分析化学之16ppt课件.ppt

第第31、、32课时课时教学要求　教学要求　 教学重点教学重点 　　 教学难点教学难点 　　 课后作业课后作业 　　 教学内容教学内容第第31,32学学时时教学内容教学内容titrimetric analysis§9.1 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理教学要求教学要求￿ ￿一一　　掌掌握握朗朗伯伯—比比耳耳定定律律的的定定义义和和数数学学表表达达式式,掌掌握握偏偏离离朗朗伯伯—比比耳耳定定律律的原因二二　　掌掌握握摩摩尔尔吸吸收收系系数数κκ定定义义和和计计算算教学重点教学重点及难点及难点￿ ￿教学重点：教学重点： 教学难点教学难点 ：：摩尔吸收系数摩尔吸收系数κ定义定义朗伯朗伯—比耳定律比耳定律偏离比耳定律的原因偏离比耳定律的原因朗伯朗伯—比耳定律比耳定律概述 吸吸光光光光度度法法：：基基于于物物质质对对光光的的选选择择性性吸吸收收而而建立的一种仪器分析方法建立的一种仪器分析方法 包包括括：：比比色色法法、、可可见见分分光光光光度度法法、、紫紫外外分分光光光度法、红外光谱法等光度法、红外光谱法等 第九章第九章 吸光光度法吸光光度法 常用的分光光度法有两种，即：紫外分光常用的分光光度法有两种，即：紫外分光光度法、可见分光光度法。

光度法、可见分光光度法 自然界中许多物质有颜色，如：硫酸铜水自然界中许多物质有颜色，如：硫酸铜水溶液溶液—蓝色；高锰酸钾水溶液蓝色；高锰酸钾水溶液—紫红色等紫红色等有色溶液颜色深浅和它的浓度成正比关系有色溶液颜色深浅和它的浓度成正比关系 通过比较颜色的深浅就可以判断出它们的通过比较颜色的深浅就可以判断出它们的浓度，这种方法称之为比色分析法浓度，这种方法称之为比色分析法 通过人的眼睛比较溶液颜色的深浅以确定通过人的眼睛比较溶液颜色的深浅以确定溶液浓度的方法称之为目视比色法溶液浓度的方法称之为目视比色法 采用分光光度计代替人眼比较溶液颜色来确采用分光光度计代替人眼比较溶液颜色来确定溶液浓度的方法称之为分光光度法定溶液浓度的方法称之为分光光度法分光光度法的特点：(1) 灵敏度高，适用于微量组分的测定，通常所测灵敏度高，适用于微量组分的测定，通常所测 试液的浓度下限达试液的浓度下限达10-5~10-6 mol·L-1如果事先富如果事先富集，还可更低催化分光光度法可达集，还可更低催化分光光度法可达10-８８mol·L-12) 准确度较高，分光光度法的相对误差为准确度较高，分光光度法的相对误差为2%~5%。

若使用高级仪器，误差可降至若使用高级仪器，误差可降至1%~2% (3) 仪器设备简单，操作简便、快速仪器设备简单，操作简便、快速4) 选择性好，很多物质可不经分离可直接测定选择性好，很多物质可不经分离可直接测定5)应用广泛，几乎所有的无机物质和许多有机物应用广泛，几乎所有的无机物质和许多有机物质都能用此法进行直接或间接的测定，不仅用于定质都能用此法进行直接或间接的测定，不仅用于定量、还可用于定性分析及化学平衡的研究等量、还可用于定性分析及化学平衡的研究等§9.1 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理9.1.1 光的基本性质光的基本性质 光是一种电磁波，它具有波粒二象性，光具光是一种电磁波，它具有波粒二象性，光具有一定的能量有一定的能量普朗克方程：普朗克方程： E = hν = hc/λ可见，不同波长的光具有不同的能量可见，不同波长的光具有不同的能量 人眼能够感觉到的是波长范围在人眼能够感觉到的是波长范围在400～～750nm的光，称之为可见光〔见书的光，称之为可见光〔见书P241表表9-1） 将各种可见光按一定的比例混合，就得到白将各种可见光按一定的比例混合，就得到白光〔复合光），如：日光、白炽灯光等光〔复合光），如：日光、白炽灯光等光分为单色光、复合光　光分为单色光、复合光　波长/nm10-1 1 10 102 400 760 103 104 105 106 107 108光谱名称X－射线紫外光可见光红外光微波跃迁类型内层电子中层、外层电子外层电子分子振动或转动分子转动分析方法X－射线光谱法紫外光度法比色及可见光度法红外光谱法微波光谱法Ultraviolet－Visible Spectrophotometry2. 电磁波谱图　全透过－无色〔如水）；　全透过－无色〔如水）；　部分吸收－显示透过光的颜色　部分吸收－显示透过光的颜色9.1.2 物质产生颜色的原因物质产生颜色的原因物质的颜色与光有关系物质的颜色与光有关系(1) 不透明的物质不透明的物质 全吸收全吸收→黑色；全反射黑色；全反射→白色；白色； 部分吸收部分吸收→反射光的颜色〔黄桌子反射光的颜色〔黄桌子 →吸蓝）吸蓝）(2) 透明物质：看到透过光的颜色透明物质：看到透过光的颜色 以以CuSO4水溶液为例，在正常光线下水溶液为例，在正常光线下CuSO4水溶液为蓝色溶液，这是什么原因哪？水溶液为蓝色溶液，这是什么原因哪？ 自然光为复合光，照射到自然光为复合光，照射到CuSO4水溶液时，水溶液时， CuSO4水溶液对自然光里的黄色光进行了选择性水溶液对自然光里的黄色光进行了选择性的吸收，蓝色光不吸收，使其透过，表现出的是的吸收，蓝色光不吸收，使其透过，表现出的是透过光的颜色。

透过光的颜色 蓝色光和黄色光为互补色蓝色光和黄色光为互补色光，二者按一定比例混合可以光，二者按一定比例混合可以成为白光成为白光结论：物质产生颜色的原因是结论：物质产生颜色的原因是对不同的光进行选择性的吸收而造成的对不同的光进行选择性的吸收而造成的表9-1 物质颜色与吸收光颜色的互补关系9.1.3 物质对光选择性吸收的本质物质对光选择性吸收的本质 CuSO4水溶液为什么只选择性的吸收自然光中水溶液为什么只选择性的吸收自然光中的黄色光，而不吸收其的黄色光，而不吸收其它颜色的光哪？它颜色的光哪？缘由：与物质分子内缘由：与物质分子内部的结构有关部的结构有关 物质分子内部都具物质分子内部都具有一系列不连续的特征有一系列不连续的特征能级〔量子化），接受能级〔量子化），接受能量后可以发生能级之能量后可以发生能级之间的跃迁由外层电子间的跃迁由外层电子跃迁得到的光谱为紫外跃迁得到的光谱为紫外—可见光谱可见光谱电子能级间跃迁电子能级间跃迁的同电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转时总伴随有振动和转动能级间的跃迁即动能级间的跃迁即电子光谱中总包含有电子光谱中总包含有振动能级和转动能级振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。

线而呈现宽谱带 物质分子外层电子平时处于能量最低、最稳物质分子外层电子平时处于能量最低、最稳定的基态，当用光照射到物质后，如果光具有的能定的基态，当用光照射到物质后，如果光具有的能量恰好和电子由基态跃迁到激发态所需要的能量相量恰好和电子由基态跃迁到激发态所需要的能量相等时，则这一波长的光就被分子所吸收，发生电子等时，则这一波长的光就被分子所吸收，发生电子跃迁M + 热热M + 荧光或磷光荧光或磷光M + h    M *基态基态 激发态激发态E1 （（△△E）） E2  E = E2 - E1 = h   不同分子的组成和结构都不同，所具有的特征不同分子的组成和结构都不同，所具有的特征能级（能级（  E ）也不同，因此对不同波长光的吸收程）也不同，因此对不同波长光的吸收程度不同，特定的分子只选择性吸收特定波长的光度不同，特定的分子只选择性吸收特定波长的光 采用不同波长的单色光照射某一吸光物质，并采用不同波长的单色光照射某一吸光物质，并测量每一个波长下该物质对光吸收程度的大小〔吸测量每一个波长下该物质对光吸收程度的大小〔吸光度），以波长〔光度），以波长〔λ〕为横坐标，吸光度〔〕为横坐标，吸光度〔A〕为纵〕为纵坐标，绘图，得到的曲线为吸收曲线〔吸收光谱）坐标，绘图，得到的曲线为吸收曲线〔吸收光谱）（动画）（动画）9.1.4 吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长 吸收光谱准确地吸收光谱准确地描述了物质对不同波描述了物质对不同波长的光的吸收情况。

长的光的吸收情况吸收曲线的讨论：（（1〕同一种物质对不同〕同一种物质对不同波长光的吸光度不同吸波长光的吸光度不同吸光度最大处对应的波长称光度最大处对应的波长称为最大吸收波长为最大吸收波长λmax（（2〕同一种物质，浓度〕同一种物质，浓度不同，其吸收曲线形状相不同，其吸收曲线形状相似，似，λmax不变而对于不变而对于不同物质，它们的吸收曲不同物质，它们的吸收曲线形状和线形状和λmax则不同（（3〕同一种物质，浓度不同，在某一定波长下吸光〕同一种物质，浓度不同，在某一定波长下吸光度度 A 有差异，在有差异，在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏吸收曲线是定量分析中选择大，所以测定最灵敏吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据入射光波长的重要依据4〕吸收曲线可以提供〕吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据为物质定性分析的依据之一9.1.5 光的吸收基本定律 ──朗伯-比耳〔Larnbert-Beer〕定律1.1.朗伯朗伯——比耳定律比耳定律 （动画（动画1））（动画（动画2））吸光度与物质浓度吸光度与物质浓度 A∝∝ c吸光度与液层厚度吸光度与液层厚度 A∝∝b①①②②朗伯—比耳定律数学表达式③③式中：式中： A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b：液层厚度：液层厚度(光程长度光程长度)，通常以，通常以cm为单位；为单位； c：溶液的浓度，单位：溶液的浓度，单位 mol·L-１；１； κ：摩尔吸收系数，单位：摩尔吸收系数，单位 L·mol-１１·cm-１；１；这是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。

这是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据※※ 朗伯朗伯——比耳定律表明：当一束平行单色光通过比耳定律表明：当一束平行单色光通过均匀、非散射的吸光物质溶液时，溶液的吸光光均匀、非散射的吸光物质溶液时，溶液的吸光光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比 当溶液的浓度当溶液的浓度 c 以以g·L-１单位，液层厚度１单位，液层厚度 b 以以cm为单为单位时，朗伯位时，朗伯—比耳定律中的比耳定律中的 κ 用用 a 表示，称为吸收系数，表示，称为吸收系数，单位为：单位为：L·g-１１·cm-１１④④⑤⑤κ = M a 式中：式中：M为摩尔质量为摩尔质量（（1〕〕κ 为吸收物质在一定波长和溶剂条件下的为吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；特征常数；（（2）） κ 不随浓度不随浓度c和光程长度和光程长度b的改变而改变的改变而改变在温度和波长等条件一定时，在温度和波长等条件一定时， κ 仅与吸收物质本仅与吸收物质本身的性质有关，与浓度无关；身的性质有关，与浓度无关；（（3〕同一吸收物质在不同波长下的〕同一吸收物质在不同波长下的 κ 值不同。

值不同在最大吸收波长在最大吸收波长λmax处的摩尔吸收系数处的摩尔吸收系数κ max表表明该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映光度明该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度法测定该物质可能达到的最大灵敏度 2. 摩尔吸收系数κ的讨论（（4）） κ 可作为定性鉴定的参数；可作为定性鉴定的参数；（（5）） κ 可作为物质的吸光能力的度量可作为物质的吸光能力的度量 κ 越大表明该物质的吸光能力越强，用光越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高度法测定该物质的灵敏度越高 κ >105 ：： 超高灵敏；超高灵敏； κ = (6～～10））×104 ：高灵敏；：高灵敏； κ = 104～～ 103 ：： 中等灵敏；中等灵敏； κ < 103 ：： 不灵敏6）） κ 在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 mol ·L-1、液层、液层厚度为厚度为1cm的溶液在某一波长下的吸光度。

的溶液在某一波长下的吸光度 透光度透光度T : 描述入射光透过描述入射光透过溶液的程度：溶液的程度： 4. 吸光度具有加和性吸光度具有加和性3. 透光度透光度吸光度吸光度A与透光度与透光度T 的关系的关系:⑥⑥⑦⑦9.1.6 标准曲线标准曲线 标准曲线又称为校准曲线或工作曲线，在检标准曲线又称为校准曲线或工作曲线，在检测和科研工作中应用非常广泛，是测定样品含量测和科研工作中应用非常广泛，是测定样品含量最常用的方法最常用的方法1. 标准曲线的制作：标准曲线的制作： 选取与被测物质相同的标选取与被测物质相同的标准样品，配制成一系列浓度不准样品，配制成一系列浓度不同的标准溶液，按样品的测定同的标准溶液，按样品的测定方法显色后，在选定的测量波方法显色后，在选定的测量波长下〔通常为长下〔通常为λmax ）分别测定）分别测定吸光度，绘制浓度吸光度，绘制浓度—吸光度曲吸光度曲线，得到一条过原点的曲线，线，得到一条过原点的曲线，就是标准曲线就是标准曲线●AC●●●●2. 样品测定：样品测定： 将样品配制成一定体将样品配制成一定体积的溶液，按样品的测定积的溶液，按样品的测定方法显色后，在测量波长方法显色后，在测量波长下〔下〔λmax ）测定吸光度，）测定吸光度，根据样品的吸光度查标准根据样品的吸光度查标准曲线，即可得到样品的含曲线，即可得到样品的含量。

量ACAxCx9.1.7 偏离比耳定律的原因 采用标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现采用标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现标准曲线常发生弯曲〔尤其当溶液浓度较高时），标准曲线常发生弯曲〔尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯这种现象称为对朗伯—比耳定律的偏离比耳定律的偏离1. 物理性因素物理性因素2. 化学性因素化学性因素引起偏离的因素引起偏离的因素1. 物理性因素： 分光光度计只能获得近分光光度计只能获得近乎单色的具有一定波长范围乎单色的具有一定波长范围的狭窄光谱带，不能得到真的狭窄光谱带，不能得到真正的单色光，由于物质对不正的单色光，由于物质对不同波长的光的吸收程度不同，同波长的光的吸收程度不同，从而导致对朗伯从而导致对朗伯——比耳定律比耳定律的正或负偏离的正或负偏离朗伯朗伯——比耳定律只适用于单色光比耳定律只适用于单色光 非单色光引起对朗伯非单色光引起对朗伯——比耳定律的偏离比耳定律的偏离非单色光、非平行入射光、介质不均匀等原因非单色光、非平行入射光、介质不均匀等原因假设：入射光仅由波长为假设：入射光仅由波长为λ1和和λ2的两单色光组成，的两单色光组成， 入射光通过浓度为入射光通过浓度为c的溶液。

的溶液λ1λ2实际上入射光为：实际上入射光为：λ1 +λ2当当κ1 = κ1 时，时，A总总 = κ1 bc，遵守比耳定律，遵守比耳定律当当κ1 ≠ κ1 时，时，A总总 ≠ κ1 bc，偏离比耳定律，偏离比耳定律 为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器此外还应将入射波长选定在待测物好的单色器此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处A1 ≈ A2 ，， 由由 A = κ bc，， 那么：那么：κ 1≈ κ 22. 化学性因素 朗伯朗伯—比耳定律是建立在所有的吸光质点之间比耳定律是建立在所有的吸光质点之间不发生相互作用的前提下的，当溶液浓度较高〔不发生相互作用的前提下的，当溶液浓度较高〔c >10 -2 mol ·L-1〕时，吸光质点间分子或离子的平均〕时，吸光质点间分子或离子的平均距离减小，就会发生相互作用而改变吸光质点的电距离减小，就会发生相互作用而改变吸光质点的电荷分布，改变它们对光的吸收能力，即改变吸光质荷分布，改变它们对光的吸收能力，即改变吸光质点的摩尔吸光系数，浓度越大，这种影响就越显著。

点的摩尔吸光系数，浓度越大，这种影响就越显著朗伯朗伯—比耳定律只适用于稀溶液比耳定律只适用于稀溶液(c<10-2 mol ·L-1) ① ① 溶液浓度过高引起对朗伯溶液浓度过高引起对朗伯——比耳定律的偏离比耳定律的偏离 溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡破坏了平衡浓度分析浓度的物的形成等化学平衡破坏了平衡浓度分析浓度的正比关系，造成对朗伯正比关系，造成对朗伯—比耳定律的偏离比耳定律的偏离 ② ② 化学反应引起对朗伯化学反应引起对朗伯——比耳定律的偏离比耳定律的偏离 朗伯朗伯——比耳定律中的浓度应为吸光物质的平比耳定律中的浓度应为吸光物质的平衡浓度，在实际工作中常用分析浓度代替，只有衡浓度，在实际工作中常用分析浓度代替，只有当吸光物质的平衡浓度等于或正比于分析浓度时当吸光物质的平衡浓度等于或正比于分析浓度时才可以代替才可以代替例：例： Cr2O72- + H2O = CrO42- + 2H+橙色〔橙色〔λmax=350nm））黄色〔黄色〔λmax=375nm））课后作业￿思考题〔思考题〔P268P268））习题〔习题〔P268－－269））第第1 1、、2 2、、4 4、题、题 　第　第2 2 、、 3 3 、、 4 4、题、题 本节课程到此已全部结束！谢谢！。