光譜定量分析方法

1、 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 5.2 5.2 光譜定量分析方法光譜定量分析方法吸光定律吸光定律( (定量關(guān)系定量關(guān)系) )吸光度的測(cè)量吸光度的測(cè)量偏離吸光定律的原因偏離吸光定律的原因定量分析條件定量分析條件定量分析方法定量分析方法 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 一、吸光定律一、吸光定律cb1.1.有關(guān)條件有關(guān)條件I0I有色液：濃度有色液：濃度c c、厚度厚度b b單色光：強(qiáng)度單色光：強(qiáng)度I0I2.2.有關(guān)概念有關(guān)概念 透光率：透光率：T = I/I0 吸光度：吸光度：A = -lgT3.3.定量關(guān)系式定量關(guān)系式 (定量依據(jù)定量依據(jù))A = kbc 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)

2、院 一、吸光定律一、吸光定律吸光定律意義：吸光定律意義：系數(shù)系數(shù)k與溶液性質(zhì)、溫度和入射波長(zhǎng)有關(guān)。與溶液性質(zhì)、溫度和入射波長(zhǎng)有關(guān)。 濃度以濃度以g/L為單位時(shí)，為單位時(shí)，k以吸光系數(shù)以吸光系數(shù) 表示：表示： 當(dāng)入射光波長(zhǎng)一定時(shí)，待測(cè)溶液的吸光度當(dāng)入射光波長(zhǎng)一定時(shí)，待測(cè)溶液的吸光度A A與其濃度和厚度成正比與其濃度和厚度成正比( (朗伯朗伯比耳定律比耳定律) )。A= bc濃度以濃度以mol/L為單位時(shí)，為單位時(shí)，k以以 表示：表示：A= bc ( ( 稱稱摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)) ) 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 一、吸光定律一、吸光定律4.4.摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù) 吸光物質(zhì)在特定

3、波長(zhǎng)、溶劑下的特征常數(shù)。吸光物質(zhì)在特定波長(zhǎng)、溶劑下的特征常數(shù)。 能反映物質(zhì)的吸光能力，可作為定性分析能反映物質(zhì)的吸光能力，可作為定性分析的參數(shù)和光度測(cè)量的靈敏度。的參數(shù)和光度測(cè)量的靈敏度。( ( 大者靈敏度高，大者靈敏度高， 大于大于10104 4即為高靈敏度即為高靈敏度) ) = M， 比比 更常用更常用 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 一、吸光定律一、吸光定律例例濃度為濃度為5.0 10-4g/L的的Fe2+溶液，以鄰二氮溶液，以鄰二氮菲分光光度法測(cè)定時(shí)，使用菲分光光度法測(cè)定時(shí)，使用2cm比色皿，在波比色皿，在波長(zhǎng)長(zhǎng)508nm下，測(cè)得下，測(cè)得A=0.190。求吸光物質(zhì)的摩求吸光物質(zhì)的摩

4、爾吸光系數(shù)爾吸光系數(shù) 。解解McbbcA44101.1105.02.0055.850.190 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 二、二、吸光度的吸光度的測(cè)量測(cè)量1 1. .吸光度吸光度的加和性的加和性 溶液中同時(shí)存在多種無相互作用的吸光物溶液中同時(shí)存在多種無相互作用的吸光物質(zhì)時(shí)，溶液的總吸光度等于各吸光物質(zhì)的吸光質(zhì)時(shí)，溶液的總吸光度等于各吸光物質(zhì)的吸光度之和度之和A =Ai = b ici吸光度的這種性質(zhì)稱吸光度的加和性。吸光度的這種性質(zhì)稱吸光度的加和性。 吸光度的加和性可用于混合溶液中多組分的吸光度的加和性可用于混合溶液中多組分的同時(shí)測(cè)定和某些化學(xué)平衡常數(shù)的測(cè)定。同時(shí)測(cè)定和某些化學(xué)平衡常數(shù)

5、的測(cè)定。 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 二、二、吸光度的吸光度的測(cè)量測(cè)量2.2.吸光度吸光度的測(cè)量的測(cè)量 根據(jù)吸光度的加和性，可根據(jù)吸光度的加和性，可用參比溶液用參比溶液(r)(r)來扣除共存來扣除共存物質(zhì)的吸收。物質(zhì)的吸收。 測(cè)量時(shí)，先以參比溶液校測(cè)量時(shí)，先以參比溶液校正儀器的吸光度零點(diǎn)正儀器的吸光度零點(diǎn)(A=0(A=0，即即T=100%)T=100%)，然后在相同條，然后在相同條件下測(cè)量待測(cè)溶液的吸光度件下測(cè)量待測(cè)溶液的吸光度 AX=AL -Ar=lgIr -lgIt =-lgT= bc參比溶液參比溶液 待測(cè)溶液待測(cè)溶液I0 Ir It 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 三、偏離吸

6、光定律的原因三、偏離吸光定律的原因 測(cè)量吸光度時(shí)，一般是測(cè)量吸光度時(shí)，一般是固定比色皿固定比色皿(b)(b)的，故吸光的，故吸光度與濃度的關(guān)系應(yīng)為線性度與濃度的關(guān)系應(yīng)為線性關(guān)系：關(guān)系：A=Kc光度分析工作曲線光度分析工作曲線A=A=KcKcc負(fù)偏負(fù)偏正偏正偏 實(shí)際測(cè)定實(shí)際測(cè)定A Ac c關(guān)系曲線關(guān)系曲線在在c c較大時(shí)偏離線性關(guān)系的較大時(shí)偏離線性關(guān)系的現(xiàn)象稱偏離光吸收定律?，F(xiàn)象稱偏離光吸收定律。 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 三、偏離吸光定律的原因三、偏離吸光定律的原因1.1.入射光非單色光入射光非單色光( (單色光不純單色光不純) ) 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 不同時(shí)，不同時(shí)， 不同，不同，使使A A

7、C C關(guān)系偏離；關(guān)系偏離； 2. 2.吸光質(zhì)點(diǎn)的吸光質(zhì)點(diǎn)的存在狀態(tài)和存在狀態(tài)和相互作用相互作用 體系中吸光粒子間的電體系中吸光粒子間的電性作用和離解、締合、絡(luò)性作用和離解、締合、絡(luò)合等作用都會(huì)使吸光度合等作用都會(huì)使吸光度A A變變化化( (大或小大或小) )。光度分析工作曲線光度分析工作曲線A=A=KcKcc負(fù)偏負(fù)偏正偏正偏 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 四、定量分析的條件四、定量分析的條件 紫外可見光譜法是建立在物質(zhì)對(duì)紫外可紫外可見光譜法是建立在物質(zhì)對(duì)紫外可見光的選擇性吸收的基礎(chǔ)上，它要求被測(cè)液有見光的選擇性吸收的基礎(chǔ)上，它要求被測(cè)液有較深的較深的顏色顏色或有明顯的或有明顯的吸收吸收，

8、故當(dāng)溶液顏色很，故當(dāng)溶液顏色很淺或吸收不明顯時(shí)，需淺或吸收不明顯時(shí)，需( (須須) )先進(jìn)行顯色或衍生，先進(jìn)行顯色或衍生，然后才能進(jìn)行吸光度測(cè)量，同時(shí)還應(yīng)控制適當(dāng)然后才能進(jìn)行吸光度測(cè)量，同時(shí)還應(yīng)控制適當(dāng)?shù)姆治鰲l件。的分析條件。 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 1.1.顯色或衍生反應(yīng)要求及條件選擇顯色或衍生反應(yīng)要求及條件選擇待測(cè)待測(cè) 試試劑劑 有色物或衍生物有色物或衍生物主要是主要是配位反應(yīng)配位反應(yīng)顯色或顯色或衍生衍生反應(yīng)應(yīng)符合要求：反應(yīng)應(yīng)符合要求：M + R MR MR靈敏度高靈敏度高( 為為104以上以上)； R的選擇性好的選擇性好(干擾少干擾少)； MR的穩(wěn)定性好的穩(wěn)定性好(組成恒定，

9、性質(zhì)穩(wěn)定組成恒定，性質(zhì)穩(wěn)定)； MR與與R間的色差大于間的色差大于60nm。 即即 = max(MR)- max(R) 60nm 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 1.1.顯色顯色或衍生反應(yīng)要求及或衍生反應(yīng)要求及條件選擇條件選擇顯色劑用量、介質(zhì)的酸度、溫度和時(shí)間等顯色劑用量、介質(zhì)的酸度、溫度和時(shí)間等適宜條件可通過試驗(yàn)來確定：適宜條件可通過試驗(yàn)來確定：123ababab 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 1.1.顯色顯色或衍生反應(yīng)要求及或衍生反應(yīng)要求及條件選擇條件選擇干擾及其消除干擾及其消除共存離子有無干擾共存離子有無干擾, ,可通過條件試驗(yàn)檢驗(yàn)可通過條件試驗(yàn)檢驗(yàn); ;通過條件試驗(yàn)，可選擇消

10、除干擾的條件：通過條件試驗(yàn)，可選擇消除干擾的條件：酸度、掩蔽劑、參比液、入射波長(zhǎng)等；酸度、掩蔽劑、參比液、入射波長(zhǎng)等；共存離子的干擾，也可通過分離來消除。共存離子的干擾，也可通過分離來消除。 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 2.2.入射光波長(zhǎng)的選擇入射光波長(zhǎng)的選擇 一般是選擇一般是選擇MR吸收最靈敏的吸收最靈敏的 max(MR)的單色的單色光作為入射光。光作為入射光。吸收光譜曲線吸收光譜曲線A MR max選擇波長(zhǎng)的原則：選擇波長(zhǎng)的原則：“吸收最大，干擾最小吸收最大，干擾最小”NR 圖例圖例欲測(cè)定溶液中的欲測(cè)定溶液中的MR，應(yīng)選入射波長(zhǎng)，應(yīng)選入射波長(zhǎng) ？ 測(cè)測(cè) 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化

11、工學(xué)院 3.3.參比溶液的選擇參比溶液的選擇 參比溶液用于調(diào)參比溶液用于調(diào)A=0(A=0(即即T=100%)T=100%)，以消除比以消除比色皿、試劑、溶劑等對(duì)吸光度色皿、試劑、溶劑等對(duì)吸光度A A的影響。的影響。具體有：具體有：溶劑空白溶劑空白( (試液、試劑等均無吸收時(shí)使用試液、試劑等均無吸收時(shí)使用) )試劑空白試劑空白( (試劑有吸收而試液無吸收時(shí)用試劑有吸收而試液無吸收時(shí)用) )試樣溶液試樣溶液( (試液有吸收而試劑無吸收時(shí)用試液有吸收而試劑無吸收時(shí)用) )退色溶液退色溶液( (試液、試劑均有吸收時(shí)使用試液、試劑均有吸收時(shí)使用) )顯色溶液顯色溶液( (高濃度示差法用高濃度示差法用)

12、) 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 4.4.吸光度范圍的選擇吸光度范圍的選擇 濃度測(cè)量誤差濃度測(cè)量誤差Er與讀數(shù)誤差與讀數(shù)誤差 T(或不確定度或不確定度UT)有關(guān)外，還與有關(guān)外，還與A(或或T)的讀數(shù)范圍有關(guān)。的讀數(shù)范圍有關(guān)。Er-T.swf 其中其中A=0.434A=0.434時(shí)，濃度相對(duì)誤差最小。時(shí)，濃度相對(duì)誤差最小。 測(cè)量時(shí)一般控制讀數(shù)范圍：測(cè)量時(shí)一般控制讀數(shù)范圍：A為為0.150.8 T為為7015%思考思考若讀數(shù)范圍不滿足條件，怎么辦若讀數(shù)范圍不滿足條件，怎么辦? ? 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 五、光譜定量分析方法五、光譜定量分析方法單組分定量方法單組分定量方法目視比色

13、法目視比色法 吸光系數(shù)法吸光系數(shù)法標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法法 標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法 示差示差光度光度法法多組分定量方法多組分定量方法其他定量方法其他定量方法 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 單組分定量方法單組分定量方法目視比色法目視比色法( (簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介) )直接通過目測(cè)比較溶液顏色的深淺而確定直接通過目測(cè)比較溶液顏色的深淺而確定試液濃度的方法。試液濃度的方法。吸光系數(shù)法吸光系數(shù)法 根據(jù)吸光物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)根據(jù)吸光物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù) 和測(cè)量所得和測(cè)量所得的吸光度的吸光度A A求得物質(zhì)含量求得物質(zhì)含量( (cx=Ax/ b) )的方法。的方法。特點(diǎn)：目視比色法可在自然光下進(jìn)行，

14、特點(diǎn)：目視比色法可在自然光下進(jìn)行， 但目測(cè)比較結(jié)果誤差較大。但目測(cè)比較結(jié)果誤差較大。 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 單組分定量方法單組分定量方法標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照法AS= -lgTS= bcSAx= -lgTx= bcx在合適的參比液下測(cè)量在合適的參比液下測(cè)量A值并比較得值并比較得cx。以以濃度相近的濃度相近的標(biāo)液標(biāo)定標(biāo)液標(biāo)定(以濃度校正儀器讀以濃度校正儀器讀數(shù)數(shù))后直接讀出試液的濃度后直接讀出試液的濃度直讀法。直讀法。同條件下配制試液和濃度相近標(biāo)液同條件下配制試液和濃度相近標(biāo)液( (顯色液顯色液):): 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 單組分定量方法單組分定量方法標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線

15、法Ax cx 同條件下配制試液和系同條件下配制試液和系列標(biāo)液列標(biāo)液(顯色液顯色液)并在合適并在合適的參比液下測(cè)量其的參比液下測(cè)量其A值，值，然后作出然后作出AScS標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線，并從圖中查出并從圖中查出Ax對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的cx值。值。 現(xiàn)在一般應(yīng)用回歸分析法，利用回歸方程反估試液的濃度。利用此法，應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍和吸光度范圍(0.161.0)。(c0 =稀釋倍數(shù)稀釋倍數(shù) cx) 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 單組分定量方法單組分定量方法標(biāo)準(zhǔn)曲線法標(biāo)準(zhǔn)曲線法( (示例示例) )Ax cx Fe(mg/L)A0.000.0004.010.2006.020.3048.020.4081

16、0.000.51012.000.613 x0.412 x = 8.10 (mg/L) 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 單組分定量方法單組分定量方法標(biāo)準(zhǔn)加入法標(biāo)準(zhǔn)加入法sxxsxxccAA式中：式中： cx+S =cx+ c標(biāo)標(biāo)V標(biāo)標(biāo)/V總總 同條件下配制試液、加有標(biāo)液的試液同條件下配制試液、加有標(biāo)液的試液( (顯色顯色液液) )，測(cè)量其，測(cè)量其A A值，比較之：值，比較之：Ax = bcx，AS = bcSAx+S = bcx+S = Ax + AS 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 單組分定量方法單組分定量方法示差光度法示差光度法 cx= cS+ c (cS=c標(biāo)標(biāo)V標(biāo)標(biāo)/V總總) 以

17、濃度稍低于試液的以濃度稍低于試液的“標(biāo)液標(biāo)液”( (顯色液顯色液) )作參作參比液來測(cè)量試液的吸光度的分光光度法。比液來測(cè)量試液的吸光度的分光光度法。一般法：一般法：Ax = bcx (Ax太大太大)，AS = bcS示差法：示差法： A= Ax - AS = b c (調(diào)調(diào)AS=0) 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 單組分定量方法單組分定量方法示差光度法示差光度法 對(duì)高濃度試液，用示差法測(cè)定比普通光度法對(duì)高濃度試液，用示差法測(cè)定比普通光度法測(cè)定的準(zhǔn)確度高。測(cè)定的準(zhǔn)確度高。一般光度法一般光度法T(%)T(%)0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100示差光度法示差光度法T Tr r(%)(%)參比液試液示差法標(biāo)尺擴(kuò)展原理示差法標(biāo)尺擴(kuò)展原理( (放大十倍放大十倍) ) 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院 多組分定量分析多組分定量分析 試樣中含兩種以上吸光物質(zhì)時(shí)，各組分的含試樣中含兩種以上吸光物質(zhì)時(shí)，各組分的含量可利用吸光度的加和性而聯(lián)解方程求得。量可利用吸光度的加和性而聯(lián)解方程求得。(a)互不重疊 (b)部分重疊 (c)相互重疊混合物的紫外吸收光譜Axy0 1 2 AxyAxy0 1 2 0 1 2 廣西大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院