分析化學(xué)課件第十章市公開課獲獎(jiǎng)?wù)n件

1、 第十章 吸光光度法(Absorption photometry)1 本章內(nèi)容第一節(jié) 物質(zhì)對(duì)光選擇性吸取第二節(jié) 光吸取基本定律 第三節(jié) 吸光光度法儀器第四節(jié) 吸光光度法分析條件選擇第五節(jié) 吸光光度法應(yīng)用 基于物質(zhì)對(duì)光選擇吸取而建立起來分析辦法第1頁(yè)第1頁(yè)KMnO4白光吸取綠光。濃度越大,顏色越深；濃度越小，顏色越淺。1吸光光度法比色法目視比色法光電比色法：光電比色計(jì)分光光度法可見分光光度法（本章內(nèi)容）紫外分光光度法紅外吸取光譜法當(dāng)代分析化學(xué)“武器常規(guī) ”第2頁(yè)第2頁(yè)特點(diǎn)（與化學(xué)分析比較）：a.靈敏（可測(cè)1%-10-3%微量組分)b.準(zhǔn)確（Er=2%-5%）c.操作簡(jiǎn)便，快速（測(cè)微量）d.應(yīng)用廣

2、（無機(jī)、有機(jī)均可測(cè)）1各類分析辦法比較分析辦法類別含量相對(duì)誤差滴定分析法化學(xué)分析法1%0.1%-0.2%重量分析法吸光光度法儀器分析法1%2%-5%第3頁(yè)第3頁(yè)光波粒二象性波動(dòng)性粒子性 E光折射光衍射光偏振光干涉光電效應(yīng)E：光子能量（J, 焦耳） ：光子頻率（Hz, 赫茲）：光子波長(zhǎng)（nm）c：光速（2.9979X1010cm.s-1）一、光基本性質(zhì)2 第一節(jié) 物質(zhì)對(duì)光選擇性吸?。ㄆ绽士朔匠蹋┑?頁(yè)第4頁(yè)，E ； ，E 射線x射線紫外光紅外光微波無線電波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可 見 光可見光：400-750nm

3、近紫外：200-400nm近紅外：7502500nm3電磁波譜第5頁(yè)第5頁(yè)可見光 400-750nm3色散紅橙黃綠青青藍(lán)藍(lán)紫650-750 nm600-650 nm580-600 nm500-580 nm490-500 nm480-490 nm450-480 nm400-450 nm單色光:單一波長(zhǎng)光復(fù)合光:由不同波長(zhǎng)光組合而成光混合第6頁(yè)第6頁(yè) 光互補(bǔ):若兩種不同顏色單色光按一定強(qiáng)度百分比混合得到白光，那么就稱這兩種單色光為互補(bǔ)色光，這種現(xiàn)象稱為光互補(bǔ)。藍(lán)黃紫紅綠紫黃綠綠藍(lán)橙紅藍(lán)綠4第7頁(yè)第7頁(yè)完全吸取完全透過吸取黃色光光譜示意表觀現(xiàn)象示意復(fù)合光二、物質(zhì)對(duì)光選擇性吸取Why ? ? ? 光作

4、用于物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)吸取了可見光，而顯示出特性顏色。物質(zhì)呈現(xiàn)顏色與光有著密切關(guān)系，物質(zhì)呈現(xiàn)何種顏色，與光構(gòu)成和物質(zhì)本身結(jié)構(gòu)相關(guān)。6（一）顏色與光關(guān)系第8頁(yè)第8頁(yè) 物質(zhì)選擇性地吸取白光中某種顏色光，物質(zhì)就會(huì)呈現(xiàn)其互補(bǔ)色光顏色。 7 物質(zhì)電子結(jié)構(gòu)不同，所能吸取光波長(zhǎng)也不同，這就組成了物質(zhì)對(duì)光選擇吸取基礎(chǔ)。 溶液顏色深淺，取決于溶液中吸光物質(zhì)濃度高下。 紅藍(lán)綠紫紅綠紫黃綠藍(lán)黃綠藍(lán)橙第9頁(yè)第9頁(yè)物質(zhì)顏色吸取光 顏色波長(zhǎng)范圍( l ,nm)黃綠黃橙紅紫紅紫藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠紫藍(lán)綠藍(lán)藍(lán)綠綠黃綠黃橙紅400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-

5、750互補(bǔ)色第10頁(yè)第10頁(yè)（二）吸取曲線（吸取光譜） 7 吸光度（A）與波長(zhǎng)（）關(guān)系曲線。 第11頁(yè)第11頁(yè)定性分析基礎(chǔ) 不同物質(zhì)含有不同分子結(jié)構(gòu)，因而含有不同吸取曲線，能夠依據(jù)吸取曲線形狀和最大吸取波長(zhǎng)位置，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性分析。定量分析基礎(chǔ) 在同一波長(zhǎng)下，物質(zhì)濃度越大，物質(zhì)對(duì)光吸取程度越大。 圖10-2 KMnO4溶液吸取曲線(cKMnO4:abc104Lmol-1cm-1辦法是較靈敏。與a關(guān)系為： =aM 桑德爾靈敏度S：當(dāng)光度儀器檢測(cè)極限為A0.001時(shí)，單位截面積光程內(nèi)所能檢出吸光物質(zhì)最低質(zhì)量。ug/cm2第19頁(yè)第19頁(yè)解：14第20頁(yè)第20頁(yè)吸光度A含有加和性。注意：12A=A1

6、+A2+.+An 在某一波長(zhǎng)，溶液中含有對(duì)該波長(zhǎng)光產(chǎn)生吸取各種物質(zhì)，那么溶液總吸光度等于溶液中各個(gè)吸光物質(zhì)吸光度之和。A1 = 1bc1A2 = 2bc2 An= nbcnA= 1bc1+ 2bc2+ nbcn 第21頁(yè)第21頁(yè)（三） 原則曲線繪制及其應(yīng)用0 1 2 3 4 C/molL-1A。 。 。 。*0.80.60.40.20依 A = bC 原則曲線斜率為： tan=dA/dc = b b為定值故由曲線斜率即可求出 原則曲線：A-C（吸光度-濃度）曲線，又稱校準(zhǔn)曲線或工作曲線 15第22頁(yè)第22頁(yè)二、引起偏離朗伯比耳定律原因負(fù)偏離正偏離第23頁(yè)第23頁(yè)（一） 物理原因原因：1.非單色

7、光； 2.非平行入射光； 3.介質(zhì)不均勻1.非單色光（儀器本身所致） 儀器使用是連續(xù)光源，用單色器分光，由于單色器色散能力限制和出口狹縫要保持一定寬度，因此我們不也許得到純單色光。16第24頁(yè)第24頁(yè)非單色光引起偏移 復(fù)合光由l1和l2組成，對(duì)于濃度不同溶液a和b，引發(fā)吸光度偏差不同，濃度大，復(fù)合光引發(fā)誤差大，故在高濃度時(shí)線性關(guān)系向下彎曲。 A 1=A 1-A 2 A 2=A 3-A 4A 1 A 2 直線偏向 c 軸因此，比爾定律應(yīng)在一定濃度范圍內(nèi)使用第25頁(yè)第25頁(yè)A克服辦法：3. 介質(zhì)不均勻散射、假吸取?？朔k法：避免溶液產(chǎn)生膠體或渾濁2.非平行入射光 造成光束平均光程b不小于吸取池厚度

8、b，實(shí)際測(cè)得吸光度不小于理論值，產(chǎn)生正偏離。 入射光會(huì)因散射 而損失，造成T減小，實(shí)測(cè)A偏高17b.入射波長(zhǎng)選擇在峰值位置（在波峰有一個(gè)A值相差較小區(qū)域）a.盡也許選取很好單色器第26頁(yè)第26頁(yè)例，聚合引起對(duì)吸光定律偏離單體：2max = 660 nm二聚體：max = 610 nmA660 nm610 nmACmax = 660 nm（二） 化學(xué)原因 1.溶液濃度過高；2.化學(xué)反應(yīng)有色物離解、締合. 18第27頁(yè)第27頁(yè)比如 Cr2O72- + H2O = 2HCrO4- = 2H+2CrO42- 橙色 黃色 1max=350nm max=375nm 2max=450nm 等吸取點(diǎn)：335

9、和445曲線相交處 此點(diǎn)兩吸取物質(zhì)吸光度相等 第28頁(yè)第28頁(yè)第三節(jié) 吸光光度法及儀器一、目視法c4c3c2c1c1c2c3c42.特點(diǎn)：簡(jiǎn)樸、可測(cè)微量，復(fù)合光，誤差大。觀測(cè)方向觀測(cè)方向1.辦法：19第29頁(yè)第29頁(yè)二、 光電比色法 通過濾光片得一窄范圍光(幾十nm)光電比色計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖1.辦法：（濾光片獲取單色光）AC2.特點(diǎn)：準(zhǔn)確度較高（消除人眼主觀原因） 選擇性較好（濾光片、參比液可消除干擾）第30頁(yè)第30頁(yè)三、分光光度法1.方法：同上。不同點(diǎn)：光柵或棱鏡獲取單色光四、基本結(jié)構(gòu) 由光源、單色器（分光系統(tǒng)）、吸取池（比色皿）、檢測(cè)系統(tǒng)、信號(hào)顯示系統(tǒng)五大部分構(gòu)成。 單色光純度高（可精選某一波

10、長(zhǎng)，準(zhǔn)）測(cè)定多組分（利用A加和性）應(yīng)用范圍廣（無色、有色）2.特點(diǎn)：第31頁(yè)第31頁(yè) 分光光度計(jì)構(gòu)成光源單色器吸取池檢測(cè)系統(tǒng)顯示系統(tǒng)第32頁(yè)第32頁(yè)紫外-可見分光光度計(jì)組件光源單色器吸取池檢測(cè)器信號(hào)顯示系統(tǒng)氫燈，氘燈，185 375 nm； 鎢燈，400 2500 nm.基本要求：光源強(qiáng)，能量分布均勻，穩(wěn)定作用：將復(fù)合光色散成單色光棱鏡光柵玻璃， 360 3200 nm, 石英，200 4000 nm平面透射光柵， 反射光柵玻璃，光學(xué)玻璃，石英。玻璃比色皿可見光區(qū)石英比色皿可見光區(qū)、紫外光區(qū)作用：接受透射光，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并放大 光電管，光電倍增管，光電二極管，光導(dǎo)攝像管（多道分析器）

11、表頭、統(tǒng)計(jì)儀、屏幕、數(shù)字顯示第33頁(yè)第33頁(yè)第四節(jié) 吸光光度法分析條件選擇一、顯色反應(yīng)及其條件選擇（一）顯色反應(yīng)和顯色劑定義：將被測(cè)組分轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝猩镔|(zhì)”反應(yīng) M無色 + R = MR有色(主要是絡(luò)合、氧化還原反應(yīng)）1. 對(duì)顯色反應(yīng)或顯色劑要求： 選擇性好（最好是特效反應(yīng)） 靈敏度高（ max 104Lmol-1cm-1） 對(duì)比度要大，(max)最大吸取波長(zhǎng)相差60nm以上 MR穩(wěn)定，構(gòu)成恒定 顯色反應(yīng)條件要易于控制廣義，有吸取第34頁(yè)第34頁(yè) 在分析化學(xué)中應(yīng)用較多是有機(jī)顯色劑。2. 顯色劑R（自學(xué)P289P290）無機(jī)顯色劑: 過氧化氫，硫氰酸鹽，氨水和鉬酸銨等。 無機(jī)顯色劑在光度分析中應(yīng)用

12、不多，這主要是由于生成絡(luò)合物穩(wěn)定性差，靈敏度和選擇性都不高。 有機(jī)顯色劑與金屬離子能形成穩(wěn)定、含有特性顏色螯合物，其靈敏度和選擇性都較高。有機(jī)顯色劑：第35頁(yè)第35頁(yè)（二） 顯色反應(yīng)條件選擇11112345661.溶液酸度：H+一切反應(yīng)基礎(chǔ) a.影響M存在狀態(tài)， H+ ，M會(huì)水解； b.影響R及顏色，H+ ，影響R（大多有機(jī)弱酸） 影響顏色（大多酸堿批示劑） c.影響MRn構(gòu)成第36頁(yè)第36頁(yè)2.顯色劑用量（CR） 為使顯色反應(yīng)完全，普通R過量（同離子效應(yīng)），但R也不能大過頭，不然，物極必反。a. R本身有色，空白b. 改變絡(luò)合比，例：Mo()與SCN-:CR由試驗(yàn)擬定第37頁(yè)第37頁(yè)3. 時(shí)

13、間tAt t 由試驗(yàn)擬定。顯色后，至少應(yīng)保持到測(cè)定工作做完。第38頁(yè)第38頁(yè)4.溫度T 大多顯色反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，但也有需要加熱才干完畢。 V=f(T) T, V。但T 太，有色物分解。適當(dāng)T 由試驗(yàn)擬定。5.溶劑和表面活性劑溶劑影響有色絡(luò)合物離解度溶劑影響有色絡(luò)合物顯色速度溶劑影響有色絡(luò)合物顏色表面活性劑膠束增溶形成三元絡(luò)合物第39頁(yè)第39頁(yè)6. 干擾及消除a.干擾干擾物本身有色或與顯色劑顯色，+干擾干擾物與M、N反應(yīng)，使顯色不完全，-干擾b. 消除控制酸度，使M顯色，干擾不顯色氧化還原，改變干擾離子價(jià)態(tài)掩蔽校正系數(shù)參比液：可消除顯色劑和一些離子干擾選擇測(cè)，可避開干擾吸取增長(zhǎng)顯色劑用量，將干

14、擾灌飽分離第40頁(yè)第40頁(yè)二、儀器測(cè)量誤差 光度分析法誤差除了起源于朗伯比耳定律偏離以外，儀器測(cè)量不準(zhǔn)確也是造成誤差原因。 任何光度計(jì)都有一定測(cè)量誤差。這些誤差也許起源于光源不穩(wěn)定、試驗(yàn)條件偶然變動(dòng)、讀數(shù)不準(zhǔn)確等。 P286頁(yè)圖105：偏離A=bC第41頁(yè)第41頁(yè)對(duì)同一臺(tái)儀器，讀數(shù)波動(dòng)對(duì)T是擬定值，dT=0.002-0.01； 但對(duì)A卻不擬定 我們關(guān)心是濃度測(cè)量相對(duì)誤差，它就等于吸光度測(cè)量相對(duì)誤差，從圖10-5能夠看出，在刻度標(biāo)尺上，dA在不同位置，不是定值，故改成dT來算。第42頁(yè)第42頁(yè)(6)代入(3):將TEr關(guān)系描繪于書293頁(yè)圖108實(shí)際工作中，應(yīng)控制T 在1570, A在0.150

15、.80之間 (調(diào)c, b, ) 可見：1）當(dāng)dT一定，T較大和較小時(shí)，dC/C均較大；2）T在15%-70%（即A為0.15-0.8）時(shí)，由dT引起Er較??；3）當(dāng)T=e-1=0.368,即A=0.434時(shí)，Er最小。0.434第43頁(yè)第43頁(yè)三、測(cè)量條件選擇1.測(cè)量波長(zhǎng)選擇(1)“最大吸取”原則無干擾， 選擇 max為測(cè)量波長(zhǎng)(2)“吸取較大，干擾最小”原則有干擾，選擇不受干擾次強(qiáng)吸取波長(zhǎng)為測(cè)量波長(zhǎng)AA1）非單色光影響小2）靈敏度高第44頁(yè)第44頁(yè)控制 A=0.15 0.8 T=70 %15% 減少測(cè)量誤差2.吸光度范圍控制辦法選擇 C A = KbC 選擇 b A = KbC第45頁(yè)第45

16、頁(yè)3. 參比溶液選擇原則：扣除非待測(cè)組分吸取A （樣） = A （待測(cè)吸光物質(zhì)） + A （干擾池）A （參比） = A （干擾+池） M無色 + R = MR有色試液 不只是M試劑 不只是R示意圖參比液無色無色 MR 溶劑空白有色無色M MR試樣空白無色有色MR R試劑空白有色有色 M MR R顯色空白第46頁(yè)第46頁(yè)1. 普通辦法 (1)選擇適當(dāng)顯色反應(yīng)和顯色條件 (2)繪出被測(cè)組分吸 A收光譜曲線(用標(biāo)液) (3)在max下測(cè)一系列原則溶液 AA值，繪制工作曲線Ac(4)與工作曲線相同辦法，測(cè)未知物AX ， 從工作曲線上查c查，計(jì)算得到cx。 Ax C查第五節(jié) 吸光光度法應(yīng)用一、定量分析

17、（一）單組分測(cè)定第47頁(yè)第47頁(yè)2 示差分光光度法（測(cè)高含量，技術(shù)處理）A0.81.20.4 原理：設(shè)用于參比原則溶液濃度為Cs，待測(cè)試液濃度Cx，且Cs Cx ，則： Af 示差吸光度。以濃度為Cs原則溶液作參比時(shí)測(cè)定待測(cè)試液吸光度。 Af 與C成正比。cX = cS + c第48頁(yè)第48頁(yè)普通法： csT=10%；cxT=5%示差法： cs 做參比，調(diào)T=100%則： cxT=50% ；標(biāo)尺擴(kuò)展10倍示差法標(biāo)尺擴(kuò)展原理：特點(diǎn)：測(cè)高含量（準(zhǔn)確度相對(duì)提升，若標(biāo)液配 制不妥，誤差大）測(cè)量誤差變小了第49頁(yè)第49頁(yè)（二）多組分同時(shí)測(cè)定 若各組分吸取曲線互不重疊，則可在各自最大吸取波長(zhǎng)處罰別進(jìn)行測(cè)定

18、。這本質(zhì)上與單組分測(cè)定沒有區(qū)別。 若各組分吸取曲線互有重疊，則可依據(jù)吸光度加和性求解聯(lián)立方程組得出各組分含量。1 ：A1= a,1bca b,1bcb 2： A2= a,2bca b,2bcb 第50頁(yè)第50頁(yè)例：有下列一組數(shù)據(jù)：吸光物質(zhì)C(mol/L)(nm)b(cm)AA5.010-444010.68359010.139B8.010-544010.10659010.470A+B?44011.02259010.414求未知液中A和B濃度。解：先求出純A、純B在兩種波長(zhǎng)下（Lmol-1cm-1）：第51頁(yè)第51頁(yè)再依據(jù)A加和性，列方程求解：上頁(yè)第52頁(yè)第52頁(yè)二、絡(luò)合物構(gòu)成和Ka測(cè)定1. 絡(luò)合物構(gòu)成測(cè)定(1)摩爾比法:前提：1. M、R均無色，即M和R均不干擾MRn； 2. MRn穩(wěn)定；3. n值大M + nR MRn(有色）最后體積10mL 固定CM，改變CR，配制一系列CR/CM不同溶液，在max處罰別測(cè)量各溶液吸光度A，作ACR/CM圖。 CM=CR=第53頁(yè)第53頁(yè)1:13:1c(R)/c(M)A1.0 2.0 3,0 n=(CR/CM)轉(zhuǎn)折點(diǎn) 摩爾比法適合用于解離度小、穩(wěn)定性高、絡(luò)合比高絡(luò)合物構(gòu)成測(cè)定。 第54頁(yè)第54頁(yè)(2)等摩爾連續(xù)改變法:M + nR MRn(有色） 保持CM+CR為常數(shù)，連續(xù)改變CR和CM比值，配制一系列顯色溶液，分別測(cè)量系列溶