分析化學(xué)第九章吸光光度法

1、第九章吸光光度法吸光光度法（Absorption Photometry）是一種 基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的一種分 析方法。包括可見吸光光度法、紫外可見吸光光 度法和紅外光譜法等。吸光光度法同滴定分析法、 重量分析法相比，有以下一些特點(diǎn)：（一）靈敏度高吸光光度法測定物質(zhì)的濃度下限（最低濃度）一般可達(dá)1-103%的微量組分。對固 體試樣一般可測到10 4% o如果對被測組分事先加 以富集，靈敏度還可以提高12個(gè)數(shù)量級(jí)。（二）準(zhǔn)確度較高一般吸光光度法的相對誤差為25%,其準(zhǔn)確度雖不如滴定分析法及重量法，但對微量成分來說，還是比較滿意的，因?yàn)樵谶@種情況下，滴定分析法和重量法也不夠準(zhǔn)確了，甚至

2、無 法進(jìn)行測定。（三）操作簡便，測定速度快（四）應(yīng)用廣泛幾乎所有的無機(jī)離子和有機(jī)化合物都可直接或間接地用吸光光度法進(jìn)行測定。第一節(jié) 物質(zhì)對光的選擇性吸收一、光的基本性質(zhì)光是電磁波。其波長、頻率與速度之間的關(guān) 系為：E=hv =hc/ kh為普朗克常數(shù)，其值為6.63X1034J s二、物質(zhì)對光的選擇性吸收如果我們把具有不同顏色的各種物體放置在黑暗處，則什么顏色也看不到。可見物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色與光有著密切的關(guān)系，一種物質(zhì)呈現(xiàn)何種顏 色，是與光的組成和物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)的。1、物質(zhì)的顏色與吸收光的關(guān)系從光本身來說、有些波長的光線，作用于眼睛引 起了顏色的感覺，我們把人眼所能看見有顏色的光 叫做可見光，

3、其波長范圍大約在400-760nm之間。 實(shí)驗(yàn)證明：白光（日光、白熾電燈光、日光燈光等） 是由各種不同顏色的光按一定的強(qiáng)度比例混合而成 的。如果讓一束白光通過三棱鏡，就分解為紅、橙、 黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色的光，這種現(xiàn)象稱為 光的色散。每種顏色的光具有一定的波長范圍。我 們把白光叫做復(fù)合光；把只具有一種顏色的光，叫 做單色光。實(shí)驗(yàn)還證明，不僅七種單色光可以混合成白光,如果把適當(dāng)顏色的兩種單色光按一定的強(qiáng)度比例混合，也可以成為白光。這兩種單色光就叫做互補(bǔ)色。如綠光和紫光互補(bǔ)，藍(lán)光和黃光互補(bǔ)，等等。2、物質(zhì)的顏色 1）固體物質(zhì)，當(dāng)白光照射到物質(zhì)上時(shí)，物質(zhì)對于不同波長的光線吸收、透過、反射、折射

4、的程度 不同而使物質(zhì)呈現(xiàn)出不同的顏色。如果物質(zhì)對各種 波長的光完全吸收，則呈現(xiàn)黑色；如果完全反射， 則呈現(xiàn)白色；如果對各種波長的光吸收程度差不多,則呈現(xiàn)灰色；如果物質(zhì)選擇性地吸收某些波長的光, 那么，這種物質(zhì)的顏色就由它所反射或透過光的顏 爸來決定。2）溶液，溶液呈現(xiàn)不同的顏色，是由于溶液中的質(zhì)點(diǎn)（分子或離子）選擇性的吸收某種顏色的光所引起的。如果各種顏色的光透過程度相同，這種物質(zhì)就是 無色透明的。如果只讓一部分波長的光透過，其他波 長的光被吸收，則溶液就呈現(xiàn)出透過光的顏色，也就 是溶液呈現(xiàn)的是與它吸收的光成互補(bǔ)色的顏色。例如 硫酸銅溶液因吸收了白光中的黃色光而呈藍(lán)色；高猛 酸鉀溶液因吸收了白

5、光中的綠色光而呈現(xiàn)紫色。其實(shí),任何一種溶液.對不同波長的光的吸收程度是不相等的。如果將某種波長的單色光依次通過一定濃度的某 一溶液，測量該溶液對各種單色光的吸收程度，以波 長為縱坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)可以得到一條曲線， 叫做吸收光譜曲線或光吸收曲線。它清楚地描述了溶 液對不同波長的光的吸收情況。（三）吸收曲線以波長為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，即可得到一條吸光度隨波長變化的曲線，稱之為吸收曲 線或吸收光譜。圖102是四個(gè)不同濃度的KM11O4 溶液的光吸收曲線。從圖102可以看出，在可見光有最大吸收，而對紫色和紅色光則吸收很少。光吸收程度最大處的波長，稱為最大吸收波長，常用光范圍內(nèi)，KM11O

6、4溶液對波長525nm附近的綠色人疵表示，任何可見光區(qū)內(nèi)、溶液的顏色主要是由 這個(gè)數(shù)值決定的。在正常情況下，選用不同濃度的 某種溶液，最大吸收波長也是固定不變的，說明光 的吸收與溶液中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。L640048056064072()A/nm圖 102 KMnO4 溶液的吸收曲線e(CKMnO4： abc63時(shí)呈紅色，在 pH6.3時(shí)呈檸檬黃色，在pH=63時(shí)，呈中間色,故pH=63時(shí),是它的變色點(diǎn)。而二甲酚橙與金屬離子的絡(luò)合物卻呈現(xiàn)紅色。因此，二甲酚橙只有在pH 6的酸度下進(jìn)行光度測定，就會(huì)引入 很大誤差。(3)對絡(luò)合物組成和顏色的影響對于某些逐級(jí)形成絡(luò)合物的顯色反應(yīng)、 在不同的酸度時(shí)，生

7、成不同絡(luò)合比的絡(luò)合 物。例如鐵與水楊酸的絡(luò)合反應(yīng)，當(dāng)pH4 Fe3+(C7H4O3)2-+ 紫色 4pH9 Fe3+(C7H4O3)32 3 黃色 在這種情況下，必須控制合適的酸度， 才可獲得好的分析結(jié)果。3 時(shí)間和溫度顯色反應(yīng)的速度有快有慢。顯色反應(yīng)速度，幾乎 是瞬間即可完成，顯色很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且能 保持較長時(shí)間。大多數(shù)顯色反應(yīng)速度較慢，需要一 定時(shí)間，溶液的顏色才能達(dá)到穩(wěn)定程度。有些有色 化合物放置一段時(shí)間后，由于空氣的氧化，試劑的 分解或揮發(fā)，光的照射等原因，使顏色減退。適宜 的顯色時(shí)間和有色溶液穩(wěn)定程度，也必須通過實(shí)驗(yàn) 來確定。實(shí)驗(yàn)方法是配制一份顯色溶液，從加入顯 色劑計(jì)算時(shí)間、

8、每隔幾分鐘測定一次吸光度，繪制 曲線，根據(jù)曲線來確定適宜的時(shí)間。不同的顯色反應(yīng)需要不同的溫度，一般顯色反應(yīng)可在室溫下完成。但是有些顯色反應(yīng)需要加熱至一 定的溫度才能完成；也有些有色絡(luò)合物在較高溫度 下容易分解。因此，應(yīng)根據(jù)不同的情況選擇適當(dāng)?shù)?溫度進(jìn)行顯色。溫度對光的吸收及顏色的深淺也有 一定的影響，故標(biāo)樣和試樣的顯色溫度應(yīng)保持一樣。 合適顯色溫度也必須通過實(shí)驗(yàn)確定，做AC曲線即可求出。4 有機(jī)溶劑和表面活性劑溶劑對顯色反應(yīng)的影響表現(xiàn)在下列幾方面。(1) 溶劑影響絡(luò)合物的離解度 許多有色化合物在水中的離 解度大，而在有機(jī)溶劑中的離解度小，如在Fe(SCNb溶液中加 入可與水混溶的有機(jī)試劑(如丙

9、酮)，由于降低了Fe(SCNb的離 解度而使顏色加深提高了測定的靈酸度。(2) 溶劑改變絡(luò)合物顏色的原因可能是各種溶劑分子的極性 不同、介電常數(shù)不同，從而影響到絡(luò)合物的穩(wěn)定性，改變了絡(luò) 合物分子內(nèi)部的狀態(tài)或者形成不同的溶劑化物的結(jié)果。(3) 溶劑影響顯色反應(yīng)的速度 例如，當(dāng)用氯代磺酚S測定 Nb時(shí)，在水溶液中顯色需幾小時(shí)，如果加入丙酮后，僅需30分表面活性劑的加入可以提高顯色反應(yīng)的靈敏度，增加有色 化合物的穩(wěn)定性。其作用原理一方面是膠束增溶，另一方面是 可形成含有表面活性劑的多元絡(luò)合物。5 共存離子的干擾及消除共存離子存在時(shí)對光度測定的影響有以下幾種類 型：（1）與試劑生成有色絡(luò)合物。如用硅鉗

10、藍(lán)光度法測 麴話勰酸後生成絡(luò)合物同時(shí)被（2）干擾/子藉有顏右。如Co2+（紅色）、C2+（綠 色）、Cll2+（藍(lán)色）。（；）與試劑結(jié)石成無色絡(luò)合物消耗大量試劑而使被 測離子絡(luò)合不完全。如用水揚(yáng)酸測Fe3+時(shí)，A2+、 Cu2+等有影響。（4）與被測離子結(jié)合成離解度小的另一化合物。如 由于F的存在，能與Fe3+以FeFf形式存在， Fe（SCNb本不會(huì)生成，因而無法進(jìn)岳ffl定。消除干擾的方法主要有以下三種：(1)控制酸度HL控制顯色溶液的酸度，是消除干擾的簡便 而重要的方法。許多顯色劑是有機(jī)弱酸，控 制溶液的酸度，就可以控制顯色劑R的濃度, 這樣就可以使某種金屬離子顯色，使另外一 些金屬離子

11、不能生成有色絡(luò)合物。當(dāng)溶液的情況比較復(fù)雜，或各種常數(shù)值不 知道隊(duì)則溶液最適合的pH值須通過實(shí)驗(yàn)方法 來確定。(2) 加入掩蔽劑在顯色溶液里加一種能與干擾離子反應(yīng)生成無 色絡(luò)合物的試劑，也是消除干擾的有效而常用的方 法。例如用硫氤酸鹽作顯色劑測定Co2+,Fe3+有干優(yōu) 可加入氟化物，使Fe3+與F結(jié)合生成無色而穩(wěn)定的 FeF63,就可以消除干擾。在另外的情況下，也可通過氧化-還原反應(yīng)，改 變干擾離子的價(jià)態(tài)以消除于擾。(3) 釆用萃取光度法 用適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑萃取有色 組分，如用丁二酮厲測定耙時(shí)，耙與丁二酮岳所形成 的內(nèi)絡(luò)鹽，可被氯仿從酸性溶液中選擇性地萃取。許 多干擾離子則不被萃取。（4）在不同

12、波長下測定兩種顯色配合物的吸光度 對它們進(jìn)行同時(shí)測定。（5）尋找新的顯色反應(yīng)如將二元配合物改變?yōu)槿浜衔?。?）分離干擾離子在沒有適當(dāng)掩蔽劑時(shí)，干擾離于可用電解法，淀 法或離子交換法等分離除去。此外，還可以通過選擇適當(dāng)?shù)臏y量條件，消除干 擾離子的影響。對給定的光度計(jì)來說，透光率或吸光度的讀數(shù)的二、吸光光度法的測量誤差及測量條件的選擇光度分析法的誤差來源有兩方面，一方面是薜後學(xué)體縣贈(zèng)薦鏗一方面是儀器精（一）儀器測量誤差任何光度計(jì)都有一定的測量誤差。儀器測量曙馨蠶籍n畫指標(biāo)之一也是衡量測誤差主要是指光源的發(fā)光強(qiáng)度不穩(wěn)定，光電效應(yīng) 的非線性，電位計(jì)的非線性、雜散光的影響、濾 光片或單色器的質(zhì)量差（

13、譜帶過寬），比色皿的透 光率不一致，透光率與吸光度的標(biāo)尺不準(zhǔn)等因素。（二）測量條件的選擇選擇適當(dāng)?shù)臏y量條件，是獲得準(zhǔn)確測定結(jié) 牆瓣擇適合的測量條件，可從下列1 測量波長的選擇由于有色物質(zhì)對光有選擇性吸收，為了使測定結(jié)果有較高的靈鍍度和準(zhǔn)確度，必須選擇 溶液最大吸收波長的入射光。如果有干擾時(shí)， 則選用靈敏度較低但能避兔干擾的入射光，就 能獲得滿意的測定結(jié)果。2 吸光度范圍的控制吸光度在0.15-0.800,測量的準(zhǔn)確度較高。為此 可以從下列幾方面想辦法：(1) 計(jì)算而且控制試樣的稱出量，含量高時(shí)，少 取樣，或稀釋試液；含量低時(shí)，可多取樣，或萃取 富集。(2) 如果溶液已顯色，則可通過改變比色皿的

14、厚 度來調(diào)節(jié)吸光度大小。3滲比溶液的選擇參比溶液是用來調(diào)節(jié)儀器工作零點(diǎn)的，若參比溶ISSfl;則對測量讀數(shù)準(zhǔn)確度的影響較大。(1)當(dāng)試液、試劑、顯色劑均無色時(shí)，可用蒸餡水 作參比液。(2)試劑和顯色劑均無色時(shí)，而樣品溶液中其他離子有色時(shí)，應(yīng)采用不加顯色劑的樣品溶液作參比液。(3) 試劑和顯色劑均有顏色時(shí)，可將一份試液加入 適當(dāng)掩蔽劑，將被測組分掩蔽起來，使之不再與顯 色劑作用，然后把顯色劑、試劑均按操作手續(xù)加入, 以此做參比溶液，這樣可以消除一些共存組分的干 擾。此外，對于比色皿的厚度、透光率、儀器波長， 讀數(shù)刻度等應(yīng)進(jìn)行校正，對比色皿放置位置、光電 池的靈敏度等也應(yīng)注意檢查。第五節(jié)吸光光度法

15、的應(yīng)用吸光光度法除了廣泛地用于測定微量成分外，也 能用于常量組分及多組分的測定。同時(shí)，還可以用 于研究化學(xué)平衡、絡(luò)合物組成的測定等。下面簡要 地介紹有關(guān)這些方面的應(yīng)用。一、定量分析（一）單組分的測定1 一般方法Ac標(biāo)準(zhǔn)曲線法2 示差法當(dāng)被測組分含量高時(shí)，常常偏離朗伯比耳定律。 即使不偏離，由于吸光度太大，也超出了準(zhǔn)確讀數(shù)的 范圍，就是把分析誤差控制在5%以下，對高含量成 分也是不符合要求的。如果采用示差法，就能克服這 一缺點(diǎn)，也能使測定誤差降到0.5%以下。示差法與普通光度法的主要區(qū)別在于它采用的參比溶液不同，它不是以c=0的試劑空白作參比，而是以一個(gè)濃度比試液q稍小的標(biāo)準(zhǔn)溶液Cs作參比，然后

16、 再測定試液的吸光度。As=lgTs=KbCs Ax=-lgTx=Kbcx 實(shí)際測得吸光度Af為 Af=Ax-As=Kb(cx-cs)=KbAc cx=cs+Ac示差法相對普通光度法提高測量準(zhǔn)確度 的原因是擴(kuò)展了讀數(shù)標(biāo)尺。從儀器構(gòu)造上講，示差光度法需要一個(gè) 發(fā)射強(qiáng)度較大的光源，才能將高濃度參比溶 液的吸光度調(diào)至零，因此必須采用專門設(shè)計(jì) 的示差分光光度計(jì)。（二）多組分的同時(shí)測定1=同時(shí)測定一種試樣中的多種組分的基礎(chǔ)是吸 光度具有加合性，即總吸光度為各個(gè)組分吸光度的總和。很=人,人+ Ay,入=KxCx + K山叫=KXCX + KybCy二、絡(luò)合物組成和酸堿離解常數(shù)的測定（一）絡(luò)合物組成的測定1

17、.摩爾比法應(yīng)用分光光度法可以測定絡(luò)合物的組成（絡(luò)合比） 和穩(wěn)定常數(shù)。這里簡要介紹一下用摩爾比法測定絡(luò) 合物的絡(luò)合比。設(shè)絡(luò)合反應(yīng)為 M + nR=MRn1!通常是固定金屬離子M的濃度，逐漸增加絡(luò)合劑 的濃度。配位體為R,顯然，R應(yīng)是無色的或在選定 的波長范圍內(nèi)無顯著吸收。然后稀釋至同一 得到R/M為1, 2, 3的一系列溶液，配制相應(yīng) 的試劑空白，在一定波長下，測定其吸光度，繪制 曲線，用作圖法求得絡(luò)合比。曲線前部分表示，絡(luò) 合劑R濃度不斷增加，生 成的絡(luò)合物不斷增多，吸 光度逐漸增大。當(dāng)金屬離 子M全部形成絡(luò)合物后， 絡(luò)合劑R的濃度再增加，吸光度達(dá)到最大值而不再變化。曲線峰部分轉(zhuǎn)折不 明銳、是由于絡(luò)合物有微 小離解造成的。曲線峰兩 線，交于D點(diǎn)，由D點(diǎn)向橫 軸作垂線，交于橫軸的一 點(diǎn)，這點(diǎn)的比值就是絡(luò)合 物的配合化。2.等摩爾連續(xù)變化法此法是保持溶液中Cm+Cr為常數(shù)，連續(xù)改變 Cr/Cm配制出一系列溶液。 分別測量系列溶液的吸光度A 9 以 A對 cM/(cM+cM)作 圖，曲線折點(diǎn)對應(yīng)的Cr/Cm值就等于絡(luò)合比n。等摩爾連續(xù)變化法實(shí)用于絡(luò)合比低、穩(wěn)定性較高的絡(luò)合物組成的測定。此外還可以測定絡(luò)合 物的不穩(wěn)定常數(shù)。（二）酸堿離解常數(shù)的測定 酸和堿的離解常數(shù)可用分光光度法測定，離解 常數(shù)依賴于溶液的pH值。設(shè)有一元弱酸HB,按下式離解：HB =H+ + BKa=BH+/HB鸚蠶w