第8章吸收光譜法

1、第八章第八章 吸收光譜法吸收光譜法知識點：知識點：v吸收光譜的產(chǎn)生吸收光譜的產(chǎn)生v光吸收基本定律光吸收基本定律v比色分析和分光光度法比色分析和分光光度法v分光光度法的應(yīng)用分光光度法的應(yīng)用光與溶液的顏色光與溶液的顏色吸收光譜曲線吸收光譜曲線光吸收基本定律光吸收基本定律朗伯比爾定律的適用范圍朗伯比爾定律的適用范圍8.18.1 吸收光譜8.1.1 光與溶液的顏色光與溶液的顏色可見光：可見光：400760nm近紫外光：近紫外光：200400nm近紅外光：近紅外光：76025000nm遠紅外遠紅外 光：光：25500um顏色顏色400450紫紫450480藍藍480490青藍青藍490500青青5005

2、60綠綠560580黃綠黃綠580600黃黃600650橙橙650760紅紅單色光：單色光：具有同一波長，一種顏色的光。復(fù)合光：復(fù)合光：幾種單色光混合起來的光。黃藍綠紫橙青藍青紅互補光：互補光：一對相互混合成白光的單色光。白光吸收光譜的產(chǎn)生吸收光譜的產(chǎn)生: 當以一定范圍的光波連續(xù)照射分子或原子時，當以一定范圍的光波連續(xù)照射分子或原子時，就有一個或幾個一定波長的光波被吸收，透過就有一個或幾個一定波長的光波被吸收，透過的光譜中不出現(xiàn)這些波長的光，稱為吸收光譜。的光譜中不出現(xiàn)這些波長的光，稱為吸收光譜。 若吸收光譜在可見光范圍內(nèi)，由于光的互補若吸收光譜在可見光范圍內(nèi)，由于光的互補性，溶液呈現(xiàn)透過光的

3、波長顏色。性，溶液呈現(xiàn)透過光的波長顏色。8.1.2 吸收光譜曲線吸收光譜曲線吸收光譜曲線吸收光譜曲線 例：將不同波長的單色光依次通過固定濃度的高錳酸例：將不同波長的單色光依次通過固定濃度的高錳酸鉀溶液，同時測量每一波長下鉀溶液，同時測量每一波長下 溶液對光的吸收程度溶液對光的吸收程度(A)。有吸收峰有吸收峰 最大吸收波長最大吸收波長( (maxmax ) )在吸收峰處的波長。1n測A1AnA(nm)400 500 6000.30.20.1max是特征的，與濃度無關(guān)。是特征的，與濃度無關(guān)。 每種物質(zhì)都有其特征吸收曲線，可做定性分析依據(jù)。一定時，同一物質(zhì)的吸收程度與濃度成正比。一定時，同一物質(zhì)的吸

4、收程度與濃度成正比。 這是定量分析依據(jù)。max 525C1C2C3C1C2C38.1.3 光吸收基本定律光吸收基本定律朗伯比爾定律朗伯比爾定律Io入射光強度入射光強度 L液層厚度（液層厚度（cm）It透過光強度透過光強度 C溶液濃度溶液濃度 入射光波長入射光波長 朗伯比爾定律：朗伯比爾定律：一定IoItCL10 k C LtoIIk 比例系數(shù),與物質(zhì)、 、單位有關(guān)。lg otIk C LI 當一束波長一定的單色光通過均勻溶液時，溶液當一束波長一定的單色光通過均勻溶液時，溶液對光的吸收程度與液層的厚度及溶液的濃度成正比。對光的吸收程度與液層的厚度及溶液的濃度成正比。kCLtoII10兩邊取對數(shù)：

5、10 k C LtoIIk 比例系數(shù),與物質(zhì)、 、單位有關(guān)。C為為mol/L： k為為 摩爾吸收系數(shù)（摩爾吸收系數(shù)（L/molcm）C為為 g/L ： k為為 a吸收系數(shù)（吸收系數(shù)（ L/gcm）lg otIC LI a 和是物質(zhì)在一定波長下的特征常數(shù)，反映顯色反應(yīng)的靈敏度。 與波長有關(guān)。在最大吸收波長處的為max，一般通過實驗測得。比例系數(shù)比例系數(shù) k 朗伯比爾定律：朗伯比爾定律：LCaIItolg或：或： 一般常用。越大，顯色反應(yīng)的靈敏度越高。令：令： lg 0 )otAII，取值:(吸光度 ( AC L朗伯比爾定律）lg otIC LI由：吸光度吸光度A；，即光全部吸收無透過，即光全部吸

6、收無透過時，時，當：當：；，即光全部透過無吸收，即光全部透過無吸收時，時，當：當：AIAIItot 00 ；，即光全部吸收無透過，即光全部吸收無透過時，時，當：當：；，即光全部透過無吸收，即光全部透過無吸收時，時，當：當：AIAIItot 00 又令：又令： 100% 0) toIIT，取值:(透光率 lg(TC L朗伯比爾定律）A與與T關(guān)系關(guān)系：lgTA透光率透光率Tlg otIC LI再由：，全全部部吸吸收收無無透透過過；時時，當當：，光光全全部部透透過過無無吸吸收收；時時，當當：0 0%100 TITIItot，光全部吸收無透過；，光全部吸收無透過；時，時，當：當：，光全部透過無吸收；，

7、光全部透過無吸收；時，時，當：當：0 0%100 TITIItot8.1.4 朗伯比爾定律的適用范圍朗伯比爾定律的適用范圍 當當和L一定時：A=KC適用范圍：適用范圍： A=0.20.8AC標準曲線偏離朗伯比爾定律的原因：偏離朗伯比爾定律的原因：1.1.單色光不純引起偏差單色光不純引起偏差; ; 消除方法：消除方法：用單色光較純的儀器。用單色光較純的儀器。濃度越小，偏離越小。濃度越小，偏離越小。 A選擇最大吸收波長為工作波長。選擇最大吸收波長為工作波長。2.化學因素引起偏差化學因素引起偏差2227244 2 22 345 375Cr OH OHCrOHCrOnmnm例：偏離朗伯偏離朗伯比爾定律

8、比爾定律比色分析法：比色分析法：利用溶液顏色的深淺與溶液濃度的利用溶液顏色的深淺與溶液濃度的關(guān)系來確定物質(zhì)含量的方法。關(guān)系來確定物質(zhì)含量的方法。特點：特點：1.靈敏度高。（靈敏度高。（10-310-6mol/L) 2.準確度較高。（準確度較高。（210） 3.操作簡便、測定快。操作簡便、測定快。 4.應(yīng)用廣泛。應(yīng)用廣泛。目視比色法目視比色法分光光度法分光光度法8.28.2 比色法和分光光度法8.2.1 目視比色法目視比色法 (Visual Colorimetry) 直接用眼睛觀察、比較溶液顏色深淺來測定物直接用眼睛觀察、比較溶液顏色深淺來測定物質(zhì)含量的方法。質(zhì)含量的方法。儀器：儀器： 比色管。

9、比色管。方法：方法： 1.1.配制一系列不同濃度體積一定的標準有色溶液。配制一系列不同濃度體積一定的標準有色溶液。 2.取一定體積水樣，加入與標準溶液同樣試劑，稀釋取一定體積水樣，加入與標準溶液同樣試劑，稀釋至同樣體積。至同樣體積。 3.從比色管口向下觀察水樣與標準溶液顏色深淺。從比色管口向下觀察水樣與標準溶液顏色深淺。測定條件：測定條件：比色管要成套的。10 10CLCLoottIIII 標樣，標，樣；ttII，標，樣若兩溶液顏色相同： oILCC標樣、 、 是相同的，10 10CLCLoottIIII 標樣，標，樣；測定原理：測定原理：優(yōu)點：優(yōu)點：操作簡便、儀器簡單。 靈敏度較高（液層較厚

10、）缺點：缺點：標準溶液不能久存。 準確度不太高。520%。 用分光光度計來進行比色分析的方法用分光光度計來進行比色分析的方法1.1.特點：特點：.提高了準確度和靈敏度。（提高了準確度和靈敏度。（2 25 5） .測量范圍擴大到紫外和紅外光區(qū)。測量范圍擴大到紫外和紅外光區(qū)。 .可選擇任意波長的單色光?？蛇x擇任意波長的單色光。2.2.分光光度計分光光度計種類：可見分光光度計種類：可見分光光度計 360800nm 紫外可見分光光度計紫外可見分光光度計 2001000nm 紅外分光光度計紅外分光光度計 760400000nm8.2.2 分光光度法分光光度法 (Spectrophotometry)8.2

11、.3 紫外可見分光光度計光學系統(tǒng)和測量系統(tǒng)紫外可見分光光度計光學系統(tǒng)和測量系統(tǒng)1.1.光源：光源：鎢燈鎢燈( (可見光可見光) )或氫燈或氫燈( (紫外光紫外光) )、透鏡、反射鏡。、透鏡、反射鏡。3.3.吸收系統(tǒng)：吸收系統(tǒng)：吸收池：成套比色皿吸收池：成套比色皿( (玻璃或石英玻璃或石英) )、比色槽。、比色槽。 光欄（調(diào)節(jié)光量）光欄（調(diào)節(jié)光量）4.4.檢測系統(tǒng)：檢測系統(tǒng)：光閘、光電管光閘、光電管( (光信號轉(zhuǎn)為電信號光信號轉(zhuǎn)為電信號) )、放大器、放大器 ( (放大電信號放大電信號) )、檢流計、檢流計( (刻度或數(shù)顯，顯示刻度或數(shù)顯，顯示A A或或T)T)。2.2.分光系統(tǒng)：分光系統(tǒng)：棱鏡

12、或光柵（玻璃或石英棱鏡或光柵（玻璃或石英, ,分光分光）、）、狹縫（截狹縫（截 取單色光）、準直鏡（角度可調(diào)）取單色光）、準直鏡（角度可調(diào)）。8.2.4 分光光度法測量條件的選擇分光光度法測量條件的選擇1. 選擇入射光的波長選擇入射光的波長“最大吸收原則最大吸收原則”選選maxmax為工為工作波長。作波長。 “ “吸收最大、干擾最小吸收最大、干擾最小” 若若maxmax處有干擾，選靈敏度稍低但處有干擾，選靈敏度稍低但能避免干擾處波長。能避免干擾處波長。2. 控制吸光度范圍：控制吸光度范圍：A=0.20.8 （ A= CL） 方法：定量調(diào)整被測組分濃度。方法：定量調(diào)整被測組分濃度。 選不同厚度的

13、比色皿。選不同厚度的比色皿。3. 選擇適當?shù)膮⒈纫海瞻兹芤海┻x擇適當?shù)膮⒈纫海瞻兹芤海〢(nm)max干擾干擾物質(zhì)物質(zhì)8.3 8.3 顯色反應(yīng)及其影響因素顯色反應(yīng)及其影響因素8.3.1 顯色反應(yīng)顯色反應(yīng)1.氧化還原反應(yīng)：例氧化還原反應(yīng)：例2.絡(luò)合反應(yīng)：例絡(luò)合反應(yīng)：例顯色反應(yīng)條件顯色反應(yīng)條件1.選擇性好選擇性好2.靈敏度高靈敏度高3.組成恒定，化學性質(zhì)穩(wěn)定。組成恒定，化學性質(zhì)穩(wěn)定。32225()()FeSCNFeSCNFe SCNFe SCN、.4.有色化合物與顯色劑顏色差別要大有色化合物與顯色劑顏色差別要大maxmax60MRRnm22228244max258 21016 525MnS O

14、H OMnOSOHnm22+12821282 3max3 () () 508FeC H NFe C H Nnm紅R顯色劑；顯色劑；MR有色物質(zhì)。有色物質(zhì)。8.3.2顯色劑顯色劑 無機顯色劑：無機顯色劑：在組成恒定、穩(wěn)定性、選擇性、靈敏度上不能滿足要求。 有機顯色劑：有機顯色劑：一般形成穩(wěn)定的螯合物，選擇性、靈敏度都較高。8.3.3多元絡(luò)合物多元絡(luò)合物 由3種及3種以上組分形成的絡(luò)合物。 選擇性更好； 靈敏度更高； 穩(wěn)定性更強。8.3.4 影響顯色反應(yīng)的因素影響顯色反應(yīng)的因素1. 顯色劑的用量顯色劑的用量( MRMR金屬離子顯色劑有色絡(luò)合物） （）（）（通過試驗確定）（通過試驗確定）ACRc1

15、c2c1 c2c1固定固定M M的濃度和其它條件，作的濃度和其它條件，作A-CA-CR R曲線：曲線： ：在c1c2之間選擇顯色劑用量。: 在c1c2之間選擇顯色劑用量。：嚴格控制顯色劑的用量。2. H+的影響的影響ApHpH1 pH2( MRMR金屬離子顯色劑有色絡(luò)合物） （）（）HRH+（1）顯色劑的酸效應(yīng)有些顯色劑：H+增加，R降低，平衡左移。（2） H+改變對顯色劑顏色的影響有些顯色劑具有酸堿指示劑的性質(zhì)，不同H+ 下具有不同顏色。（3） H+對M離子狀態(tài)的影響有的M易水解沉淀或生成羥基配離子，影響M參加主反應(yīng)。M(OH)nOH-（4） H+對MR組成的影響一般通過實驗確定pH范圍，用

16、緩沖溶液控制pH值。3. 顯色溫度：顯色溫度：一般室溫，也有需加熱。一般室溫，也有需加熱。5. 溶劑溶劑 有的有機溶劑可以降低MR的離解度，提高顯色靈敏度；有的有機溶劑可以增加MR的溶解度，可以用萃取的方法增加測定的靈敏度。6. 干擾離子影響干擾離子影響 消除方法：在顯色后t1 t2間完成吸光度的測定A tt1 t24. 顯色時間顯色時間（通過試驗確定）（通過試驗確定）（1）控制溶液pH值；（2）加掩蔽劑；（3）改變干擾離子的狀態(tài)；（4）選擇適當?shù)膮⒈纫海唬?）分離干擾離子。8.4.1 8.4.1 標準曲線法標準曲線法1.1. 取取5 51010個不同量的標準溶液，加個不同量的標準溶液，加顯色

17、劑和其它試劑，稀釋至一定體顯色劑和其它試劑，稀釋至一定體積積標準有色溶液，在選定波長下標準有色溶液，在選定波長下測測A A標標。2.2. 作標準曲線作標準曲線 A A標標-C-C標標5.5. 換算成水樣的濃度。換算成水樣的濃度。8.4 8.4 吸收光譜法的定量分析方法吸收光譜法的定量分析方法ACAXCX3.3. 一定體積的水樣加同樣的顯色劑和其它試劑，稀釋一定體積的水樣加同樣的顯色劑和其它試劑，稀釋至一定體積至一定體積, , 在選定波長下測在選定波長下測A AX X。4.4. 在曲線上找出與在曲線上找出與A AX X相對應(yīng)的相對應(yīng)的C CX X。要求：要求：1.1.嚴格符合朗伯比爾定律。嚴格符

18、合朗伯比爾定律。 2. 2.待測液濃度與標準溶液濃度相近。待測液濃度與標準溶液濃度相近。8.4.2 標準對照法標準對照法標準溶液標準溶液 水樣水樣 顯色劑顯色劑其它試劑其它試劑測吸光度測吸光度 maxmaxA標標Ax XXACAC標標 XXACCA標標8.4.3 最小二乘法（回歸分析法）最小二乘法（回歸分析法）當L一定時，A與C呈直線關(guān)系，假設(shè)為： C = a A + bAAnA2A1CCnC2C1；niiniiiAACCAAa121)()(AaCbC與A之間的線性關(guān)系的密切程度用相關(guān)系數(shù)衡量：）（；10 )()()(12121niiniiniiiAACCCCAA 用一系列不同濃度的標準溶液測

19、A：水樣顯色后水樣顯色后測測A，帶入直，帶入直線方程求線方程求C。8.6.1 天然水中鐵的測定（鄰二氮菲分光光度法）天然水中鐵的測定（鄰二氮菲分光光度法） 鐵含量高使水體混濁：鐵含量高使水體混濁：測定原理：測定原理： 1.測總鐵：測總鐵： 水樣中加鹽酸并加熱，冷卻后加入鹽酸羥胺。水樣中加鹽酸并加熱，冷卻后加入鹽酸羥胺。8.6 8.6 吸收光譜法的應(yīng)用吸收光譜法的應(yīng)用222232472O38FeOH OFeH OH 32222222242FeNH OH HClFeNH OHCl 22+12821282 3max3 () () 508FeC H NFe C H Nnm紅加入鄰二氮菲顯色：加入鄰二氮

20、菲顯色： 2.測亞鐵：測亞鐵： 不加鹽酸加熱，不加鹽酸羥胺，其余與總鐵相同。不加鹽酸加熱，不加鹽酸羥胺，其余與總鐵相同。測量條件及注意事項：測量條件及注意事項： 1. 測定的測定的pH=29，一般用醋酸緩沖液控制一般用醋酸緩沖液控制pH值值45 。 2.顯色后可穩(wěn)定顯色后可穩(wěn)定6個月。個月。 3.最低檢出：最低檢出：0.03mg/L。含鐵大于。含鐵大于5mg/L時需預(yù)先將時需預(yù)先將水樣稀釋。水樣稀釋。 4.有關(guān)離子干擾，可用相應(yīng)的方法消除。有關(guān)離子干擾，可用相應(yīng)的方法消除。 5. 用標準曲線法用標準曲線法8.6.2 水中氮素化合物及總氮的測定水中氮素化合物及總氮的測定天然水中氮的主要存在形式：

21、天然水中氮的主要存在形式： 有機態(tài)氮有機態(tài)氮 氨氮氨氮 亞硝酸鹽氮亞硝酸鹽氮 硝酸鹽氮硝酸鹽氮4CuSO42NHSOH)(4加熱加熱濃濃有機氮、氨氮有機氮、氨氮水樣水樣凱氏氮凱氏氮凱氏氮凱氏氮（用用硼硼酸酸溶溶液液吸吸收收）蒸蒸餾餾3NaOH,4NHNH用后述方法測氨氮。用后述方法測氨氮。氨氮（氨氮（NH3、NH4+)：納氏試劑光度法納氏試劑光度法預(yù)處理：預(yù)處理：水樣在一定條件下蒸餾或混凝過濾。水樣在一定條件下蒸餾或混凝過濾。顯色：顯色：加納氏試劑加納氏試劑2432222372 ( K HgIKOHNHKIH OHg ONHI納氏試劑）（黃棕色）maxmax420nm420nm，最低檢出：最低檢出：0.0250.025mg/Lmg/L可用標準曲線法或目視比色法?？捎脴藴是€法或目視比色法。（用用硼硼酸酸溶溶液液吸吸收收）蒸蒸餾餾3NaOH,4NHNH亞硝酸鹽氮（亞硝酸鹽氮（NO2）水樣在水樣在