第十五章-比色法和分光光度法PPT課件

1,第十五章比色法和分光光度法,2,15.1概述15.2光吸收的基本定律15.3比色法和分光光度法及其儀器15.4顯色反應(yīng)與顯色條件的選擇15.5分光光度法儀器測量誤差及其消除15.6分光光度法的某些應(yīng)用,基本內(nèi)容,3,學(xué)習(xí)要求了解比色法、分光光度法的特點。掌握光的吸收定律及其適用范圍。掌握分光光度法的分析方法。了解顯色反應(yīng)及其條件的選擇。了解分光光度法儀器測量的誤差及測量條件的選擇。了解分光光度法的某些應(yīng)用。,4,化學(xué)分析法,酸堿滴定法配位滴定法氧化還原滴定法沉淀滴定法,比色法和分光光度法,化學(xué)分析(Chemicalanalysis)：,準確度高,儀器分析(Instrumentalanalysis),靈敏度高,5,15.1概述,比色法：利用溶液顏色的深淺來測定溶液中有色物質(zhì)的濃度,分光光度法：用分光光度計進行的比色分析的方法,6,(1)方法靈敏度高：測定下限可達103106mol/L。(2)方法的準確度能滿足微量組分測定的要求。(3)操作簡便快速，儀器設(shè)備簡單。(4)應(yīng)用廣泛:幾乎所有的無機離子和有機化合物都可直接或間接地用吸光光度法進行測定。,一、分光光度法的特點,7,二、物質(zhì)對光的選擇性吸收,1.光的基本性質(zhì),電磁輻射按波長順序排列，稱電磁波譜。,射線X射線紫外光可見光紅外光微波無線電波,射線能量最高，來源于核能級躍遷射線來自內(nèi)層電子能級的躍遷,高能輻射區(qū),來自原子和分子外層電子能級的躍遷,紫外光可見光,紅外光來自分子振動和轉(zhuǎn)動能級的躍遷,光學(xué)光譜區(qū),微波來自分子轉(zhuǎn)動能級及電子自旋能級躍遷無線電波來自原子核自旋能級的躍遷,波譜區(qū),8,光學(xué)光譜區(qū)(Spectralregion),肉眼可見,9,單色光：只具有一種波長的光。復(fù)合光：由兩種以上波長組成的光，如白光。,白光（如日光）是復(fù)合光，是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等光按適當?shù)膹姸缺壤旌隙傻?，?00nm750nm范圍的一種復(fù)合光。,2、物質(zhì)對光的選擇性吸收,當光通過透明的物質(zhì)時，具有某種能量的光子被吸收，而另外能量的光子不被吸收。光子是否被物質(zhì)吸收，既決定于光子的能量，又決定于物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。,10,僅當照射光的光子的能量與被照射物質(zhì)粒子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)的能級差相當時才能被光吸收。,基態(tài)激發(fā)態(tài)E1E2,M+hM*,M+熱,M+熒光或磷光,分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使其對不同波長光的吸收程度不同。,互補光：透射光與吸收光組成白光，故稱為互補色光,11,互補色光,12,不同顏色的可見光波長及其互補光,13,物質(zhì)的顏色：是由于物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性的吸收作用而產(chǎn)生的。,即物質(zhì)的顏色由透過光的波長決定,溶液的顏色：被吸收光色的互補色,14,例：高錳酸鉀溶液因吸白光中的綠色光而呈紫色。,例：硫酸銅溶液因吸白光中的黃光而呈藍色。,若溶液對白光中的各種顏色的光都不吸收呈無色透明。,15,3、吸收光譜或吸收曲線,吸收曲線：測定某種物質(zhì)對不同波長單色光的吸收程度，以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖。,max,16,（1）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長max。（2）對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和max則不同。（3）吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。,吸收曲線的討論,17,（4）不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度A有差異，在max處吸光度A的差異最大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。,18,15.2光吸收的基本定律,一、朗伯-比爾定律,1、朗伯比爾定律,一束平行單色光照射透明溶液時，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被器皿的表面反射。,19,.朗伯定律(Lambertslaw),.比爾定律(Beerslaw),A：吸光度,20,、朗伯-比爾定律,A=lg(I0/It)=Kbc,A吸光度(absorbance)b介質(zhì)厚度(length/cm)c濃度(concentration)K吸光系數(shù)(absorptivity),T透光度(Transmittance),A=lg(I0/It)=lg(1/T)=-lgT=Kbc,T:透過光強度It與入射光強度Io之比。,21,2、比例常數(shù)K,吸光系數(shù)a,A=bc,在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。,22,越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。105：超高靈敏；=(610）104：高靈敏；2104：不靈敏。,桑德爾(Sandell)靈敏度(靈敏度指數(shù))用S來表示。S是指當儀器的檢測極限A=0.001時，單位截面積光程內(nèi)所能檢測出來的吸光物質(zhì)的最低含量，其單位為ugcm-2，S與及吸光物質(zhì)摩爾質(zhì)量M的關(guān)系為：S=M/,分光光度的靈敏度,與溫度、波長及吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與吸收物質(zhì)濃度無關(guān)。,23,【例】：有一濃度為1.0g/mlFe2+的溶液，以鄰二氮菲顯色后，在比色皿厚度為2cm、波長510nm處測得吸光度為0.380，計算（1）透光度T；(2)吸光系數(shù)a；（3）摩爾吸光系數(shù)。,解（1）T10-A10-0.3800.417,（2）,（3）,a與的關(guān)系為：=aM（M為摩爾質(zhì)量）,24,二、吸光度的加合性,A總=Ai=1b1c1+2b2c2+nbncn,總的吸光度等于各個吸光物質(zhì)的吸光度之和?；蛉芤旱奈舛葢?yīng)等于溶液中各組分的吸光度之和。（組分間沒有干擾）,25,溶液中多組分測定,26,三、對朗伯-比爾定律的偏離,散射光的影響膠體、乳濁液或懸濁液由于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通過比色皿產(chǎn)生正偏差。,1、物理因素,單色光不純，導(dǎo)致負偏差,27,吸光質(zhì)點的相互作用，濃度較大時，產(chǎn)生偏差，朗伯-比爾定律只適合于稀溶液（c10-2molL-1)。,平衡效應(yīng)，物質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化引起的偏離，如：Fe(SCN)3=Fe3+3SCN-Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+,二、化學(xué)因素,28,一、目視比色法,15.3比色法和分光光度法及其儀器,用眼睛比較溶液顏色深淺以確定物質(zhì)含量。（也叫標準色階法）,29,目視比色法的優(yōu)點是1、儀器簡單，操作簡便，適宜于大批試樣分析。2、靈敏度較高，適宜于稀溶液中微量元素的測定。3、白光下進行測定，因此有些顯色反應(yīng)不符合朗伯比耳定律時，仍可用目視法測定。,目視比色法的缺點是：1、有色溶液一般不太穩(wěn)定，常常臨時配制一套標準色階，較麻煩費時。2、依靠人的眼睛來觀察顏色深度，有主觀誤差，準確度不高，相對誤差約為520%。,30,二、分光光度計(spectrophotometer),通過棱鏡或光柵得到一束近似的單色光.波長可調(diào),故選擇性好,準確度高.,31,分光光度計內(nèi)部光的傳播途徑,32,1.光源(Lightsource)：發(fā)出所需波長范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，有足夠的光強度,穩(wěn)定?？梢姽鈪^(qū)：鎢燈，碘鎢燈(3202500nm)紫外區(qū)：氫燈，氘燈(180375nm)2.單色器(monochromator)：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置。棱鏡光柵玻璃3503200nm,石英1854000nm,33,3.吸收池(cell):用于盛待測液及參比溶液。,玻璃能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)石英不吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)要求：匹配性（對光的吸收和反射應(yīng)一致）,4.檢測器(detector)：利用光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)成電流訊號。光電池，光電管，光電倍增管,34,5.讀數(shù)指示器,把光電流放大的信號以適當方式顯示或記錄下來。通常使用懸鏡式光電反射檢流計測定產(chǎn)生的光電流。檢流計光點偏轉(zhuǎn)刻度直接標為吸光度和透光度，測定時一般可直接讀出吸光度。,35,36,37,38,39,5.4顯色反應(yīng)與顯色條件的選擇,顯色反應(yīng)在分光光度分析中，利用顯色反應(yīng)把待測組分M轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔颩R，然后再進行測定。使試樣中的被測組分與化學(xué)試劑作用生成有色化合物的反應(yīng)叫顯色反應(yīng)。所用試劑稱顯色劑。M(待測物)nR(顯色劑)MRn(有色化合物)顯色反應(yīng)主要有配位反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)，其中絕大多數(shù)是配位反應(yīng)。,40,一、對顯色反應(yīng)的要求1、靈敏度高選擇較大的顯色反應(yīng)（一般要為104105）。避免共存組分干擾。2、選擇性好顯色劑只與被測組分反應(yīng)。3、有色物組成固定Fe3+磺基水楊酸三磺基水楊酸鐵(黃色)（組成固定）Fe3+SCN-FeSCN2+、Fe(SCN)2+（組成不固定）,41,4、有色物穩(wěn)定性高，其它離子干擾才小。如三磺基水楊酸鐵的Kf=1042,F-、H3PO4對它無干擾。,5、顯色過程易于控制，而且有色化合物與顯色劑之間的顏色差別應(yīng)盡可能大。,42,二、顯色反應(yīng)條件的選擇（實驗確定）1、顯色劑的用量，適當過量,M+R=MR(被測組分)(顯色劑)(有色化合物)R過量，反應(yīng)完全，MR穩(wěn)定，A值穩(wěn)定。,43,適宜的用量通過實驗求得(cM、pH一定),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。,44,（1）對金屬離子的影響（2）對顯色劑濃度的影響（3）影響配合物組成（4）配合物的穩(wěn)定性的影響（5）影響顯色劑的顏色,2.酸度,M+L=ML,45,（cM、cR一定）,pH1pHpH2,pH,46,3、顯色時溫度和時間,4、溶劑的影響，有機溶劑會降低有色物的離解度，從而提高顯色反應(yīng)的靈敏度。,47,影響主要表現(xiàn)干擾離子本身有顏色。與試劑生成有色配合物。與試劑形成無色配合物而消耗顯色劑與被測離子生成離解度小的化合物。,5、干擾物質(zhì)的影響及消除,48,(3)改變干擾離子價態(tài)，測Ni2+時，F(xiàn)e2+有干擾，加入氧化劑，F(xiàn)e2+Fe3+.,(4)分離干擾離子，用萃取、沉淀、電解、離子交換等方法。,還可選擇適當?shù)膮⒈热芤汉腿肷涔獾牟ㄩL等方法來消除共存離子的干擾。,(2)加入掩蔽劑，如用SCN-測定Co2+時，F(xiàn)e3+有干擾，加入F-:Fe3+6F-=FeF63-;Fe3+被掩蔽。,常用消除干擾的方法(1)控制酸度，使干擾離子不顯色。,49,15.5分光光度法儀器測量誤差及其消除,（545nm）,一、入射光波長的選擇,原則：靈敏度最高，干擾最小。一般選擇max為入射光波長。,50,二、光度計讀數(shù)范圍的選擇,任何型號的分光光度計均有一定的讀數(shù)誤差,這是由于光源不穩(wěn)定,讀數(shù)不準確等因素造成的.,一定型號的分光光度計透光度讀數(shù)誤差是一常數(shù).（0.2%2%）,在不同的透光度讀數(shù)范圍內(nèi)引起的濃度相對誤差是不同的.,由Lambert-Beer定律可推導(dǎo)出濃度相對誤差公式.,透光率讀數(shù)的準確度是儀器精度的主要指標。,51,測定結(jié)果的精度常用濃度的相對誤差dc/c表示。,52,測量誤差不僅與儀器的透光度的T有關(guān)，而且與其透光度的讀數(shù)T值也有關(guān)。,53,若透光度刻度的讀數(shù)的絕對誤差為T=1%，用不同的T代入上式，可得相應(yīng)濃度測量的相對誤差c/c，作圖。,54,2、T在10%70%(A=1.00.15)范圍，相對誤差較小。,1、T=36.8%(A=0.4343)，相對誤差最小。,由圖可見：,為了減小濃度的相對誤差，提高測定的準確度，一般應(yīng)控制溶液吸光度A在最適宜讀數(shù)范圍1.00.15。,55,三、參比溶液的選擇,在吸光度測量中，作為比較的溶液或溶劑稱為參比溶液或空白溶液。,A總A試劑A顯色劑A干擾A絡(luò)合物,溶劑緩沖劑,干擾,干擾與顯色劑形成絡(luò)合物,被測物與顯色劑生成,選擇參比溶液的總原則是:使試液的吸光度能真正反映待測組分的濃度.,56,(1)試樣、試劑、顯色劑都無色時，用純水作參比。(2)試樣無色，試劑、顯色劑有色，采用不加試樣的空白溶液作參比。（試劑空白）(3)試樣有吸收，而顯色劑等無色，可采用不加顯色劑的試樣為參比。（試樣空白）(4)均有色，有吸收，對試樣加入掩蔽劑，褪色后再加顯色劑等作為參比。(褪色空白),57,原理：朗伯比爾定律（A=bc）,方法：,（1）標準曲線法或工作曲線法,（2）比較法,四、溶液濃度的測定,58,先配制一系列標準溶液，在最大吸收波長處，測出它們的吸光度，作圖。,1、工作曲線法,同條件下測未知液的吸光度，從圖中查出未知液的濃度。,59,同條件下分別測定未知液與標準溶液的吸光度Ax和A標，根據(jù)朗伯-比爾定律，應(yīng)有下式：,2、比較法,因為：,所以：,60,15.6分光光度法的某些應(yīng)用,一、單組分測定,1).鉬藍法測磷土壤營養(yǎng)診斷測磷肥料、谷物種子、果品中磷的測定血清中磷的測定水體中磷的測定,61,PO43-+12MoO42-+27H+=H7P(Mo2O7)6+12H2O,C(H+)=0.40.8mol/l,室溫,10min,鉬藍法反應(yīng)靈敏度高,顯色快,但穩(wěn)定性差.鉬銻抗法穩(wěn)定性好.靈敏度高,Vc溶液須新鮮配制.,62,二、多組分的測定,xl1,yl1,xl2,yl2由x,y標液在1,2處分別測得,（1）在1處測組分x,在2處測組分y,（2）在1處測組分x;在2處測總吸收,扣除x吸收,可求y,（3）x,y組分不能直接測定A1=xl1bcx+yl1bcy(在1處測得A1)A2=xl2bcx+yl2bcy(在2處測得A2),63,HL=H+L-,(1)配制一系列總濃度(c)相等，而pH不同的HL溶液(2)測定各溶液的pH值。(3)在酸式(HL)或堿式(L-)最大吸收波長處，