第十二章吸光光度分析法

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第12章吸光光度分析法主要內(nèi)容:一、吸光光度法的基本原理

光的基本性質(zhì)物質(zhì)對光的吸收溶液的吸光定律二、顯色反應(yīng)與分析條件的選擇三、吸光分析法的方法與儀器簡介四、吸光光度法應(yīng)用簡介---單組分的測定目視比色法

光電比色法2023/2/6第2頁12.1.1光的基本性質(zhì)吸光光度法

是基于被測物質(zhì)的分子對光具有選擇吸收的特性而建立的分析方法。光的電磁波性質(zhì)射線x射線紫外光紅外光微波無線電波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可見光12.1吸光光度法的基本原理2023/2/6第3頁光的波粒二象性波動性粒子性E光的折射光的衍射光的偏振光的干涉光電效應(yīng)E：光子的能量（J,焦耳）：光子的頻率（Hz,赫茲）：光子的波長（cm）c：光速（2.99791010cm.s-1）h：Plank常數(shù)（6.625610-34J.s焦耳.秒）2023/2/6第4頁單色光、復(fù)合光、光的互補(bǔ)單色光復(fù)合光光的互補(bǔ)單一波長的光由不同波長的光組合而成的光若兩種不同顏色的單色光按一定的強(qiáng)度比例混合得到白光，那么就稱這兩種單色光為互補(bǔ)色光，這種現(xiàn)象稱為光的互補(bǔ)。紫紅綠紫黃藍(lán)橙紅藍(lán)綠2023/2/6第5頁12.1.2物質(zhì)對光的吸收物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系完全吸收完全透過吸收橙色光光譜示意表觀現(xiàn)象示意復(fù)合光2023/2/6第6頁吸收光譜:光作用于物質(zhì)時，物質(zhì)吸收了可見光，而顯示出特征的顏色，這一過程與物質(zhì)的性質(zhì)及光的性質(zhì)有關(guān)。物質(zhì)對光的吸收：物質(zhì)對光的吸收滿足Plank條件：S2S1S0S3E2E0E1E3h2023/2/6第7頁定性分析與定量分析的基礎(chǔ)定性分析基礎(chǔ)定量分析基礎(chǔ)物質(zhì)對光的選擇吸收ABA在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，物質(zhì)對光的吸收與物質(zhì)的濃度成正比。AC增大2023/2/6第8頁12.1.3溶液的吸光定律1.透光率

（透射比）Transmittance定義：透過光強(qiáng)度與入射光強(qiáng)度的比值。T取值為0.0%

~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光I0透射光It2023/2/6第9頁2.吸光度(A)與透光率

AbsorbanceandtransmittanceT：透光率A：吸光度1.00.50ACA100500T%TT=0.0%A=∞T=100.0%A=0.0A=0.434T=36.8%2023/2/6第10頁K：比例常數(shù)入射光波長物質(zhì)的性質(zhì)溫度c：mol/Lc：g/L取值與濃度的單位相關(guān)K摩爾吸光系數(shù)，L·mol–1·cm-1Ka吸光系數(shù)，L·g–1·cm-1c:g/100mLK比吸光系數(shù)2023/2/6第11頁朗伯-比耳定律:

當(dāng)一束單色光通過均勻的非散射的溶液時，溶液的吸光度A與吸光物質(zhì)的濃度c和液層的厚度b的乘積成正比。A：吸光度

c：溶液的濃度mol·L-1

b：液層的厚度cm：摩爾吸光系數(shù)L·mol-1·cm-12023/2/6第12頁朗伯-比耳定律的適用條件:必須使用單色光為入射光溶液必須為稀溶液朗伯-比耳定律能夠用于彼此不相互作用的多組分溶液，它們的吸光度具有加合性。朗伯-比耳定律對紫外光、可見光、紅外光都適用。2023/2/6第13頁§12–2顯色反應(yīng)與測量條件的選擇一、顯色反應(yīng)

在進(jìn)行吸光光度分析時，有些待測物質(zhì)本身有顏色，如KMnO4、K2Cr2O7等可直接進(jìn)行測定。但大多數(shù)物質(zhì)本身沒有顏色或顏色太淺，如PO43-(無色)、FeCl3(淡黃色)，故測定時需要加入適當(dāng)?shù)脑噭┡c被測離子反應(yīng)生成有色化合物再進(jìn)行測定。顯色反應(yīng)：將試樣中待測組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔锏姆磻?yīng)稱為顯色反應(yīng)。顯色劑：在一定條件下能與待測組分形成有色化合物的試劑稱為顯色劑。2023/2/6第14頁光度分析中應(yīng)用較多的是有機(jī)顯色劑。有機(jī)顯色劑一般含有生色團(tuán)和助色團(tuán)。生色團(tuán)：是某些含不飽和鍵的基團(tuán)。

如:偶氮基、羰基、亞硝基、硝基等。

助色團(tuán)：是某些含孤對電子的基團(tuán)。

－NH2，－OH，－X

孤對電子－N＝N－－N＝O

C=O2023/2/6第15頁常見的有機(jī)顯色劑1.磺基水楊酸常用于Fe3+的測定2.鄰二氮菲

直接在pH=3～9時與Fe2+生成紅色螯合物，用于鐵的測定。2023/2/6第16頁二、對顯色反應(yīng)的要求⒈靈敏度要高：

吸光光度法一般用于微量組分的測定，因此應(yīng)選擇靈敏度高的顯色反應(yīng)。一般要求生成的有色物質(zhì)摩爾吸光系數(shù)ε應(yīng)大于104。⒉選擇性高：

所選顯色劑最好只與被測組分發(fā)生顯色反應(yīng)，顏色明顯。實(shí)際工作中應(yīng)選用干擾少或干擾易消除的顯色劑。⒊有色化合物組成要固定：

這樣被測物質(zhì)與有色化合物之間才有定量關(guān)系。如測定Fe3+時，常用磺基水楊酸作顯色劑，而不用SCN-作顯色劑。2023/2/6第17頁⒋有色化合物穩(wěn)定性要高：

有色化合物的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)足夠穩(wěn)定，至少應(yīng)保證在測量過程中其吸光度保持不變。

⒌

有色化合物與顯色劑之間的顏色差別要大：

有色化合物與顯色劑對光的吸收要有明顯區(qū)別。一般要求兩者最大吸收波長之差λ大于60nm。⒍顯色反應(yīng)的條件要容易控制

如果反應(yīng)條件過于嚴(yán)格難于控制，則測定結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度均較差。2023/2/6第18頁三、顯色反應(yīng)條件的選擇

⒈顯色劑用量（濃度、pH一定條件下）

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⒉溶液的酸度（被測物質(zhì)和顯色劑濃度一定）

pHpH1<pH<pH22023/2/6第20頁⒊顯色時間⒋顯色溫度T1(℃)T2(℃)t(min)A2023/2/6第21頁四、測量條件的選擇⑴測量波長的選擇

應(yīng)根據(jù)被測物質(zhì)的吸收光譜曲線來進(jìn)行選擇，選擇的原則是“吸收最大，干擾最小”。⑵吸光度范圍的選擇測量的相對誤差小于4%，讀數(shù)誤差為1%時，透光率應(yīng)在65%～15%，即吸光度在0.2～0.8之間。若吸光度不在此范圍，可通過以下方法調(diào)節(jié)吸光度：改變稱樣量稀釋溶液選擇不同厚度的比色杯2023/2/6第22頁⑶參比溶液的選擇在測量吸光度時，首先要利用參比溶液調(diào)節(jié)儀器的透光率為100%（吸光度為零），其目的在于扣除由于比色皿、試劑、顯色劑和溶液中其他組分對入射光吸收和反射帶來的誤差，使測定的吸光度能真實(shí)反映待測物質(zhì)的濃度。

選擇參比溶液的原則：

待測溶液的吸光度與參比溶液的吸光度之差是待測組分的真實(shí)吸光度。

2023/2/6第23頁可按以下情況選擇參比溶液：當(dāng)試液、試劑、顯色劑均無色時，可選蒸餾水作參比溶液。

當(dāng)顯色劑和試劑無色，試液中其他離子有色時，可選試液作參比溶液。當(dāng)顯色劑或試劑有色，試液無色時，可選空白溶液（僅不加試液，其他反應(yīng)條件相同的溶液）作參比溶液。

2023/2/6第24頁12.3.1吸光分析的幾種方法目視比色法標(biāo)準(zhǔn)系列未知樣品特點(diǎn)利用自然光比較吸收光的互補(bǔ)色光準(zhǔn)確度低（半定量）不可分辨多組分方法簡便12.3吸光分析法的方法與儀器簡介標(biāo)準(zhǔn)系列2023/2/6第25頁光電比色法分光光度法（紫外-可見分光光度法）UV-VIS0.575光源單色器吸收池檢測器顯示I0It參比樣品入射光I0透射光It請注意與定義比較未考慮吸收池和溶劑對光子的作用2023/2/6第26頁單波長單光束分光光度計(jì)0.575光源單色器吸收池檢測器顯示2023/2/6第27頁單波長雙光束分光光度計(jì)比值光源單色器吸收池檢測器顯示光束分裂器2023/2/6第28頁12.3.2吸光分析法的儀器簡介紫外-可見分光光度計(jì)組件

光源單色器樣品池檢測器信號輸出氫燈,氘燈,185~350nm;鹵鎢燈,340~2500nm.基本要求：光源強(qiáng)，能量分布均勻，穩(wěn)定作用：將復(fù)合光色散成單色光棱鏡玻璃，350~2500nm,石英，185~4500nm光柵平面透射光柵，反射光柵玻璃，光學(xué)玻璃，石英作用：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并放大光電管，光電倍增管，光電二極管，光導(dǎo)攝像管（多道分析器）表頭、記錄儀、屏幕、數(shù)字顯示2023/2/6第29頁2023/2/6第30頁

(1)工作曲線法

配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，在相同條件下比色測定吸光度A，以A為縱坐標(biāo)、濃度為橫坐標(biāo)作圖可得一條曲線，這條曲線叫工作曲線或標(biāo)準(zhǔn)曲線，再用同法配制試樣液，同樣條件下測其吸光度，據(jù)吸光度A值在工作曲線上查出試樣液的濃度，這種方法叫工作曲線法。COA標(biāo)準(zhǔn)溶液未知樣濃度c1c2c3c4c5c6cx吸光度A1A2A3A4A5A6Ax12.4吸光光度法應(yīng)用簡介單組分的測定純物質(zhì)或共存物質(zhì)不干擾2023/2/6第31頁(2)比較法

在相同條件下測一標(biāo)準(zhǔn)溶液和試樣溶液的吸光度A，則兩溶液的濃度之比就等于吸光度之比，

Cs/Cx=As/Ax

Cx=CsAx/As

未知樣OCA

一般要求Cs與Cx相近，這樣可避免產(chǎn)生較大的測量誤差。2023/2/6第32頁

考試范圍光的吸收定律及其有關(guān)計(jì)算。顯色條件和光度測量條件的選擇方法光度分析法注意事項(xiàng)和主要步驟。2023/2/6第33頁要點(diǎn):1、Plank條件2、物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)不同，所能吸收光的波長也不同，這就構(gòu)成了物質(zhì)對光的選擇吸收基礎(chǔ)。3、在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，物質(zhì)對光的吸收與物質(zhì)的濃度成正比吸光定律c：mol/L摩爾吸光系數(shù)，L·mol–1·cm-1Kc：g/LKa吸光系