第10章吸光光度分析

本章主要介紹可見分光光度法的基本原理、儀器的基本結(jié)構(gòu)和有關(guān)應(yīng)用。第十章吸光光度分析法1、熟悉吸光光度法的特點(diǎn)；2、掌握吸光光度法的基本原理及適用范圍；3、了解吸光光度法的分析方法以及顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇；4、了解吸光光度法儀器構(gòu)造及測(cè)量條件的選擇。學(xué)習(xí)要求無(wú)機(jī)及分析化學(xué)§10－1吸光光度法的基本原理二、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收三、朗伯—比耳定律四、偏離朗伯—比耳定律的原因§10－3

光度分析法及其儀器一、目視比色法二、分光光度法及分光光度計(jì)一、顯色反應(yīng)與顯色劑

二、影響顯色反應(yīng)的因素

§10－4

吸光光度法的應(yīng)用§10－2顯色反應(yīng)及其影響因素一、吸光光度法的特點(diǎn)三、吸光度測(cè)量條件的選擇無(wú)機(jī)及分析化學(xué)吸光光度分析：利用物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收特性進(jìn)行測(cè)定一種分析方法，主要適用于微量組分分析。包括可見光吸光光度法、紫外吸光光度法、紅外吸收光譜法。紫外-可見光吸光光度法簡(jiǎn)稱為吸光光度法?！?0－1吸光光度法的基本原理1.靈敏度高測(cè)定含量可低至10－4～10－6%

；

2.準(zhǔn)確度好相對(duì)誤差一般為2～5%

；3.快速簡(jiǎn)便

步驟包括將樣品處理成溶液、顯色、測(cè)定，所需的儀器設(shè)備均不復(fù)雜，操作簡(jiǎn)便，易于掌握；4.應(yīng)用廣泛一、吸光光度法的特點(diǎn)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)光的互補(bǔ)色示意圖

二、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收1.單色光、復(fù)合光、互補(bǔ)色光單色光：具有同一波長(zhǎng)的光復(fù)合光：由不同波長(zhǎng)的光組成的光互補(bǔ)色光：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，這兩種單色光被稱為互補(bǔ)色光

白光青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)

物質(zhì)的顏色是由于物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有選擇性的吸收作用而產(chǎn)生的，物質(zhì)的顏色由透過(guò)光的波長(zhǎng)決定。例：硫酸銅溶液吸收白光中的黃色光而呈藍(lán)色；高錳酸鉀溶液因吸白光中的綠色光而呈紫色。

如果兩種適當(dāng)顏色的光按一定的強(qiáng)度比例混合可以得白光，這兩種光就叫互為補(bǔ)色光。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色和吸收的光顏色之間是互補(bǔ)關(guān)系。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)/nm顏色互補(bǔ)光400-450紫黃綠450-480藍(lán)黃480-490綠藍(lán)橙490-500藍(lán)綠紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍(lán)610-650橙綠藍(lán)650-760紅藍(lán)綠不同顏色的可見光波長(zhǎng)及其互補(bǔ)光白光青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)2、吸收光譜或吸收曲線

吸收曲線：將不同波長(zhǎng)的單色光通過(guò)某一固定濃度的有色溶液，測(cè)量對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)下溶液對(duì)光的吸光度，然后以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，即可得一曲線，稱為光吸收曲線。KMnO4

的吸收曲線最大吸收波長(zhǎng)，max定量分析的基礎(chǔ)：某一波長(zhǎng)下測(cè)得的吸光度與物質(zhì)濃度關(guān)系的有關(guān)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)300400500600350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光譜350光譜定性分析基礎(chǔ)：吸收曲線的形狀和最大吸收波長(zhǎng)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)三、光吸收的基本定律——朗伯一比耳定律1.朗伯－比耳定律實(shí)踐證明：在分光光度法測(cè)量中，若入射光為單色光，則溶液對(duì)光的吸收程度僅與溶液的濃度和液層的厚度有關(guān)，描述它們之間定量關(guān)系的定律是朗伯－比耳定律。

無(wú)機(jī)及分析化學(xué)I0：入射光強(qiáng)度I：透過(guò)光強(qiáng)度c：溶液的濃度b：液層寬度T－透光率（透射比）A－吸光度無(wú)機(jī)及分析化學(xué)

A=Kbc

其物理意義是：在一定溫度下，一束平行的單色光通過(guò)均勻的非散射的溶液時(shí)，溶液對(duì)光的吸收程度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比。

A=abc（c：g·L－1，b：cm，K用a表示，其單位為L(zhǎng)·g－1·cm－1，a稱為質(zhì)量吸光系數(shù)）

A=εbc（c：mol·L－1，b：cm，K用ε表示，其單位為L(zhǎng)·mol－1·cm－1，ε稱為摩爾吸光系數(shù)）ε越大，反應(yīng)越靈敏,可測(cè)定組分的濃度也越低。一般認(rèn)為ε＜104的顯色反應(yīng)屬低靈敏度，在104～5×104時(shí)屬中等靈敏度,在6×104～105時(shí)屬高靈敏度,＞105屬超高靈敏度。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)質(zhì)量吸光系數(shù)a:當(dāng)一定波長(zhǎng)的單色光，通過(guò)濃度為1g/L，吸收池的液層厚度為1cm的溶液時(shí)，測(cè)得的吸光度。單位為L(zhǎng).g-1.cm-1摩爾吸光系數(shù)ε物理意義：當(dāng)一定波長(zhǎng)的單色光，通過(guò)濃度為1mol/L，吸收池的液層厚度為1cm的溶液時(shí)，測(cè)得的吸光度。單位為L(zhǎng).mol-1.cm-1質(zhì)量吸光系數(shù)，摩爾吸光系數(shù)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)解：此題是關(guān)于a、ε的計(jì)算和轉(zhuǎn)化Cu2+的質(zhì)量濃度為c=0.51×10-6/10-3=5.1×10-4(g·L-1)A=-lgT=-lg0.505=0.297a=A/bc=0.297/(2.0×5.1×10-4)=291(L·g-1·cm-1)ε=A/bc

=0.297/[(2.0×5.1×10-4)/63.55]=1.9×104（L·mol-1·cm-1）例題濃度為0.51μg/mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙比色測(cè)定，在波長(zhǎng)600nm處，用厚度為2.0cm比色皿測(cè)得T=50.5%，問(wèn)吸光系數(shù)a，摩爾吸光系數(shù)ε為多少?(MCu=63.55g/mol)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)解:由A=-lgT=abc可得

T=10-abc

當(dāng)b1=1cm時(shí)，T1=10-ac=T

當(dāng)b2=2cm時(shí)，T2=10-2ac=T2例2某有色溶液，當(dāng)用1cm比色皿時(shí)，其透光度為T，若改用2cm比色皿，則透光度應(yīng)為多少？無(wú)機(jī)及分析化學(xué)應(yīng)用朗伯－比耳定律時(shí)，必須掌握好以下條件：①入射光波長(zhǎng)應(yīng)為λmax，且單色性好；②被測(cè)溶液具有均勻性、非散射性(不渾濁,也不呈膠體)；③被測(cè)物質(zhì)的濃度應(yīng)在一定范圍內(nèi)。必須指出：朗伯－比耳定律不僅適用于可見光，也適用于紅外光和紫外光；不僅適用于均勻非散射的液體,也適用于固體和氣體。因此，它是各類吸光光度法定量的依據(jù),用途很廣。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)4、偏離朗伯—比耳定律的因素定量分析時(shí)，通常液層厚度是相同的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關(guān)系應(yīng)該是一條通過(guò)直角坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。但在實(shí)際工作中，往往會(huì)偏離線性而發(fā)生彎曲。

01234mg/mLA。。。。*0.80.60.40.20工作曲線無(wú)機(jī)及分析化學(xué)

物理因素(1)比爾定律的局限性比耳定律假設(shè)了吸收粒子之間是無(wú)相互作用的，因此僅在稀溶液（c<10-2mol/L)的情況下才適用。(2)非單色光引起的偏離

朗伯一比爾定律只對(duì)一定波長(zhǎng)的單色光才能成立，但在實(shí)際工作中，入射光是具有一定波長(zhǎng)范圍的。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化也會(huì)引起偏離。例：測(cè)定時(shí)，在大部分波長(zhǎng)處，Cr2O72-的k值與CrO42-的k值是很不相同的。A與c不成線性關(guān)系。例：顯色劑KSCN與Fe3+形成紅色配合物Fe(SCN)3，存在下列平衡：

Fe(SCN)3Fe3++3SCN－溶液稀釋時(shí)一倍時(shí)，上述平衡向右，離解度增大。所以Fe(SCN)3的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導(dǎo)致偏離朗伯—比爾定律。化學(xué)因素?zé)o機(jī)及分析化學(xué)顯色反應(yīng)一般可表示為：M+R?MR

(被測(cè)組分)(顯色劑)(有色化合物)§10－2顯色反應(yīng)及其影響因素一、顯色反應(yīng)與顯色劑顯色反應(yīng)：加入某種試劑使被測(cè)組分變成有色化合物的反應(yīng)在光度分析中生成有色物質(zhì)的反應(yīng)主要有配位反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等，其中以配位反應(yīng)應(yīng)用最廣。顯色劑與待測(cè)組分形成有色化合物的試劑

顯色劑無(wú)機(jī)及分析化學(xué)

顯色反應(yīng)必須符合下列要求：①顯色反應(yīng)的靈敏度要高。②有色化合物組成要固定、穩(wěn)定性要高。③反應(yīng)的選擇性要好。④顯色劑在測(cè)定波長(zhǎng)處無(wú)明顯吸收。⑤顯色反應(yīng)受溫度、pH、試劑加入量的變化影響要小。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)二、影響顯色反應(yīng)的因素影響顯色反應(yīng)的因素主要有以下幾種。1.顯色劑用量顯色反應(yīng)一般可用下式表示：

M+R＝MR(被測(cè)離子)(顯色劑)(有色化合物)根據(jù)平衡移動(dòng)原理，顯色劑R過(guò)量越多，越有利于被測(cè)離子形成有色化合物。但對(duì)于某些不穩(wěn)定或形成逐級(jí)配合物的反應(yīng)，顯色劑過(guò)量太多反而會(huì)引起副反應(yīng)，對(duì)測(cè)定不利。顯色劑的適宜用量要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)方法：固定被測(cè)離子濃度及其他條件，分別加入不同量的顯色劑，測(cè)定其吸光度，然后繪制出吸光度對(duì)顯色劑濃度的關(guān)系曲線，一般可得到如圖所示的三種形狀的曲線無(wú)機(jī)及分析化學(xué)2.溶液的酸度（2）對(duì)顯色劑的平衡濃度和顏色的影響（3）對(duì)有色化合物組成的影響不同的顯色反應(yīng)的適宜pH是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的。（1）對(duì)被測(cè)組分存在狀態(tài)的影響無(wú)機(jī)及分析化學(xué)3、顯色溫度：要求標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測(cè)溶液在測(cè)定過(guò)程中溫度一致。4、顯色時(shí)間：通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定合適的顯色時(shí)間，并在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行比色測(cè)定。5、溶劑：有機(jī)溶劑降低有色化合物的解離度，提高顯色反應(yīng)的靈敏度。6、共存離子的影響

無(wú)機(jī)及分析化學(xué)§10－3光度分析法及其儀器一、目視比色法用眼睛觀察、比較溶液顏色深淺以確定物質(zhì)含量的方法。儀器：由相同質(zhì)料制成的、形狀大小相同的比色管方法：將一系列不同量的標(biāo)液依次加入各比色管中，再分別加入等量的顯色劑及其他試劑，并控制其他實(shí)驗(yàn)條件相同，最后稀釋至同樣的體積。配成一套顏色逐漸加深的標(biāo)準(zhǔn)色階。將一定量被測(cè)試液置于另一相同的比色管中，在同樣條件下顯色，并稀釋至同樣體積。然后從管口垂直向下觀察，也可以從比色管側(cè)面觀察，若試液與標(biāo)準(zhǔn)系列中某管溶液的顏色深度相同，則說(shuō)明兩者濃度相等；若試液顏色介于兩標(biāo)準(zhǔn)溶液之間，則其濃度介于兩者之間。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)二、分光光度計(jì)光源單色器吸收池檢測(cè)器和信號(hào)顯示系統(tǒng)1.分光光度計(jì)的基本構(gòu)造無(wú)機(jī)及分析化學(xué)作用：提供能量，激發(fā)被測(cè)物質(zhì)分子，使之產(chǎn)生電子譜帶要求：發(fā)射足夠強(qiáng)的連續(xù)光譜，有良好的穩(wěn)定性及足夠的適用壽命類型：可見與近紅外區(qū)：鎢燈400~1100nm

紫外區(qū)：氫燈或氘燈180~400nm（1）光源無(wú)機(jī)及分析化學(xué)(2)單色器作用：從連續(xù)光源中分離出所需要的足夠窄波段的光束常用的元件：棱鏡、光柵無(wú)機(jī)及分析化學(xué)(3)吸收池功能：用于盛放試樣，完成樣品中待測(cè)試樣對(duì)光的吸收常用的吸收池：石英（紫外區(qū)）玻璃（可見區(qū)）吸收池光程：1cm、2cm、3cm等注意：為減少光的損失，吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向。吸收池要挑選配對(duì)，因?yàn)槲粘夭牧系谋旧砦馓卣饕约拔粘氐墓獬涕L(zhǎng)度的精度等對(duì)分析結(jié)果都有影響。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)(4)檢測(cè)系統(tǒng)

作用：接受、記錄信號(hào)組成：檢測(cè)器、放大器和讀數(shù)和記錄系統(tǒng)常用檢測(cè)器：光電管和光電倍增管藍(lán)敏（銻銫）光電管210~625nm

紅敏（氧化銫）光電管625~1000nm無(wú)機(jī)及分析化學(xué)分光光度計(jì)無(wú)機(jī)及分析化學(xué)三、吸光光度法測(cè)量條件的選擇1、入射光波長(zhǎng)

a.最大吸收波長(zhǎng)；b.能避開干擾組分的入射光波長(zhǎng)測(cè)量條件無(wú)機(jī)及分析化學(xué)2、參比溶液

溶劑空白：試液及顯色劑均無(wú)色

試樣空白：被測(cè)試液中存在其他有色離子

試劑空白：顯色劑有色，而試液本身無(wú)色如果顯色劑和試液均有顏色，可將一份試液加入適當(dāng)掩蔽劑，將被測(cè)組分掩蔽起來(lái)，使之不再與顯色劑作用，而顯色劑及其他試劑均按試液測(cè)定方法加入，以此作為參比溶液，這樣可以消除顯色劑和一些共存組分的干擾。無(wú)機(jī)及分析化學(xué)3、吸光度范圍被測(cè)溶液的吸光度值在0.2～0.8范圍內(nèi)，使測(cè)定結(jié)果有較高的準(zhǔn)確度，過(guò)大或過(guò)小應(yīng)予以調(diào)節(jié)。而當(dāng)A=0.434或T%=36.8時(shí)，測(cè)定的誤差最小。為此可從以下三方面加以控制：一是改變?cè)嚇拥姆Q樣量，或采用稀釋、濃縮、富集等方法來(lái)控制被測(cè)溶液的濃度