第二章.可見吸收光譜分析

1、1,第二章 可見吸收光譜分析(Visible Spectrophotometry ),§2-1 概述§2-2 光吸收的基本定律§2-3 比色和分光光度法及其儀器 §2-4 顯色反應(yīng)及其影響因素 §2-5 光度測(cè)量誤差和測(cè)量條件的選擇 §2-6 常用幾種定量分析方法§2-7 光度法測(cè)定配合物的組成及弱酸的離解常數(shù),2,第二章 可見吸收光譜分

2、析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述,1.光分析化學(xué)法簡(jiǎn)介光分析化學(xué)法是根據(jù)物質(zhì)發(fā)射的輻射能或輻射能與物質(zhì)相互作用而建立起來(lái)的分析方法。(1) 電磁輻射和電磁波譜 電磁輻射: 是一種以巨大速度通過空間傳播的光量子流，具有波粒二相性。電磁波譜(electromagnetic spectrum): 電磁輻射按波長(zhǎng)順序排列,稱為電磁波譜.,表2-1 電磁波譜 (ele

3、ctromagnetic spectrum) 范圍,1埃==10-10米 1 nm==10-9m 1μm==10-6m,4,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述 返,(2) 輻射能的特性吸收 AB：發(fā)射CD ：(3)分類,5,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible

4、Spectrophotometry )§2-1 概述,2. 可見吸收光譜法的定義 根據(jù)溶液中物質(zhì)的分子或離子對(duì)可見光譜區(qū)輻射能的吸收以研究物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的方法。3. 可見吸收光譜法分類 比色法、分光光度法 4. 物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收,6,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述,(1) 物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色 ---(CuSO4

5、溶液為何是藍(lán)色的?) 可見光(400-750nm)：人眼能感覺到的光稱-. 各種顏色光波長(zhǎng)范圍是不同的： --黃光：580-600nm； 藍(lán)光：450-480nm； 互補(bǔ)色光：如某兩種顏色的光按照一定比例混合，成為了白光，那這兩種光稱--。對(duì)應(yīng)的兩種顏色稱互為補(bǔ)色.,7,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述,白光是一種混合光，它由紅、橙、黃

6、、綠、青、藍(lán)、紫等各色光按一定比例混合而成。 當(dāng)一束白光照射溶液時(shí),一些波長(zhǎng)的光被吸收,另一些則透過. 透射光刺激人眼而感到顏色的存在. 溶液的顏色由透射光波長(zhǎng)決定. 例: CuSO4溶液為何是藍(lán)色的? 答:因?yàn)镃uSO4溶液吸收白光中的黃光,而呈現(xiàn)藍(lán)色.,表2-1 物質(zhì)顏色和吸收光顏色之間的關(guān)系,,9,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1

7、 概述,(2)物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收(CuSO4溶液為何只吸收黃色光?) 當(dāng)一束光照射到某物質(zhì)或其溶液時(shí)，組成該物質(zhì)的分子、原子或離子與光子發(fā)生“碰撞”，光子的能量就轉(zhuǎn)移到分子、原子上，使這些粒子由最低能態(tài)（基態(tài)）躍遷到較高能態(tài)（激發(fā)態(tài)）： M + hυ → M* 這個(gè)作用叫物質(zhì)對(duì)光的吸收。 分子、原子或離子具有不連續(xù)的量子化能級(jí)，僅當(dāng)照射光光子的能量（hυ）與被照射物質(zhì)粒子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量之差相

8、當(dāng)時(shí)才能發(fā)生吸收。不同的物質(zhì)微粒由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的量子化能級(jí)，其能量差也不相同。所以物質(zhì)對(duì)光的吸收具有選擇性。,10,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述 返,（3）吸收曲線（吸收光譜）吸光度(A)--波長(zhǎng)(λ)曲線稱--。 光吸收程度最大處的波長(zhǎng)叫最大吸收波長(zhǎng)，用λmax表示。高

9、錳酸鉀的λmax=525nm。 濃度不同時(shí)，光吸收曲線形狀不同，最大吸收波長(zhǎng)不變，只是相應(yīng)的吸光度大小不同。,11,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述 返,5. 可見吸收光譜法的特點(diǎn) （1.）靈敏度高 常用于測(cè)定試樣中1%-10-3 %的微量組分，甚至可測(cè)定低至10-4 %-10-

10、5 %的痕量組分。（2.）準(zhǔn)確度較高 相對(duì)誤差為2%-10%。如采用精密分光光度計(jì)測(cè)量，相對(duì)誤差可減少至1%-2%。（3.）應(yīng)用廣泛 幾乎所有的無(wú)機(jī)離子和許多有機(jī)化合物都可直接或間接地用此法測(cè)定。 （4.）操作簡(jiǎn)便快速，儀器設(shè)備也不復(fù)雜,12,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述 返,

11、作業(yè)： 名詞解釋： 光吸收曲線; 最大吸收波長(zhǎng),13,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 2 光吸收的基本定律,A = lg(I0/I) = K b c 該公式的物理意義為：當(dāng)一束平行單色光通過單一均勻的、非散射的吸光物質(zhì)的理想溶液時(shí)，溶液的吸光度與溶液的濃度和液層厚度的乘積成正比。該定律適用于溶液，也適用于其他均勻非散射的吸光物質(zhì)（氣體、固體），是

12、各類 吸光光度法定量分析的依據(jù)。,透光度T與吸光度A的關(guān)系：T = I / I0 A = lg(I0/I) = lg(1/T) 問： T =100% 時(shí)， A = ？,返,14,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 2 光吸收的基本定律,（二）吸光系數(shù)與摩爾吸光系數(shù) 1. 吸光系數(shù)a Ａ＝Ｋb C c - g

13、3;L-1、 b - cm，Ｋ- L·g-1·cm-1 稱吸光系數(shù)a 例1：Fe2+濃度為5.0×10-4 g·L-1的溶液,與鄰二氮雜菲反應(yīng)生成配合物.該配合物在波長(zhǎng)508 nm ,比色皿厚度為2cm時(shí),測(cè)得A=0.190 。計(jì)算鄰二氮雜菲亞鐵的a 。(鐵:55.85)  解：根據(jù)比耳定律 A = a b c a = A/ b c = 0.190/(2&

14、#215;5.0×10-4)=190 L·g-1·cm-1,15,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 2 光吸收的基本定律,2. 摩爾吸光系數(shù)ε Ａ＝Ｋb c c - mol·L-1， b - cm ， Ｋ- L·mol-1·cm-1 稱摩爾吸

15、光系數(shù)ε Ａ＝ ε b c,16,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 2 光吸收的基本定律 返,作業(yè)：1.朗白-比爾定律的物理意義是什么？什么是透光度？什么是吸光度？二者之間的關(guān)系是什么？,17,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotomet

16、ry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器 返,§2-3-1 目視比色法定義：用眼睛去比較溶液顏色深淺以測(cè)物質(zhì)含量的方法。,18,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器,§2-3-2 分光光度法 1.定義：用分光

17、光度計(jì)來(lái)測(cè)一系列標(biāo)液的A，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后根據(jù)被測(cè)試液的Ax ，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上求得物質(zhì)的濃度或含量的方法。,19,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器,2.儀器組成 光源 → 單色器 → 吸收池 →檢測(cè)系統(tǒng)（要求，種類）A 光源 作用：提供所需波長(zhǎng)范圍內(nèi)的連續(xù)光源。 要求：足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定（I 0) A

18、 = lg(I0/I) 種類：W 320-800nm的連續(xù)光譜,20,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器,B 單色器 作用：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為最容易被樣液吸收的單色光 要求：足夠的分辨力 種類：棱鏡、光柵,21,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectr

19、ophotometry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器,“單色光”的純度，一般用光譜半寬度表示（圖2-5中CD）光譜半寬度愈小，透過的單色光就愈純。,22,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器,。,23,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2

20、- 3 比色和分光光度法及其儀器,C 吸收池 ---用于盛吸收試液（可見光—玻璃；紫外光-石英）D 檢測(cè)系統(tǒng) （檢測(cè)器、檢流計(jì)）檢測(cè)器作用：將透過吸收池的光It轉(zhuǎn)換成電流測(cè)量。 要求：對(duì)It有快、靈敏的響應(yīng)，產(chǎn)生的光電流應(yīng)與 照射于其上的光強(qiáng)度成正比。 種類：硒光電池、光電管檢流計(jì)作用：測(cè)量產(chǎn)生的光電流,24,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )&

21、#167;2 - 3 比色和分光光度法及其儀器 返,作業(yè)：光度計(jì)儀器組成、部件作用、種類、要求,25,在自來(lái)水中，加鈣色素，生成鈣－鈣色素紅色配合物，在510nm處測(cè)定吸光度，由此求出自來(lái)水中鈣含量。將待測(cè)組分轉(zhuǎn)變成可能測(cè)量的有色化合物的反應(yīng)稱顯色反應(yīng)。與待測(cè)組分形成有色化合物的試劑稱顯色劑（如鈣色素）。,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible

22、Spectrophotometry ) §2-4 顯色反應(yīng)及其影響因素,26,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-4 顯色反應(yīng)及其影響因素 返,M+R MR 一、顯色劑種類的選擇 1.選擇性好，干擾少； 2.靈敏度足夠高。 3.有色化合物的組成恒定，符合一定的化學(xué)式。 4.有色化合物的化學(xué)性質(zhì)

23、應(yīng)足夠穩(wěn)定，如不易受空氣中氧和二氧化碳的影響等。 5.有色化合物與顯色劑之間的顏色差別要大 顏色差別用“反襯度（對(duì)比度）” 表示Δλ ，要求Δλ≥60nm,27,二 顯色條件的選擇顯色條件：指M+R==MR這一反應(yīng)相關(guān)的條件。如,顯色劑濃度及用量;酸度;溫度; 顯色時(shí)間;緩沖溶液種類及用量; 用表面活性劑的加入等等.選擇的總原則： AMR盡可能大且較恒定下面，以顯色劑用量的選擇為例來(lái)講解,第二章 可見吸收光譜

24、分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-4 顯色反應(yīng)及其影響因素 返,28,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-4 顯色反應(yīng)及

25、其影響因素,（一）  顯色劑R的用量理論分析： 顯色反應(yīng)一般可用下式表示：  M + R MR 被測(cè)組分 顯色劑 有色化合物 據(jù)平衡原理, R↑, MR↑,則AMR↑,靈敏度↑ 但R過量,有時(shí)會(huì)引起副反應(yīng).故, 顯色劑( R ) 用量最終應(yīng)由實(shí)驗(yàn)來(lái)定。,29,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry

26、) §2-4 顯色反應(yīng)及其影響因素,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：,30,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-4 顯色反應(yīng)及其影響因素 返,作業(yè)：1.在吸光光度分析中，影響顯色反應(yīng)的因素有哪些？ 2.研究新的顯色劑時(shí)，必須作哪些實(shí)驗(yàn)條件研究？,31,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrop

27、hotometry ) §2-5 測(cè)量誤差和測(cè)量條件的選擇 返,一、儀器測(cè)量誤差及適宜的讀數(shù)范圍1.不同精度的光度計(jì)誤差不同；2.同一儀器不同讀數(shù)范圍產(chǎn)生的誤差不同。,32,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-5 測(cè)量誤差和測(cè)量條件的選擇,當(dāng)△T = 0.01時(shí)：適宜的吸光度范圍:(T:15-65

28、%)或（A : 0.2-0.8）最佳的取值點(diǎn):當(dāng)T=36.8%或A=0.434,33,例.某鋼樣含鎳約0.12%，用丁二酮肟光度法（ε=1.3×104L·mol-1 ·cm-1）進(jìn)行測(cè)定。試樣溶解后，轉(zhuǎn)入100mL容量瓶中，顯色，再加入水稀釋至刻度。取部分試液于波長(zhǎng)470nm處用1cm吸收池進(jìn)行測(cè)量，如果希望此時(shí)的測(cè)量誤差最小，應(yīng)稱取試樣多少？(鎳: 58.69),第二章 可見吸收光譜分析 (V

29、isible Spectrophotometry ) §2-5 測(cè)量誤差和測(cè)量條件的選擇,34,解： A= εb C C=A/ εb 將A=0.434 b=1 ε=1.3×104 L·mol-1 ·cm-1 代入上式 C=0.434/ 1.3×104 =3.34 ×10-5 mol

30、83; L-1 設(shè)應(yīng)稱取試樣 Wg， 則:W × 0.12% =100 × 10-3 × 3.34 ×10-5 ×58.69 W=0.16g,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-5 測(cè)量誤差和測(cè)量條件的選擇,35,二、入射光波長(zhǎng)的選擇 最大吸收原則： 選λmax的光作入射

31、光。此時(shí)，靈敏度較高，測(cè)定時(shí)偏離朗伯-比耳定律的程度減小，其準(zhǔn)確度也較好。,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-5 測(cè)量誤差和測(cè)量條件的選擇,36,三 、選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤?#160;    A = lg(I0/I) = K b c 參比溶液的作用：使光強(qiáng)度的減弱僅與溶液中待測(cè)物的濃度有關(guān)。 方 法：用光學(xué)性

32、質(zhì)及厚度相同的比色皿盛純?cè)噭┳鲄⒈?，調(diào)節(jié)儀器，使透過參比皿的A=0或T=100%。,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-5 測(cè)量誤差和測(cè)量條件的選擇,37,選 用 原 則：,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-5 測(cè)量誤差和測(cè)量條件的選擇,返,38,第二章 可見吸收光譜分析

33、 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法 返,1.     標(biāo)準(zhǔn)曲線法（工作曲線法）第一步：繪制吸收曲線，找出測(cè)定波長(zhǎng)第二步：配標(biāo)準(zhǔn)系列，測(cè)繪出標(biāo)準(zhǔn)曲線第三步：在相同條件下，配制樣品，測(cè)其A第四步：在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出樣品濃度。,39,2. 單標(biāo)準(zhǔn)比較法 是指僅配制一

34、個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)出標(biāo)液吸光度，后，在相同條件下，配制樣品溶液，測(cè)出其吸光度，兩者相比較，即可得出樣品濃度的一種分析方法。 設(shè)配制的標(biāo)液和樣液濃度分別為Cs 、Cx，測(cè)出的吸光度分別為AS、AX ，依據(jù) A = a b c 則有,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法,40,AS = as bs Cs (1)

35、 AX = ax bx Cx (2)在同一條件下測(cè)同一種物質(zhì)，則有 as = ax bs = bx比較（1） （2）得：AS / AX = Cs / Cx 所以，Cx = AX Cs / AS,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法 返,41,3.標(biāo)準(zhǔn)加入法

36、 是指在相同條件下，配樣液和樣加標(biāo)液，測(cè)出其吸光度，兩者相比較，即可得出樣品濃度的一種分析方法。 設(shè)配制的樣液和樣加標(biāo)液的濃度為Cx 、Cs+x ，測(cè)出吸光度對(duì)應(yīng)為AX、AS+x，據(jù)A = a b c 有：,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法,42,AX = ax bx Cx (1)

37、 AS+x = as+x bs+x Cs+x (2)在相同條件下測(cè)同一種物質(zhì)，則有 as+x = ax bs+x = bx 比較（1） （2）得：AX / AS+x = Cx / Cs+x (3)而 Cs+x = (VxCx+VsCs)/(Vx+Vs) (4) 將（4）代入（3）得：Cx =Vs AX C

38、s / （Vx+sAx+S - AX Vx）,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法,43,本法特點(diǎn)： 在樣品溶液中加入一個(gè)小體積(Vs)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，對(duì)試液的組成無(wú)大的影響，這就能使配制的樣品溶液和樣品加標(biāo)溶液的組成基本保持一致，能獲得較準(zhǔn)確的分析結(jié)果。若試樣基體復(fù)雜，且對(duì)測(cè)定有明顯干擾，可用標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定。科研試驗(yàn)常使

39、用此法。,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法 返,44,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-7 配合物組成及弱酸離解常數(shù) 測(cè)定 返

40、,§2-7-1 配合物組成的測(cè)定（一）飽和法 固定金屬離子M濃度，變 配合劑（R）濃度，測(cè)得　A－－[R]/ [M] 曲線。 外推法得一交點(diǎn)，從交點(diǎn) 向橫坐標(biāo)作垂線，對(duì)應(yīng)的[R]/ [M]比值即是配合比?！≡摲ê?jiǎn)單、快速，對(duì)離解度小的配合物，可得滿意結(jié)果,45,（二）連續(xù)變化法 在保持溶液中cR+cM=c（定值）的前提下，測(cè)Ａ-Ｃ曲線。當(dāng)溶液中配合物MRn濃度最大時(shí)，cR/cM的比值為n。f=

41、0.5 表示M與R按1:1相配合，即配合比為1:1。,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-7 配合物組成及弱酸離解常數(shù) 測(cè)定,46,§2-7-2 弱酸弱堿離解常數(shù)的測(cè)定 設(shè)有一元弱酸HA離解平衡： 只要知道在某一pH下[HA]與[A-]的比值，就可計(jì)算PKa。實(shí)際測(cè)離解常數(shù)公式：測(cè)出AHA，AA和pH就可算出K

42、a,HA H+ + A-,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-7 配合物組成及弱酸離解常數(shù) 測(cè)定 返,47,第二章 可見吸收光譜分析(Visible Spectrophotometry ),作 業(yè):  1. 取鋼樣1.00g，

43、溶解，將其中錳氧化成高錳酸鹽，準(zhǔn)確配制成250mL，測(cè)得其A為1.00×10-3mol·L-1KMnO4溶液A的1.5倍。計(jì)算鋼樣中錳的百分含量。（錳的原子量為54.94）2.含鐵約0.2%的試樣，用鄰二氮菲光度法（ε=1.1×10 4）測(cè)定。試樣溶解后稀釋至100mL，用1.00cm比色皿，在508nm波長(zhǎng)下測(cè)定A。（a）為使A測(cè)量引起的濃度相對(duì)誤差最小，應(yīng)當(dāng)稱取試樣多少克？,48,第二章 可見吸收光譜