分析化學(xué)第九章吸光光度法

1、第九章吸光光度法吸光光度法（Absorption Photometry）是一種 基于物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來(lái)的一種分 析方法。包括可見(jiàn)吸光光度法、紫外可見(jiàn)吸光光 度法和紅外光譜法等。吸光光度法同滴定分析法、 重量分析法相比，有以下一些特點(diǎn)：（一）靈敏度高吸光光度法測(cè)定物質(zhì)的濃度下限（最低濃度）一般可達(dá)1-103%的微量組分。對(duì)固 體試樣一般可測(cè)到10 4% o如果對(duì)被測(cè)組分事先加 以富集，靈敏度還可以提高12個(gè)數(shù)量級(jí)。（二）準(zhǔn)確度較高一般吸光光度法的相對(duì)誤差為25%,其準(zhǔn)確度雖不如滴定分析法及重量法，但對(duì)微量成分來(lái)說(shuō)，還是比較滿意的，因?yàn)樵谶@種情況下，滴定分析法和重量法也不夠準(zhǔn)確了，甚至

2、無(wú) 法進(jìn)行測(cè)定。（三）操作簡(jiǎn)便，測(cè)定速度快（四）應(yīng)用廣泛幾乎所有的無(wú)機(jī)離子和有機(jī)化合物都可直接或間接地用吸光光度法進(jìn)行測(cè)定。第一節(jié) 物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收一、光的基本性質(zhì)光是電磁波。其波長(zhǎng)、頻率與速度之間的關(guān) 系為：E=hv =hc/ kh為普朗克常數(shù)，其值為6.63X1034J s二、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收如果我們把具有不同顏色的各種物體放置在黑暗處，則什么顏色也看不到?？梢?jiàn)物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色與光有著密切的關(guān)系，一種物質(zhì)呈現(xiàn)何種顏 色，是與光的組成和物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)的。1、物質(zhì)的顏色與吸收光的關(guān)系從光本身來(lái)說(shuō)、有些波長(zhǎng)的光線，作用于眼睛引 起了顏色的感覺(jué)，我們把人眼所能看見(jiàn)有顏色的光 叫做可見(jiàn)光，

3、其波長(zhǎng)范圍大約在400-760nm之間。 實(shí)驗(yàn)證明：白光（日光、白熾電燈光、日光燈光等） 是由各種不同顏色的光按一定的強(qiáng)度比例混合而成 的。如果讓一束白光通過(guò)三棱鏡，就分解為紅、橙、 黃、綠、青、藍(lán)、紫七種顏色的光，這種現(xiàn)象稱為 光的色散。每種顏色的光具有一定的波長(zhǎng)范圍。我 們把白光叫做復(fù)合光；把只具有一種顏色的光，叫 做單色光。實(shí)驗(yàn)還證明，不僅七種單色光可以混合成白光,如果把適當(dāng)顏色的兩種單色光按一定的強(qiáng)度比例混合，也可以成為白光。這兩種單色光就叫做互補(bǔ)色。如綠光和紫光互補(bǔ)，藍(lán)光和黃光互補(bǔ)，等等。2、物質(zhì)的顏色 1）固體物質(zhì)，當(dāng)白光照射到物質(zhì)上時(shí)，物質(zhì)對(duì)于不同波長(zhǎng)的光線吸收、透過(guò)、反射、折射

4、的程度 不同而使物質(zhì)呈現(xiàn)出不同的顏色。如果物質(zhì)對(duì)各種 波長(zhǎng)的光完全吸收，則呈現(xiàn)黑色；如果完全反射， 則呈現(xiàn)白色；如果對(duì)各種波長(zhǎng)的光吸收程度差不多,則呈現(xiàn)灰色；如果物質(zhì)選擇性地吸收某些波長(zhǎng)的光, 那么，這種物質(zhì)的顏色就由它所反射或透過(guò)光的顏 爸來(lái)決定。2）溶液，溶液呈現(xiàn)不同的顏色，是由于溶液中的質(zhì)點(diǎn)（分子或離子）選擇性的吸收某種顏色的光所引起的。如果各種顏色的光透過(guò)程度相同，這種物質(zhì)就是 無(wú)色透明的。如果只讓一部分波長(zhǎng)的光透過(guò)，其他波 長(zhǎng)的光被吸收，則溶液就呈現(xiàn)出透過(guò)光的顏色，也就 是溶液呈現(xiàn)的是與它吸收的光成互補(bǔ)色的顏色。例如 硫酸銅溶液因吸收了白光中的黃色光而呈藍(lán)色；高猛 酸鉀溶液因吸收了白

5、光中的綠色光而呈現(xiàn)紫色。其實(shí),任何一種溶液.對(duì)不同波長(zhǎng)的光的吸收程度是不相等的。如果將某種波長(zhǎng)的單色光依次通過(guò)一定濃度的某 一溶液，測(cè)量該溶液對(duì)各種單色光的吸收程度，以波 長(zhǎng)為縱坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)可以得到一條曲線， 叫做吸收光譜曲線或光吸收曲線。它清楚地描述了溶 液對(duì)不同波長(zhǎng)的光的吸收情況。（三）吸收曲線以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，即可得到一條吸光度隨波長(zhǎng)變化的曲線，稱之為吸收曲 線或吸收光譜。圖102是四個(gè)不同濃度的KM11O4 溶液的光吸收曲線。從圖102可以看出，在可見(jiàn)光有最大吸收，而對(duì)紫色和紅色光則吸收很少。光吸收程度最大處的波長(zhǎng)，稱為最大吸收波長(zhǎng)，常用光范圍內(nèi)，KM11O

6、4溶液對(duì)波長(zhǎng)525nm附近的綠色人疵表示，任何可見(jiàn)光區(qū)內(nèi)、溶液的顏色主要是由 這個(gè)數(shù)值決定的。在正常情況下，選用不同濃度的 某種溶液，最大吸收波長(zhǎng)也是固定不變的，說(shuō)明光 的吸收與溶液中物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān)。L640048056064072()A/nm圖 102 KMnO4 溶液的吸收曲線e(CKMnO4： abc63時(shí)呈紅色，在 pH6.3時(shí)呈檸檬黃色，在pH=63時(shí)，呈中間色,故pH=63時(shí),是它的變色點(diǎn)。而二甲酚橙與金屬離子的絡(luò)合物卻呈現(xiàn)紅色。因此，二甲酚橙只有在pH 6的酸度下進(jìn)行光度測(cè)定，就會(huì)引入 很大誤差。(3)對(duì)絡(luò)合物組成和顏色的影響對(duì)于某些逐級(jí)形成絡(luò)合物的顯色反應(yīng)、 在不同的酸度時(shí)，生

7、成不同絡(luò)合比的絡(luò)合 物。例如鐵與水楊酸的絡(luò)合反應(yīng)，當(dāng)pH4 Fe3+(C7H4O3)2-+ 紫色 4pH9 Fe3+(C7H4O3)32 3 黃色 在這種情況下，必須控制合適的酸度， 才可獲得好的分析結(jié)果。3 時(shí)間和溫度顯色反應(yīng)的速度有快有慢。顯色反應(yīng)速度，幾乎 是瞬間即可完成，顯色很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且能 保持較長(zhǎng)時(shí)間。大多數(shù)顯色反應(yīng)速度較慢，需要一 定時(shí)間，溶液的顏色才能達(dá)到穩(wěn)定程度。有些有色 化合物放置一段時(shí)間后，由于空氣的氧化，試劑的 分解或揮發(fā)，光的照射等原因，使顏色減退。適宜 的顯色時(shí)間和有色溶液穩(wěn)定程度，也必須通過(guò)實(shí)驗(yàn) 來(lái)確定。實(shí)驗(yàn)方法是配制一份顯色溶液，從加入顯 色劑計(jì)算時(shí)間、

8、每隔幾分鐘測(cè)定一次吸光度，繪制 曲線，根據(jù)曲線來(lái)確定適宜的時(shí)間。不同的顯色反應(yīng)需要不同的溫度，一般顯色反應(yīng)可在室溫下完成。但是有些顯色反應(yīng)需要加熱至一 定的溫度才能完成；也有些有色絡(luò)合物在較高溫度 下容易分解。因此，應(yīng)根據(jù)不同的情況選擇適當(dāng)?shù)?溫度進(jìn)行顯色。溫度對(duì)光的吸收及顏色的深淺也有 一定的影響，故標(biāo)樣和試樣的顯色溫度應(yīng)保持一樣。 合適顯色溫度也必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，做AC曲線即可求出。4 有機(jī)溶劑和表面活性劑溶劑對(duì)顯色反應(yīng)的影響表現(xiàn)在下列幾方面。(1) 溶劑影響絡(luò)合物的離解度 許多有色化合物在水中的離 解度大，而在有機(jī)溶劑中的離解度小，如在Fe(SCNb溶液中加 入可與水混溶的有機(jī)試劑(如丙

9、酮)，由于降低了Fe(SCNb的離 解度而使顏色加深提高了測(cè)定的靈酸度。(2) 溶劑改變絡(luò)合物顏色的原因可能是各種溶劑分子的極性 不同、介電常數(shù)不同，從而影響到絡(luò)合物的穩(wěn)定性，改變了絡(luò) 合物分子內(nèi)部的狀態(tài)或者形成不同的溶劑化物的結(jié)果。(3) 溶劑影響顯色反應(yīng)的速度 例如，當(dāng)用氯代磺酚S測(cè)定 Nb時(shí)，在水溶液中顯色需幾小時(shí)，如果加入丙酮后，僅需30分表面活性劑的加入可以提高顯色反應(yīng)的靈敏度，增加有色 化合物的穩(wěn)定性。其作用原理一方面是膠束增溶，另一方面是 可形成含有表面活性劑的多元絡(luò)合物。5 共存離子的干擾及消除共存離子存在時(shí)對(duì)光度測(cè)定的影響有以下幾種類 型：（1）與試劑生成有色絡(luò)合物。如用硅鉗

10、藍(lán)光度法測(cè) 麴話勰酸後生成絡(luò)合物同時(shí)被（2）干擾/子藉有顏右。如Co2+（紅色）、C2+（綠 色）、Cll2+（藍(lán)色）。（；）與試劑結(jié)石成無(wú)色絡(luò)合物消耗大量試劑而使被 測(cè)離子絡(luò)合不完全。如用水揚(yáng)酸測(cè)Fe3+時(shí)，A2+、 Cu2+等有影響。（4）與被測(cè)離子結(jié)合成離解度小的另一化合物。如 由于F的存在，能與Fe3+以FeFf形式存在， Fe（SCNb本不會(huì)生成，因而無(wú)法進(jìn)岳ffl定。消除干擾的方法主要有以下三種：(1)控制酸度HL控制顯色溶液的酸度，是消除干擾的簡(jiǎn)便 而重要的方法。許多顯色劑是有機(jī)弱酸，控 制溶液的酸度，就可以控制顯色劑R的濃度, 這樣就可以使某種金屬離子顯色，使另外一 些金屬離子

11、不能生成有色絡(luò)合物。當(dāng)溶液的情況比較復(fù)雜，或各種常數(shù)值不 知道隊(duì)則溶液最適合的pH值須通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法 來(lái)確定。(2) 加入掩蔽劑在顯色溶液里加一種能與干擾離子反應(yīng)生成無(wú) 色絡(luò)合物的試劑，也是消除干擾的有效而常用的方 法。例如用硫氤酸鹽作顯色劑測(cè)定Co2+,Fe3+有干優(yōu) 可加入氟化物，使Fe3+與F結(jié)合生成無(wú)色而穩(wěn)定的 FeF63,就可以消除干擾。在另外的情況下，也可通過(guò)氧化-還原反應(yīng)，改 變干擾離子的價(jià)態(tài)以消除于擾。(3) 釆用萃取光度法 用適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑萃取有色 組分，如用丁二酮厲測(cè)定耙時(shí)，耙與丁二酮岳所形成 的內(nèi)絡(luò)鹽，可被氯仿從酸性溶液中選擇性地萃取。許 多干擾離子則不被萃取。（4）在不同

12、波長(zhǎng)下測(cè)定兩種顯色配合物的吸光度 對(duì)它們進(jìn)行同時(shí)測(cè)定。（5）尋找新的顯色反應(yīng)如將二元配合物改變?yōu)槿浜衔?。?）分離干擾離子在沒(méi)有適當(dāng)掩蔽劑時(shí)，干擾離于可用電解法，淀 法或離子交換法等分離除去。此外，還可以通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量條件，消除干 擾離子的影響。對(duì)給定的光度計(jì)來(lái)說(shuō)，透光率或吸光度的讀數(shù)的二、吸光光度法的測(cè)量誤差及測(cè)量條件的選擇光度分析法的誤差來(lái)源有兩方面，一方面是薜後學(xué)體縣贈(zèng)薦鏗一方面是儀器精（一）儀器測(cè)量誤差任何光度計(jì)都有一定的測(cè)量誤差。儀器測(cè)量曙馨蠶籍n畫(huà)指標(biāo)之一也是衡量測(cè)誤差主要是指光源的發(fā)光強(qiáng)度不穩(wěn)定，光電效應(yīng) 的非線性，電位計(jì)的非線性、雜散光的影響、濾 光片或單色器的質(zhì)量差（

13、譜帶過(guò)寬），比色皿的透 光率不一致，透光率與吸光度的標(biāo)尺不準(zhǔn)等因素。（二）測(cè)量條件的選擇選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量條件，是獲得準(zhǔn)確測(cè)定結(jié) 牆瓣擇適合的測(cè)量條件，可從下列1 測(cè)量波長(zhǎng)的選擇由于有色物質(zhì)對(duì)光有選擇性吸收，為了使測(cè)定結(jié)果有較高的靈鍍度和準(zhǔn)確度，必須選擇 溶液最大吸收波長(zhǎng)的入射光。如果有干擾時(shí)， 則選用靈敏度較低但能避兔干擾的入射光，就 能獲得滿意的測(cè)定結(jié)果。2 吸光度范圍的控制吸光度在0.15-0.800,測(cè)量的準(zhǔn)確度較高。為此 可以從下列幾方面想辦法：(1) 計(jì)算而且控制試樣的稱出量，含量高時(shí)，少 取樣，或稀釋試液；含量低時(shí)，可多取樣，或萃取 富集。(2) 如果溶液已顯色，則可通過(guò)改變比色皿的

14、厚 度來(lái)調(diào)節(jié)吸光度大小。3滲比溶液的選擇參比溶液是用來(lái)調(diào)節(jié)儀器工作零點(diǎn)的，若參比溶ISSfl;則對(duì)測(cè)量讀數(shù)準(zhǔn)確度的影響較大。(1)當(dāng)試液、試劑、顯色劑均無(wú)色時(shí)，可用蒸餡水 作參比液。(2)試劑和顯色劑均無(wú)色時(shí)，而樣品溶液中其他離子有色時(shí)，應(yīng)采用不加顯色劑的樣品溶液作參比液。(3) 試劑和顯色劑均有顏色時(shí)，可將一份試液加入 適當(dāng)掩蔽劑，將被測(cè)組分掩蔽起來(lái)，使之不再與顯 色劑作用，然后把顯色劑、試劑均按操作手續(xù)加入, 以此做參比溶液，這樣可以消除一些共存組分的干 擾。此外，對(duì)于比色皿的厚度、透光率、儀器波長(zhǎng)， 讀數(shù)刻度等應(yīng)進(jìn)行校正，對(duì)比色皿放置位置、光電 池的靈敏度等也應(yīng)注意檢查。第五節(jié)吸光光度法

15、的應(yīng)用吸光光度法除了廣泛地用于測(cè)定微量成分外，也 能用于常量組分及多組分的測(cè)定。同時(shí)，還可以用 于研究化學(xué)平衡、絡(luò)合物組成的測(cè)定等。下面簡(jiǎn)要 地介紹有關(guān)這些方面的應(yīng)用。一、定量分析（一）單組分的測(cè)定1 一般方法Ac標(biāo)準(zhǔn)曲線法2 示差法當(dāng)被測(cè)組分含量高時(shí)，常常偏離朗伯比耳定律。 即使不偏離，由于吸光度太大，也超出了準(zhǔn)確讀數(shù)的 范圍，就是把分析誤差控制在5%以下，對(duì)高含量成 分也是不符合要求的。如果采用示差法，就能克服這 一缺點(diǎn)，也能使測(cè)定誤差降到0.5%以下。示差法與普通光度法的主要區(qū)別在于它采用的參比溶液不同，它不是以c=0的試劑空白作參比，而是以一個(gè)濃度比試液q稍小的標(biāo)準(zhǔn)溶液Cs作參比，然后

16、 再測(cè)定試液的吸光度。As=lgTs=KbCs Ax=-lgTx=Kbcx 實(shí)際測(cè)得吸光度Af為 Af=Ax-As=Kb(cx-cs)=KbAc cx=cs+Ac示差法相對(duì)普通光度法提高測(cè)量準(zhǔn)確度 的原因是擴(kuò)展了讀數(shù)標(biāo)尺。從儀器構(gòu)造上講，示差光度法需要一個(gè) 發(fā)射強(qiáng)度較大的光源，才能將高濃度參比溶 液的吸光度調(diào)至零，因此必須采用專門(mén)設(shè)計(jì) 的示差分光光度計(jì)。（二）多組分的同時(shí)測(cè)定1=同時(shí)測(cè)定一種試樣中的多種組分的基礎(chǔ)是吸 光度具有加合性，即總吸光度為各個(gè)組分吸光度的總和。很=人,人+ Ay,入=KxCx + K山叫=KXCX + KybCy二、絡(luò)合物組成和酸堿離解常數(shù)的測(cè)定（一）絡(luò)合物組成的測(cè)定1

17、.摩爾比法應(yīng)用分光光度法可以測(cè)定絡(luò)合物的組成（絡(luò)合比） 和穩(wěn)定常數(shù)。這里簡(jiǎn)要介紹一下用摩爾比法測(cè)定絡(luò) 合物的絡(luò)合比。設(shè)絡(luò)合反應(yīng)為 M + nR=MRn1!通常是固定金屬離子M的濃度，逐漸增加絡(luò)合劑 的濃度。配位體為R,顯然，R應(yīng)是無(wú)色的或在選定 的波長(zhǎng)范圍內(nèi)無(wú)顯著吸收。然后稀釋至同一 得到R/M為1, 2, 3的一系列溶液，配制相應(yīng) 的試劑空白，在一定波長(zhǎng)下，測(cè)定其吸光度，繪制 曲線，用作圖法求得絡(luò)合比。曲線前部分表示，絡(luò) 合劑R濃度不斷增加，生 成的絡(luò)合物不斷增多，吸 光度逐漸增大。當(dāng)金屬離 子M全部形成絡(luò)合物后， 絡(luò)合劑R的濃度再增加，吸光度達(dá)到最大值而不再變化。曲線峰部分轉(zhuǎn)折不 明銳、是由于絡(luò)合物有微 小離解造成的。曲線峰兩 線，交于D點(diǎn)，由D點(diǎn)向橫 軸作垂線，交于橫軸的一 點(diǎn)，這點(diǎn)的比值就是絡(luò)合 物的配合化。2.等摩爾連續(xù)變化法此法是保持溶液中Cm+Cr為常數(shù)，連續(xù)改變 Cr/Cm配制出一系列溶液。 分別測(cè)量系列溶液的吸光度A 9 以 A對(duì) cM/(cM+cM)作 圖，曲線折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Cr/Cm值就等于絡(luò)合比n。等摩爾連續(xù)變化法實(shí)用于絡(luò)合比低、穩(wěn)定性較高的絡(luò)合物組成的測(cè)定。此外還可以測(cè)定絡(luò)合 物的不穩(wěn)定常數(shù)。（二）酸堿離解常數(shù)的測(cè)定 酸和堿的離解常數(shù)可用分光光度法測(cè)定，離解 常數(shù)依賴于溶液的pH值。設(shè)有一元弱酸HB,按下式離解：HB =H+ + BKa=BH+/HB鸚蠶w