第2、3、4節(jié)-光度計、顯色反應(yīng)及應(yīng)用.ppt

一 目視比色法用眼睛比較溶液顏色的深淺以確定物質(zhì)濃度的方法稱為目視比色法 特點 設(shè)備簡單 操作簡便 無需單色光 準(zhǔn)確度不高 二 分光光度計 2 3紫外 可見分光光度計 一 基本組成 光源 單色器 樣品室 檢測器 顯示器 1 光源在整個紫外光區(qū)或可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜 具有足夠的輻射強(qiáng)度 較好的穩(wěn)定性 較長的使用壽命 可見光區(qū) 鎢燈作為光源 其輻射波長范圍在320 2500nm 紫外區(qū) 氫 氘燈 發(fā)射185 400nm的連續(xù)光譜 2 單色器 將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出一任波長單色光的光學(xué)系統(tǒng) 色散元件 將復(fù)合光分解成單色光 棱鏡或光柵 3 樣品室 樣品室放置各種類型的吸收池 比色皿 和相應(yīng)的池架附件 吸收池主要有石英池和玻璃池兩種 在紫外區(qū)須采用石英池 可見區(qū)一般用玻璃池 比色皿規(guī)格 0 5cm 1cm 2cm 3cm手拿 毛玻璃面清洗 CH3OH HCl 2 1水蒸餾水試液注意 絕對不能用洗液 毛刷 去污粉 4 檢測器利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號變成可測的電信號 常用的有光電池 光電管或光電倍增管 5 結(jié)果顯示記錄系統(tǒng)檢流計 數(shù)字顯示 微機(jī)進(jìn)行儀器自動控制和結(jié)果處理 儀器 可見分光光度計 儀器 紫外 可見分光光度計 1 顯色反應(yīng)2 顯色反應(yīng)條件的選擇3 測量條件的選擇4 提高光度測定靈敏度和選擇性的途徑 2 4顯色與測量條件的選擇 一 顯色反應(yīng)首先顯色有色化合物測定使無色或淺色的待測組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔锏姆磻?yīng)稱為顯色反應(yīng) 與待測組分形成有色化合物的試劑成為顯色劑 如Mo5 5CNS Mo CNS 5桔紅色Fe3 CNS Fe CNS 2 血紅色顯色反應(yīng)可以是絡(luò)合反應(yīng) 氧化還原反應(yīng) 有機(jī)合成反應(yīng)等目的 提高分析的靈敏度和準(zhǔn)確度 1 原則 1 顯色反應(yīng)的靈敏度要高 2 顯色劑的選擇性要好 3 有色化合物的穩(wěn)定性要高 4 有色化合物的組成要恒定 5 顯色劑本身的顏色與有色化合物的顏色差別要大要求 60nm 2 顯色劑 無機(jī)顯色劑 硫氰酸鹽 鉬酸銨 過氧化氫等應(yīng)用不多 因為配合物不夠穩(wěn)定 靈敏度及選擇性也不高 有機(jī)顯色劑 種類繁多M 有機(jī)顯色劑螯合物 大多數(shù) 特征顏色極穩(wěn)定 OO 有機(jī)顯色劑的選擇性 靈敏度均較高 生色團(tuán) 含不飽和鍵的基團(tuán) 能吸收 200nm波長的光廣義生色團(tuán)如 N NC ON O 偶氮基 羰基 亞硝基 C SN 硫羰基 硝基 助色團(tuán) 含孤對電子的基團(tuán) 與生色團(tuán)上的不飽和鍵相互作用顏色加深如 NH2R2NOH 例 1 磺基水揚(yáng)酸很多高價金屬離子螯合物 主要用于測定Fe3 Fe3 FeSal 紅褐色pH2 3Fe Sal 2 Fe Sal 33 Fe OH 3褐色黃色沉淀pH4 9pH9 11 5pH 12FeSal max 520nm 1 6 103 2 丁二酮肟測Ni2 十分有效的試劑Ni2 紅色配合物 max 470nm 1 3 104 過硫酸銨 3 鄰二氮菲 鄰菲啰啉 鄰二氮雜菲 測Fe2 較好的試劑Fe2 橙紅色pH3 9 max 508nm 1 1 104 4 二苯硫腙測Cu2 Pb2 Zn2 Cd2 Hg2 等重金屬離子的重要試劑采用控制酸度及掩蔽的辦法 可消除重金屬離子之間的干擾 反應(yīng)的靈敏度是很高的 Pb2 紅褐色 max 520nm 6 6 104 二 顯色反應(yīng)條件的選擇 影響顯色反應(yīng)的內(nèi)因 決定于離子的本性及顯色劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 外因 顯色條件1 顯色劑用量M RMR被測離子顯色劑有色化合物K MR M R MR M K R 吸光度A與顯色劑用量CR的關(guān)系會出現(xiàn)如圖所示的幾種情況 選擇曲線變化平坦處 2 反應(yīng)體系的酸度 1 酸度對顯色劑本身顏色的影響酸堿指示劑的性質(zhì) 在不同的酸度下 顯不同的顏色如 偶氮胂 在pH 4時呈紫色堿性呈蘭色pH 3玫瑰紅色 ZrO2 只有在較強(qiáng)的酸性溶液中有明顯的顯色反應(yīng) 玫瑰紅色綠色 2 酸度對溶液中各元素狀態(tài)的影響 如 Fe3 Al3 TiO2 等Fe3 3OH Fe OH 3 3 酸度對顯色劑濃度的影響M RMR H HR 在相同實驗條件下 分別測定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度 選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對應(yīng)的pH范圍 3 顯色時間的影響 A t a b c d 4 溫度的影響實驗確定如 硅鉬藍(lán)法測Si 第一步形成硅鉬黃室溫5min沸水30Sec5 溶劑的影響一般盡量采用水相測定 如 Fe CNS 3水溶液 丙酮紅色變深 例 催化動力學(xué)分光光度法測定Mn2 體系KIO4 鄰菲啰啉 百里酚藍(lán) Mn2 百里酚藍(lán)黃色無色Mn2 催化作用 鄰菲啰啉活化劑pH的影響KIO4濃度的影響鄰菲啰啉濃度的影響百里酚藍(lán)濃度的影響t的影響T的影響 O 三 測定條件的選擇 1 選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL一般應(yīng)該選擇 max為入射光波長 如果 max處有共存組分干擾時 則應(yīng)考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長 2 選擇合適的參比溶液 為什么需要使用參比溶液 利用參比溶液來調(diào)節(jié)儀器的零點 消除比色皿壁及溶劑對入射光的反射和吸收帶來的誤差 即測得的的吸光度真正反映待測溶液吸光強(qiáng)度 參比溶液的選擇一般遵循以下原則 顯色劑及試劑無色 且被測試液中無其它有色離子存在純?nèi)軇?蒸餾水 例 Mn2 MnO4 試劑 樣品均無色H2O NH4 2S2O8 顯色劑無色 被測試液存在其它有色離子不加顯色劑的被測試液例 銅試劑顯色測定鋼中的Cu 顯色劑 試劑等均有顏色 但試液無色按測定方法加入 只是不加樣品 例 鄰二氮菲分光光度法測定Fe2 因為試劑雜質(zhì)中也會帶來微量鐵 所以參比溶液也加入同樣的試劑 就可以抵消由于試劑中帶來微量鐵而使結(jié)果偏高的誤差 顯色劑 試劑 試液均有顏色試液 掩蔽劑 將待測組分掩蔽 顯色劑 試劑 按測定方法加入 可消除共存組分的干擾 3 儀器測量誤差 來源 光源不穩(wěn)定 讀數(shù)不準(zhǔn)確 光電流測量不準(zhǔn)等 i I T 光電流測量誤差 光強(qiáng)測量誤差 1 2 但A lgT 同樣 T 不同A時 A不一樣推導(dǎo)A lgT微分 dA d lgT 0 434dlnT為求吸光度相對誤差 用A除等式兩邊 T dT 0 434 dA A 0 434 TA dT 0 434 T lgT dT dA A d bc bc bdc bc dc c dc c 0 434 T lgT dT 以有限值表示 則上式可寫成 濃度測量值的相對誤差 c c 不僅與儀器的透光度誤差 T有關(guān) 而且與其透光度讀數(shù)T的值也有關(guān) 是否存在最佳讀數(shù)范圍 何值時誤差最小 c c 0 434 T T lgT 當(dāng)讀數(shù)誤差 T 1時 則 用不同的透光率T代入上式 所引起的相對誤差如表所示T cT c9520 836 82 739010 7302 8805 6203 2704 0104 3603 356 5502 9212 8 c c 0 434 T lgT 最佳讀數(shù)范圍與最佳值 若以 c c對溶液的透光率T作圖 得如下曲線 T 36 8 A 0 434時測量誤差最小 一般T15 65 A0 2 0 8 如何控制最佳吸光度范圍 吸光度A 0 80 0 20 1 控制溶液濃度 2 選擇不同厚度的比色皿 一 普通光度法二 示差光度法 2 5光度法的應(yīng)用 一 普通分光光度法 1 單組分的測定通常采用A C標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量測定 2 多組分的同時測定 若各組分的吸收曲線互不重疊 則可在各自最大吸收波長處分別進(jìn)行測定 這本質(zhì)上與單組分測定沒有區(qū)別 若各組分的吸收曲線互有重疊 則可根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量A 1 a 1bca b 1bcbA 2 a 2bca b 2bcb 例 鋼中鉻和錳的測定 試樣經(jīng)酸分解后 生成Mn2 和Cr3 加入H3PO4以掩蔽Fe3 的干擾 在酸性條件下 以AgNO3作催化劑 加過量的 NH4 2S2O8 將Cr3 Mn2 氧化成Cr2O72 和MnO4 離子 1 吸收曲線的繪制用2只1cm比色皿分別測定KMnO4和K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液在420 700nm的吸光度 在同一坐標(biāo)紙上繪制兩者的吸收曲線 2 摩爾吸光系數(shù)的測定分別吸取3 0mL標(biāo)準(zhǔn)KMnO4和K2Cr2O7溶液加入到2個50mL容量瓶中 用1mol L 1H2SO4稀釋至刻度 搖勻 用1cm比色皿 以1mol L 1H2SO4溶液作參比 分別在440nm和545nm處測定其吸光度 根據(jù)A bc 可計算出 3 混合液中Cr2O72 和MnO4 的測定吸取5 0mL試液至50mL容量瓶中 以1mol L 1H2SO4稀釋至刻度 搖勻 b 1cm 在440nm和545nm處測定吸光度 4 計算代入公式 解聯(lián)立方程即可 b b b b 二 示差分光光度法 示差法 普通分光光度法一般只適于測定微量組分 當(dāng)待測組分含量較高時 將產(chǎn)生較大的誤差 需采用示差法 即采用濃度稍低于待測溶液濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比溶液 增加透光率 設(shè) 待測溶液濃度為cx 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為cs cs cx 則 Ax bcxAs bcs x s b cx cs b c測得的吸光度相當(dāng)于普通法中待測溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度之差 示差法測得的吸光度與 c呈直線關(guān)系 由標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得相應(yīng)的 c值 則待測溶液濃度cx cx cs c 示差法標(biāo)尺擴(kuò)展原理 普通法 cs的T 10 cx的T 5 示差法 cs做參比 調(diào)T 100 則 cx的T 50 標(biāo)尺擴(kuò)展10倍 使得測得的透光率T 15 65 吸光度A 0 80 0 20 從而提高測量的準(zhǔn)確度 例1 稱取純度為95 5 的某吸光物質(zhì)0 0500g溶解后定容至500mL 從中吸取2 00mL顯色后定容至50mL 于最大吸收波長處用2cm吸收池測得透光率為35 5 已知吸光物質(zhì)的 為1 50 104 試計算該吸光物質(zhì)的摩爾質(zhì)量 解 A lgT lg0 355 0 450c1 A b 0 450 1 50 104 2 1 50 10 5 mol L 1 c 1 50 10 5 50 0 2 00 3 75 10 4 mol L 1 M 0 0500 0 955 3 75 10 4 500 10 3 255 g mol 1 例2 某鋼樣含鎳約0 12 用丁二酮污光度法 1 3 104L mol 1 cm 1 進(jìn)行測定 試樣溶解后轉(zhuǎn)入100mL容量瓶中 顯色 再加水稀釋至刻度 在 470nm處用1cm吸收池測量 希望測量誤差最小 應(yīng)稱取試樣多少克 解 當(dāng)吸光度A 0 434時 測量誤差最小 則c A b 0 43