化學_分光光度法

1、1本本 章章 要要 點點朗伯朗伯比耳定律比耳定律一般光度計的構造一般光度計的構造吸光光度法進行定量分析的方法吸光光度法進行定量分析的方法第十章第十章 分光光度法分光光度法210.1 物質對光的選擇性吸收和光吸收基本定律物質對光的選擇性吸收和光吸收基本定律 一、物質對光的選擇性吸收一、物質對光的選擇性吸收 1.光的基本性質光的基本性質 光是一種電磁波光是一種電磁波 光具有兩象性光具有兩象性/hchEc3電磁波譜范圍表電磁波譜范圍表42.物質吸收光的特性物質吸收光的特性可見光：可見光：400-750nm白光是一種白光是一種復合光。復合光。同一波長的光稱為同一波長的光稱為單色光單色光。5物質顏色和吸

2、收顏色的關系物質顏色和吸收顏色的關系 物質的顏色物質的顏色是因物質對不同波長的光具有選擇性吸是因物質對不同波長的光具有選擇性吸收作用而產(chǎn)生，物質的顏色與吸收光的顏色互為互收作用而產(chǎn)生，物質的顏色與吸收光的顏色互為互補色。補色。 互補色光互補色光：可以合成白光的兩種對應顏色的光稱為：可以合成白光的兩種對應顏色的光稱為互補色光。將它們按一定比例混合，可得到白光?；パa色光。將它們按一定比例混合，可得到白光。6溶液的光吸收曲線溶液的光吸收曲線最大吸收波長最大吸收波長 maxKMnO4溶液的溶液的 max=525nm max / nm吸吸收收強強度度7物質顏色和吸收顏色的關系物質顏色和吸收顏色的關系10

3、8 物質對光的吸收引起電子能級的躍遷，在電子能級躍物質對光的吸收引起電子能級的躍遷，在電子能級躍遷的同時，不可避免地伴隨分子振動和轉動能級的變化。遷的同時，不可避免地伴隨分子振動和轉動能級的變化。9二、光吸收的基本定律二、光吸收的基本定律朗伯比耳定律朗伯比耳定律入射光為平行單色光入射光為平行單色光Itbdb0IITtIrt0IIII a0I rIaIt0IIIa定義透射比或透光定義透射比或透光度為度為T101.朗伯朗伯比耳定律比耳定律T1lgIIlgIIlg00AAKbcA為與溶液的透射比的關系吸光度定量基礎另：當溶液中存在多種吸光物質，且對同一波長的另：當溶液中存在多種吸光物質，且對同一波長

4、的單色光均有吸收，溶液的總吸光度等于各吸光物質單色光均有吸收，溶液的總吸光度等于各吸光物質的吸光度之和。的吸光度之和。112.吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)與桑德爾靈敏度吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)與桑德爾靈敏度 吸光系數(shù)吸光系數(shù) a A=Kbc A = abc c - g.L-1; b-cm; a 稱為稱為吸光系數(shù)吸光系數(shù) 摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù) A = b c c -mol.L-1; b-cm; 稱為稱為摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)12桑德爾靈敏度桑德爾靈敏度 S 桑德爾靈敏度桑德爾靈敏度 S就是規(guī)定儀器的檢測極限為就是規(guī)定儀器的檢測極限為 A = 0.001時，單位截面積光程所能檢測出來的吸光物質的時，

5、單位截面積光程所能檢測出來的吸光物質的最低含量，以最低含量，以 g.cm-2 表示。表示。S與與 的關系如下：的關系如下：MS 13例例1.已知含已知含Cd 2+濃度為濃度為140 g.L-1 的溶液，用雙的溶液，用雙硫腙法測定鎘，液層厚度為硫腙法測定鎘，液層厚度為2cm, 在在 max=520nm處測定的吸光度為處測定的吸光度為0.22，計算摩，計算摩爾吸光系數(shù)爾吸光系數(shù) 及桑德爾靈敏度及桑德爾靈敏度S。142411461662cmg0013. 0108 . 841.112cmmolL108 . 81025. 1222. 022. 01025. 141.11210140CdMSbcALmol

6、15光源光源單色器單色器樣品池樣品池檢測器檢測器讀出系統(tǒng)讀出系統(tǒng)一、分光光度計一、分光光度計 10.2.分光光度計及吸收光譜分光光度計及吸收光譜16721分光光度計分光光度計1718分光光度計的主要部件分光光度計的主要部件 a光源光源 （鎢燈、氫燈）通常用（鎢燈、氫燈）通常用612 V鎢絲燈作可鎢絲燈作可 見光區(qū)的光源，發(fā)出的連續(xù)光譜在見光區(qū)的光源，發(fā)出的連續(xù)光譜在360800nm范圍范圍內。光源應該穩(wěn)定，即要求電源電壓保持穩(wěn)定。為內。光源應該穩(wěn)定，即要求電源電壓保持穩(wěn)定。為此，通常在儀器內同時配有電源穩(wěn)壓器。此，通常在儀器內同時配有電源穩(wěn)壓器。 b單色器單色器 單色器的作用是將光源發(fā)出的連續(xù)

7、光譜單色器的作用是將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置。分為棱鏡和光柵。分解為單色光的裝置。分為棱鏡和光柵。 19棱鏡：棱鏡：依據(jù)不同波長光通過棱鏡時折射率不同分光依據(jù)不同波長光通過棱鏡時折射率不同分光c.單色器單色器入射狹縫入射狹縫準直透鏡準直透鏡棱鏡棱鏡聚焦透鏡聚焦透鏡出射狹縫出射狹縫白光白光紅紅紫紫1 12 2800 600 50040020 棱鏡棱鏡是根據(jù)光的折射原理而將復合光色散為不是根據(jù)光的折射原理而將復合光色散為不同波長的單色光，然后再讓所需波長的光通過一個同波長的單色光，然后再讓所需波長的光通過一個很窄的狹縫照射到吸收池上。它由玻璃或石英制成。很窄的狹縫照射到吸收池上。它由玻

8、璃或石英制成。玻璃棱鏡用于可見光范圍，石英棱鏡則在紫外和可玻璃棱鏡用于可見光范圍，石英棱鏡則在紫外和可見光范圍均可使用。見光范圍均可使用。21光柵：光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條痕等間距條痕(600、1200、2400條條/mm )。M1M2出出射射狹狹縫縫光屏光屏透透鏡鏡平面透平面透射光柵射光柵光柵衍射示意圖光柵衍射示意圖原理原理：利用光通過光柵時利用光通過光柵時發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光分光.22 光柵光柵是根據(jù)光的衍射和干涉原理將復合光色散為不同是根據(jù)光的衍射和干涉原理將復合光色散為不同波長的單色光，然后再讓所需波

9、長的光通過狹縫照波長的單色光，然后再讓所需波長的光通過狹縫照射到吸收池上。它的分辨率比棱鏡大，可用的波長射到吸收池上。它的分辨率比棱鏡大，可用的波長范圍也較寬。范圍也較寬。23c比色皿比色皿 也稱吸收池。也稱吸收池。 用于盛放試液的容器。它是由無色透明、耐腐用于盛放試液的容器。它是由無色透明、耐腐蝕、化學性質相同、厚度相等的玻璃制成的，按其蝕、化學性質相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分為厚度分為0.5 cm，1 cm，2 cm，3 cm和和5 cm。在可見。在可見光區(qū)測量吸光度時使用玻璃吸收池，紫外區(qū)則使用光區(qū)測量吸光度時使用玻璃吸收池，紫外區(qū)則使用石英吸收池。使用比色皿時應注意保持清潔、

10、透明，石英吸收池。使用比色皿時應注意保持清潔、透明，避免磨損透光面。避免磨損透光面。24d檢測器檢測器 檢測器的作用是接受從比色皿發(fā)出的透射光并檢測器的作用是接受從比色皿發(fā)出的透射光并轉換成電信號進行測量。分為光電管和光電倍增管。轉換成電信號進行測量。分為光電管和光電倍增管。 光電管是一個真空或充有少量惰性氣體的二極光電管是一個真空或充有少量惰性氣體的二極管。陰極是金屬做成的半圓筒，內側涂有光敏物質，管。陰極是金屬做成的半圓筒，內側涂有光敏物質，陽極為一金屬絲。光電管依其對光敏感的波長范圍陽極為一金屬絲。光電管依其對光敏感的波長范圍不同分為紅敏和紫敏兩種。紅敏光電管是在陰極表不同分為紅敏和紫敏

11、兩種。紅敏光電管是在陰極表面涂銀和氧化銫，適用波長范圍為面涂銀和氧化銫，適用波長范圍為6251 000nm；紫敏光電管是陰極表面涂銻和銫，適用波長范圍為紫敏光電管是陰極表面涂銻和銫，適用波長范圍為200625nm。 25 光電倍增管是由光電管改進而成的，管中有若光電倍增管是由光電管改進而成的，管中有若干個稱為倍增極的附加電極。因此，可使光激發(fā)的干個稱為倍增極的附加電極。因此，可使光激發(fā)的電流得以放大，一個光子約產(chǎn)生電流得以放大，一個光子約產(chǎn)生106107個電子。它個電子。它的靈敏度比光電管高的靈敏度比光電管高200多倍。適用波長范圍為多倍。適用波長范圍為160700 nm。光電倍增管在現(xiàn)代的分

12、光光度計中被。光電倍增管在現(xiàn)代的分光光度計中被廣泛采用。廣泛采用。 e顯示裝置顯示裝置 顯示裝置的作用是把放大的信號以吸光度顯示裝置的作用是把放大的信號以吸光度A或透或透光率光率T的方式顯示或記錄下來。分光光度計常用的顯的方式顯示或記錄下來。分光光度計常用的顯示裝置是檢流計、微安表、數(shù)字顯示記錄儀。示裝置是檢流計、微安表、數(shù)字顯示記錄儀。26 物質對光的吸收引起電子能級的躍遷，在電子能級躍物質對光的吸收引起電子能級的躍遷，在電子能級躍遷的同時，不可避免地伴隨分子振動和轉動能級的變化。遷的同時，不可避免地伴隨分子振動和轉動能級的變化。由電子能級躍遷而產(chǎn)生吸收光譜，位于紫外及可見光部分由電子能級躍

13、遷而產(chǎn)生吸收光譜，位于紫外及可見光部分(200-800nm)，稱為紫外光譜和可見光譜。，稱為紫外光譜和可見光譜。二、分子吸收光譜二、分子吸收光譜-可見光吸收光譜可見光吸收光譜27吸收光譜曲線：物質在不同波長下吸收光的強度大小吸收光譜曲線：物質在不同波長下吸收光的強度大小 A關系關系最大吸收波長最大吸收波長 max：光吸收最大處的波長：光吸收最大處的波長二、分子吸收光譜二、分子吸收光譜-可見光吸收光譜可見光吸收光譜28吸收光譜特點：吸收光譜特點： 1.同一物質，濃度不同時，同一波長下吸光度不同，最大吸收同一物質，濃度不同時，同一波長下吸光度不同，最大吸收 波長位置和吸收光譜形狀不變。波長位置和吸

14、收光譜形狀不變。-定性分析定性分析 2. 同一物質，在一定波長下，隨著濃度的增加，吸光度增加，同一物質，在一定波長下，隨著濃度的增加，吸光度增加，在最大吸收波長下，吸光度最大，且隨濃度增大變化最明顯。在最大吸收波長下，吸光度最大，且隨濃度增大變化最明顯。-定量分析定量分析 3. 吸光度具有加和性，可同時測定多組分。吸光度具有加和性，可同時測定多組分。29三、吸光度的測量三、吸光度的測量 選擇物質最大吸收波長，選擇合適的參比溶液，用來選擇物質最大吸收波長，選擇合適的參比溶液，用來調節(jié)儀器零點，消除洗手池及溶劑的影響，消除干擾。調節(jié)儀器零點，消除洗手池及溶劑的影響，消除干擾。參比溶液選擇原則：參比

15、溶液選擇原則： 試液與顯色劑均無色時，可用蒸餾水作參比；試液與顯色劑均無色時，可用蒸餾水作參比； 顯色劑無色，被測試液存在其它有色離子，可用不加顯顯色劑無色，被測試液存在其它有色離子，可用不加顯色劑的被測試液為參比；色劑的被測試液為參比； 顯色劑有色，可不加試樣的試劑空白為參比；顯色劑有色，可不加試樣的試劑空白為參比； 顯色劑和被測離子均有色，可加掩蔽劑掩蔽被測試液為顯色劑和被測離子均有色，可加掩蔽劑掩蔽被測試液為參比。參比。3010.3 顯色反應及其影響因素顯色反應及其影響因素一、顯色反應一、顯色反應1.顯色反應的選擇顯色反應的選擇a.選擇性好，靈敏度高；選擇性好，靈敏度高；b.有色化合物的

16、組成恒定；有色化合物的組成恒定；c.有色化合物的性質足夠穩(wěn)定；有色化合物的性質足夠穩(wěn)定；d.有色化合物與顯色劑的顏色差別有色化合物與顯色劑的顏色差別(對比度對比度)要大于要大于60nm。 = maxR maxMR 31二二. 顯色劑顯色劑 無機顯色劑無機顯色劑 有機顯色劑有機顯色劑a.磺基水楊酸磺基水楊酸-Fe3+b.丁二酮肟丁二酮肟-Ni2+c.1，10-鄰二氮菲鄰二氮菲-Fe2+d.二苯硫腙二苯硫腙-Cu2+ Pb2+ Zn2+ Cd2+ Hg2+e.偶氮胂偶氮胂3 -Th Zr Uf.鉻天青鉻天青S- Al3+g.結晶紫結晶紫-Ti3+323.多元絡合物多元絡合物 a.三元混配絡合物三元

17、混配絡合物 b.離子締合物離子締合物 c.金屬離子金屬離子絡合劑絡合劑表面活性劑體系表面活性劑體系 d.雜多酸雜多酸33三三. 影響顯色反應的因素影響顯色反應的因素1.溶液酸度溶液酸度a.影響顯色劑的平衡濃度和顏色影響顯色劑的平衡濃度和顏色b.影響金屬離子的存在狀態(tài)影響金屬離子的存在狀態(tài)c.影響絡合物的組成影響絡合物的組成pHA342.顯色劑用量顯色劑用量 M(被測組分被測組分)+R(顯色劑顯色劑) = MR(有色絡合物有色絡合物)c試液吸光度與顯色劑濃度的關系試液吸光度與顯色劑濃度的關系AAAccab353.顯色反應時間顯色反應時間 一般從加入顯色劑起計算時間。一般從加入顯色劑起計算時間。

18、4.顯色反應溫度顯色反應溫度5.溶劑溶劑 有機溶劑降低有色化合物的解離度；有機溶劑降低有色化合物的解離度； 提高顯色反應的速率；提高顯色反應的速率； 影響有色絡合物的溶解度和組成。影響有色絡合物的溶解度和組成。3610.4 吸光光度分析及誤差控制吸光光度分析及誤差控制一一.入射光波長的選擇和標準曲線的制作入射光波長的選擇和標準曲線的制作1.波長選擇波長選擇 遵守最大吸收原則。即選擇被測物質的最大吸收波遵守最大吸收原則。即選擇被測物質的最大吸收波長的光作為入射光。長的光作為入射光。 遵守吸收最大，干擾最小的原則。遵守吸收最大，干擾最小的原則。372、標準曲線的制作、標準曲線的制作1） 作吸收光譜

19、曲線，求出作吸收光譜曲線，求出最大吸收波長最大吸收波長 max，2） 作待測組分的標準曲線，作待測組分的標準曲線，根據(jù)根據(jù)A=Kbc=K c3 ）測出）測出待測組分的吸光度待測組分的吸光度值值A，在標準曲線中查出，在標準曲線中查出對應的濃度對應的濃度c。c0123456780.000.050.100.150.200.250.300.35Aconcentration未知物的未知物的吸光度吸光度未知物的未知物的濃度濃度38二、對朗伯二、對朗伯比耳定律的偏離比耳定律的偏離1.非單色光引起的偏離非單色光引起的偏離abA2A1A3A4 1 2 3A正偏離正偏離負偏離負偏離Ac標準曲線標準曲線非單色光的影

20、響非單色光的影響39 2.介質不均勻性引起的偏離介質不均勻性引起的偏離3.由于溶液中的化學反應引起的偏離由于溶液中的化學反應引起的偏離a.離解離解b.絡合絡合c.締合締合404.干擾及其消除方法干擾及其消除方法控制溶液酸度控制溶液酸度加入掩蔽劑加入掩蔽劑利用氧化還原反應利用氧化還原反應利用校正系數(shù)利用校正系數(shù)利用參比溶液利用參比溶液選擇適當?shù)牟ㄩL選擇適當?shù)牟ㄩL增加顯色劑用量增加顯色劑用量采用適當?shù)姆蛛x方法采用適當?shù)姆蛛x方法41吸光度與透射比的關系吸光度與透射比的關系0201030405060708090100透射比透射比T%吸光度吸光度A0;1lgIITbcTAt三、吸光度測量的誤差三、吸光度

21、測量的誤差42 由于由于c與與A成正比，則測量的絕對誤差成正比，則測量的絕對誤差dc與與dA也也成正比；而相對誤差相等。成正比；而相對誤差相等。)2() 1 (,AcdcAdAbdcdAbcAAdAEEAdArr；）為的相對誤差（則測量時產(chǎn)生的誤差測量吸光度43透射比在什么范圍具有較小的測量誤差透射比在什么范圍具有較小的測量誤差TTTTTETdTTTdTAdAcdcETTdTAdATTdTdTTTdTTAAdAdTTTddATTArrln1%100ln01. 0%100ln%100%100lnln)lg434. 0(434. 0434. 0)(ln434. 0ln434. 0lg44相對標準偏

22、差與透光率的關系相對標準偏差與透光率的關系00.20.40.60.81.01086420.368相對標準偏差相對標準偏差/%相對標準偏差與透光率的關系相對標準偏差與透光率的關系T當透光率為當透光率為15-65%15-65%或或吸光度為吸光度為0.2-0.80.2-0.8時，時，濃度測量的相對標準濃度測量的相對標準偏差較小偏差較小TTTTTErln1%100ln45吸光度為吸光度為0.434時儀器測量誤差最??？時儀器測量誤差最?。?34. 0368. 0lglg368. 0434. 0lg1ln01ln0)ln(ln1TATTTTTTdTdTTInTTTErTInTEr微分時其值為零：對應最大，

23、最小，則46根據(jù)朗伯比爾定律根據(jù)朗伯比爾定律 控制適當?shù)奈舛确秶刂七m當?shù)奈舛确秶?.2-0.8）控制溶液濃度控制溶液濃度選擇不同厚度的比色皿選擇不同厚度的比色皿bcTA1lg47一、目視比色法一、目視比色法 用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質含量的方法稱為目視比色法。物質含量的方法稱為目視比色法。標準系列標準系列樣品樣品KMnO4溶液溶液10.5 其他吸光光度法其他吸光光度法48 其優(yōu)點是儀器簡單，操作簡便，適宜于其優(yōu)點是儀器簡單，操作簡便，適宜于大批試樣的分析；靈敏度高；大批試樣的分析；靈敏度高； 在復合光在復合光白白光下進行測定，故某些顯色反

24、應不符合朗光下進行測定，故某些顯色反應不符合朗伯伯比爾定律時，仍可用該法進行測定。其比爾定律時，仍可用該法進行測定。其主要缺點是準確度不高，標準系列不能久存，主要缺點是準確度不高，標準系列不能久存，需要在測定時臨時配制。需要在測定時臨時配制。49 吸光光度法與目視比色法在原理上并不吸光光度法與目視比色法在原理上并不完全一樣。吸光光度法是比較有色溶液對某完全一樣。吸光光度法是比較有色溶液對某一波長光的吸收情況，目視比色法則是比較一波長光的吸收情況，目視比色法則是比較透過光的強度。例如，測定溶液中透過光的強度。例如，測定溶液中KMnO4的的含量時，吸光光度法測量的是含量時，吸光光度法測量的是KMn

25、O4溶液對溶液對黃綠色光的吸收情況，目視比色法則是比較黃綠色光的吸收情況，目視比色法則是比較KMnO4溶液透過紅紫色光的強度。溶液透過紅紫色光的強度。50 吸光光度法的特點是：因入射光是純度較高的吸光光度法的特點是：因入射光是純度較高的單色光，故使偏離朗伯單色光，故使偏離朗伯比爾定律的情況大為減少，比爾定律的情況大為減少，標準曲線直線部分的范圍更大，分析結果的準確度標準曲線直線部分的范圍更大，分析結果的準確度較高。較高。 因可任意選取某種波長的單色光，故利用吸光因可任意選取某種波長的單色光，故利用吸光度的加和性，可同時測定溶液中兩種或兩種以上的度的加和性，可同時測定溶液中兩種或兩種以上的組分。

26、由于入射光的波長范圍擴大了，許多無色物組分。由于入射光的波長范圍擴大了，許多無色物質，只要它們在紫外或紅外光區(qū)域內有吸收峰，都質，只要它們在紫外或紅外光區(qū)域內有吸收峰，都可以用吸光光度法進行測定?？梢杂梦夤舛确ㄟM行測定。51二、示差分光光度法二、示差分光光度法1.示差法的原理示差法的原理相對相對bcccbAAAbcAbcAxxxx)(;0000522. 示差法的誤差示差法的誤差%100%1021TT調的標液參比，用一般法一般法T1=7%示差法示差法T2 =70%53 在示差吸光光度法中測量的是兩個溶液的濃度在示差吸光光度法中測量的是兩個溶液的濃度差差 如果測量誤差為如果測量誤差為x% 普通測

27、量法的結果為：普通測量法的結果為： 示差測量法的結果為：示差測量法的結果為：%)(0 xcccxx%xccxx)(0cccx54三、雙波長吸光光度法三、雙波長吸光光度法1.雙波長吸光光度法的原理雙波長吸光光度法的原理5556c . 兩組分共存時分別測定兩組分共存時分別測定選擇參比波長和測選擇參比波長和測定波長的條件是：定波長的條件是：待測組分在兩波長待測組分在兩波長處的吸光度之差要處的吸光度之差要足夠大，干擾組分足夠大，干擾組分在兩波長處的吸光在兩波長處的吸光度應相等。度應相等。57四四. .導數(shù)吸光光度法導數(shù)吸光光度法 目的：提高分辨率目的：提高分辨率 去除背景干擾去除背景干擾 原理：原理：

28、 nndAd5810.6 吸光光度法的應用吸光光度法的應用一、痕量金屬分析一、痕量金屬分析二、臨床分析二、臨床分析三、食品分析三、食品分析59四、其它應用四、其它應用1.弱酸弱堿離解常數(shù)的測定弱酸弱堿離解常數(shù)的測定對一元弱酸對一元弱酸HLBHBcHBBHKBHHBHBa;BHBHBBbAHBbAB令60pH)()(lgpH)()(H)H(HHHHHHAAAAKAAAAKKAAKAKKAAABBaBBaaBBaaaBB1HKKcHKHcAbBbHBbAAAaaHBBaHBHBBHBBHB61pHp0)()(lgpH)()(lgpHHaBBBBaKAAAAAAAAK622. 絡合物組成的測定絡合物組成的測定1）.飽和法飽和法 固定金屬離子固定金屬離子M濃度；改變絡合劑濃度；改變絡合劑R的濃度的濃度 得到一系列得到一系列R/M比值不同的溶液；比值不同的溶液； 分別測其吸光度分別測其吸光度 交點處向橫坐標作垂線交點處向橫坐標作垂線