第9章-吸光光度法

分析化學第九章吸光光度法

Spectrophotometry返回基本內(nèi)容和重點要求掌握物質(zhì)對光的選擇性吸收、吸光度和透光度、朗伯—比耳定律及摩爾吸光系數(shù)等知識；了解比色分析和分光光度法的特點、基本原理、儀器構(gòu)造和各部件的作用；學習顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇；理解分光光度法定量分析中的各種影響因素。返回第九章吸光光度法§9.1吸光光度法基本原理§9.2目視比色法及光度計的基本部件§9.3顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇§9.4吸光度測量條件的選擇§9.5吸光光度法的應(yīng)用示例返回§9.1

吸光光度法基本原理一、方法依據(jù)及分類二、方法特點三、光的基本性質(zhì)四、物質(zhì)對光的選擇性吸收五、光的吸收基本定律——朗伯－比耳定律六、偏離比耳定律的原因返回一、方法依據(jù)及分類基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法，包括比色法、可見及紫外光度法及紅外光譜法等。比色分析法通過目視比較顏色的深淺來測定物質(zhì)的濃度。吸光光度法使用光度計測定的方法。返回二、方法特點靈敏度高、選擇性好準確度較高應(yīng)用廣泛儀器簡單、操作簡便、分析快速返回三、光的基本性質(zhì)光的波動性和微粒性電磁波譜圖單色光與復(fù)合光互補色光返回1.光的波動性和微粒性返回2.電磁波譜圖波長/nm10-1110102400760103104105106107108光譜名稱X－射線紫外光可見光紅外光微波躍遷類型內(nèi)層電子中層、外層電子外層電子分子振動或轉(zhuǎn)動分子轉(zhuǎn)動分析方法X－射線光譜法紫外光度法比色及可見光度法紅外光譜法微波光譜法Ultraviolet－VisibleSpectrophotometry返回3.單色光與復(fù)合光單色光：具有同一波長的光復(fù)合光：不同波長組成的光可見光的波長大約在400～760nm之間，由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各種色光按一定比例混合而成，各種光具有一定的波長范圍。返回4.互補色光如果把適當顏色的兩種色光按一定強度比例混合，可以組成白光，這兩種色光稱為互補色光。返回四、物質(zhì)對光的選擇性吸收物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系雙原子分子能級示意圖吸收光譜圖分析依據(jù)返回1.物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系白光KMnO4紫色返回表9-1物質(zhì)顏色和吸收顏色的關(guān)系物質(zhì)顏色吸收光顏色波長范圍/nm黃綠紫400～450黃藍450～480橙綠藍480～490紅藍綠490～500紫紅綠500～560紫黃綠560～580藍黃580～600綠藍橙600～650藍綠紅650～750返回152.雙原子分子能級示意圖AV''43210V'43210BJ'420返回3.吸收光譜圖400450500550600650/nmA0.80.60.40.2最大吸收波長max返回4.分析依據(jù)定性分析：最大吸收波長max定量分析：吸光度大小400450500550600650/nmA0.80.40.60.212返回五、光的吸收基本定律

——朗伯－比耳定律透光率與吸光度朗伯－比耳定律吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)吸光度的加合性返回1.透光率T與吸光度AI0IrIaIt透光率或透射比吸光度TransmittanceandAbsorptivity返回

0102030405060708090100T%

1.00.70.60.50.40.3

0.20.10.050A∞透光率T與吸光度A的關(guān)系返回2.朗伯—比耳定律Lambert-Beer’sLawA－吸光度K－比例常數(shù)，與吸光物質(zhì)的性質(zhì)、入射光波長、溫度等有關(guān)b－液層厚度，cmc－溶液的濃度，molL-1或gL-1返回3.吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)吸光系數(shù)a：摩爾吸光系數(shù)：關(guān)系：

＝Mac－gL-1b－cma=A/(bc)，L·g-1·cm-1c

－molL－1b－cm=A/(bc)，L·mol-1·cm-1返回例150mL比色管中，加入含有0.025mg的Fe2+溶液，加入鄰二氮菲顯色劑，用水稀釋至50mL，用2cm比色池，在分光光度計上測得吸光度A=0.190，計算摩爾吸光系數(shù)？解：返回4.吸光度的加合性多組分體系中返回六、偏離比耳定律的原因標準曲線（校正曲線）非單色光引起的偏離化學因素引起的偏離介質(zhì)不均勻引起的偏離返回Standardcurve，calibratedcurve，workingcurve1.標準曲線（校正曲線）A0.500.400.300.200.1002.04.06.08.010mg/mL返回A0.500.400.300.200.1002.04.06.08.010mg/mL正偏離負偏離返回2.非單色光引起的偏離目前各種分光光度計得到的入射光實際上都是具有某一波段的復(fù)合光，物質(zhì)對不同波長光的吸收程度的不同，因而導(dǎo)致對朗伯－比耳定律的偏離?？朔菃紊庖鸬钠x的措施：使用比較好的單色器；人射光波長選擇在被測物質(zhì)的最大吸收處；測定時應(yīng)選擇適當?shù)臐舛确秶?。返?.化學因素引起的偏離溶液中的吸光物質(zhì)常因解離、絡(luò)合、締合、形成新化合物或互變異構(gòu)等化學變化而改變其濃度，因而導(dǎo)致偏離朗伯—比耳定律。在分析測定中，要控制溶液的條件，使被測組分以一種形式存在，以克服化學因素所引起的對朗伯－比耳定律的偏離。返回4.介質(zhì)不均勻引起的偏離溶液不均勻時，入射光通過溶液后，有一部分因散射現(xiàn)象而損失，使透射比減少，實測吸光度增加，使標準曲線偏離直線向吸光度軸彎曲（正偏離）。在光度法中應(yīng)避免溶液產(chǎn)生膠體或混濁。返回§9.2目視比色法及光度計的基本部件一、目視比色法二、光度計的基本部件三、方法比較返回一、目視比色法（Colorimetry

）方法依據(jù)用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法。12481632x返回方法特點優(yōu)點儀器簡單、操作簡便，適宜于大批試樣的分析。靈敏度高，因為是在復(fù)合光－白光下進行測定，故某些顯色反應(yīng)不符合朗伯－比耳定律時，仍可用該法進行測定。缺點準確度不高，標準系列不能久存，需要在測定時臨時配制。返回二、光度計的基本部件光源單色器吸收池檢測系統(tǒng)返回1.光源在可見光和近紅外光區(qū)，常用鎢燈或碘鎢燈作光源，它們輻射320－2500nm波長的光；在近紫外區(qū)，常使用氫燈或氘燈，它們能輻射180－375nm波長的光。光源單色器檢測系統(tǒng)吸收池返回2.單色器濾光片－由有色玻璃片制成，只允許和它顏色相同的光通過，得到的是近似的單色光。棱鏡－用光學玻璃或石英制成，光通過棱鏡發(fā)生折射而色散。光柵－光通過光柵發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光。光源單色器檢測系統(tǒng)吸收池返回3.吸收池也稱比色皿，用于盛吸收溶液；由無色透明的光學玻璃或石英制成；液層厚度為0.5、1、2、3cm等的一套長方形或圓柱形比色皿。光源單色器檢測系統(tǒng)吸收池返回4.檢測系統(tǒng)硒光電池或光電管作檢測器，檢流計作讀數(shù)裝置。另可配置記錄儀、數(shù)字顯示器及計算機等。光源單色器檢測系統(tǒng)吸收池返回雙光束紫外分光光度計三、方法比較方法比較目視比色法吸光光度法分光裝置無棱鏡或光柵檢測系統(tǒng)肉眼光電管或光電倍增管特點不需儀器、操作簡便、準確度差。入射光單色性強、靈敏度高、準確度好。返回§9.3顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇一、顯色反應(yīng)二、顯色反應(yīng)的選擇三、顯色條件的選擇四、顯色劑返回一、顯色反應(yīng)（Colorreaction）待測物質(zhì)本身有較深的顏色，直接測定；待測物質(zhì)是無色或很淺的顏色，需要選適當?shù)脑噭┡c被測離子反應(yīng)生成有色化合物再進行測定，此反應(yīng)稱為顯色反應(yīng)，所用的試劑稱為顯色劑（colorreagent）。按顯色反應(yīng)的類型來分，主要有氧化還原反應(yīng)和絡(luò)合反應(yīng)兩大類，而絡(luò)合反應(yīng)是最主要的。返回二、顯色反應(yīng)的選擇靈敏度高，有色物質(zhì)的ε應(yīng)大于104；選擇性好，干擾少，或干擾容易消除；有色化合物的組成恒定，化學性質(zhì)穩(wěn)定，至少保證在測量過程中溶液的吸光度基本恒定；顯色劑在測定波長處無明顯吸收，即顯色劑對光的吸收與絡(luò)合物的吸收有明顯區(qū)別，要求兩者的吸收峰波長之差Δλ（稱為對比度）大于60nm。返回三、顯色條件的選擇顯色劑用量酸度顯色溫度顯色時間干擾的消除溶劑返回1.顯色劑的用量M+R=MR（被測組分）（顯色劑）（有色絡(luò)合物）為使顯色反應(yīng)進行完全，需加入過量的顯色劑。但有些顯色反應(yīng)，顯色劑加入太多，反而會引起副反應(yīng)，對測定不利。在實際工作中根據(jù)實驗結(jié)果來確定顯色劑的用量。返回cA0cA0cA0123返回2.酸度M+HR=MR+H+影響顯色劑的平衡濃度和顏色影響被測金屬離子的存在狀態(tài)影響絡(luò)合物的組成制作pH與吸光度關(guān)系曲線確定pH范圍。pHA0返回3.顯色溫度顯色反應(yīng)大多在室溫下進行，有些顯色反應(yīng)需加熱至一定溫度完成；有些有色物質(zhì)溫度偏高時易分解；制作溫度與吸光度關(guān)系曲線確定顯色溫度范圍。返回4.顯色時間有些顯色反應(yīng)瞬間完成，溶液顏色很快達到穩(wěn)定狀態(tài)，并在較長時間內(nèi)保持不變；有些顯色反應(yīng)雖能迅速完成，但有色絡(luò)合物的顏色很快開始褪色；有些顯色反應(yīng)進行緩慢，溶液顏色需經(jīng)一段時間后才穩(wěn)定；制作吸光度-時間曲線確定適宜時間。返回tA0tA0tA0123返回5.干擾的消除干擾物質(zhì)本身有顏色或與顯色劑反應(yīng)，在測量條件下也有吸收，造成正干擾；干擾物質(zhì)與被測組分反應(yīng)或與顯色劑反應(yīng)，便顯色反應(yīng)不完全，也會造成干擾；干擾物質(zhì)在測量條件下從溶液中析出，便溶液變混濁，無法準確測定溶液的吸光度。返回干擾的消除加入絡(luò)合掩蔽劑或氧化還原掩蔽劑，使干擾離子形成無色絡(luò)合物或無色離子；選擇適當?shù)娘@色條件以避免干擾；選擇適當?shù)墓舛葴y量條件；分離干擾離子。返回6.溶劑有機溶劑降低有色化合物的解離度，提高顯色反應(yīng)的靈敏度。如在Fe(SCN)3的溶液中加入丙酮顏色加深；還可能提高顯色反應(yīng)的速率，影響有色絡(luò)合物的溶解度和組成等。返回四、顯色劑無機顯色劑有機顯色劑多元絡(luò)合物返回1.無機顯色劑無機顯色劑不多，因為生成的絡(luò)合物不穩(wěn)定，靈敏度和選擇性也不高，目前應(yīng)用不多。如用KSCN顯色測鐵、鉬、鎢和鈮；用鉬酸銨顯色測硅、磷和釩等。返回2.有機顯色劑有機顯色劑分子中含有生色團和助色團。生色團（chromophoricgroup）：含不飽和鍵的基團，如偶氮基、對醌基和羰基等。這些基團中的π電子被激發(fā)時需能量較小，可吸收波長200nm以上的可見光而顯色。助色團（auxochromicgroup）：含孤對電子的基團，如氨基、羥基和鹵代基等。助色團與生色團的不飽和鍵作用，使顏色加深。返回常用有機顯色劑磺基水楊酸：OO型螯合劑，可與很多高價金屬離子生成穩(wěn)定的螯合物，主要用于測Fe3+。丁二酮肟：NN型螯合劑，用于測定Ni2+。1,10-鄰二氮菲：NN型螯合劑，測微量Fe2+。返回二苯硫腙：含S顯色劑，萃取光度測定Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等。偶氮胂Ⅲ(鈾試劑Ⅲ)：偶氮類螯合劑，強酸性溶液中測Th(Ⅳ)、Zr(Ⅳ)、U(Ⅳ)等；在弱酸性溶液中測稀土金屬離子。鉻天青S：三苯甲烷類顯色劑，測定Al3+。結(jié)晶紫：三苯甲烷類堿性染料，測定Tl3+。返回上一頁下一頁退出3.多元絡(luò)合物多元絡(luò)合物三元絡(luò)合物離子締合物金屬離子－絡(luò)合劑－表面活性劑體系雜多酸返回多元絡(luò)合物由三種或三種以上的組分所形成的絡(luò)合物。目前應(yīng)用較多的是由一種金屬離子與兩種配位體所組成的三元絡(luò)合物。三元絡(luò)合物在吸光光度分析中應(yīng)用較普遍。返回三元混配絡(luò)合物金屬離子與一種絡(luò)合劑形成未飽和絡(luò)合物，然后與另一種絡(luò)合劑結(jié)合，形成三元混合配位絡(luò)合物，簡稱三元混配絡(luò)合物。例如，V(V)，H2O2和吡啶偶氮間苯二酚(PAR)形成1:1:1的有色絡(luò)合物，可用于釩的測定，其靈敏度高，選擇性好。返回離子締合物金屬離子先與絡(luò)合劑生成絡(luò)陰離子或絡(luò)陽離子，再與帶反電荷的離子生成離子締合物。主要用于萃取光度法。如：Ag+與1,10-鄰二氮菲形成陽離子，再與溴鄰苯三酚紅的陰離子形成深藍色的離子締合物。用F-、H2O2、EDTA作掩蔽劑，可測定微量Ag+。作為離子締合物的陽離子，有堿性染料、鄰二氮菲及其衍生物、安替比林及其衍生物、氯化四苯砷(或磷、銻)等；作為陰離子，有X-，SCN-，ClO4-，無機雜多酸和某些酸性染料等。返回金屬離子－絡(luò)合劑－表面活性劑體系金屬離子與顯色劑反應(yīng)時，加入某些表面活性劑，可以形成膠束化合物，它們的吸收峰向長波方向移動（紅移），而測定的靈敏度顯著提高。目前，常用于這類反應(yīng)的表面活性劑有溴化十六烷基吡啶、氯化十四烷基二甲基芐胺、氯化十六烷基三甲基銨、溴化十六烷基三甲基銨、溴化羥基十二烷基三甲基銨、OP乳化劑。例如，稀土元素、二甲酚橙及溴化十六烷基吡啶反應(yīng)，生成三元絡(luò)合物，在pH8~9時呈藍紫色，用于痕量稀土元素總量的測定。返回雜多酸溶液在酸性的條件下，過量的鉬酸鹽與磷酸鹽、硅酸鹽、砷酸鹽等含氧的陰離子作用生成雜多酸，作為吸光光度法測定相應(yīng)的磷、硅、砷等元素的基礎(chǔ)。雜多酸法需要還原反應(yīng)的酸度范圍較窄，必須嚴格控制反應(yīng)條件。很多還原劑都可應(yīng)用于雜多酸法中。氯化亞錫及某些有機還原劑，例1-氨基-2-萘酚-4-磺酸加亞硫酸鹽和氫醌常用于磷的測定。硫酸肼在煮沸溶液中作砷鉬酸鹽和磷鉬酸鹽的還原劑?？箟难嵋彩禽^好的還原劑。返回§9.4吸光度測量條件的選擇一、入射光波長的選擇二、參比溶液的選擇三、吸光度讀數(shù)范圍的選擇返回一、入射光波長的選擇“最大吸收原則”（maximumabsorption）不僅靈敏度高，且能減少或消除由非單色光引起的對朗伯-比耳定律的偏離?！拔兆畲蟆⒏蓴_最小”在最大吸收波長處有其他吸光物質(zhì)干擾測定時選擇。返回A/nm012A/nm012返回二、參比溶液的選擇參比溶液的作用：調(diào)節(jié)儀器零點，消除由吸收池壁及溶劑對入射光的反射和吸收帶來的誤差，扣除干擾。參比溶液的選擇：蒸餾水：試液及顯色劑均無色。不加顯色劑的被測試液：顯色劑為無色，被測試液中存在其他有色離子。不加試樣溶液的試劑空白：顯色劑有顏色。一份試液加適當掩蔽劑掩蔽被測組分，使之不再與顯色劑作用，然后加入顯色劑。返回三、吸光度讀數(shù)范圍的選擇從儀器測量誤差的角度來看，