分析化學(xué)第10章吸光光度法a1.ppt

1、Analytical Chemistry,吸光光度法,1 吸光光度法的基本原理,1.1 吸光光度法概述 1.2 光的基本性質(zhì) 1.3 物質(zhì)對光的吸收 1.4 溶液的吸光定律,1.1 吸光光度法概述,定義：是基于被測物質(zhì)的分子 對光 具 有選擇性吸收的特性而建立的分析方法。,包括：比色法、可見及紫外吸光光度法及紅外光譜法等。本章我們重點討論可見光區(qū)的吸光光度法。,(一)靈敏度高 常用于測定含量在1%-10-3%的微量組分。甚至可測10-4 10-5 %。如果對被測組分事先加以富集，靈敏度還可以提高1-2個數(shù)量級。,吸光光度法的特點,(二)準(zhǔn)確度較高 相對誤差為2-5%，但對微量成分來說，還是比較

2、滿意的，因為在這種情況下，滴定分析法和重量法也不夠準(zhǔn)確了，甚至無法進行測定。,(三)操作簡便，測定速度快 (四)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。,1.2 光的基本性質(zhì),光的電磁波性質(zhì),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（2.99791010 cm.s-1）,h：Plank常數(shù)（6.625610-34 J.s 焦耳. 秒）,單色光、復(fù)合光、光的互補,單色光,復(fù)合光,光的互補,單一波長的光,由不同波長的光

3、組合而成的光,若兩種不同顏色的單色光按一定的強度比例混合得到白光，那么就稱這兩種單色光為互補色光，這種現(xiàn)象稱為光的互補。,1.3 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,吸收黃色光,光譜示意,表觀現(xiàn)象示意,復(fù)合光,物質(zhì)的顏色是因物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性吸收作用而產(chǎn)生的。,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,S2,S0,E2,E0,物質(zhì)對光的選擇吸收 Selected absorption,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

4、吸收基礎(chǔ)。,例：,A 物質(zhì),B 物質(zhì),同理，得：,1 ev = 1.610-19 J.,吸收光譜的獲得Absorption Spectra,測量某物質(zhì)對不同波長單色光的吸收程度，以波長（）為橫坐標(biāo)，吸光度（A）為縱坐標(biāo)，繪制吸光度隨波長的變化可得一曲線，此曲線即為吸收光譜。,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,在一定的實驗條件下，物質(zhì)對光的吸收與物質(zhì)的濃度成正比。,1.4 溶液的吸光定律,透光率 （透射比）Transmittance,透光率定義：,T 取值為0.0 % 100.0 %,全部吸收,T = 0.0 %,全部透射,T = 100.0 %, 朗伯-

5、比爾定律表明：當(dāng)一束平行單色光通過含有吸光物質(zhì)的溶液后，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正比。這是進行定量分析的理論基礎(chǔ)。比例常數(shù)K與吸光物質(zhì)的性質(zhì)、入射光波長及溫度等因素有關(guān)。 吸光度的加和性：多組分體系中，如果各組分之間無相互作用，其吸光度具有加合性，這一規(guī)律稱吸光度的加和性。利用這一性質(zhì)，可進行多組分測定及某些化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)測定。,吸收定律的數(shù)學(xué)表達式：,吸光系數(shù) Absorptivity吸光光度法的靈敏度,b ：吸光液層的厚度，光程， cm,c：吸光物質(zhì)的濃度， g / L, mol / L,K：比例常數(shù),入射光波長,物質(zhì)的性質(zhì),取值與濃度的單位相關(guān),c：mol / L,K

6、 ,摩爾吸光系數(shù)， L mol 1 cm -1,c：g / L,K a,吸光系數(shù)， L g 1 cm -1,Molar Absorptivity,Absorptivity,摩爾吸收系數(shù)和桑德爾靈敏度, 摩爾吸收系數(shù) 當(dāng)濃度c用molL-1，液層厚度b用cm為單位表示，則K用符號來表示。稱為摩爾吸收系數(shù)，單位為Lmol-lm-1，它表示物質(zhì)的量濃度為l molL-1，液層厚度為l cm時溶液的吸光度。, 桑德爾(Sandell)靈敏度或稱(靈敏度指數(shù)) 用S來表示。S是指當(dāng)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)的最小含量，其單位為gcm-2,bc為單位截面積光程內(nèi)

7、吸光物質(zhì)的摩爾數(shù)，即mol/1000cm2,可見，某物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)k越大，其桑德爾靈敏度S越小，即該測定方法的靈敏度越高。,對摩爾系數(shù)的理解之一, =1.1 104,測定,工作曲線的斜率即為摩爾吸收系數(shù),摩爾吸收系數(shù)是對吸光物質(zhì)而言，是由吸光物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征，入射光波長等因素決定。,對摩爾系數(shù)的理解之二,對同一種待測物質(zhì)，不同的方法具有不同的 ，表明具有不同的靈敏度。,例，分光光度法測銅,銅試劑法測 Cu, 426 = 1.28 104 Lmol-1cm-1,雙硫腙法測 Cu, 495 = 1.58 105 Lmol-1cm-1,一般情況, 104, 104 105, 105,低靈敏度,中等

8、靈敏度,高靈敏度,靈敏度不同的本質(zhì)原因是什么,？,吸光系數(shù) a,Sandell 靈敏度 S,單位為 g cm-2。,Sandell 靈敏度與 的關(guān)系,摩爾吸光系數(shù) ,2.1 吸光分析的幾種方法 2.2 吸光分析法的儀器簡介, 2 吸光分析法的方法與儀器簡介,2.1 吸光分析的幾種方法,一、目視比色法,特點,利用自然光,比較吸收光的互補色光,準(zhǔn)確度低（半定量）,不可分辨多組分,方法簡便，靈敏度高,優(yōu)點：儀器簡單，操作簡便，適宜于大批試樣的分析。靈敏度高，可在復(fù)合光-白光下進行測定，故某些顯色反應(yīng)不符合朗伯-比爾定律時，仍可用該法進行測定。 主要缺點：準(zhǔn)確度不夠高，標(biāo)準(zhǔn)系列不能久存，需要在測定時臨

9、時配制。,二、 吸光光度法 Spectrophotometry 借助分光光度計來測量一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（工作曲線），根據(jù)被測試液的吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上求得被測物質(zhì)的濃度或含量。 標(biāo)準(zhǔn)曲線 工作曲線 吸光光度法特點: (1) 入射光是純度較高的單色光。偏離朗伯-比爾定律的情況大為減少，標(biāo)準(zhǔn)曲線直線部分的范圍更大，分析結(jié)果的準(zhǔn)確度較高。 (2) 可任意選取某種波長的單色光，故利用吸光度的加和性，同時測定溶液中兩種或兩種以上的組分。 (3) 許多無色物質(zhì)，只要它們在紫外或紅外光區(qū)域內(nèi)有吸收峰，也可以測定。,2.2 吸光分析法的儀器簡介,紫外-可見分光光度計組件,光源,單色器,吸收池

10、,檢測器,信號輸出,氫燈，氘燈，185 350 nm （紫外光源） ； 鹵鎢燈，250 2000 nm （可見光源）.,作用：將復(fù)合光色散成單色光,棱鏡,光柵,玻璃， 350 2500 nm, 石英，185 4500 nm,平面透射光柵， 反射光柵,也稱比色皿：玻璃（可見光區(qū)），石英（紫外光區(qū)）,作用：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并放大,光電池、光電管，光電倍增管等,表頭、記錄儀、屏幕、數(shù)字顯示,分光光度計及其基本部件,Ultraviolet Visual Spectroscopy,光源,單色器,吸收池,檢測器,顯示,I0,It,參比,樣品,單波長單光束分光光度計,單波長雙光束分光光度計,美國 Pe

11、rkin-Elmer,美國Beckman Coulter,要 點,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、在一定的實驗條件下，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 -1,K ,c：g / L,K a,吸光系數(shù)， L g 1 cm -1,3 光度分析法的設(shè)計,3.1 顯色反應(yīng) 3.2 顯色條件的選擇 3.3 測量波長和吸光度范圍的選擇 3.4 參比溶液的選擇 3.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作,3.1 顯色反應(yīng),待測物質(zhì)本身有較深的顏色，直接測定；待測物質(zhì)是無色或很淺的顏色

12、，需要選適當(dāng)?shù)脑噭┡c被測離子反應(yīng)生成有色化合物再進行測定，此反應(yīng)稱為顯色反應(yīng)，所用的試劑稱為顯色劑（color reagent）。 按顯色反應(yīng)的類型來分，主要有氧化還原反應(yīng)和絡(luò)合反應(yīng)兩大類，而絡(luò)合反應(yīng)是最主要的。,(1) 選擇性要好，干擾少，或干擾容易消除。 (2)靈敏度要高，一般要求有色物質(zhì)的應(yīng)大于104 。 (3)對比度要大。即如果顯色劑有顏色，則有色化合物與顯色劑的最大吸收波長的差別要大，一般要求max在60nm以上。 (4)有色化合物的組成要恒定，化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，至少保證在測量過程中溶液的吸光度基本恒定。,一、對顯色反應(yīng)要求,M(被測組分)+R(顯色劑) =MR(有色絡(luò)合物),二、顯色

13、劑,(1)無機顯色劑： 許多無機試劑能與金屬離子起顯色反應(yīng)，如Cu2+與氨水形成深藍色的絡(luò)離子Cu(NH4)42+，SCN-與Fe3+形成紅色的絡(luò)合物Fe(SCN)2+或Fe(SCN)63-等。但是多數(shù)無機顯色劑的靈敏度和選擇性都不高，其中性能較好，目前還有實用價值的有硫氰酸鹽、鉬酸銨、氨水和過氧化氫等。 (2)有機顯色劑：許多有機試劑，在一定條件下，能與金屬離子生成有色的金屬螯合物(具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物)。,顯色劑中的生色團和助色團,在有機化合物分子中，凡是包含有共軛雙鍵的基團如NN、NO、對醌基、CO、CS等，一般都具有顏色，原因是這些基團中的電子被光激發(fā)時，只需要較小的能量，能吸收波長大

14、于200nm的光，因此，稱這些基團為生色團； 某些含有未共用電子對的基團如胺基NH2，RHN，R2N(具有一對未共用電子對)，羥基-OH(具有兩對末共用電子對)，以及鹵代基F，Cl，Br，I等，它們與生色基團上的不飽和鍵互相作用，引起永久性的電荷移動，從而減小了分子的活化能促使試劑對光的最大吸收“紅移” (向長波方向移動)，使試劑顏色加深， 增大，這些基團稱為助色團。,有機顯色劑示例 A 磺基水楊酸 OO型螯合劑，可與很多高價金屬離子生成穩(wěn)定的螯合物，主要用于測Fe3+。 B 丁二酮肟 NN型螯合顯色劑，用于測定Ni2+。 C 1，10-鄰二氮菲 NN型螯合顯色劑，測微量Fe2+。 D 二苯硫

15、腙 含S顯色劑，萃取光度測定Cu2+，Pb2+，Zn2+，Cd2+，Hg2+等。 E 偶氮胂(鈾試劑) 偶氮類螯合劑，強酸性溶液中測Th(),Zr()，U()等；在弱酸性溶液中測稀土金屬離子。 F 鉻天青S 三苯甲烷類顯色劑，測定Al3+。 G 結(jié)晶紫 三苯甲烷類堿性染料，測定Tl3+。,三、多元絡(luò)合物 多元絡(luò)合物是由三種或三種以上的組分所形成的絡(luò)合物。 * 三元混配絡(luò)合物 金屬離子與一種絡(luò)合劑形成未飽和絡(luò)合物，然后與另一種絡(luò)合劑結(jié)合，形成三元混合配位絡(luò)合物，簡稱三元混配絡(luò)合物。 *離子締合物 金屬離子先與絡(luò)合劑生成絡(luò)陰離子或絡(luò)陽離子，再與帶反電荷的離子生成離子締合物。主要用于萃取光度法。 *

16、 金屬離子-絡(luò)合劑-表面活性劑體系 金屬離子與顯色劑反應(yīng)時，加入某些表面活性劑，可以形成膠束化合物，它們的吸收峰向長波方向移動(紅移)， 增大，而測定的靈敏度顯著提高。 * 雜多酸 溶液在酸性的條件下，過量的鉬酸鹽與磷酸鹽、硅酸鹽、砷酸鹽等含氧的陰離子作用生成雜多酸，作為吸光光度法測定相應(yīng)的磷、硅、砷等元素的基礎(chǔ)。,3.2 顯色條件的選擇,實驗條件包括:溶液酸度，顯色劑用量，試劑加入順序，顯色時間，顯色溫度，有機絡(luò)合物的穩(wěn)定性及共存離子的干擾等。 （1）溶液的酸度 M+HR=MR+H+ * 影響顯色劑的平衡濃度和顏色 * 影響被測金屬離子的存在狀態(tài) * 影響絡(luò)合物的組成 * 由pH與吸光度關(guān)系

17、曲線確定pH范圍。,（2）顯色劑的用量 M(被測組分)+R(顯色劑) =MR(有色絡(luò)合物) 為使顯色反應(yīng)進行完全，需加入過量的顯色劑。但 顯色劑不是越多越好。有些顯色反應(yīng)，顯色劑加人太 多，反而會引起副反應(yīng)，對測定不利。在實際工作中 根據(jù)實驗結(jié)果來確定顯色劑的用量。,（3）溫度的選擇：顯色反應(yīng)大多在室溫下進行。但是，有些顯色反應(yīng)必需加熱至一定溫度完成。,實際工作中，作 A T 曲線，尋找適宜 反應(yīng)溫度。,（4）顯色時間的選擇：有些顯色反應(yīng)瞬間完成，溶液顏色很快達到穩(wěn)定狀態(tài)，并在較長時間內(nèi)保持不變;有些顯色反應(yīng)雖能迅速完成，但有色絡(luò)合物的顏色很快開始褪色;有些顯色反應(yīng)進行緩慢，溶液顏色需經(jīng)一段時

18、間后才穩(wěn)定。,實際工作中，作 A t 曲線，尋找適宜 反應(yīng)時間。,（5）干擾及其消除方法 試樣中存在干擾物質(zhì)會影響被測組分的測定。例如干擾物質(zhì)本身有顏色或與顯色劑反應(yīng)，在測量條件下也有吸收，造成正干擾。干擾物質(zhì)與被測組分反應(yīng)或與顯色劑反應(yīng)，便顯色反應(yīng)不完全，也會造成干擾。 為消除以上原因引起的干擾，可采取以下幾種方法： a. 控制溶液酸度 利用酸效應(yīng)消除干擾。 b.加入掩蔽劑 選取的條件是掩蔽劑不與待測離子作用，掩蔽劑以及它與干擾物質(zhì)形成的絡(luò)合物的顏色應(yīng)不干擾待測離子的測定。 c.利用氧化還原反應(yīng)，改變干擾離子的價態(tài) d.用參比溶液消除顯色劑和某些共存有色離子的干擾。 e.選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL f.分離 以上方法均不奏效時，采用預(yù)先分離的方法。,原則：,扣除非待測組分的吸收,以顯色反應(yīng)為例進行討論,M + R = M-R（有色）,試液M 顯色劑 R 溶劑 吸光物質(zhì) 參比液組成,無吸收,無吸收,光學(xué)透明,溶劑,吸收,無吸收,吸收,