江苏某大学《分析化学》教学第十一章-吸光光度法课件

第十一章第十一章 吸光光度法吸光光度法1第十一章 吸光光度法1 吸吸光光光光度度法法：基基于于物物质质对对光光的的选选择择性性吸收而建立起来的一种分析方法。吸收而建立起来的一种分析方法。2 吸光光度法：基于物质对光的选择性吸收而建立起一、分类一、分类3一、分类3二、特点二、特点1、灵敏度高。（、灵敏度高。（110-3、10-510-6 molL-1）2、准确度高。相对误差约为、准确度高。相对误差约为2%5%。3、操作简单，快速。、操作简单，快速。4、应用广泛、应用广泛。5、可用于化学平衡等的研究。可用于化学平衡等的研究。4二、特点1、灵敏度高。（110-3、10-510-6 11.1 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收波动性：波动性：衍射、折射、干涉、偏振等现象。c粒子性：粒子性：光电效应。光是由大量的以光速运动的粒子组成。光子具有一定的能量：Ehhc/。波长短，能量高一、光的基本性质一、光的基本性质511.1 物质对光的选择性吸收波动性：衍射、折射、干涉、电电 磁磁 波波 谱谱波谱名称波谱名称波长范围波长范围分析方法分析方法射射线0.0050.17 nm中子活化分析，莫斯鲍尔谱法中子活化分析，莫斯鲍尔谱法X射线射线0.110 nmX射线光谱法射线光谱法远紫外远紫外10200 nm真空紫外光谱法真空紫外光谱法近紫外近紫外200400 nm紫外光谱法紫外光谱法可见光可见光400750 nm比色法，可见分光光度法比色法，可见分光光度法近红外近红外0.752.5m红外光谱法红外光谱法中红外中红外2.550 m红外光谱法红外光谱法远红外远红外501000 m红外光谱法红外光谱法微微 波波11000 mm微波光谱法微波光谱法射射 频频11000 m核磁共振光谱法核磁共振光谱法6单色光色光:具有相同波具有相同波长的光的光复合光复合光:不同波不同波长的的单色光色光组成成电 磁 波 谱波谱名称波长范围分析方法射线0.0050.当光通过透明的物质时，具有某种能量的光子被吸收，而另外能量的光子不被吸收。光子是否被物质吸收，既光子是否被物质吸收，既决定于光子的能量，又决定于光子的能量，又决定于决定于物质的内部结构。物质的内部结构。二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收1、物质对光选择性吸收的原因、物质对光选择性吸收的原因7 当光通过透明的物质时，具有某种能量的光子被吸收 仅当照射光的仅当照射光的光子的能量光子的能量与被照射物质粒子的与被照射物质粒子的基基态和激发态的能级差相当态和激发态的能级差相当时才能被光吸收。时才能被光吸收。基态基态 激发态激发态 E1 E2M+h M*M+热M+荧光或磷光分子结构的复杂性分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同。使其对不同波长光的吸收程度不同。8 仅当照射光的光子的能量与被照射物质粒子的基态 光的互补性：光的互补性：红红橙橙黄黄绿绿青青青蓝青蓝蓝蓝紫紫2、物质的颜色与光吸收的关系、物质的颜色与光吸收的关系9 KMnO4紫红色，选择性吸收绿青色紫红色，选择性吸收绿青色 CuSO4蓝色蓝色，选择性吸收黄光，选择性吸收黄光 光的互补性：红橙黄绿青青蓝蓝紫2、物质的颜色与光吸收的关/nm吸收光物质颜色400 450紫黄绿450 480蓝黄480 490绿蓝橙490 500蓝绿红500 560绿红紫560 580黄绿紫580 610黄蓝610 650橙绿蓝650 760红蓝绿色物质颜色与吸收光颜色的互补关系物质颜色与吸收光颜色的互补关系10/nm吸收光物质颜色400 450紫黄绿450 3、吸收曲线、吸收曲线 是溶液对是溶液对不同波长不同波长的光的吸收程度的形象化描述。的光的吸收程度的形象化描述。分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同。分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同。113、吸收曲线 是溶液对不同波长的光的吸收程度的吸收曲线的讨论吸收曲线的讨论:（1）同一种物质同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为处对应的波长称为最大吸收波长最大吸收波长max。（2）对于）对于不同物质不同物质，它们的，它们的吸收曲线形状和吸收曲线形状和max则不同。则不同。12（3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定定性分析的依据性分析的依据之一。之一。吸收曲线的讨论:（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，有差异，在在max处吸光度处吸光度A 的差异最大的差异最大。此特性可作。此特性可作为物质为物质定量分析的依据定量分析的依据。13（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异11.2 光吸收的基本定律光吸收的基本定律一、朗伯一、朗伯-比耳定律比耳定律1729年波格建立了吸光度与吸收介质厚度之间的关系。1760年朗伯用数学方法表达了这一关系。1852年比耳确定了吸光度与溶液浓度及液层厚度之间的关系。1411.2 光吸收的基本定律一、朗伯-比耳定律1729年波 物理意义物理意义：当一：当一平行单色光垂直平行单色光垂直通过某溶液时，通过某溶液时，溶液对溶液对光的吸收程度光的吸收程度与吸光物质的与吸光物质的浓度浓度c及及液层厚液层厚度度b的乘积成正比。的乘积成正比。1、朗伯、朗伯比耳定律数学表达式比耳定律数学表达式:15 物理意义：当一平行单色光垂直通过某溶液时，溶液对光的吸收程 透光度透光度T（透射比）（透射比）:描述入射光透过溶液的程度。描述入射光透过溶液的程度。16 透光度T（透射比）:162、吸收系数和桑德尔灵敏度、吸收系数和桑德尔灵敏度bc名称名称单位单位cmgL-a：吸收系数：吸收系数Lg-cm-cmmolL-：摩：摩尔尔吸收系数吸收系数Lmol-cm-（1）吸收系数）吸收系数a与与的关系为：的关系为：=a M172、吸收系数和桑德尔灵敏度bc名称单位cmgL-a：吸收 的的物理意物理意义：当吸光物当吸光物质的的浓度度为1molL-1，溶液的液层厚，溶液的液层厚度为度为1cm时，溶液对特征波长光的吸收程度。时，溶液对特征波长光的吸收程度。吸收物质在吸收物质在一定波长一定波长和和溶剂溶剂条件下的特征常数；条件下的特征常数；与与 温度、波长温度、波长及及吸收物质本身吸收物质本身的性质有关，与的性质有关，与吸收物质吸收物质浓度无关浓度无关。摩尔吸收系数摩尔吸收系数性质性质：18 的物理意义：吸收物质在一定波长和溶剂条件 max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度可能达到的最大灵敏度。105：超高灵敏；：超高灵敏；=(610)104：高灵敏；：高灵敏；=(104 103)：中等灵敏；：中等灵敏；103：不灵敏。：不灵敏。可作为定性鉴定的参数；可作为定性鉴定的参数；19 max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度 当光度仪器的检测极限为当光度仪器的检测极限为A=0.001时，单位时，单位截面积光程内所能检出的吸光物质的最低质量，截面积光程内所能检出的吸光物质的最低质量，其单位为其单位为g/cm2。（2）桑德尔灵敏度）桑德尔灵敏度S20 当光度仪器的检测极限为A=0.001时，单位截面S一般在一般在0.010.001 g/cm2之间。之间。S值越小，该测定方法的灵敏度越高。值越小，该测定方法的灵敏度越高。21S一般在0.010.001 g/cm2之间。S值越小例题：用邻二氮菲分光光度法测铁。已知例题：用邻二氮菲分光光度法测铁。已知c=500 g/L，b=2cm，在，在508nm处测得透射比为处测得透射比为0.645。计算。计算a、S。解：解：22例题：用邻二氮菲分光光度法测铁。已知c=500 g/2323（4）吸光度的加和性吸光度的加和性（3）标准曲线的绘制及其应用）标准曲线的绘制及其应用24（4）吸光度的加和性（3）标准曲线的绘制及其应用24二、二、引起偏离朗伯引起偏离朗伯-比耳比耳 定律的因素定律的因素 标准曲线法测定未知溶标准曲线法测定未知溶液的浓度时发现液的浓度时发现,标准曲线标准曲线常发生弯曲常发生弯曲，这种现象称为，这种现象称为对朗伯对朗伯-比耳定律的偏离。比耳定律的偏离。25二、引起偏离朗伯-比耳 1 1、物理性因素、物理性因素 即仪器的非理想引起的。即仪器的非理想引起的。（1）单色光不纯引起的偏离）单色光不纯引起的偏离 261、物理性因素（1）单色光不纯引起的偏离 26克服非克服非单色光引起的偏离：色光引起的偏离：应选择较好的好的单色器。色器。选择最大吸收波最大吸收波长（灵敏度高、平坦）。（灵敏度高、平坦）。27克服非单色光引起的偏离：27（2）介）介质不均匀引起的偏差不均匀引起的偏差 若溶液本身是胶体或浑浊液时，入射光通过溶液后，除一部分被吸收外，还有一部分因散射而损失，致使透光率减小，实测吸光度增大，造成偏离。曲曲线向上弯曲。向上弯曲。28（2）介质不均匀引起的偏差曲线向上弯曲。28（3）非平行光引起的偏离）非平行光引起的偏离 若入射光若入射光不垂直不垂直通过吸收池，就使通过吸收池溶液的通过吸收池，就使通过吸收池溶液的实际光程大于吸收池厚度，引起较小的影响。实际光程大于吸收池厚度，引起较小的影响。朗伯比尔定律朗伯比尔定律：当一平行单色光平行单色光、垂直照射垂直照射溶液时，溶液对光的吸收程度与吸光物质的浓度浓度c及液层厚度液层厚度b的乘积成正比。29（3）非平行光引起的偏离 朗伯比尔定律：292 2、化学性因素：、化学性因素：（1）溶液浓度）溶液浓度 朗伯-比耳定律假设吸光质点是独立的，彼此间无相互影响。而在高浓度时，溶液中各种粒子可能产生相互的影响（发生变化，溶液的折光指数发生变化），仅在稀溶液(c 60 nm。加胶滤光片，半宽度为30 40 nm。干涉滤光片，半峰宽度10 nm(可用于紫外光区)。质量好的滤光片，其半峰宽度质量好的滤光片，其半峰宽度窄窄，单色，单色好好透光透光好。滤光片的选择原则：滤光片最容易透过的光应该是溶液最容易吸收的光。即滤光片的颜色与溶液的颜色互补。37 滤光片37棱镜棱镜 根据光的折射原理，将复合光色散为不同波长的单色光。单色光的纯度决定于棱镜的色散率和出射狭缝的宽度。半峰宽度约为5 10nm。玻璃棱镜：360 3200nm。石英棱镜：200 4000 nm。38棱镜 38光栅光栅 是利用光的衍射和干涉原理而进行分光的。由一系列刻在玻璃或其它材料上、紧挨着的刻痕所组成（1500条/英寸）。光栅正是利用不同波长的入射光产生干涉条纹的衍射角不同（长波长的衍射角大，短波长的衍射角小），将光色散开来。半峰宽度为0.1 nm。39光栅393.吸收池吸收池 样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要用来盛放被测定的试液。吸收池主要用来盛放被测定的试液。在在紫外区紫外区须采用须采用石英池石英池，可见区可见区一般用一般用玻璃池玻璃池。403.吸收池 样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相4.检测系统检测系统 对测定波长范围内的光有快速、灵敏的响应，产生的光电流应与照射于检测器上的光强度成正比。(1)硒光电池硒光电池100200A/流明。透过光的强度越大，产生的电流也越大。（适用于300 800 nm、500 600 nm范围内最灵敏）414.检测系统 对测定波长范围内的光有快速、灵(2)光电管光电管4060A/流明。42(2)光电管4060A/流明。4243(3)光电倍增管光电倍增管 由光电管改进而成的，管中有若千个称为倍增极的附加电极。可使光激发的电流得以放大，一个光子约产生106107 个电子。它的灵敏度比光电管高200多倍。适用波长范围为160700 nm43(3)光电倍增管 由光电管改进而成的，管 作用是将检测光电流的大小，并以一定的方式显示和记录下来5.显示系统显示系统44 作用是将检测光电流的大小，并以一定的方式显示和记录下4545步骤：1、调节仪器零点（T=0）。2、将参比溶液通过光路，调节工作零点（T=100%，A=0）。3、将待测定溶液通过光路，读出吸光度值A。二、吸光度的测量原理二、吸光度的测量原理 分光光度计检测到的是与透射光强度成正比的光电流，而不是吸光度。46步骤：二、吸光度的测量原理 分光光度计检测到的为什么要选择参比溶液？为什么要选择参比溶液？47为什么要选择参比溶液？47三、分光光度计的类型三、分光光度计的类型1、单光束分光光度计、单光束分光光度计优点：结构简单，价格低廉，适宜做固定测定波长的定量分析。缺点：参比与试液不是同时测定，会由于光源和检测器的不稳定 而引起测量误差。48三、分光光度计的类型1、单光束分光光度计优点：结构简单，价格 2、双光束分光光度计、双光束分光光度计 避免了单光束的缺点，具有较高的测量精度和准确度，且方便快捷。实现了吸收光谱的自动扫描。49 2、双光束分光光度计 避免了单光束的缺点，具11.4 吸光光度法吸光光度法 分析条件的选择分析条件的选择一、显色反应及其条件的选择一、显色反应及其条件的选择 （1）显色反应）显色反应 在光度分析中，一般是选适当的试剂，将待测离子转化为有色化合物进行测定。此反应称为显色反应。1、显色反应与显色剂、显色反应与显色剂5011.4 吸光光度法一、显色反应及其条件的选择 例如：钢中微量锰的测定。例如：钢中微量锰的测定。2Mn2+5S2O82-+8 H2O=2MnO4-+10SO42-+16H+在525 nm处进行测定。例如：水中微量铁的测定。例如：水中微量铁的测定。Fe2+3phen=Fe(phen)32+在=510 nm处进行测定。显色反应一般为显色反应一般为氧化还原氧化还原反应和反应和络合络合反应。反应。51 例如：钢中微量锰的测定。显色反应一般为氧化还原反应1、选择性好、选择性好（显色剂只与一个或少数几个组分显色，干扰少）2、灵敏度高、灵敏度高（一般要求=104 105，利于微量组分 的测定，但要注意选择性）3、有色化合物的组成恒定、有色化合物的组成恒定（重现性好、条件易控制）4、反衬度大（、反衬度大（60 nm）5、反应条件易控制。、反应条件易控制。显色反应的选择标准显色反应的选择标准521、选择性好（显色剂只与一个或少数几个组分显色，显色反应的选（2）显色剂）显色剂无机显色剂：无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵等。有机显色剂：有机显色剂：种类繁多。灵敏度高，其摩尔吸光系数104。金属螯合物稳定。专属性强。难溶于水，但可被萃取到有机溶剂中。53（2）显色剂无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵等。53偶氮类显色剂偶氮类显色剂：性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大，应用最广泛。偶氮胂III、PAR等。三苯甲烷类三苯甲烷类：铬天青S、二甲酚橙等。54偶氮类显色剂：性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大二、吸光光度法的测量误差二、吸光光度法的测量误差 及测量条件的选择及测量条件的选择1、仪器测量误差、仪器测量误差55二、吸光光度法的测量误差 一般T0.0020.01。56固定T0.005，改变T，计算Er得图Tmin=0.368 当T 在15%70%，(A=0.150.80)，相对误差4%。Amin 0.434一般T0.0020.01。56固定T0.005，“吸收最大，干扰最小吸收最大，干扰最小”。（1）测量）测量波长的选择波长的选择2、测量条件的选择、测量条件的选择58 “吸收最大，干扰最小”。（1）测量波长最佳读数范围：最佳读数范围：A=0.15 0.80 误差最小？误差最小？Tmin 0.368 Amin 0.434（2）吸光度范围的选择吸光度范围的选择59最佳读数范围：A=0.15 0.80 （3）参比溶液的选择参比溶液的选择 纯溶剂（水纯溶剂（水)作参比溶液；作参比溶液；试剂均无吸收试剂均无吸收“试剂空白试剂空白”参比溶液；参比溶液；若显色剂、若显色剂、试液中其他组分试液中其他组分在测量波长处有吸收在测量波长处有吸收,则可则可 在试液中加入适当掩蔽剂将在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽待测组分掩蔽后再加显色后再加显色 剂，作为参比溶液。剂，作为参比溶液。60（3）参比溶液的选择 纯溶剂（水)作参比溶液；试剂均无吸11.5 吸光光度法的应用吸光光度法的应用一、试样中微量组分的测定一、试样中微量组分的测定 1、单组分的测定、单组分的测定 标准比较法标准比较法:6111.5 吸光光度法的应用一、试样中微量组分的测定 2、多组分的同时测定、多组分的同时测定 各组分的吸收曲线不重叠各组分的吸收曲线不重叠 622、多组分的同时测定 各组分的吸收曲线不重叠 62 各组分的吸收曲线互有重叠各组分的吸收曲线互有重叠63 各组分的吸收曲线互有重叠63二、试样中高含量组分的测定二、试样中高含量组分的测定 示差法示差法设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为标准溶液浓度为cs。则：则：Ax=b cx As=b cs Ar=x s =b(cx cs）=bc cx=cs+c 采用采用浓度与试样含量接近浓度与试样含量接近的已知浓度的标准溶液作的已知浓度的标准溶液作为为参比溶液。参比溶液。cA64二、试样中高含量组分的测定 示差法为什么能较准确地测定高浓度组分呢？示差法为什么能较准确地测定高浓度组分呢？普通光度法普通光度法:cs:Ts=10%，cx:Tx=5%，示差法示差法:cs:Ts=100%，cx:Tr=50%，透射比读数标尺扩大了十倍。读数落入适宜读数范围内，提高了测量的准确度。65示差法为什么能较准确地测定高浓度组分呢？普通光度法:示差法的浓度相对误差：示差法的浓度相对误差：随着参比溶液浓度增加，即Ts减小，浓度相对误差减小。要求仪器光源有足够的发射强度，以便能调节参比溶液透射比为100%。Tr示差法中试液的透光度。示差法中试液的透光度。Ts标样在普通法中的透光度。标样在普通法中的透光度。66示差法的浓度相对误差：随着参比溶液浓度增加，三、配合物组成的测定三、配合物组成的测定 M+nL=MLn(1)测定金属离子浓度cM固定，而配位体浓度cL逐渐改变的不同溶液的吸光度。作图(2)当cL/cMn时，配位不完全 当cL/cMn时，配位完全1、摩尔比法、摩尔比法：此法适用于离解度较小、络合比高的络合物组成的测定。67三、配合物组成的测定 M+nL=ML（1）保持CM+CR=K，连续改变溶液中CR和CM的比值，在选定条件和波长下，测定溶液的吸光度A，作图。（2）其拐点或其切线的交点，所对应的值为配合物的配位比值。2、等摩尔连续变化法：、等摩尔连续变化法：此法适用于络合比低、稳定性较高的络合物组成的测定。离解度：68（1）保持CM+CR=K，连续改变溶液中CR和CM的四、酸碱离解常数的测定四、酸碱离解常数的测定HL=H+L-69四、酸碱离解常数的测定HL=H+L-69(4)在高酸度时：AHL=HLc(5)在低酸度时：AL=Lc70(4)在高酸度时：AHL=HLc70光度法测定一元弱酸离解常数的基本公式：方法（1）方法（2）作ApH曲线pHA71光度法测定一元弱酸离解常数的基本公式：方法（1）方法（2）作五、双波长分光光度法五、双波长分光光度法两束光交替照射：两束光交替照射：试液本身作参比液。试液本身作参比液。主要应用：主要应用：(1)多组分混合物的测定(2)混浊样品的测定(3)反应动力学过程研究72五、双波长分光光度法两束光交替照射：试液本身作参比液。72X、Y两组分混合物的测定（如图）73X、Y两组分混合物的测定（如图）7318 19 20 23 26 3074课后作业18 19 20 23 26 3074课后作业