第7章 吸光光度法

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,08-10月-24,1,第,7,章吸 光 光 度 法,Spectrophotometry,08-10月-24,2,7.1,光吸收基本定律,7.2,分光光度计,7.3,显色反应及影响因素,7.4,吸光光度分析及误差控制,7.5,吸光光度分析法的应用,08-10月-24,3,吸光光度法是基干物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。,方法特点：,一、灵敏度高：,1%,10,-5,%,二、准确度高：目视,5%,10%,，仪器,2%,5%,三、快速简便,四、应用广泛,:,绝大多数无机离子，有机化合物,08-10月-24,4,7.1,光吸收基本定律,7.1.1.,光的基本性质,一、光是一种电磁波,-,波粒二象性,08-10月-24,5,2.,微粒性,h,普朗克,(,Planck,),常数,6.62610,-34,Js,频率,E,光量子具有的能量,单位：,J(,焦耳,),，,eV(,电子伏特,),光量子，具有能量。,1.,波动性,08-10月-24,6,3.,波粒二象性,结论,:,一定波长的光具有一定的能量，波长越,长,(,频率越低,),，光量子的能量越低。,单色光,：具有相同能量,(,相同波长,),的光。,复合光,：具有不同能量,(,不同波长,),的光复合在,一起。,电磁波谱的波段如何划分,?,真空中,:,08-10月-24,7,4,电磁波谱,(Electromagnetic waves),电磁辐射按波长顺序排列：,射线,X,射线紫外光可见光红外光微波无线电波,(,真空紫外,),远红外,中红外,近红外,可见,近紫外,远紫外,10nm,200nm,中层电子,200nm,380nm,价电子,380nm,780nm,价电子,780 nm,2.5,m,分子振动,2.5,m,50,m,分子振动,50,m,300,m,分子转动,08-10月-24,8,二、光的互补关系,可见光,白光（复合光）：由不同波长的光按,一定比例复合而成,单色光,：波长处于某一范围的光（理论：同一波长）,互补光,：,如果两种单色光按一定强度比例混合后到白光，这两种单色光称为互补色,08-10月-24,9,不同颜色的可见光波长及其互补光,/nm,颜色,互补光,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,08-10月-24,10,三、吸收曲线,当白光通过某一有色溶液时，该溶液会选择性,地吸收某些波长,(wavelength),的光而让未被吸收,的光透射过，,呈现的是它吸收光的,互补光,的颜色,例如，,KMnO,4,溶液选择吸收了白光中的,绿色,(500560nm),光，与,绿色光,互补的,紫色光,因未被吸收而透过溶液，所以,KMnO,4,溶液呈现,紫色,。,08-10月-24,11,将一系列不同波长的单色光依次通过某一吸光物质，测量该物质对光的吸收程度（吸光度），作吸光度（,A,）,入曲线：吸收曲线,吸收曲线：,08-10月-24,12,吸收曲线,(absorption spectrum),08-10月-24,13,吸收曲线的讨论：,1.,在入,525nm,，吸收最大,入,max,2.,浓度改变 入,max,不变,（同种溶液）浓度越大，吸光度越大,08-10月-24,14,7.1.2,光吸收的基本定律,一,.,朗伯比尔定律,(Lamberts law),透光度,(T),与吸光度,(A),I,0,I,t,I,r,I,a,I,0,=I,t,+I,a,+I,r,A=lg(I,0,/I,t,),08-10月-24,15,2.,吸收定律,A,=,kbc,A,吸光度,(absorbance),b,介质厚度,(length/cm),c,浓度,(,concentration),K,吸光系数,(absorptivity),当一束,平行单色光垂直,通过,均匀，非散射,的吸光物质时，,其吸光度,A,与吸收物质的浓度,c,及吸收层厚度,b,成正比。,08-10月-24,16,A,T,C,之间的关系,A=lg(I,0,/I,t,)A=lg(1/T),08-10月-24,17,吸光度,(,A),、透光率,(,T),与浓度,(c),的关系,A,T,c,A,=,kbc,线性关系,08-10月-24,18,二、摩尔吸光系数和桑德尔灵敏度,1.,摩尔吸光系数：,:Lmol,-1,cm,-1,当,c,的单位用,molL,-1,表示时，用,表示,.(,b,：,cm),摩尔吸光系数,(Molar absorptivity),A,bc,物理意义：在一定温度下，当吸光物质的浓度为,1 molL,时，液层厚度为,1cm,时，溶液的吸光度。,反映了吸光物质进行光度测定的灵敏度,08-10月-24,19,摩尔吸光系数,(,),的讨论,吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数,，,可作为,定性鉴定的参数,；,与吸收物质本身的性质有关；,同一吸收物质在不同波长下的,值是不同的。,在最大吸收波长,max,处的摩尔吸光系数，常以,max,表示。,max,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可能达到的最大灵敏度。,max,越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。,08-10月-24,20,朗伯,-,比尔定律的适用条件,单色光,:,应选用,max,处或肩峰处测定,吸光质点形式不变：,离解、络合、缔合会破坏线性关系，应控制条件,(,酸度、浓度、介质等,),稀溶液：,浓度增大，分子之间作用增强,08-10月-24,21,2.,桑德尔灵敏度：,Sg,m,2,当光度仪器的检测极限为,0.001,时，单位截面积光柱内所能检出的吸光物质的最低质量，用,S,表示。,S,越小，越灵敏,经推导：,S=M/,g,m,2,一般：,S,在,0.010.001,g,m,2,08-10月-24,22,分光光度计的类型,7.2,分光光度计,08-10月-24,23,1,光源,2,单色器,3,吸收池,4,检测系统,稳压电源,分光光度计的基本部件,5,显示系统,08-10月-24,24,1.,光源,(Light source),：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。,可见光区：钨灯，碘钨灯,(320,2500 nm),紫外区：,氢灯，氘灯,(180,375 nm),2.,单色器,(monochromator),：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。,棱镜,:,玻璃,350,3200 nm,石英,185,4000 nm,光栅,:,波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便,08-10月-24,25,单色器,棱镜：,依据不同波长光通过棱镜时折射率不同,入射狭缝,准直透镜,棱镜,聚焦透镜,出射狭缝,白光,红,紫,1,2,800,600,500,400,08-10月-24,26,光栅：,在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的,等宽度等间距,条痕,(,600,、,1200,、,2400,条,/mm,),。,M,1,M,2,出射狭缝,光屏,透镜,平面透射光栅,光栅衍射示意图,原理：,利用光通过光栅时,发生衍射和干涉现象而分光,.,08-10月-24,27,光栅,08-10月-24,28,3.,吸收池,(cell,),:,用于盛待测及参比溶液。,玻璃,能吸收,UV,光，仅适用于可见光区,石英,不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区,4.,检测器,(detector),：,利用光电效应，将光能转成电流讯号。,光电池，光电管，光电倍增管,5.,显示装置,(display),08-10月-24,29,722,型分光光度计结构方框图,光源,吸收池,检测系统,分光系统,显示系统,08-10月-24,30,08-10月-24,31,7.3,显色反应及影响因素,一、,显色反应的选择,1,灵敏度高,(High sensitivity),，,一般,10,4,2,有色化合物组成恒定，符合一定的化学式。性质稳定显色条件易于控制，重现性好。,3,显色剂在测定波长处无明显吸收。,对比度好,max,60 nm.,二、显色剂,(Color reagents),无机显色剂,:Fe(SCN),2+,，,TiOH,2,O,2,2+,有机显色剂,:,7.3.1,显色反应和显色剂,(Color reactions),08-10月-24,32,有机显色剂,:,O,N,N,，,N,O,，,O,C=S,N,（共轭双键）,e,生色团（生色团）,能吸收紫外,-,可见光的基团,有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团产生,n,*,跃迁和,*,跃迁,跃迁,E,较低,注：当出现几个,生,色团共轭，则几个,生,色团所产生的吸收带将消失，代之出现新的共轭吸收带，其波长将比单个生色团的吸收波长长，强度也增强,08-10月-24,33,助色团,本身无紫外吸收，但可以使生色团吸收峰加强同时,使吸收峰长移（红移）的基团,有机物：连有杂原子的饱和基团,例：,OH,，,OR,，,NH,，,NR,2,，,X,08-10月-24,34,红移,由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基,）或采用不同溶剂后，,吸收峰位置向长波方向的,移动，叫,红移,(Bathochromic shift,）,.,08-10月-24,35,有机显色剂,CH,3,C,C,CH,3,HO,N N,OH,N,N,OH,COOH,SO,3,H,OO,型：,N,N,N,O,H,OH,ON,型,：,4-,（,2-,吡啶偶氮）间苯二酚,PAR,N,H,N,H,N,S,N,S,型,：,双硫腙,NN,型：,丁二酮肟,邻二氮菲,磺基水杨酸,08-10月-24,36,7.3.2,显色条件的选择,c,R,c,R,c,R,1,、显色剂用量,Mo(SCN),3,2+,浅红,Mo(SCN),5,橙红,Mo(SCN),6,-,浅红,Fe(SCN),n,3-n,08-10月-24,37,二、溶液的酸度,pH,1,pH,08-10月-24,54,仪器测量误差,08-10月-24,55,浓度测量的相对误差与,T,(,或,A,),的关系,10,8,6,4,2,0,20,40,60,80,0.7,0.4,0.2,0.1,A,T,%,E,r,(36.8),0.434,08-10月-24,56,7.5,吸光光度分析法的应用,7.5.1,方法介绍,一,.,目视比色法,士壤中磷的测定,H,3,PO,4,+12(NH,4,),2,MoO,4,+21HNO,3,=(NH,4,),3,PO,4,12MoO,3,+12NH,4,NO,3,+12H,2,O,磷钼黄,(,小,),磷钼,(V),蓝,(,大,),Sn,2+,08-10月-24,57,方便、灵敏，准确度差。,观察方向,c,4,c,3,c,2,c,1,c,1,c,2,c,3,c,4,目视比色法,08-10月-24,58,二,.,示差吸光光度法,当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示,差法。即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液,浓度的标准溶液作参比溶液。,设：待测溶液浓度为,c,x,，标准溶液浓度为,c,s,(,c,s,c,x,),。,则：,A,x,=,b c,x,，,A,s,=,b c,s,=,x,s,=,b,(,c,x,c,s,）,=,b,c,测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液,的吸光度之差,。由标准曲线上查得相应的,c,值，,则待测溶液浓度,c,x,：,c,x,=,c,s,+,c,08-10月-24,59,示差法标尺扩展原理：,普通法：,c,s,的,T,=10%,；,c,x,的,T,=5%,示差法：,c,s,做参比，调,T,=100%,则：,c,x,的,T,=50%,；标尺扩展,10,倍,08-10月-24,60,三,.,双波长吸光光度法,1.,原理：两束波长不同的单色光，以一定的频率交替照到装有试液的吸收