(分析化學(xué))第七章：吸光光度法解析

1、Analytical chemistry第七章：吸光光度法第七章：吸光光度法 (Spectrophotometry)7-1 概述概述7-2 光吸收定律光吸收定律 7-3 分光光度計分光光度計7-4 顯色反應(yīng)及其影響因素顯色反應(yīng)及其影響因素7-5 光度測量誤差和測量條件的選擇光度測量誤差和測量條件的選擇7-6 吸光光度法的應(yīng)用吸光光度法的應(yīng)用習(xí)題習(xí)題Analytical chemistry2022-5-427.1: 概述概述一、吸光光度法一、吸光光度法基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法?；谖镔|(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法。許多物質(zhì)呈現(xiàn)顏色，而且顏色許多物質(zhì)呈現(xiàn)顏色，而且顏色深

2、淺深淺與與濃度濃度有關(guān)有關(guān) 二、方法特點：二、方法特點：1、靈敏度高，能測、靈敏度高，能測c2c1是光譜定量的依據(jù)是光譜定量的依據(jù) (3)同一物質(zhì)分子運動的形式相同，結(jié)構(gòu)相同，在不同一物質(zhì)分子運動的形式相同，結(jié)構(gòu)相同，在不同濃度下，吸收曲線的形狀相同，且同濃度下，吸收曲線的形狀相同，且max位置不變位置不變 (4)不同物質(zhì)的吸收曲線形狀不同，決定了物質(zhì)的結(jié)不同物質(zhì)的吸收曲線形狀不同，決定了物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析的依據(jù)構(gòu)分析的依據(jù) Analytical chemistry2022-5-410(5)若選擇在若選擇在max處測量處測量A，則靈敏度高則靈敏度高 Cr2O72- MnO4-2、物質(zhì)的顏色、物質(zhì)的

3、顏色 Analytical chemistry2022-5-411 溶液呈現(xiàn)的顏色與吸收光顏色及波段的溶液呈現(xiàn)的顏色與吸收光顏色及波段的關(guān)系關(guān)系 物質(zhì)的顏色物質(zhì)的顏色吸收光吸收光 顏色顏色波長范圍波長范圍( l ,nm)黃綠黃綠黃黃橙橙紅紅紫紅紫紅紫紫藍(lán)藍(lán)綠藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠藍(lán)綠紫紫藍(lán)藍(lán)綠藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠藍(lán)綠綠綠黃綠黃綠黃黃橙橙紅紅400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-750 溶液呈現(xiàn)的顏色是其吸收光的互補(bǔ)光的顏色。溶液呈現(xiàn)的顏色是其吸收光的互補(bǔ)光的顏色。 Analytical chemistry2022-5-4127.2:

4、光吸收定律光吸收定律一、朗伯一、朗伯-比耳定律比耳定律 當(dāng)一束強(qiáng)度為當(dāng)一束強(qiáng)度為I0的平行單色光入射到厚度為的平行單色光入射到厚度為b的溶的溶液上，一部分光被吸收（強(qiáng)度為液上，一部分光被吸收（強(qiáng)度為Ia），剩余的光透過（），剩余的光透過（強(qiáng)度為強(qiáng)度為It）ta0III%1000tIIT透光率透光率吸光度吸光度0t-lglgIITAAnalytical chemistry當(dāng)物質(zhì)對光完全透光時，當(dāng)物質(zhì)對光完全透光時，T=1，A=0當(dāng)物質(zhì)對光全部吸收時，當(dāng)物質(zhì)對光全部吸收時，T=0，A=朗伯朗伯-比爾定律比爾定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式的數(shù)學(xué)表達(dá)式KbcA I0IrItIa單色光垂直照射含有吸單色光垂直照射含有

5、吸光物質(zhì)的溶液時，溶液的光物質(zhì)的溶液時，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)的濃度吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及液層的厚度成正比。及液層的厚度成正比。Analytical chemistry2022-5-414其中，其中，A:吸光度，吸光度，T:透射比，透射比， K:比例常數(shù)，比例常數(shù)，b:溶液厚度，溶液厚度，c:溶液濃度溶液濃度注意：注意： 平行單色光平行單色光 均相介質(zhì)均相介質(zhì) 無發(fā)射、散射或光化學(xué)反應(yīng)無發(fā)射、散射或光化學(xué)反應(yīng)二、吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)二、吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)1、吸光系數(shù)、吸光系數(shù)a 和摩爾吸光系數(shù)和摩爾吸光系數(shù)( Molar absorptivity) A= Kbc (1)當(dāng)當(dāng) c= g/

6、L時：時：b=cm； K=a = Lg-1cm-1 (2)當(dāng)當(dāng) c=mol/L時：時：b=cm； K=Lmol-1cm-1 Analytical chemistry2022-5-415 表示物質(zhì)的濃度為表示物質(zhì)的濃度為1mol/L,液層厚度為液層厚度為1cm時溶液時溶液的吸光度。單位：的吸光度。單位： (Lmol-1 cm-1) 影響影響值大小的因素值大小的因素 (1)入射光波長入射光波長 (2)與被測物質(zhì)有關(guān)與被測物質(zhì)有關(guān) (3)溫度，酸度，介質(zhì)，有色物結(jié)構(gòu)，溫度，酸度，介質(zhì)，有色物結(jié)構(gòu)，(4)不隨不隨 c或或b值變化值變化 Analytical chemistry2022-5-416 2、

7、桑德爾、桑德爾(Sandell)靈敏度：靈敏度： S 當(dāng)儀器檢測吸光度為當(dāng)儀器檢測吸光度為0.001時，單位截面積光程內(nèi)所時，單位截面積光程內(nèi)所能檢測到的吸光物質(zhì)的最低含量。能檢測到的吸光物質(zhì)的最低含量。 單位：單位：g/cm2 氯磺酚氯磺酚S測定鋼中的鈮測定鋼中的鈮 50ml容量瓶中有容量瓶中有Nb30g，用用2cm比色池，在比色池，在650nm測定光吸收，測定光吸收，A0.43，求，求(Nb原子量原子量92.91)。mol/L5091.92101000306c114cmmolL103 . 3bcAAnalytical chemistry2022-5-417三、吸光度三、吸光度A的加和性的加

8、和性 若溶液中含有不止一種吸光物質(zhì)，則總吸光度若溶液中含有不止一種吸光物質(zhì)，則總吸光度等于各個組分吸光度之和：等于各個組分吸光度之和： A=A1+A2+.+An = 1bc1+ 2bc2 + .+nbcnMS Analytical chemistry2022-5-4187.3 分光光度計分光光度計0.575光源光源單色器單色器吸收池吸收池檢測器檢測器顯示顯示Analytical chemistry2022-5-4191、光源、光源(Source)：75W鎢燈，發(fā)射出鎢燈，發(fā)射出360-800nm波長的連續(xù)光譜波長的連續(xù)光譜 2、單色器、單色器(Monochromator)：將連續(xù)光譜分解為：將

9、連續(xù)光譜分解為按波長排列的單色光按波長排列的單色光 3、比色皿（吸收池）、比色皿（吸收池）：材質(zhì)相同的玻璃，石英制：材質(zhì)相同的玻璃，石英制成成0.5，1.0，2.0，3.0cm 4、檢測器、檢測器(Detector)：接受比色皿透過的光強(qiáng)，轉(zhuǎn)：接受比色皿透過的光強(qiáng)，轉(zhuǎn)換為電信號，并放大顯示，讀取換為電信號，并放大顯示，讀取 T，A，c 光電管：產(chǎn)生光電流，在電阻兩端產(chǎn)生電壓降光電管：產(chǎn)生光電流，在電阻兩端產(chǎn)生電壓降 Analytical chemistry2022-5-4207.4 顯色反應(yīng)及影響因素顯色反應(yīng)及影響因素一、一、 顯色反應(yīng)顯色反應(yīng)沒有顏色的或顏色較淺的化合物，需要通過適當(dāng)?shù)臎]有顏

10、色的或顏色較淺的化合物，需要通過適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)定量生成有色化合物再測定反應(yīng)定量生成有色化合物再測定 顯色反應(yīng)。顯色反應(yīng)。MRR M 被測物被測物 顯色劑顯色劑 有色化合物有色化合物對顯色反應(yīng)的要求：對顯色反應(yīng)的要求：1、選擇性好、選擇性好2、靈敏度高、靈敏度高 (104)Analytical chemistry2022-5-4213、 產(chǎn)物的化學(xué)組成穩(wěn)定產(chǎn)物的化學(xué)組成穩(wěn)定4、 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定5、 顯色劑和產(chǎn)物有明顯的顏色差別顯色劑和產(chǎn)物有明顯的顏色差別 ( 60nm)二、顯色劑二、顯色劑1、 無機(jī)顯色劑無機(jī)顯色劑: 過氧化氫，硫氰酸銨，碘化鉀過氧化氫，硫氰酸銨，碘化鉀2、 有機(jī)顯色劑：有

11、機(jī)顯色劑： （1）偶氮類：偶氮胂）偶氮類：偶氮胂IIINNNNSO3HHO3SOHOHAsO H32H O As32Analytical chemistry2022-5-422（2）三苯甲烷類）三苯甲烷類 三苯甲烷酸性染料三苯甲烷酸性染料 鉻天菁鉻天菁S OCH3COOHHOCClClSO3HCH3COOH（3）鄰菲羅啉類：新亞銅靈）鄰菲羅啉類：新亞銅靈 NNCH3CH3Analytical chemistry2022-5-423（4）肟類：丁二肟）肟類：丁二肟 CCCH3NNOHHOCH3三、三、 多元絡(luò)合物多元絡(luò)合物混配化合物混配化合物 Nb-5-Br-PADAP-酒石酸酒石酸 離子締合物

12、離子締合物 AuCl4-羅丹明羅丹明B金屬離子金屬離子-配體配體-表面活性劑體系表面活性劑體系 Mo-水楊基熒光酮水楊基熒光酮-CTMAB Analytical chemistry2022-5-424四、四、 影響顯色反應(yīng)的因素影響顯色反應(yīng)的因素1、 溶液酸度（溶液酸度（pH值及緩沖溶液）值及緩沖溶液）u 影響顯色劑的平衡濃度及顏色，影響顯色劑的平衡濃度及顏色，u 影響待測離子的存在狀態(tài)，防止沉淀影響待測離子的存在狀態(tài)，防止沉淀u 影響絡(luò)合物組成影響絡(luò)合物組成 2、顯色劑的用量、顯色劑的用量稍過量，處于平臺區(qū)稍過量，處于平臺區(qū) 3 、顯色反應(yīng)時間、顯色反應(yīng)時間 針對不同顯色反應(yīng)確定顯示時間針對

13、不同顯色反應(yīng)確定顯示時間 顯色反應(yīng)快且穩(wěn)定；顯色反應(yīng)快但不穩(wěn)定；顯色反應(yīng)快且穩(wěn)定；顯色反應(yīng)快但不穩(wěn)定； 顯色反應(yīng)慢，穩(wěn)定需時間；顯色反應(yīng)慢但不穩(wěn)定顯色反應(yīng)慢，穩(wěn)定需時間；顯色反應(yīng)慢但不穩(wěn)定Analytical chemistry2022-5-4254、 顯色反應(yīng)溫度顯色反應(yīng)溫度加熱可加快反應(yīng)速度，導(dǎo)致顯色劑或產(chǎn)物分解加熱可加快反應(yīng)速度，導(dǎo)致顯色劑或產(chǎn)物分解5、溶劑、溶劑6、干擾離子、干擾離子 有機(jī)溶劑，提高靈敏度、顯色反應(yīng)速率有機(jī)溶劑，提高靈敏度、顯色反應(yīng)速率消除辦法：消除辦法： 改變酸度，加入隱蔽劑，改變價態(tài)改變酸度，加入隱蔽劑，改變價態(tài) 選擇合適參比選擇合適參比 選擇適當(dāng)波長選擇適當(dāng)波長

14、Analytical chemistry2022-5-4267.5 吸光光度分析條件的選擇與誤差的控制吸光光度分析條件的選擇與誤差的控制一、測定波長選擇一、測定波長選擇選擇原則：選擇原則：“吸收最大，干擾最小吸收最大，干擾最小”靈敏度選擇性Analytical chemistry2022-5-427二、二、 標(biāo)準(zhǔn)曲線制作標(biāo)準(zhǔn)曲線制作0123456780.000.050.100.150.200.250.300.35Aconcentration理論基礎(chǔ)：朗伯理論基礎(chǔ)：朗伯-比爾定律比爾定律 相同條件下相同條件下測定不同濃度標(biāo)準(zhǔn)測定不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度溶液的吸光度AAc 作圖作圖Analytic

15、al chemistry2022-5-428三、偏離朗伯三、偏離朗伯-比爾定律比爾定律 的原因的原因正偏離負(fù)偏離負(fù)偏離1、由于、由于非單色光非單色光引起的引起的偏離偏離 因物質(zhì)對不同波長的光的吸收程度不同，而導(dǎo)因物質(zhì)對不同波長的光的吸收程度不同，而導(dǎo)致偏離。致偏離。 Analytical chemistry2022-5-429復(fù)合光由復(fù)合光由 1和和 2組成，對于濃度不同的溶液組成，對于濃度不同的溶液a和和b,引引起的吸光度的偏差不一樣，濃度大，復(fù)合光引起的起的吸光度的偏差不一樣，濃度大，復(fù)合光引起的誤差大，故在高濃度時線性關(guān)系向下彎曲。誤差大，故在高濃度時線性關(guān)系向下彎曲。 Analytic

16、al chemistry2022-5-4302、溶液本身的、溶液本身的化學(xué)和物理因素化學(xué)和物理因素引起的引起的偏離偏離 (1)溶液介質(zhì)不均勻引起的溶液介質(zhì)不均勻引起的 (2)溶液中的副反應(yīng)發(fā)生而引起的溶液中的副反應(yīng)發(fā)生而引起的 (3)反應(yīng)條件影響顯色反應(yīng)反應(yīng)條件影響顯色反應(yīng) 例如例如 Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H+2CrO4- 橙色橙色 黃色黃色 1max=350nm max=375nm 2max=450nm Analytical chemistry2022-5-431四、四、 吸光度測量的誤差吸光度測量的誤差TTKbcAln434. 0lgTTdTAAcclnddAnalyt

17、ical chemistry2022-5-4320ln1)ln(TTTT=0.368，A=0.434 測量誤差最小測量誤差最小為了減少測量誤差，控制溶液的吸光度范圍為了減少測量誤差，控制溶液的吸光度范圍 A = 0.2 0.8T = 65 15 %五、參比溶液的選擇：五、參比溶液的選擇： 選合適的參比溶液，調(diào)儀器選合適的參比溶液，調(diào)儀器A =0，T=100% (1)當(dāng)試液，顯色液，在此波段無吸收，可用純水當(dāng)試液，顯色液，在此波段無吸收，可用純水作參比；作參比；Analytical chemistry2022-5-433(2)試劑有色，以試劑的空白為參比；試劑有色，以試劑的空白為參比； (3)顯

18、色劑，待測物有吸收，應(yīng)掩蔽，使其不與顯色顯色劑，待測物有吸收，應(yīng)掩蔽，使其不與顯色劑作用劑作用。Analytical chemistry2022-5-4347.6: 其它光度法其它光度法 一、目視比色法一、目視比色法對樣品的粗略測定對樣品的粗略測定 適合對準(zhǔn)確度要求不太高的大批量樣品的分析。適合對準(zhǔn)確度要求不太高的大批量樣品的分析。二、示差分光光度法二、示差分光光度法-高含量組分的測定高含量組分的測定 1、原理、原理： 以稍低于待測組分濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參比溶液，以稍低于待測組分濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液作為參比溶液，然后測試液的吸光度，再從然后測試液的吸光度，再從A求求c，從而提高準(zhǔn)確度。從而提高準(zhǔn)確度

19、。 參比液參比液 cs cx樣品液樣品液 xxssbc A bcAAnalytical chemistry2022-5-435cbccbAAA Asxsx)(-r用參比液調(diào)吸光度為用參比液調(diào)吸光度為“0”，此時，被測液的吸光度此時，被測液的吸光度為為吸光度的差與濃度差成正比。吸光度的差與濃度差成正比。cc csx如果標(biāo)準(zhǔn)溶液的如果標(biāo)準(zhǔn)溶液的T%=10，用此溶液做參比，調(diào)成用此溶液做參比，調(diào)成100%(A=0)，等于把儀器透光率擴(kuò)等于把儀器透光率擴(kuò)10倍，測量誤差變倍，測量誤差變小了。小了。 Analytical chemistry2022-5-436例例 以試劑為空白參比調(diào)以試劑為空白參比調(diào)T

20、=100%，測某有色液，測某有色液A=1.301，假設(shè)，假設(shè)T=0.003，求光度測量誤差，求光度測量誤差Er=？%501010301. 1AT2%lg0.050.050.0030.434lg0.434ErTTTccAnalytical chemistry2022-5-437若以若以T=10%為參比，示差光度法測該試液的為參比，示差光度法測該試液的T=？此時？此時Er又為多少？又為多少？% 50% 10%5.0% SxrTTTsxrrln434. 0-lg TTTbcA0.2%lg0.10)00.50(lg0.50.0030.434 )lg (lg 0.434 ErSrrTTTTccr434.

21、 0dTTcbAnalytical chemistry2022-5-438例例12. 鋅標(biāo)液鋅標(biāo)液cZn=0.00100mol/L和含和含Zn樣品各測樣品各測A=0.700和和A=1.000，問兩種溶液透射率相差多少？，問兩種溶液透射率相差多少？如果用如果用0.00100mol/L Zn 標(biāo)液作參比，試液的標(biāo)液作參比，試液的A=？示？示差法與普通光度法相比，讀數(shù)標(biāo)尺放大了多少倍？差法與普通光度法相比，讀數(shù)標(biāo)尺放大了多少倍？ 解：解： 1、A= - lgT，則，則T1=10-A=10-0.700=0.200=20.0% T2=10-1.000=0.1000=10.0% 故透光率相差故透光率相差1

22、0.0%Analytical chemistry2022-5-439 2、A相對相對=A=bc=1.000-0.700=0.300 3、則、則T相對相對=10-0.300=0.50=50% 標(biāo)尺放大倍數(shù)為：標(biāo)尺放大倍數(shù)為：5%10%50三、光度滴定三、光度滴定 由于在選定的波長下，被滴定的溶液各組分的吸由于在選定的波長下，被滴定的溶液各組分的吸光情況不同，曲線形狀不同光情況不同，曲線形狀不同 Analytical chemistry2022-5-440(a)滴定劑對選用波長的光滴定劑對選用波長的光有很大吸收，待測物和產(chǎn)有很大吸收，待測物和產(chǎn)物不吸收，如物不吸收，如MnO4-滴滴 Fe2+(b)

23、待測物有吸收滴定待測物有吸收滴定劑和產(chǎn)物不吸收，如劑和產(chǎn)物不吸收，如EDTA滴水揚(yáng)酸鐵滴水揚(yáng)酸鐵 Analytical chemistry2022-5-441(c)產(chǎn)物有吸收，滴定劑產(chǎn)物有吸收，滴定劑與待測物無吸收，與待測物無吸收，如如NaOH滴對溴苯酚滴對溴苯酚(d)滴定劑和待測物滴定劑和待測物 有吸收，有吸收，產(chǎn)物產(chǎn)物無吸收無吸收 如如 KBrO3 -KBr滴滴 Sb3+-HCl液液 Analytical chemistry2022-5-4427.7: 吸光光度法的應(yīng)用吸光光度法的應(yīng)用 一、標(biāo)準(zhǔn)曲線法測單一組分一、標(biāo)準(zhǔn)曲線法測單一組分 1、選擇合適的顯色反應(yīng)和顯色條件、選擇合適的顯色反應(yīng)和

24、顯色條件 2、繪出被測組分的吸收、繪出被測組分的吸收光譜曲線光譜曲線(用標(biāo)液），找用標(biāo)液），找出最大吸收波長。出最大吸收波長。 A 3、在、在max下測一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的下測一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的A值，繪制工值，繪制工作曲線作曲線A-cAnalytical chemistry4、與工作曲線相同的方法，測未知物、與工作曲線相同的方法，測未知物Ax ， 從工作曲從工作曲線上查線上查cx Ax CxA二、多組分的測定二、多組分的測定Analytical chemistry2022-5-444yxAAA111yyxxbcbc11yxAAA222A XY 1 2 為物質(zhì)的特征參數(shù)，可通過配制標(biāo)準(zhǔn)溶液測得。為物質(zhì)的特征參數(shù)，可通過配制標(biāo)準(zhǔn)溶液測得。解解聯(lián)立方程，可求得聯(lián)立方程，可求得cx, cyyyxxbcbc22Analytical chemistry2022-5-445三、配合物組成的測定三、配合物組成的測定 1、摩爾比法、摩爾比法 固定