15fenguangguangdu

1、1,第十五章 吸光光度法,章總目錄,2,15.5 吸光度測量條件的選擇,15.4 顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇,15.3 分光光度計(jì),15.2 光吸收定律,15.1 概述,15.6 吸光光度光法的應(yīng)用,,3,15.1 概述,利用溶液顏色的深淺來測定溶液中有色物質(zhì)的濃度，這種測定方法稱為比色分析法。,用分光光度計(jì)進(jìn)行比色分析的方法稱為分光光度法。,4,15.1.1 吸光光度法的特點(diǎn)：,1、靈敏度高，下限為10-5

2、～10-6 mol·L-1。適于微量分析。2、準(zhǔn)確度較高，相對誤差為2% ～ 5%。3、操作快速簡便，易于掌握。4、應(yīng)用廣泛。,5,15.1.2 光的基本性質(zhì) 光具有波粒二象性，即波動(dòng)性、粒子性。,根據(jù)波長的不同，可分為： 紫外光區(qū)：200nm ～ 400nm 可見光區(qū)：400nm ～ 760nm 紅外光區(qū)：760nm ～ 300μm,描述其波動(dòng)性的主要參數(shù)

3、是：波長λ，頻率f ，光速C。,三者間關(guān)系為： λf＝C,6,具有同一波長的光稱為單色光。,光的粒子性：如光電效應(yīng)，光的吸收和發(fā)射等。,即把光看成是帶有能量的微粒流，這種微粒叫做光子或者光量子。光的能量（E）決定于光的頻率和波長：,不同波長組成的光稱為復(fù)合光。（動(dòng)畫）,白光（如日光）是復(fù)合光，由380nm～760nm 混合而成。,,7,15.1.3 物質(zhì)對光的選擇性吸收,溶液為什么有顏色，其實(shí)質(zhì)是什么？實(shí)驗(yàn)證明，溶液的

4、顏色是由于均勻分布在溶液中的有色化合物的質(zhì)點(diǎn)選擇性的吸收了某種顏色的光所造成的。日常生活中所見到的白光，如日光等是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等光按適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度比例混合而成的，在380～760nm范圍的一種復(fù)合光。,8,兩種顏色的光若按適當(dāng)比例混合，可以形成白光，這兩種光稱為互補(bǔ)色光。,光的互補(bǔ),白光,,,,,,,,,,青藍(lán),青,綠,黃,橙,紅,紫,藍(lán),互補(bǔ)色光,9,如KMnO4吸收綠色光，因此KMnO4溶液呈現(xiàn)紫色。 如C

5、USO4吸收黃色光，因此CUSO4溶液呈現(xiàn)藍(lán)色。,10,15.1.4 吸收曲線,一束平行單色光照射溶液時(shí)，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被器皿的表面反射。如圖,Io = Ia + It + Ir,若入射光強(qiáng)度為Io，吸收光的強(qiáng)度為Ia，透過光強(qiáng)度為It，反射光的強(qiáng)度為Ir，它們的關(guān)系是：,11,分光光度法中： Io = Ia + It,在吸光光度法中，測定時(shí)都是采用同樣質(zhì)量的比色皿，反射光的強(qiáng)度基本上是不變的

6、，其影響可以相互抵消。 空白調(diào)零,透過光強(qiáng)度It與入射光強(qiáng)度Io之比稱為透光度或透光率。用 T 表示：,12,或,從上式可以看出：溶液的透光度愈大， 說明溶液對光的吸收愈小，濃度低；相反，透光度愈小， 說明溶液對光的吸收愈大，濃度高。,13,吸光度A：,若光全部透過溶液，Io= It ， A = 0 。若光幾乎全被吸收，It ≈ 0， A = ∞。,吸光度A也可

7、以用來衡量溶液中吸光物質(zhì)對波長為λ的單色光 的吸收程度，值越大，其吸收程度越大；反之亦然。,14,將不同波長的光透過某一固定的溶液，測量不同波長下溶液對光的吸光度，,15,（1）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax。（KMnO4的?最大 = 525 nm） （2）不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同?？勺鳛槲镔|(zhì)

8、定性分析的依據(jù)之一。,吸收曲線的討論,16,（3）不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度 A 有差異，A 隨濃度的增大而增大 。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。,（4）在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。,17,15.2 溶液對光的吸收定律,實(shí)驗(yàn)證明：若保持入射光的波長不變，溶液對光吸收的程度與溶液的濃度、液層厚度有關(guān)。,15.2.1 溶液對光的吸收定

9、律,18,數(shù)學(xué)表達(dá)式：,K1：比例常數(shù)，與?、c、T有關(guān)。b：溶液厚度,一、朗伯定律：當(dāng) ?、c、T 一定時(shí)，溶液的吸光度與液層的厚度成正比。,二、比爾定律,比爾定律：當(dāng) ?、b 和 T一定時(shí)，溶液的吸光度與溶液的濃度成正比。,19,數(shù)學(xué)表達(dá)式： A = K2 c,三、朗伯—比爾定律（同時(shí)考慮溶液濃度和液層厚度的影響）一束平行單色光通過溶液，當(dāng)?和T一定時(shí)，其吸光度與溶液的濃度和液層厚度成正比。,數(shù)學(xué)表達(dá)式： A

10、= K b c,適應(yīng)范圍廣.,20,當(dāng)c用g·L-1表示，b用cm表示時(shí)，K用a表示，稱為吸光系數(shù)，其單位為 L·(g.cm)-1 ，則：,四、比例系數(shù)K,1、吸光系數(shù)a,A = a b c,a是吸光物質(zhì)在一定的條件下的特性常數(shù)，與本性有關(guān)，與吸光物質(zhì)的濃度和液層厚度無關(guān)。,21,c用mol·L-1表示，b用cm表示時(shí)，K用ε表示，稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為L·(mol.cm)-1。則：,2、摩爾

11、吸光系數(shù)ε,A =εb c,22,【例】：有一濃度為1.0?g/ml Fe2+的溶液，以鄰二氮菲顯色后，在比色皿厚度為 2cm、波長510nm處測得吸光度為0.380，計(jì)算（ 1 ）透光度T；(2)吸光系數(shù)a；（3）摩爾吸光系數(shù)? 。,解（1）T＝10-A＝10-0.380＝0.417,,（2）,（3）,23,15.2.2 有色溶液對朗伯-比爾定律的偏離 一、物理因素： 1、單色光不純，導(dǎo)致負(fù)偏差。,2、散射光的影響，膠體、乳濁液

12、或懸濁液由于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通過比色皿產(chǎn)生正偏差。,24,二、化學(xué)因素1、吸光質(zhì)點(diǎn)的相互作用，濃度較大時(shí)，產(chǎn)生負(fù)偏差， 朗伯-比爾定律只適合于稀溶液（c <10-2 mol·L-1 )。,2、平衡效應(yīng)，物質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化引起的偏離，如： Fe(SCN)3 = Fe3+ + 3SCN- Cr2O72- + H2O = 2CrO42- +

13、2H+,25,15.3 分光光度計(jì)及主要部件1光源：應(yīng)有足夠的發(fā)射強(qiáng)度而且穩(wěn)定,如鎢絲燈2單色器：采用棱鏡或光柵獲得單色光。3吸收池：比色皿，厚度有0.5、1、2、3cm等。4檢測器：光電池或光電管。,動(dòng)畫,26,722型光柵分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖,分光光度計(jì)的分類以及721 / 722型分光光度計(jì)的使用方法見實(shí)驗(yàn)教材。,27,722型光柵分光光度計(jì)外形示意圖,28,15.4 顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇,顯色反應(yīng)和顯色劑

14、 在分光光度分析中，利用顯色反應(yīng)把待測組分X 轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔铮缓笤龠M(jìn)行測定。 使試樣中的被測組分與化學(xué)試劑作用生成有色化合物的反應(yīng)叫顯色反應(yīng)。mX(待測物)＋nR(顯色劑)＝XmRn(有色化合物) 顯色反應(yīng)主要有配位反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)，其中絕大多數(shù)是配位反應(yīng)。,29,15.4.1 對顯色反應(yīng)的要求1、靈敏度高，選擇? 較大的顯色反應(yīng)。避免共存組分干擾。2、選擇性好，顯色劑只

15、與被測組分反應(yīng)。3、有色物組成固定，如：Fe3+ + 磺基水楊酸 → 三磺基水楊酸鐵(黃色) （組成固定）Fe3+ + SCN - → FeSCN2+、 Fe(SCN)2 + …… （組成不固定）,3

16、0,4、有色物穩(wěn)定性高，其它離子干擾才小。如三磺基水楊酸鐵的Kf =1042 , F- 、H3PO4 對它無干擾。,5、顯色過程易于控制，而且有色化合物與顯色劑之間的顏色差別應(yīng)盡可能大。,31,15.4.2 顯色反應(yīng)條件的選擇1、顯色劑用量 ，適當(dāng)過量。適宜的用量通過實(shí)驗(yàn)求得,32,在pH＝2～3 Fe(ssal)+在pH＝4～7 Fe(ssal)22-在pH＝8～10 Fe

17、(ssal)3在pH>12 Fe(OH)3,棕橙色,沉淀,黃色,紫紅色,2、溶液酸度，既要防止被測離子生成沉淀，又需防止有色配合物離解。有效的方法是加入緩沖溶液（考慮干擾）,33,5、溶劑，有機(jī)溶劑會降低有色物的離解度，從而提高 顯色反應(yīng)的靈敏度。,6、共存干擾離子的影響及消除(1) 控制酸度，使干擾離子不顯色。,3、溫度，通過實(shí)驗(yàn)找出適宜的溫度范圍。4、時(shí)間，在顏色穩(wěn)定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行比色測

18、定。,34,(3) 改變干擾離子價(jià)態(tài)，測Ni2+時(shí)，F(xiàn)e2+ 有干擾，加入氧化劑， Fe2+ → Fe3+ .,(4) 分離干擾離子，用萃取、沉淀、電解、離子交換等方法。,還可選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤汉腿肷涔獾牟ㄩL等方法來消除共存離子的干擾。,(2) 加入掩蔽劑 ，如用SCN-測定Co2+時(shí)，F(xiàn)e3+有干擾，加入 F- ，F(xiàn)e3+ + 6F- = FeF63- ， Fe3+ 被掩蔽。,35,離子交換法用于Fe3+、Al

19、3+分離時(shí)．先用HCl溶液處理試液，使鐵、鋁分別以FeCl63-、Al3+形態(tài)存在。然后經(jīng)過陽離子樹脂交換柱，此時(shí)Al3+留在柱上，而FeCl63-流出柱子，從而達(dá)到分離的目的。,36,色譜分離法，若在充填硅膠、活性氧化鋁、纖維素等載體的柱子上進(jìn)行，則稱為柱上色譜分離法；若用濾紙作載體，則稱為紙上色譜分離法。,溶劑化合物萃取體系，例如磷酸三丁酯萃取FeCl3。 某些無機(jī)化合物萃取體系，例如CCl4萃取I2。,37,15.4.3

20、 分光光度法常用的顯色劑（一）、無機(jī)顯色劑 鉬酸銨法(測 P、 Si、W)， 過氧化氫法(測V5＋、Ti4＋)（二）有機(jī)顯色劑（主要使用）1、O，O給電子螯合劑： 鉻天菁S（CAS）、苯基熒光酮（ PF ）2、O，N給電子螯合劑：偶氮胂III等,38,3、N，N給電子基團(tuán)：鄰二氮雜菲（測Fe）等4、帶含硫基團(tuán)的螯合劑：雙硫腙（測Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等）,39,15.5 測定條件的

21、選擇15.5.1、選擇合適波長的入射光。p268（?最大，3點(diǎn)）,（545nm）,40,原則：使溶液的吸光度能真正反映待測物的濃度。,在吸光度測量中，作為比較的溶液或溶劑稱為參比溶液或空白溶液。,15.5.2選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤骸?41,(1) 試樣、試劑、顯色劑都無色時(shí)，用純水作參比。(2) 試樣無色，試劑、顯色劑有色，采用不加試樣的空白溶液作參比?！蹋ㄔ噭┛瞻祝?3)試樣有吸收，而顯色劑等無色，可采用不加顯色劑的試樣為參比。（試

22、樣空白）(4)均有色，有吸收，對試樣加入掩蔽劑，褪色后再加顯色劑等作為參比。(褪色空白),42,15.5.3 吸光度讀數(shù)范圍的選擇透光率讀數(shù)的準(zhǔn)確度是儀器精度的主要指標(biāo)。測定結(jié)果的精度常用濃度的相對誤差dc/c表示。,43,若透光率刻度的讀數(shù)的絕對誤差為?T=1%，用不同的T代入上式，可得相應(yīng)濃度測量的相對誤差?c/c，作圖，p270圖15-7.,44,1、T在20%～65%(A=0.19～0.70)范圍，相對誤差較小。,

23、2、T = 36.8%(A =0.434)，相對誤差最小。,由圖可見：,為了減小濃度的相對誤差，提高測定的準(zhǔn)確度，一般應(yīng)控制溶液吸光度A在最適宜讀數(shù)范圍0.19～0.70。,45,【例】某一有色溶液在2.0cm的吸收皿中，測得透光率T＝1％，若儀器透光度的絕對誤差△T＝0.5％，計(jì)算（1）測定的濃度的相對誤差△c/c（2）為使測得吸光度在最適讀數(shù)范圍內(nèi)，溶液應(yīng)稀釋或濃縮多少倍？（3）若濃度不變，而改變比色皿厚度（0.5cm, 1.

24、0cm，2.0cm,3.0cm）,則應(yīng)選擇那種厚度的吸收皿最合適，此時(shí)△c/c為多少？,46,解 （1）,（2）A=-lgT=-lg1%=2設(shè)有色溶液原始濃度為cº，當(dāng)b一定時(shí)，A＝εbc＝K?c，要使A＝0.2～0.7，則,即稀釋3～10倍,47,（3）當(dāng)c一定時(shí)即cº，A＝εbc＝K?b,要使A＝0.2～0.7，則,bº=2cm,b=0.5cm,48,控制吸光度在適宜的范圍內(nèi)(A=0.19～0.70

25、) (1) 控制試樣的量或溶液的稀釋程度來控制溶液濃度。 (2) 選擇不同厚度的比色皿。,49,,15.6 吸光光度法的應(yīng)用15.6.1 常用方法1、目視比色法：用眼睛比較溶液顏色深淺以確定物質(zhì)含量。（也叫標(biāo)準(zhǔn)色階法）,50,目視比色法的原理是根據(jù)朗伯——比耳定律,相同條件下顯色且是同一種有色物質(zhì)，所以：,因?yàn)橐簩雍穸认嗟龋篵1=b2，所以濃度相等：c1=c2,51,目視比色法的優(yōu)點(diǎn)是：1、儀器簡單，

26、操作簡便，適宜于大批試樣分析。2、測定的靈敏度較高，適宜于稀溶液中微量元素的測定。3、復(fù)合光 — 白光下進(jìn)行測定，因此有些顯色反應(yīng)不符合朗伯——比耳定律時(shí)，仍可用目視法測定。,52,目視比色法的缺點(diǎn)是：1、有色溶液一般不太穩(wěn)定，常常臨時(shí)配制一套標(biāo)準(zhǔn)色階，較麻煩費(fèi)時(shí)。2、依靠人的眼睛來觀察顏色深度，有主觀誤差，準(zhǔn)確度不高，相對誤差約為5～20%。,53,54,2、光電比色法 利用光電池和電流計(jì)測量溶液透光強(qiáng)度的

27、方法。此儀器叫光電比色計(jì)。用光電比色計(jì)測量有色物質(zhì)含量的方法稱為光電比色法。,原理：光電池產(chǎn)生光電流的大小與照射光的強(qiáng)度成正比。一束白光通過濾光片后，得到比較粗糙的單色光，通過一定厚度的溶液時(shí)，溶液濃度越大，吸光度越大，光電流越小。,55,測定：配制標(biāo)準(zhǔn)有色溶液，測出吸光度，相同條件下測試液的吸光度。,原理：與光電比色法基本相同，不同的是用分光能力更強(qiáng)的棱鏡或光柵進(jìn)行分光，得到的光更近似于單色光，靈敏度和準(zhǔn)確度更高。,3、分光光度法,5

28、6,15.6.2 單一組分的測量方法：1、標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法 先配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，在最大吸收波長處，測出它們的吸光度，作圖，同條件測未知液的吸光度，從圖中查出未知液的濃度。,57,同學(xué)們在制作標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)有如下幾種情況：,58,2、 標(biāo)準(zhǔn)比較法 同條件下分別測定未知液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度Ax和A標(biāo)，根據(jù)朗伯-比爾定律，應(yīng)有下式：,因?yàn)椋?所以：,59,例如：將1.000g鋼樣用HNO3溶解，鋼中的錳用KIO4氧

29、化成高錳酸鉀，并稀釋到100.0ml，用1.00cm比色皿在波長525 nm測得此溶液的吸光度為0.700。一標(biāo)準(zhǔn)KMnO4溶液的濃度為1.52×10-4 mol·L-1，在同樣的條件下測得的吸光度為0.350，求試液中錳的濃度。,解：根據(jù)： 的關(guān)系有：,*（3）標(biāo)準(zhǔn)加入法,60,15.6.3 高含量組分測定 ——示差法 1、原理 參比溶液：濃度稍低的標(biāo)準(zhǔn)溶液 c1。

30、 用 c1 調(diào)節(jié)T%為100（A = 0）， 若被測溶液的濃度為 c2 。 A1 = Kbc1 A2 = Kbc2,結(jié)論:兩溶液的吸光度差△A與濃度差△c成正比。,△A =A2 – A1 ＝ Kb（c2－c1） ＝Kb△c,61,2、工作曲線法 標(biāo)準(zhǔn)溶液c1、 c2、c3…。以c1作參比，調(diào)A = 0， 測 c2、c3……的△A， △A對△c作圖。,cx = △cx +

31、c1,同條件下測△Ax。從差示工作曲線中查出△cx。,62,3、兩點(diǎn)比較法 以c1作參比，調(diào)A = 0。測另一標(biāo)準(zhǔn)溶液cs的△As。 再測未知液 cx 的△Ax 。 因?yàn)椋骸鰽x = Kb△cx △As = Kb△cs,所以：,63,15.6.4 溶液中多組分測定（作了解，自看p272，見圖15-9）具體的我們前面講過了,作業(yè)：p273 1、4、6、7、9,64,,,Io = Ia + It +