分析化學(xué)第五版第10章

1、第第10章章 吸光光度法吸光光度法10.1 概述概述10.2 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理10.3 分光光度計(jì)分光光度計(jì)10.4 顯色反應(yīng)及影響因素顯色反應(yīng)及影響因素10.5 光度分析法的設(shè)計(jì)光度分析法的設(shè)計(jì)10.6 吸光光度法的誤差吸光光度法的誤差10.7 常用的吸光光度法常用的吸光光度法10.8 吸光光度法的應(yīng)用吸光光度法的應(yīng)用吸收光譜吸收光譜發(fā)射光譜發(fā)射光譜散射光譜散射光譜n分子光譜分子光譜n原子光譜原子光譜 原子吸收光譜原子吸收光譜是由原子（而不是分子）外層電子選擇性地吸收某是由原子（而不是分子）外層電子選擇性地吸收某些波長(zhǎng)的電磁波而引起的。些波長(zhǎng)的電磁波而引起的。 分子吸收光

2、譜分子吸收光譜是分子軌道中外層電子吸收某一波長(zhǎng)范圍的能量而是分子軌道中外層電子吸收某一波長(zhǎng)范圍的能量而引起的，通常吸收的是紫外及可見光部分。這種價(jià)電子躍遷而產(chǎn)引起的，通常吸收的是紫外及可見光部分。這種價(jià)電子躍遷而產(chǎn)生的分子光譜又稱為電子光譜。生的分子光譜又稱為電子光譜。 通過比較溶液顏色深淺而求得其濃度的分析方通過比較溶液顏色深淺而求得其濃度的分析方法稱為法稱為比色分析法比色分析法比色分析的基本依據(jù)比色分析的基本依據(jù)是有色物質(zhì)對(duì)光的選擇是有色物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收作用。性吸收作用。10.1 概述概述吸光光度法：分子光譜分析法的一種，又稱分光光吸光光度法：分子光譜分析法的一種，又稱分光光度法，屬于

3、分子吸收光譜分析方法度法，屬于分子吸收光譜分析方法 基于外層電子躍遷基于外層電子躍遷10.2 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理1 吸收光譜產(chǎn)生的原因吸收光譜產(chǎn)生的原因 光光: :一種電磁波一種電磁波, ,波粒二象性波粒二象性 光譜名稱波長(zhǎng)范圍X射線0.110nm遠(yuǎn)紫外光10200nm近紫外光200400nm可見光400750nm近紅外光0.752.5um中紅外光2.55.0um遠(yuǎn)紅外光5.01000um微波0.1100cm無線電波11000m當(dāng)光子的能量與分子的能量差當(dāng)光子的能量與分子的能量差 E匹配時(shí)，就會(huì)吸收光子匹配時(shí)，就會(huì)吸收光子 E=hu u=hc/l l物質(zhì)的顏色物質(zhì)的顏色吸收光

4、吸收光 顏色顏色波長(zhǎng)范圍波長(zhǎng)范圍( l l ,nm)黃綠黃橙紅紫紅紫藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠紫藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠綠黃綠黃橙紅400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-7502 物質(zhì)顏色和其吸收光關(guān)系物質(zhì)顏色和其吸收光關(guān)系互補(bǔ)色互補(bǔ)色 400450 480 500560 600 6507504 4 朗伯朗伯- -比爾定律比爾定律光吸收定律朗伯光吸收定律朗伯-比爾比爾(Lambert-Beer)定律定律吸光光度法的理論依據(jù)，研究光吸收的最基本定律吸光光度法的理論依據(jù)，研究光吸收的最基本定律I0 = Ir + It + IaI0 = It +

5、IaI0IrItIa T = It / I0 , T: 透射比或透光度透射比或透光度 A=lg (I0 / It )lg(1/T), A:吸光度吸光度朗伯定律（朗伯定律（1760年）：光吸收與溶液層厚度成正比年）：光吸收與溶液層厚度成正比比爾定律（比爾定律（1852年）：光吸收與溶液濃度成正比年）：光吸收與溶液濃度成正比 當(dāng)一束平行單色光垂直照射到樣品溶液時(shí)，溶當(dāng)一束平行單色光垂直照射到樣品溶液時(shí)，溶液的吸光度與溶液的濃度及光程（溶液的厚度）成液的吸光度與溶液的濃度及光程（溶液的厚度）成正比關(guān)系朗伯比爾定律正比關(guān)系朗伯比爾定律 光吸收定律光吸收定律 數(shù)學(xué)表達(dá)：數(shù)學(xué)表達(dá)：Alg(1/T)=Kbc

6、其中，其中，A:吸光度，吸光度，T:透射比，透射比， K:比例常數(shù)，比例常數(shù)，b:溶液厚度，溶液厚度，c:溶液濃度溶液濃度注意：注意： 平行單色光平行單色光 均相介質(zhì)均相介質(zhì) 無反射、散射或光化學(xué)反應(yīng)無反射、散射或光化學(xué)反應(yīng)靈敏度表示方法靈敏度表示方法摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù) e eA = e e bcA = K Kbcc: mol/Le e 表示物質(zhì)的濃度為表示物質(zhì)的濃度為1mol/L,液層厚度為液層厚度為1cm時(shí)溶液時(shí)溶液的吸光度。單位：的吸光度。單位： (Lmol-1 cm-1) c: g/LA = abc a: 吸光系數(shù)吸光系數(shù)桑德爾桑德爾(Sandell)靈敏度：靈敏度： S 當(dāng)儀器

7、檢測(cè)吸光度為當(dāng)儀器檢測(cè)吸光度為0.001時(shí)，單位截面積光時(shí)，單位截面積光程內(nèi)所能檢測(cè)到的吸光物質(zhì)的最低含量。程內(nèi)所能檢測(cè)到的吸光物質(zhì)的最低含量。 單位：?jiǎn)挝唬簃 mg/cm2 S=M/e e 例例 已知含鐵已知含鐵(Fe2+)濃度為濃度為1.0ug/ml 的溶液的溶液, 用鄰二氮菲光度用鄰二氮菲光度法測(cè)定鐵法測(cè)定鐵, 吸收池厚度為吸收池厚度為2厘米厘米, 在在510nm處測(cè)得處測(cè)得A=0.38 計(jì)算摩爾吸光系數(shù)和桑德爾靈敏度。計(jì)算摩爾吸光系數(shù)和桑德爾靈敏度。已知已知 吸光度的加和性吸光度的加和性A1 = e e1bc1A2 = e e2bc2A = e e1bc1+ e e2bc2 根據(jù)吸光度

8、的加和性可以進(jìn)行多組分的測(cè)定以及根據(jù)吸光度的加和性可以進(jìn)行多組分的測(cè)定以及某些化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的測(cè)定某些化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)的測(cè)定在某一波長(zhǎng)，溶液中含有對(duì)該波長(zhǎng)的光產(chǎn)生吸收在某一波長(zhǎng)，溶液中含有對(duì)該波長(zhǎng)的光產(chǎn)生吸收的多種物質(zhì)，那么溶液的總吸光度等于溶液中各的多種物質(zhì)，那么溶液的總吸光度等于溶液中各個(gè)吸光物質(zhì)的吸光度之和個(gè)吸光物質(zhì)的吸光度之和1 分光光度計(jì)的組成分光光度計(jì)的組成光源光源單色器單色器樣品池樣品池檢測(cè)器檢測(cè)器讀出系統(tǒng)讀出系統(tǒng)10.3 分光光度計(jì)及吸收光譜分光光度計(jì)及吸收光譜常用光源常用光源光源波長(zhǎng)范圍(nm)適用于氫燈185375紫外氘燈185400紫外鎢燈3202500可見，近紅外鹵鎢

9、燈2502000紫外，可見，近紅外氙燈1801000紫外、可見（熒光）能斯特?zé)?0003500紅外空心陰極燈特有原子光譜激光光源特有各種譜學(xué)手段單色器單色器 作用作用:產(chǎn)生單色光產(chǎn)生單色光 常用的單色器：棱鏡和光柵常用的單色器：棱鏡和光柵濾光片濾光片 目前普遍使用的是國(guó)產(chǎn)型目前普遍使用的是國(guó)產(chǎn)型光電比色計(jì)，有三種配套光電比色計(jì)，有三種配套的濾光片（紅色的濾光片（紅色650，綠，綠色色530，藍(lán)色，藍(lán)色440）棱鏡棱鏡 光柵光柵 1000 條條/mm樣品池（比色皿）樣品池（比色皿） 厚度厚度(光程光程): 0.5, 1, 2, 3, 5cm 材質(zhì)：玻璃比色皿可見光區(qū)材質(zhì)：玻璃比色皿可見光區(qū) 石英

10、比色皿可見、石英比色皿可見、紫外光區(qū)紫外光區(qū)檢測(cè)器檢測(cè)器 作用：接收透射光，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)作用：接收透射光，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào) 常用檢測(cè)器：常用檢測(cè)器： 光電管光電管 光電倍增管光電倍增管 光二極管陣列光二極管陣列光電管分為紅敏和紫敏，陰極表面涂銀和氧化銫為紅敏，適光電管分為紅敏和紫敏，陰極表面涂銀和氧化銫為紅敏，適用用6251000nm波長(zhǎng)；陰極表面涂銻和銫為紫敏，適用波長(zhǎng)；陰極表面涂銻和銫為紫敏，適用200625nm波長(zhǎng)波長(zhǎng)目視比色法目視比色法比色管比色管 光電比色法光電比色法光電比色計(jì)光電比色計(jì) 光源、濾光片、比色池、硒光電池、檢流計(jì)光源、濾光片、比色池、硒光電池、檢流計(jì) 分

11、光光度法與分光光度計(jì)分光光度法與分光光度計(jì) 吸收光譜曲線：吸收光譜曲線：物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下吸收光的強(qiáng)度大小物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下吸收光的強(qiáng)度大小 Al l關(guān)系關(guān)系最大吸收波長(zhǎng)最大吸收波長(zhǎng) l lmax：光吸收最大處的波長(zhǎng)光吸收最大處的波長(zhǎng)l lmax對(duì)比度對(duì)比度(l l):絡(luò)合物最大吸絡(luò)合物最大吸收波長(zhǎng)收波長(zhǎng)(l lMRmax)與試劑最大與試劑最大吸收波吸收波(l lRmax)之差之差l l2 吸收光譜吸收光譜KMnO4溶液的吸收溶液的吸收曲線曲線(cKMnO4:abc104)c. 產(chǎn)物的化學(xué)組成穩(wěn)定產(chǎn)物的化學(xué)組成穩(wěn)定d. 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定e. 反應(yīng)物和產(chǎn)物有明顯的顏色差別反應(yīng)物和產(chǎn)物有明顯的

12、顏色差別 (對(duì)比度對(duì)比度 l l60nm)沒有顏色的化合物，需要通過適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)定量沒有顏色的化合物，需要通過適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)定量生成有色化合物再測(cè)定生成有色化合物再測(cè)定 顯色反應(yīng)顯色反應(yīng)1 顯色反應(yīng)顯色反應(yīng)NNN NSO3HHO3SOHH O As32AsOOOHMO絡(luò)合反應(yīng)絡(luò)合反應(yīng)氧化還原反應(yīng)氧化還原反應(yīng)2 顯色反應(yīng)類型顯色反應(yīng)類型NNFe2+3NHHOOCCOOH+ VO3-+ H+NNCOOHCOOHHOOCHOOC+ VO2+ H O2離子締合反應(yīng)離子締合反應(yīng)CCOOHNN(C H )22 5(C H )22 5H+O-AuCl4.成鹽反應(yīng)成鹽反應(yīng) (CH3)2NCHSCOCCHNS(CH3

13、)2NCCOCCHNS+ AgAgS3 顯色劑顯色劑無機(jī)顯色劑無機(jī)顯色劑: 過氧化氫，硫氰酸銨，碘化鉀過氧化氫，硫氰酸銨，碘化鉀NNNNSO3HHO3SOHOHAsO H32H O As32有機(jī)顯色劑：有機(jī)顯色劑： 偶氮類：偶氮胂偶氮類：偶氮胂III三苯甲烷類三苯甲烷類 三苯甲烷酸性染料三苯甲烷酸性染料 鉻天青鉻天青S-AlS-Al3+ 3+ OCH3COOHHOCClClSO3HCH3COOH 三苯甲烷堿性染料三苯甲烷堿性染料 結(jié)晶紫結(jié)晶紫-TI-TI3+3+ CN(CH3)2(H3C)2NN(CH3)2鄰菲羅啉類：新亞銅靈鄰菲羅啉類：新亞銅靈 NNCH3CH3肟類：丁二酮肟肟類：丁二酮肟-

14、Ni-Ni2+2+ CCCH3NNOHHOCH34 多元絡(luò)合物多元絡(luò)合物混配化合物混配化合物 Nb-5-Br-PADAP-酒石酸 V-PAR-H2O 離子締合物離子締合物 AuCl4-羅丹明B金屬離子金屬離子-配體配體-表面活性劑體系表面活性劑體系 Mo-水楊基熒光酮-CTMAB 5 影響因素影響因素a 溶液酸度（溶液酸度（pH值及緩沖溶液）值及緩沖溶液）u 影響顯色劑的平衡濃度及顏色，改變lu 影響待測(cè)離子的存在狀態(tài)，防止沉淀u 影響絡(luò)合物組成配比不同形式形式 pH max(nm) 形式形式 pH max(nm)H4L+ 1.2 462-465 Sn4+ 1.0 530H3L 4.8-5.2

15、 462,490 Ga3+ 5.0 550H2L- 8.4-9.0 512HL2- 11.4-12.0 532-538pH對(duì)苯芴酮及其絡(luò)合物的顏色影響對(duì)苯芴酮及其絡(luò)合物的顏色影響 b 顯色劑的用量顯色劑的用量稍過量，處于平臺(tái)區(qū)稍過量，處于平臺(tái)區(qū) c 顯色反應(yīng)時(shí)間顯色反應(yīng)時(shí)間針對(duì)不同顯色反應(yīng)確定顯示時(shí)間 顯色反應(yīng)快且穩(wěn)定；顯色反應(yīng)快但不穩(wěn)定； 顯色反應(yīng)慢，穩(wěn)定需時(shí)間；顯色反應(yīng)慢但不穩(wěn)定d 顯色反應(yīng)溫度顯色反應(yīng)溫度加熱可加熱可加快反應(yīng)速度，導(dǎo)致顯色劑或產(chǎn)物分解e 溶劑溶劑f 干擾離子干擾離子 有機(jī)溶劑，降低有色化合物的解離度，提高靈敏有機(jī)溶劑，降低有色化合物的解離度，提高靈敏度；提高顯色反應(yīng)速率度

16、；提高顯色反應(yīng)速率消除辦法：消除辦法： 提高酸度，加入隱蔽劑，改變價(jià)態(tài)提高酸度，加入隱蔽劑，改變價(jià)態(tài) 選擇合適參比選擇合適參比 褪色空白褪色空白(鉻天青鉻天青S測(cè)測(cè)Al，氟化銨褪色，消除鋯、鎳、鈷干擾，氟化銨褪色，消除鋯、鎳、鈷干擾) 選擇適當(dāng)波長(zhǎng)選擇適當(dāng)波長(zhǎng) 10.5 光度分析法的設(shè)計(jì)光度分析法的設(shè)計(jì)1. 選擇顯色反應(yīng)選擇顯色反應(yīng)2. 選擇顯色劑選擇顯色劑3. 優(yōu)化顯色反應(yīng)條件優(yōu)化顯色反應(yīng)條件4. 選擇檢測(cè)波長(zhǎng)選擇檢測(cè)波長(zhǎng)5. 選擇合適的濃度選擇合適的濃度6. 選擇參比溶液選擇參比溶液7. 建立標(biāo)準(zhǔn)曲線建立標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)量條件選擇測(cè)量條件選擇1 測(cè)定波長(zhǎng)選擇測(cè)定波長(zhǎng)選擇選擇原則：選擇原則：“吸收

17、最大，干擾最小吸收最大，干擾最小”靈敏度選擇性2 測(cè)定濃度控制測(cè)定濃度控制控制濃度控制濃度 吸光度吸光度A：0.20.8減少測(cè)量誤差減少測(cè)量誤差吸光度吸光度A=0.4343 參比溶液選擇參比溶液選擇儀器調(diào)零儀器調(diào)零消除吸收池壁和溶劑對(duì)入射光的反射和吸收消除吸收池壁和溶劑對(duì)入射光的反射和吸收 扣除干擾扣除干擾試劑空白試劑空白(顯色劑有顏色，不加試樣溶液顯色劑有顏色，不加試樣溶液)試樣空白（試樣空白（顯色劑無色，被測(cè)試液有其他有色離子顯色劑無色，被測(cè)試液有其他有色離子）褪色空白褪色空白 （加掩蔽劑加掩蔽劑-被測(cè)組分被測(cè)組分）4 標(biāo)準(zhǔn)曲線制作標(biāo)準(zhǔn)曲線制作0123456780.000.050.100.

18、150.200.250.300.35Aconcentration理論基礎(chǔ)：朗伯理論基礎(chǔ)：朗伯-比爾定律比爾定律 相同條件下相同條件下測(cè)定不同濃度標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度溶液的吸光度AAc 作圖作圖10.6 吸光光度法的誤差吸光光度法的誤差非單色光引起的偏移（非單色光引起的偏移（物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度不同物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收程度不同）物理化學(xué)因素：非均勻介質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)物理化學(xué)因素：非均勻介質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)吸光度測(cè)量的誤差吸光度測(cè)量的誤差 對(duì)朗伯對(duì)朗伯-比爾定律的偏移比爾定律的偏移1 非單色光引起的偏移非單色光引起的偏移復(fù)合光由復(fù)合光由l l1和和l l2組成，對(duì)于濃度不同的溶液組成，對(duì)

19、于濃度不同的溶液a和和b,引起的吸光度的偏差不一樣，濃度大，復(fù)合光引引起的吸光度的偏差不一樣，濃度大，復(fù)合光引起的誤差大，故在高濃度時(shí)線性關(guān)系向下彎曲。起的誤差大，故在高濃度時(shí)線性關(guān)系向下彎曲。 非均勻介質(zhì)非均勻介質(zhì) 膠體，懸浮、乳濁等對(duì)光產(chǎn)生散射，使實(shí)測(cè)膠體，懸浮、乳濁等對(duì)光產(chǎn)生散射，使實(shí)測(cè)吸光度增加，導(dǎo)致線性關(guān)系上彎吸光度增加，導(dǎo)致線性關(guān)系上彎2 物理化學(xué)因素物理化學(xué)因素離解、締合、異構(gòu)等離解、締合、異構(gòu)等如：如：Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H+2CrO42-化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)吸光度標(biāo)尺刻度不均勻吸光度標(biāo)尺刻度不均勻3 吸光度測(cè)量的誤差吸光度測(cè)量的誤差A(yù)0.434 ，T36.

20、8% 時(shí)，測(cè)量的相對(duì)誤差最小時(shí)，測(cè)量的相對(duì)誤差最小A=0.20.8, T=1565%，相對(duì)誤差，相對(duì)誤差12, 則不能形成絡(luò)合物則不能形成絡(luò)合物而生成氫氧化鐵沉淀。而生成氫氧化鐵沉淀。本部分適用于稀土金屬及其氧化物中鐵含量的測(cè)定。本部分適用于稀土金屬及其氧化物中鐵含量的測(cè)定。測(cè)定范圍（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：測(cè)定范圍（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：0.0001%0.0050%。原理原理:試樣用鹽酸或硝酸溶解，在微酸性介質(zhì)中，鐵與硫氰試樣用鹽酸或硝酸溶解，在微酸性介質(zhì)中，鐵與硫氰酸鉀、酸鉀、1,10一二氮雜菲形成紫紅色三元絡(luò)合物，用甲基異一二氮雜菲形成紫紅色三元絡(luò)合物，用甲基異丁基酮萃取該絡(luò)合物，于分光光度計(jì)波長(zhǎng)丁基酮萃取該

21、絡(luò)合物，于分光光度計(jì)波長(zhǎng)520 nm處測(cè)量處測(cè)量其吸光度。其吸光度。 3 GB/T 12690.6-2003稀土金屬及其氧化物中非稀土雜質(zhì)化學(xué)分析方法稀土金屬及其氧化物中非稀土雜質(zhì)化學(xué)分析方法鐵量的測(cè)定鐵量的測(cè)定硫氰酸鉀、硫氰酸鉀、1，10-二氮雜菲分光光度法二氮雜菲分光光度法4GB/T12690.9-2003稀土金屬及其氧化物中非稀土雜質(zhì)化學(xué)分析方稀土金屬及其氧化物中非稀土雜質(zhì)化學(xué)分析方法法氯量的測(cè)定氯量的測(cè)定硝酸銀比濁法硝酸銀比濁法稀土金屬及其氧化物中氯量的測(cè)定稀土金屬及其氧化物中氯量的測(cè)定-硝酸銀比濁法硝酸銀比濁法.pdf方法原理方法原理 試樣以硝酸溶解，在稀硝酸介質(zhì)中，氯離子與銀離子形試樣以硝酸溶解，在稀硝酸介質(zhì)中，氯離子與銀離子形成氯化銀膠體，氯化銀膠體在溶液中成懸浮狀態(tài)，在穩(wěn)成氯化銀膠體，氯化銀膠體在溶液中成懸浮狀態(tài)，在穩(wěn)定劑丙三醇的存在下，于分光光度計(jì)波長(zhǎng)定劑丙三醇的存在下，于分光光度計(jì)波長(zhǎng)430 nm處進(jìn)行處進(jìn)行比濁。比濁。 5 GB/T 1 2 6 S 024一一90稀土金屬及其氧化物化學(xué)分析方法稀土金屬及其氧化物化學(xué)分析方法Al-CAS-CTMAB-乙醇四元體系分光光度法測(cè)定鋁乙醇四元體系分光光度法測(cè)定鋁方法原理方法原理