统读数指示器,返回,7.3吸光光度法的仪器,1

8、.光源,在可见光和近红外光区，常用钨灯或碘钨灯作光源，它们辐射3601100nm波长的光（要求：光源发出所需波长范围内的连续光谱具有足够的光强度，并稳定）在近紫外区，常使用氢灯或氘灯，它们能辐射180375nm波长的光。,返回,2.单色器,由色散元件（将光源发出的连续光谱分解为单色光的元件）、入射狭缝、出射狭缝和准射镜组成。常用的色散元件：棱镜或光栅。棱镜：用光学玻璃或石英制成，光通过棱镜发生折射而色散，按波长顺序将复合光分解为单色光。光栅光通过光栅发生衍射和干涉现象而分光。优点：波长范围宽、色散均匀、分辨率高缺点：各级光谱重叠相互干扰，可用适当滤光片消除,返回,3.吸收池,也称比色皿，用于盛

9、吸收溶液；由无色透明的光学玻璃或石英制成；液层厚度为0.5、1、2、3cm等的一套长方形或圆柱形比色皿。（注意放置位置及光洁）,返回,4.检测系统,是一种光电转换元件，将光能转换为电流进行测量。常用的光电转换器：硒光电池或光电管硒光电池：当光照射时，硒电池表面就有电子逸出，能产生10100A的光电流，对光的敏感波长范围300800nm。特点：结构简单，便宜，更换方便，长时间使用会出现疲劳现象(照射光强度不变而产生的光电流逐渐下降）。,返回,（硒光电池或光电管、光电倍增管作检测器，检流计作读数装置）。另可配置记录仪、数字显示器及计算机等。,光电管：由一个阳极和一个光敏阴极组成的真空二极管。由于阴

10、极材料光敏性能不同，分为红敏（使用波长为625000nm）和蓝敏（波长范围200625nm）；光强相同时所产生的电流约为硒光电池的1/4。特点：易放大、灵敏度高、光敏范围广、不易疲劳。,双光束紫外分光光度计,分光光度计的类型,按工作波长分类：可见、可见-紫外、红外分光光度计。按仪器结构：,单光束：,双光束：,双波长：,7.4吸光光度法分析条件的选择,一、显色反应的要求二、显色条件的选择三、吸光度测定条件的选择,返回,一、显色反应（Colorreaction）,待测物质本身有较深的颜色，直接测定；待测物质是无色或很浅的颜色，需要选适当的试剂与被测离子反应生成有色化合物再进行测定，此反应称为显色反

11、应，所用的试剂称为显色剂（colorreagent）。按显色反应的类型来分，主要有氧化还原反应和络合反应两大类，而络合反应是最主要的。,返回,显色反应的要求,灵敏度高，有色物质的应大于104；选择性好，干扰少，或干扰容易消除；有色化合物的组成恒定，化学性质稳定，至少保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定；显色剂在测定波长处无明显吸收，即显色剂对光的吸收与络合物的吸收有明显区别，要求两者的吸收峰波长之差（称为对比度）60nm。,返回,显色剂,无机显色剂有机显色剂,返回,1.无机显色剂,无机显色剂不多，因为生成的络合物不稳定，灵敏度和选择性也不高，目前应用不多。如用KSCN显色测铁、钼、钨和铌；用钼

12、酸铵显色测硅、磷和钒等。,返回,2.有机显色剂,有机显色剂分子中含有生色团和助色团。生色团（chromophoricgroup）：含不饱和键的基团，如偶氮基、对醌基和羰基等。这些基团中的电子被激发时需能量较小，可吸收波长200nm以上的可见光而显色。助色团（auxochromicgroup）：含孤对电子的基团，如氨基、羟基和卤代基等。助色团与生色团的不饱和键作用，使颜色加深。,返回,常用有机显色剂,磺基水杨酸：OO型螯合剂，可与很多高价金属离子生成稳定的螯合物，主要用于测Fe3+。丁二酮肟：NN型螯合剂，用于测定Ni2+。1,10-邻二氮菲：NN型螯合剂，测微量Fe2+。,返回,二苯硫腙：含S

13、显色剂，萃取光度测定Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等。偶氮胂(铀试剂)：偶氮类螯合剂，强酸性溶液中测Th()、Zr()、U()等；在弱酸性溶液中测稀土金属离子。铬天青S：三苯甲烷类显色剂，测定Al3+。结晶紫：三苯甲烷类碱性染料，测定Tl3+。,返回,上一页,下一页,退出,二、显色条件的选择,显色剂用量酸度显色温度显色时间干扰的消除溶剂,返回,1.显色剂的用量,M+R=MR（被测组分）（显色剂）（有色配合物）为使显色反应进行完全，需加入过量的显色剂。但有些显色反应，显色剂加入太多，反而会引起副反应，对测定不利。如：Mo(SCN)32+Mo(SCN)5Mo(SCN)6-在实际工

14、作中根据实验结果来确定显色剂的用量。,返回,SCN-浓度过低,SCN-浓度过高,红色,浅红色,浅红色,返回,2.酸度,R+H+HR影响显色剂的平衡浓度（影响显色反应）和颜色影响被测金属离子的存在状态(酸度低时易水解）影响配合物的组成,如：Fe3+ssal制作pH与吸光度关系曲线确定pH范围。,返回,pH=23,Fe(ssal)红紫色pH=47,Fe(ssal)2棕橙色pH=810,Fe(ssal)3黄色,3.显色温度,显色反应大多在室温下进行，有些显色反应需加热至一定温度完成；如：磷钼蓝法测磷，发色温度为5560。有些有色物质温度偏高时易分解；适当温度选择：制作温度与吸光度关系曲线确定稳定显色

15、温度范围。,返回,4.显色时间,有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定状态，并在较长时间内保持不变；有些显色反应虽能迅速完成，但有色络合物的颜色很快开始褪色；有些显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳定；适当时间选择：制作吸光度-时间曲线确定适宜时间。,返回,返回,5.干扰的消除,干扰物质本身有颜色或与显色剂反应，在测量条件下也有吸收，造成正干扰；干扰物质与被测组分反应或与显色剂反应，便显色反应不完全，也会造成干扰；干扰物质在测量条件下从溶液中析出，便溶液变混浊，无法准确测定溶液的吸光度。,返回,干扰的消除,加入络合掩蔽剂或氧化还原掩蔽剂，使干扰离子形成无色络合物或无色离子；选择适当

16、的显色条件以避免干扰；选择适当的光度测量条件；分离干扰离子。,返回,6.溶剂,有机溶剂降低有色化合物的解离度，提高显色反应的灵敏度。如在Fe(SCN)3的溶液中加入丙酮颜色加深；还可能提高显色反应的速率，影响有色络合物的溶解度和组成等。,返回,三、吸光度测量条件的选择,1、入射光波长的选择2、参比溶液的选择3、吸光度读数范围的选择,返回,1、入射光波长的选择,“最大吸收原则”（maximumabsorption）不仅灵敏度高，且能减少或消除由非单色光引起的对朗伯-比耳定律的偏离。“吸收最大、干扰最小”在最大吸收波长处有其他吸光物质干扰测定时选择。,返回,返回,2、参比溶液的选择,参比溶液的作用：调节仪器零点，消除由吸收池壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差，扣除干扰。参比溶液的选择：蒸馏水/纯溶剂：试液中其它组分及显色剂均无无吸收。不加显色剂的被测试液：显色剂为无色，被测试液中存在其他有色离子。不加试样溶液的试剂空白：显色剂有颜色。当干扰物与显色剂也发生反应时，加适当掩蔽剂掩蔽被测组分，使之不再与显色剂作用，然后加入显色剂,作为参比溶液。,返回,3、吸光度读数范围的选择,从仪器测量误差的角度来看，为使测量结果得到较高的准确度，一般应控制标准溶液和被测试液的吸光度在0.20.8范围内。可通