無機及分析化學(xué) 教學(xué)課件 ppt 作者 劉玉林 劉宜樹 王傳虎 主編第10章吸光光度法

1、1,無機及分析化學(xué)第10章 吸光光度法,2,第10章 吸光光度法,吸光光度法——基于物質(zhì)對光選擇性吸收而建立起來的分析方法。 在選定波長下，被測溶液對光的吸收程度與溶液中的吸光物質(zhì)的濃度成正比。 被利用的光波范圍有紫外，可見和紅外光區(qū)。 主要應(yīng)用于測定試樣中微量組分的含量，與化學(xué)分析法相比，具有靈敏度高、準(zhǔn)確度高、操作簡便快速、應(yīng)用廣泛等特點。,10.1.1 光的基本性質(zhì),光的傳

2、播速度:,具有的能量：,10nm~200nm,780 nm~ 2.5 ?m,2.5 ?m ~ 50 ?m,50 ?m ~300 ?m,波動性,粒子性,200 nm~400nm,400 nm~780nm,（1）靈敏度高：,10-5~10-6，10-7~10-8，10-10 mol·L-1,（2）準(zhǔn)確度高：,比色分析，相對誤差5~10%，,分光光度法，2~5%；,（4）應(yīng)用廣泛：,可測定絕大多數(shù)無機物和許多有機物。,（

3、3）操作簡便快速；,10.1.2 分光光度法的特點,無色或淺色組分續(xù)顯色后分析。,（1）吸收光譜曲線,測量某種物質(zhì)對不同波長單色光的吸收程度，以波長為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，得到的一條吸收光譜曲線。,用途：,①進(jìn)行定性分析；,②選擇吸收波長,③判斷干擾情況。,10.1.3 紫外-可見吸收光譜的形成,圖10.1 溶液吸收曲線,（2）紫外-可見吸收光譜的形成,分子、原子或離子具有不連續(xù)的量子化能級。分子的量子化

4、能級較原子復(fù)雜，既有電子能級，也有振動能級和轉(zhuǎn)動能級。,任意兩個能級間的能量差為,在光照射到某物質(zhì)時，如光子的能量(hν)與物質(zhì)分子、離子的某兩個的能量差(ΔE=E2-E1)相等時且遵循一定的選律時，物質(zhì)分子就會吸收光子，發(fā)生能級躍遷，由低能級躍遷到高能級：,,（2）紫外-可見吸收光譜的形成,被激發(fā)的粒子約在10-8s后又回到基態(tài)，并以熱或熒光等形式釋放出能量。 不同物質(zhì)由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的量子化能級，其能量差也不相

5、同，所以物質(zhì)對光的吸收是選擇性的。,在電子能級變化時，不可避免地伴隨著分子振動和轉(zhuǎn)動能級的變化這就使得分子光譜通常呈寬峰狀的帶光譜。 電子躍遷能級差一般為1~10eV，相當(dāng)于紫外-可見光的能量，所以電子能級躍遷而產(chǎn)生的吸收光譜位于紫外、可見光區(qū)。（200~780nm）。,不同顏色的可見光波長及其互補光,10.1.4 物質(zhì)有色的原因,如果兩種適當(dāng)顏色的光按一定的強度比例混合可以得白光，這兩種光就叫互為補色光。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏

6、色和吸收的光顏色之間是互補關(guān)系。,10.1.4 物質(zhì)有色的原因,物質(zhì)的顏色是由于物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性的吸收作用而產(chǎn)生的。,例：硫酸銅溶液吸收白光中的黃色光而呈藍(lán)色； 高錳酸鉀溶液因吸白光中的綠色光而呈紫色。,物質(zhì)的顏色由透過光的波長決定。即,物質(zhì)的顏色與其選擇吸收的光的顏色成互補關(guān)系。,It,Ir,Ia,,,,,,b,c,10.2 光吸收的基本定律,10.2.1 透光度和吸光度,當(dāng)一束平行單色光通過任何

7、均勻、非散射的固體、液體或氣體介質(zhì)時，一部分被吸收，一部分透過介質(zhì)，一部分被器皿的表面反射則它們之間的關(guān)系為：,I0 = Ia + It + Ir,Ir基本不變，其影響可以用同樣材質(zhì)和厚度的比色皿(參比皿)相互抵消，故上式可簡化為：,I0 = Ia + It,透光率T——透過光的強度It與入射光的強度I0之比為透光率（也稱透光度、透射比）,物質(zhì)對光的吸收程度可用透光率和吸光度表示。,10.2.1 透光度和吸光度,吸光度A ——物質(zhì)對光

8、的吸收程度（吸收光的強度）。,吸光度A與透光率T的關(guān)系為：,或： T = 10-A,溶液的透光率越小，吸光度越大，表明溶液對光的吸收越強。,10.2.1 透光度和吸光度,10.2.2 朗伯-比爾定律,朗伯—比耳定律(光的吸收定律)：,A = abc,A為吸光度，量綱為1，b為液層厚度，即光程長度，為比色皿的內(nèi)寬，常以cm為單位，c為溶液濃度，單位g ? L-1，a為吸光系數(shù)，單位L ? g-1 ? cm-1 。,朗伯

9、(Lambert)于1760年： A∝b,比耳(Beer) 1852年：A ∝c,當(dāng)c的單位為mol ? L-1時，吸光系數(shù)稱為摩爾吸光系數(shù)，用ε表示，單位為L ? mol-1 ? cm-1。朗伯比爾定律表示為：,ε是吸光物質(zhì)在特定波長下的特征常數(shù)，它與入射光波長、溶液的性質(zhì)以及溫度等因素有關(guān)，而與溶液的濃度及液層厚度無關(guān)，通常所說某物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)是指在最大吸收波長處的摩爾吸光系數(shù)εmax。,?值越大，表示該吸光物質(zhì)對此波長光的吸收

10、能力越強，顯色反應(yīng)越靈敏，通常用于吸光光度分析的ε＞104 L ? mol-1 ? cm-1,?與a的關(guān)系為：,朗伯-比爾定律不僅適用于溶液，也適用于均勻非散射的氣體和固體；不但適用于可見光區(qū)，也適用于紫外和紅外光區(qū)。,若溶液中含有兩種或兩種以上的吸光物質(zhì)，且各物間無相互作用，則測得的吸光度為各種吸光物質(zhì)吸光度之和。,如溶液中含有n種物質(zhì)，對波長為λ的光均有吸收，則,A = AA + AB + ……. + An,10.2.3 吸光度的

11、加和性,在多組分的光度分析法中，就是以此為理論基礎(chǔ)。,10.2.4 對朗伯-比爾定律的偏離,但在實際工作中，特別是當(dāng)溶液濃度較高時，往往會偏離線性而發(fā)生彎曲。,定量分析時，通常液層厚度是相同的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關(guān)系應(yīng)該是一條通過直角坐標(biāo)原點的直線，稱工作曲線或標(biāo)準(zhǔn)曲線。,朗伯一比爾定律只對一定波長的單色光才能成立，但在實際工作中，入射光是具有一定波長范圍的。,1. 非單色入射光引起的偏離,為克服非單色光引起的偏離：①應(yīng)

12、選擇比較好的單色器；②入射光波長選定在待測物質(zhì)的ε較大且吸收曲線較平坦處；③稀溶液。,10.2.4 對朗伯-比爾定律的偏離,2. 化學(xué)因素,高濃度引起的偏差。 朗伯-比耳定律假定：所有的吸光質(zhì)點之間不發(fā)生相互作用，實驗證明，這種假定只有在稀溶液時才基本符合。朗伯-比耳定律只適用于稀溶液。 當(dāng)溶液濃度c >10-2mol·L-1時，吸光質(zhì)點間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。,

13、10.2.4 對朗伯-比爾定律的偏離,3. 介質(zhì)不均勻引起的偏離,朗伯—比爾定律只適用于均勻溶液。入射光通過不均勻的膠體溶液、乳濁液或懸浮液時，散射使透光率減少（均勻溶液沒有散射），所測吸光度增大，導(dǎo)致對朗伯—比爾定律的正偏離 。,為了避免產(chǎn)生對朗伯-比爾定律的偏離，測定時需注意：,①選擇ε較大且吸收曲線較為平坦的光作為測定用光，通常選 ；,②合適濃度范圍(線性范圍內(nèi))；,③嚴(yán)格控制顯色反應(yīng)條件。,10.3 分光光度計的

14、基本部件,主要部件,（1）光源 ——發(fā)射出一定波長范圍的連續(xù)光譜。 可見光區(qū)通常用6～12V的鎢絲燈，其發(fā)射波長為360～1100nm；在近紫外區(qū)，常采用氫燈或氘燈作為光源，其光波范圍為200～375nm。,（2）單色器 ——將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為各種波長的單色光的裝置。,它是分光光度計的核心部件。單色器的色散能力越強，分辨率越高，所獲得的單色光就越純。單色器由色散元件及其附件組成。,常用的色散元件為棱鏡和光柵。

15、,10.3 分光光度計的基本部件,注意：為減少光的損失，吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向。吸收池要配套使用，因為吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程長度的精度等對分析結(jié)果都有影響。,（3）吸收池（比色皿）,功能：用于盛放試樣， 完成樣品中待測試樣對光的吸收。,常用的吸收池：石英（紫外區(qū)） 玻璃（可見區(qū)）吸收池：0.5cm、1.0cm 、2.0cm、3.0cm、5.0c

16、m等。,(4)檢測系統(tǒng)（檢測器）,包括光電轉(zhuǎn)換元件和指示器，利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號變成可測的電信號，常用的光電轉(zhuǎn)換元件有光電管、硒光電池和光電倍增管等。,(5)顯示系統(tǒng)（顯示器）,通過檢流計、數(shù)字顯示、微機進(jìn)行儀器自動控制，將電流值轉(zhuǎn)換成透光度T和吸光度A。,10.3 分光光度計的基本部件,顯色反應(yīng)：將待測組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔锏姆磻?yīng)。,顯色劑：與待測組分形成有色化合物的試劑。,10.4 顯色反應(yīng)和顯色反應(yīng)條件的選擇,10.4

17、.1 對顯色反應(yīng)的要求,對顯色反應(yīng)的要求：P252,（1）選擇性好，干擾少，或干擾容易消除；,（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，且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。,（4）顯色劑和有色化合物之間的顏色差別要大，即顯色劑在測定波長處無明顯吸收。一般要求有色化合物與顯色劑的“對比度”在60nm以上。,（5）顯色反應(yīng)的條件要易于控制。如果條件要求過于嚴(yán)格，難以控制，測定結(jié)果的再現(xiàn)性就差。,對顯色反應(yīng)的要求：,待測組分,顯色劑,

18、有色配合物,10.4.2 顯色反應(yīng)條件的選擇,1. 顯色劑R用量,,在吸光度最大且平穩(wěn)的濃度范圍內(nèi)選擇顯色劑的用量。,2. 酸度,酸度對顯色反應(yīng)的影響很大。必須通過實驗確定適宜的酸度范圍。,在吸光度較大而又恒定的平坦部分是適宜的酸度范圍。,10.4.2 顯色反應(yīng)條件的選擇,3. 顯色時間,時間對顯色反應(yīng)的影響表現(xiàn)在兩個方面：一方面它反映了顯色反應(yīng)速度的快慢，另一方面它又反映了有色化合物的穩(wěn)定性。,反應(yīng)速率穩(wěn)定且顯色配合物又很穩(wěn)定的平

19、坦部分是適宜的時間范圍。,10.4.2 顯色反應(yīng)條件的選擇,一般在室溫，有時需加熱，通過實驗確定。,4. 溫度,5. 干擾的消除,① 控制適當(dāng)?shù)娘@色條件?！　⊥ǔＪ抢蔑@色劑的酸效應(yīng)來控制。② 掩蔽③ 化學(xué)分離④ 選擇合適的波長?、?選擇合適的參比溶液,10.4.2 顯色反應(yīng)條件的選擇,原則：①一般選擇在顯色物質(zhì)的吸收峰λmax處。 ②當(dāng)波長有干擾時，可選擇靈敏度較高（ε值較大），干擾較小且此波長范

20、圍吸收曲線較為平坦（ε值變化較?。┎ㄩL的光作為測定用光。,10.5 吸光度測量條件的選擇,10.5.1 入射光波長的選擇,如用1-亞硝基-2-萘酚-3,6磺酸顯色分析鈷時，圖中A為MRn，B為R的吸收曲線。在420nm處均有最大吸收。,一般選擇500nm波長作為測定用光,10.5.2 參比溶液的選擇,因反射，以及試劑、溶劑等對光的吸收會造成透過光的減弱，為此需采用同套的比色皿盛放參比溶液(參比皿)，調(diào)節(jié)儀器(光亮調(diào)節(jié)器)使參比皿

21、的吸光度為零(A參比=0)。 此時測得溶液的吸光度為：A = lg ( I0/I ) ≈ lg ( I參比 / I試液 ) 即吸光度的測量實際上是以通過參比皿的光強度為入射光強度。這樣測得的吸光度比較真實地反映了待測物質(zhì)對光的吸收程度。,10.5.2 參比溶液的選擇,1、純?nèi)軇ㄕ麴s水）,試液、顯色劑均無色時，用純?nèi)軇ㄕ麴s水）作參比；,2、試劑空白,顯色劑有色時，用不加試樣溶液的試劑空白作參比；,

22、10.5.2 參比溶液的選擇,4、褪色空白,顯色劑和試液均有色時，加一掩蔽劑掩蔽被測組分，以此溶液作參比。,3、試液空白,試液中有其它有色離子時，用不加顯色劑的被測液作參比；,原則：使試液的吸光度真正反映待測物的濃度。,（1）,（2）,10.5.3 吸光度測量范圍的選擇,以有限值表示：,式中： 為濃度測量的相對誤差； 為透光度測量的絕對誤差。,一般光度計ΔT 約為±0.2%~ ±2%。假定ΔT=

23、± 0.5%，當(dāng)T=70%～10% , A=0.15～1.0 時，Δc/c = ±(1.4~2.2)%。,上式導(dǎo)數(shù)為零，求出當(dāng)T=0.368(A=0.434)時, 濃度測量相對誤差最小。,適宜測量范圍: T=70%～10% , A=0.15～1.0,10.5.3 吸光度測量范圍的選擇,ΔT=0.5%時濃度測量相對誤差曲線,可通過改變吸收池厚度或待測液濃度，使吸光度讀數(shù)在適當(dāng)范圍內(nèi)。,分光光度法分析的一般步驟：

24、（1）根據(jù)待測組分及共存組分性質(zhì)選擇合適的顯色反應(yīng)（顯色劑）；（2）由試液性質(zhì)及參比溶液的選擇原則選擇參比溶液；（3）作吸收曲線實驗，由吸收曲線、共存組分性質(zhì)及測定用光選擇原則選擇測定用光；（4）通過顯色反應(yīng)條件試驗確定適宜的顯色條件；（5）配制樣品溶液及標(biāo)準(zhǔn)系列，測定各溶液的吸光度，作工作曲線，由曲線求得cx 。,測定時需注意：①待測溶液的吸光度應(yīng)在適宜讀數(shù)范圍內(nèi)，0.15~1.0；②待測組分濃度在標(biāo)準(zhǔn)系列濃度范圍內(nèi)。

25、若試樣測定方法有國標(biāo)，可直接參照國標(biāo)方法進(jìn)行測定。,10.6 分光光度法的應(yīng)用,10.6.1 定性分析,選擇合適的溶劑(非極性)，使用有足夠純度單色光的分光光度計，在相同的條件下測定相近濃度的待測試樣和標(biāo)準(zhǔn)品的溶液的吸收光譜，然后比較二者吸收光譜特征、吸收峰數(shù)目及位置、吸收谷及肩峰所在的位置等；分子結(jié)構(gòu)相同的化合物應(yīng)有完全相同的吸收光譜。,分光光度法在定性分析方面的效果不是很好，一般做的是確定樣品是不是某物質(zhì)或是不是含有某物質(zhì)。,

26、10.6.2 定量分析,1. 單組分定量分析方法,(1) 標(biāo)準(zhǔn)曲線法,① 配制標(biāo)準(zhǔn)系列及樣品發(fā)色 （濃度范圍覆蓋待測溶液的濃度）。② 測定溶液的吸光度 。③ 作圖(工作曲線或標(biāo)準(zhǔn)曲線) A-c ，由工作曲線可求得cx 。,,(1) 標(biāo)準(zhǔn)曲線法,標(biāo)準(zhǔn)曲線法是光度分析中一種重要的具體定量測定方法，也是儀器分析中普遍采用的一種重要方法。,(2) 標(biāo)準(zhǔn)對照

27、法,As = εbcs,Ax = εbcx,已知試樣溶液基本組成，配制相同介質(zhì)、相近濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液和待測液，在同樣條件下，分別測定吸光度，然后計算可得待測溶液的濃度。,此方法操作簡單，但誤差較大。,1. 單組分定量分析方法,(3) 標(biāo)準(zhǔn)加入法,（1）測,根據(jù)A加合性,（3）測,則,（4）,已知試樣溶液基本組成，但難于配制相同介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液。,（2）加少量高濃度待測物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液，不測,此方法可減小由于介質(zhì)的不同所引起的誤差。,1. 單組

28、分定量分析方法,（1）吸收光譜不重疊：,同單組分,2. 多組分定量分析,（2）吸收光譜重疊：,利用吸光度具有加和性，列方程求解。,吸收光譜不重疊 部分重疊 吸收光譜重疊,【例10-2】用1cm比色皿在分光光度計上測定H2SO4介質(zhì)中的吸光物質(zhì)KMnO4和K2Cr2O7，測定得如下數(shù)據(jù)：,試計算未知試樣中的KMnO4和K2Cr2O7濃度。,解 未知試樣中的KMnO4為cMn，K

29、2Cr2O7濃度為cCr。先分別計算出各波長下的 ε,,,續(xù)【例10-2】,10.6.3 酸堿解離常數(shù)的測定,HL H++L-,設(shè)在某波長下，酸HL和堿L- 均有吸收,,,測定方法：配制一系列總濃度相同，而pH不同的HL溶液（酸性區(qū)~堿性區(qū)），測定各溶液的吸光度和pH，由計算或作圖的方法即可求得。,AHL ——弱酸全部以HL型體存在時的吸光度 ； AL ——弱酸全部以L-型體存在時的吸光度； —

30、—兩者共存時的某一點。,,【例10-3】 準(zhǔn)確稱取1.00mmol的指示劑于100mL容量瓶中溶解并定容。取該溶液2.50mL5份，分別調(diào)至不同pH并定容至25.0mL，用1.0cm吸收池在650nm波長下測得如下數(shù)據(jù)：pH： 1.00 2.00 7.00 10.00 11.00 A ：0.0000 0.00000 0.588 0.840 0.840 計

31、算在該波長下HIn及In-的摩爾吸光系數(shù)和該指示劑的pKa。,,解（1）已知：AL-=0.840；AHL=0.00 ； pH=7.00時， A=0.588,,（2）,10.6.4 配合物組成的測定,摩爾比法：,常使用于離解度小，組成比高的配合物。,固定金屬離子濃度cM而逐漸改變配位體濃度cL，測定一系列cM一定、cL不同的溶液的吸光度。以吸光度A為縱坐標(biāo)，cL/cM為橫坐標(biāo)作圖。,Ｍ