分析化学课件吸光光度法.

第十一章 吸光光度法(Absorption photometry) 本章内容 第一节 吸光光度法基本原理 第二节 吸光光度法的仪器 第三节 显色反应及其影响因素 第四节 吸光度的测量及误差控制 第五节 吸光光度分析方法 第六节 吸光光度法的应用 基于物质分子对光的选择吸收而建立起来的 分析方法 1 KMnO4 白光 吸收绿光。浓度越大,颜色越深,吸收越 大；浓度越小,颜色越浅,吸收越小。 吸光光度法 (分光光度法) 比色法 目视比色法 光电比色法：光电比色计 分光光度法 可见分光光度法（本章内容） 紫外分光光度法 红外吸收光谱法 现代分析化学的 “常规武器” 2 特点（与化学分析比较）： a.灵敏（可测1%-10-3%微量组分，甚至10-4%-10-5% 微量组分) b.准确（Er=2%-5%） c.操作简便，快速（测微量） d.应用广（无机、有机均可测） 各类分析方法比较 分析方法类别含量相对误差 滴定分析法 化学分析法1%0.1%-0.2% 重量分析法 吸光光度法仪器分析法 A 2 直线偏向 c 轴 所以，比尔定律 应在一定的浓度范 围内使用 24 A 克服方法： 3. 介质不均匀 散射、假吸收。 克服方法：避免溶液产生胶体或浑浊 2.非平行入射光 导致光束的平均光程b大 于吸收池厚度b，实际测得的吸 光度大于理论值，产生正偏离 。 入射光会因散射 而损失，导致T减小，实测的A偏高 b.入射波长选择在峰值位置（在波 峰有一个A值相差较小的区域） a.尽量选用较好的单色器 25 例，聚合引起的对吸光定律的偏离 单体： 2 max = 660 nm 二聚体：max = 610 nm A 660 nm610 nm A C max = 660 nm （二） 化学因素 1.溶液浓度过高；2.化学反应有色物离 解、缔合. 26 例如 Cr2O72- + H2O = 2HCrO4- = 2H+2CrO42- 橙色 黄色 1max=350nm max=375nm 2max=450nm 等吸收点：335 和445 的曲线相交处两吸收物质的吸 光度相等 27 第二节 吸光光度法的仪器 一、目视法 c4c3c2c1 c1c2c3c4 2.特点：简单、可测微量，复合光，误差大。 观察方向 观察方向 1.方法： 28 二、 光电比色法 通过滤光片得一 窄范围的光(几十nm) 光电比色计结构示意图 1.方法：（滤光片获取单色光） A C 2.特点：准确度较高（消除人眼的主观因素） 选择性较好（滤光片、参比液可消除干扰） 29 三、分光光度法 1.方法：同上。不同点：光栅或棱镜获取单色光 四、基本构造 由光源、单色器（分光系统）、吸收池（ 比色皿）、检测系统、信号显示系统五大部分 组成。 单色光纯度高 测定多组分（利用A的加和性） 应用范围广（无色、有色） 2.特点： 30 分光光度计的组成 光源 单色器吸收池检测系统 显示系统 31 紫外-可见分光光度计组件 光源 单色器 吸收池 检测系统 信号显示系统 氢灯，氘灯，185 375 nm； 钨灯，360 2500 nm. 基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定 作用：将复合光色散成单色光 棱镜 光栅 玻璃， 360 3200 nm, 石英，200 4000 nm 平面透射光栅， 反射光栅 玻璃，光学玻璃，石英。玻璃比色皿可见光区 石英比色皿可见光区、紫外光区 作用：接收透射光，将光信号转换为电信号，并放大 光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管（多 道分析器） 表头、记录仪、屏幕、数字显示 32 常用光源 光源波长范围(nm)适用于 氢灯185375紫外 氘灯185400紫外 钨灯3602500可见，近红外 卤钨灯2502000紫外，可见，近红外 氙灯1801000紫外、可见（荧光） 能斯特灯10003500红外 空心阴极灯特有原子光谱 激光光源特有各种谱学手段 33 第三节 显色反应及其影响因素 一、显色反应的类型及要求 广义， 有吸收 对显色反应或显色剂的要求： 定义显色反应：将被测组分转变为“有色物质”的反应 选择性好（最好是特效反应） 对比度要大，(max)最大吸收波长相差60nm以上 显色反应的条件要易于控制 灵敏度高（ max 104Lmol-1cm-1） MR稳定，组成恒定 M无色 + R = MR有色(主要是络合反应、氧化还原反应） 34 max 对比度(max)：络合物最大吸收波长(MRmax)与试剂 最大吸收波(Rmax)之差 35 络合反应 氧化还原反应 显色反应类型 36 在分析化学中应应用较较多的是有机显显色剂剂。 二、无机离子的常用显色剂 无机显色剂: 过氧化氢，硫氰酸盐，氨水和钼酸铵等。 无机显显色剂剂在光度分析中应用不多，这主要是因 为生成的络合物稳定性差，灵敏度和选择性都不高 。 有机显显色剂剂与金属离子能形成稳定的、具有特征 颜色的螯合物，其灵敏度和选择性都较高。 有机显色剂： 定义显色剂：能与被测组分反应生成有色物质的试剂 37 三、影响显色反应的因素 1 1 1 1 2 34 5 6 6 1.溶液的酸度：H+一切反应的基础 a.影响M的存在状态， H+ ，M会水解； b.影响R及颜色，H+ ，影响R（大多有机弱酸） 影响颜色（大多酸碱指示剂） c.影响MRn组成 38 显色反应酸度由 实验测得： 例如：铁（）与水杨酸的显色反应： pH9时，生成13黄色络合物Fe(ssal)33-。 pH 曲线中平坦部分所对 应的pH范围即为显色 反应适宜的酸度范围。 39 2.显色剂的用量（CR ） 为使显色反应完全，一般R过量（同离子效应），但 R也不能大过头，否则，物极必反（盐效应）。 a. R本身有色，空白 b. 改变络合比，无法定量。例：Mo()与SCN-: CR由实验确定 40 3. 时间t A t t 由实验确定。显色后，至少应保持到测定 工作做完。 41 4.温度T 大多显色反应在室温下进行，但也有需要加热才能 完成的。 V=f(T) T, V。但T 太，有色物分解。 合适的T 由实验确定。 5.溶剂和表面活性剂 Ø 溶剂影响有色络合物的离解度 Ø 溶剂影响有色络合物的显色速度 Ø 溶剂影响有色络合物的颜色 表面活性剂 a. 胶束增溶 b. 形成三元络合物 42 6. 干扰及消除 a.干扰 干扰物本身有色或与显色剂显色，+干扰 干扰物与M、N反应，使显色不完全，-干扰 b. 消除 ü 控制酸度，使M显色，干扰不显色 ü 氧化还原，改变干扰离子价态 ü 掩蔽 ü 校正系数 ü 参比液：可消除显色剂和某些离子的干扰 ü 选择测，可避开干扰的吸收 ü 增加显色剂用量 ü 分离 43 第四节 光度法的测量及误差控制 一.测量波长的选择 (1)“最大吸收”原则无干扰 ， 选择 max为测量波长 (2)“吸收较大，干扰 最小”原则有干扰 ，选择不受干扰的次 强吸收波长为测量波 长 A A 1）非单色 光影响小 2）灵敏度高 44 I0 It 参 比 I0´ Ir Ia I0´ Ir 二.参比溶液的选择 显色反应：M + R = MR有色 A(样) = A(待测吸光物质) + A(干扰池) A(参比) = A (干扰+池) 光度分析时，入射光先射入参比溶液，然后再入 射样品溶液。 参比溶液的作用： 1）调节仪器的工作零点； 2）消除吸收池、溶剂和 试剂对光的吸收、反射或散射； 3）扣除干扰。 45 参比溶液的选择 原则：扣除非待测组分的吸收 A （样） = A （待测吸光物质） + A （干扰池） A （参比） = A （干扰+池） M无色 + R = MR有色 试样 不只是M 试剂 不只是R 示意图参比液 无色无色 MR 溶剂空白 有色无色 M MR 试样空白 无色有色 MR R 试剂空白 有色有色 M MR R 显色空白 46 一般一般情况下，可选择不加试样溶液的情况下，可选择不加试样溶液的试剂试剂 空白空白作参比溶液。作参比溶液。 显色空白显色空白（MM、R R均有色）均有色） 加入试剂将加入试剂将MM掩蔽：掩蔽：M+nL = MLM+nL = ML n n 测定溶液：测定溶液：MM+R+A+B+C+R+A+B+C+······ 参比溶液参比溶液: : MLnMLn+R+A+B+C+···+R+A+B+C+··· 试剂空白（试剂空白（MM无色、无色、R R有色有色） 测定溶液：测定溶液：MM+R+A+B+C+R+A+B+C+······ 参比溶液参比溶液: : R+A+B+C+··· R+A+B+C+··· 试样空白（试样空白（MM有色、有色、R R无色无色） 测定溶液：测定溶液：MM+R+A+B+C+R+A+B+C+······ 参比溶液参比溶液: : MM +A+B+C+··· +A+B+C+··· 47 三.吸光度测量的误差 光度分析法的误差除了来源于朗伯比耳定律的偏 离以外，仪器测量不准确也是导致误差的原因。 偏离A=bC 任何光度计都有一定的测量误差。这些误差可能来 源于光源不稳定、实验条件的偶然变动、读数不准确等 。 普通分光光度计的仪器测量误差主要是透射比的读数误差 48 控制 A=0.15 0.8 T=70 %15% 减少测量误差 吸光度范围的控制 方法 选择 C A = bC 选择 b A = bC 为了减少仪器测量误差，应控制吸光度（透射比）的 读数范围。 可见：1）T在15%- 70%（即A为0.15-0.8） 时，由dT引起的Er较小 ；2）当T=e-1=0.368 ，即A=0.434时，Er最小 ，即浓度的测量误差最 小。 49 (1)选择合适的显色反应和显色条件 (2)绘出被测组分的吸 A 收光谱曲线(用标液) (3)在max下测一系列标准溶液 A 的A值，绘制工作曲线A-c (4)与工作曲线相同的方法，测未知物AX ， 从工 作曲线上查（或计算）得到c查，计算得到cx。 Ax C C查 第五节 吸光光度分析方法 一、经典光度分析方法 （一）校准曲线法（工作曲线法） 50 标准对照法(直接比较法) 要求A与c线性关系良好，被测样品溶液与标准溶液 浓度接近，以减少测定误差。用一份标准溶液即可计算 出被测溶液的含量或浓度，方便，操作简单。 将试样溶液和一个标准溶液在相同条件进行显色、 定容，分别测出它们的吸光度，按下式计算被测溶液的 浓度。 k标=k测 b标=b测 所以 51 （二） 示差光度法（测高含量，技术处理） A 0.8 1.2 0.4 原理：设用于参比的标准溶液的浓度为Cs， 待测试液的浓度Cx，且Cs Cx ，则： Af 示差吸光度。以浓度为 Cs的标准溶液作参比时测定的待 测试液的吸光度。 Af 与C成正比。 cX = cS + c 52 普通法： cs的T=10%；cx的T=7% 示差法： cs 做参比，调T=100% 则： cx的T=70% ；标尺扩展10倍 示差法标尺扩展原理： 特点：测高含量（准确度相对提高，若标液配 制不当，误差大） 测量误差变小了 53 （三）多组分的同时测定 若各组分的吸收曲线互不重叠 ，则可在各自最大吸收波长处分别 进行测定。这本质上与单组分测定 没有区别。 若各组分的吸收曲线互有重叠 ，则可根据吸光度的加和性求解联 立方程组得出各组分的含量。 1 ：A1= a,1bca b,1bcb 2： A2= a,2bca b,2bcb