分析化学第五版第10章

1、第10章 吸光光度法,10.1 概述 10.2 吸光光度法基本原理 10.3 分光光度计 10.4 显色反应及影响因素 10.5 光度分析法的设计 10.6 吸光光度法的误差 10.7 常用的吸光光度法 10.8 吸光光度法的应用,吸收光谱 发射光谱 散射光谱,分子光谱 原子光谱,原子吸收光谱是由原子（而不是分子）外层电子选择性地吸收某些波长的电磁波而引起的。 分子吸收光谱是分子轨道中外层电子吸收某一波长范围的能量而引起的，通常吸收的是紫外及可见光部分。这种价电子跃迁而产生的分子光谱又称为电子光谱。,Cu2+,KMnO4,Ni2+,Fe3+,通过比较溶液颜色深浅而求得其浓度的分析方法称为比色分析法,比色分析的基本依据是有色物质对光的选择性吸收作用。,10.1 概述,吸光光度法：分子光谱分析法的一种，又称分光光度法，属于分子吸收光谱分析方法 基于外层电子跃迁,10.2 吸光光度法基本原理,1 吸收光谱产生的原因 光:一种电磁波,波粒二象性,当光子的能量与分子的能量差E匹配时，就会吸收光子 E=hu=hc/l,2 物质颜色和其吸收光关系,互补色,3 物质对光的选择性吸收,人眼能感觉到的光的

2、波长大约在400750nm范围, 称为可见光,紫,蓝,红,青(蓝绿),绿,黄,橙,绿蓝,若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。,4 朗伯-比尔定律,光吸收定律朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律 吸光光度法的理论依据，研究光吸收的最基本定律,I0 = Ir + It + Ia,I0 = It + Ia,T = It / I0 , T: 透射比或透光度 A=lg (I0 / It )lg(1/T), A:吸光度,朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比 比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比,当一束平行单色光垂直照射到样品溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度及光程（溶液的厚度）成正比关系朗伯比尔定律 光吸收定律 数学表达：Alg(1/T)=Kbc 其中，A:吸光度，T:透射比， K:比例常数，b:溶液厚度，c:溶液浓度,注意： 平行单色光 均相介质 无反射、散射或光化学反应,灵敏度表示方法,摩尔吸光系数 e,A = e bc,A = Kbc,c: mol/L,e 表示物质的浓度为1mol/L,液层厚度为

3、1cm时溶液的吸光度。单位： (Lmol-1 cm-1),c: g/L,A = abc a: 吸光系数,桑德尔(Sandell)灵敏度： S 当仪器检测吸光度为0.001时，单位截面积光程内所能检测到的吸光物质的最低含量。 单位：mg/cm2 S=M/e,例 已知含铁(Fe2+)浓度为1.0ug/ml 的溶液, 用邻二氮菲光度法测定铁, 吸收池厚度为2厘米, 在510nm处测得A=0.38 计算摩尔吸光系数和桑德尔灵敏度。,1.0 10-3 / 55.85 =1.8 10-5 mol/L,= 0.38 / （2 1.810-5 ）=1.1104 L/mol cm,S = 55.85 /1.1104 = 0.005 ug/cm2,C =,解,已知 A = 0.38 b = 2 cm,吸光度的加和性,A1 = e1bc1 A2 = e2bc2 A = e1bc1+ e2bc2,根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及某些化学反应平衡常数的测定,在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各个吸光物质的吸光度之和,1 分光光度计的组成,10.3 分光光

4、度计及吸收光谱,常用光源,单色器 作用:产生单色光 常用的单色器：棱镜和光栅,滤光片 目前普遍使用的是国产型光电比色计，有三种配套的滤光片（红色650，绿色530，蓝色440） 棱镜,光栅 1000 条/mm,样品池（比色皿） 厚度(光程): 0.5, 1, 2, 3, 5cm 材质：玻璃比色皿可见光区 石英比色皿可见、紫外光区,检测器 作用：接收透射光，并将光信号转化为电信号 常用检测器： 光电管 光电倍增管 光二极管阵列,光电管分为红敏和紫敏，阴极表面涂银和氧化铯为红敏，适用6251000nm波长；阴极表面涂锑和铯为紫敏，适用200625nm波长,目视比色法比色管,光电比色法光电比色计 光源、滤光片、比色池、硒光电池、检流计,分光光度法与分光光度计,C1 C2 C3 C4 C5 Cx,吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小 Al关系 最大吸收波长 lmax：光吸收最大处的波长,lmax,对比度(l):络合物最大吸收波长(lMRmax)与试剂最大吸收波(lRmax)之差,l,2 吸收光谱,KMnO4溶液的吸收曲线 (cKMnO4:abcd),测量方法：固定某一溶液的浓度 C

5、和液层厚度 b测量不同下的 A,C不同，峰值A不同， 但峰的位置不变,解释： 分子能级量子化 E=E激-E基=hv 吸收能量为hv的照射光子 不同物质结构不同能级不同E不同对光的吸收具有选择性 应用： 初步定性分析：不同物质吸收曲线的形状及最大吸收波长不同。 定量分析：同一物质的吸收曲线形状相同； A 随 C 而增大 吸收曲线是选择测定波长的主要依据,10.4 显色反应及影响因素,要求： a. 选择性好 b. 灵敏度高 (104) c. 产物的化学组成稳定 d. 化学性质稳定 e. 反应物和产物有明显的颜色差别 (对比度l60nm),没有颜色的化合物，需要通过适当的反应定量生成有色化合物再测定 显色反应,1 显色反应,络合反应,氧化还原反应,2 显色反应类型,离子缔合反应,成盐反应,3 显色剂,无机显色剂: 过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾,有机显色剂： 偶氮类：偶氮胂III,三苯甲烷类 三苯甲烷酸性染料 铬天青S-Al3+,三苯甲烷碱性染料 结晶紫-TI3+,邻菲罗啉类：新亚铜灵,肟类：丁二酮肟-Ni2+,4 多元络合物,混配化合物 Nb-5-Br-PADAP-酒石酸 V-PAR-H2O

6、离子缔合物 AuCl4-罗丹明B 金属离子-配体-表面活性剂体系 Mo-水杨基荧光酮-CTMAB,5 影响因素,a 溶液酸度（pH值及缓冲溶液） 影响显色剂的平衡浓度及颜色，改变l 影响待测离子的存在状态，防止沉淀 影响络合物组成配比不同,pH对苯芴酮及其络合物的颜色影响,b 显色剂的用量,稍过量，处于平台区,c 显色反应时间,针对不同显色反应确定显示时间 显色反应快且稳定；显色反应快但不稳定； 显色反应慢，稳定需时间；显色反应慢但不稳定,d 显色反应温度,加热可加快反应速度，导致显色剂或产物分解,e 溶剂,f 干扰离子,有机溶剂，降低有色化合物的解离度，提高灵敏度；提高显色反应速率,消除办法： 提高酸度，加入隐蔽剂，改变价态 选择合适参比 褪色空白(铬天青S测Al，氟化铵褪色，消除锆、镍、钴干扰) 选择适当波长,10.5 光度分析法的设计,1. 选择显色反应 2. 选择显色剂 3. 优化显色反应条件 4. 选择检测波长 5. 选择合适的浓度 6. 选择参比溶液 7. 建立标准曲线,测量条件选择,1 测定波长选择,选择原则：“吸收最大，干扰最小”,灵敏度,选择性,2 测定浓度控制,控制

7、浓度 吸光度A：0.20.8,减少测量误差,吸光度A=0.434,3 参比溶液选择,仪器调零 消除吸收池壁和溶剂对入射光的反射和吸收 扣除干扰,试剂空白(显色剂有颜色，不加试样溶液) 试样空白（显色剂无色，被测试液有其他有色离子） 褪色空白 （加掩蔽剂-被测组分）,4 标准曲线制作,理论基础：朗伯-比尔定律,相同条件下 测定不同浓度标准溶液的吸光度A Ac 作图,10.6 吸光光度法的误差,非单色光引起的偏移（物质对不同波长光的吸收程度不同） 物理化学因素：非均匀介质及化学反应 吸光度测量的误差,对朗伯-比尔定律的偏移,1 非单色光引起的偏移,复合光由l1和l2组成，对于浓度不同的溶液a和b,引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。,非均匀介质 胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射，使实测吸光度增加，导致线性关系上弯,2 物理化学因素,离解、缔合、异构等 如：Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H+2CrO42-,化学反应,吸光度标尺刻度不均匀,3 吸光度测量的误差,A0.434 ，T36. 8% 时，测量的相对误差最小 A=0.20.8,

8、T=1565%，相对误差4%,dc/c= dA/A=dT/TlnT,Er=dc/c100= dA/A100=dT/TlnT100,1.示差吸光光度法 目的：提高光度分析的准确度和精密度 解决高(低)浓度组分(i.e. A在0.20.8以外)问题 分类：高吸光度差示法、低吸光度差示法、 精密差示吸光度法 特点： 以标准溶液作空白 原理： A相对 = A = bcx- bc0= b c 准确度：读数标尺扩展, 相对误差减少, c0愈接近cx, 准确度提高愈显著,10.7 常用的吸光光度法,例：硫脲还原硫氰酸盐比色法测定钢铁中的钼。酸溶，硫酸高氯酸介质中，硫脲还原铁（III）为铁(II),除干扰，还原钼（VI）为五价，2.00mg/100ml的钼标准溶液为参比溶液，用2.00-2.30mg/100ml的钼标准溶液，绘制工作曲线和测定样品溶液的吸光度,480nm测定A。,2.双波长吸光光度法 目的：解决浑浊样品光度分析 消除背景吸收的干扰 多组分同时检测 原理： A = Al1-Al2 = （l1- l2）b c,选l1为参比波长, l2为测量波长 得 Al1= xl1bcx + yl1bcy

9、 Al2= xl2bcx+ yl2bcy A=Al2-Al1= ( x2bcx+ yl2bcy)-( xl1bcx+ yl1bcy) 在等吸光度的位置(G, F), yl2 yl1，则上式成为 A=( xl2- xl1）bcx A与cx成正比, 可用于测定,例,苯酚与2,4,6-三氯苯酚(y)混合物中苯酚(x)的双波长分光光度法测定。,3.导数吸光光度法,目的：提高分辨率 去除背景干扰 原理： dnA/dln l,10.8 吸光光度法的应用,1 测定弱酸和弱碱的解离常数,AHB和AB-分别为有机弱酸HB在强酸和强碱性时的吸光度，它们此时分别全部以HB或B-形式存在。,HB H+ + B-,pKa=pH+ lg,HB,B-,A=AHB+AB-,对pH作图即可求得pKa,2 络合物组成确定,饱和法（摩尔比法）,制备一系列含钌3.010-5 mol/L (固定不变)和不同浓度（小于12.010-5 mol/L）的PDT溶液，按实验条件，485nm测定吸光度,作图。,PDT:Ru=2:1,等摩尔连续变化法,固定M+L,改变M,获得一系列吸光度值，吸光度最大的值所对应的M与L的比值，即获得M:L比值。,Co(III)与3，5二氯PADAT的比值为1:2,正 5(3、5二氯2吡啶)偶氮2,4二氨基甲苯,平衡移动法,固定M,不断改变L，以lgMLn/M为纵坐标，lgL为横坐标，作图，斜率n即是络合物中L:M的比值；纵轴上的截距lgK是络合物的稳定常数。,lgK+nlgL=lg(MLn/M),lgK+nlgL=lgA/(Amax-A),3 分析应用,痕量金属分析 临床分析 食品分析,稀土金属中铁的测定 Nd 加HCl,H2O2分解 移入容量瓶 分取一定体积至比色管 加盐酸羟胺、磺

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