化工產(chǎn)品檢驗(yàn)(董艷杰 陳亞東)課件1可見分光光度法-基本原理

工業(yè)碳酸鈉的質(zhì)量分析教師：董艷杰應(yīng)用化工系項(xiàng)目一

項(xiàng)目一工業(yè)碳酸鈉的技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)優(yōu)等品一等品合格品總堿量（以Na2CO3計(jì)），%≥99.198.898.0氯化物（以NaCl計(jì)）含量，%≤0.500.901.2鐵（Fe）含量，%≤0.0040.0060.010硫酸鹽,%≤0.0300.080--工業(yè)碳酸鈉的技術(shù)指標(biāo)工業(yè)碳酸鈉的質(zhì)量分析任務(wù)3鐵含量的測(cè)定任務(wù)2氯化物含量的測(cè)定任務(wù)1Na2CO3總堿度的測(cè)定任務(wù)4硫酸鹽含量的測(cè)定任務(wù)三

鐵含量的測(cè)定（一）鐵是工業(yè)碳酸鈉中的雜質(zhì)，鐵的含量多少影響工業(yè)碳酸鈉的質(zhì)量等級(jí)。思考：如何測(cè)定鐵的含量呢？我們可以采用可見分光光度法進(jìn)行測(cè)定。教學(xué)目標(biāo)—能力目標(biāo)1、能用分光光度法測(cè)定工業(yè)碳酸鈉中鐵的含量；2、能準(zhǔn)確配制鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液；3、能熟練使用分光光度計(jì)；4、會(huì)測(cè)定物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)；5、能繪制吸收曲線；6、能繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；7、能記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告；教學(xué)目標(biāo)—知識(shí)目標(biāo)1、掌握分光光度法測(cè)定碳酸鈉中鐵含量的方法及原理；2、掌握光吸收定律；3、掌握吸光光度法測(cè)量條件的選擇；4、掌握顯色劑選擇、顯色反應(yīng)條件選擇；5、掌握分光光度計(jì)原理及結(jié)構(gòu)。一概述

基于物質(zhì)光化學(xué)性質(zhì)而建立起來的分析方法稱之為光化學(xué)分析法.分為:光譜分析法和非光譜分析法。光譜分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通過測(cè)量物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)射光、吸收光或散射光的波長(zhǎng)和強(qiáng)度來進(jìn)行分析的方法。

在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法,主要有:包括比色法、可見及紫外吸光光度法及紅外光譜法等。吸光光度法特點(diǎn)：靈敏度高（測(cè)定下限可達(dá)10－5～10－6mol/L）準(zhǔn)確度高（滿足微量組分的測(cè)定要求：RE:2～5％(1～2％)簡(jiǎn)便快速（在適當(dāng)條件下，不經(jīng)分離可直接測(cè)定）應(yīng)用廣泛（無機(jī)、有機(jī)成分、農(nóng)藥殘留、生物體內(nèi)的微量成分、藥物分析、環(huán)境衛(wèi)生分析）?；瘜W(xué)分析：常量組分(>1%),Er0.1%～0.2%

依據(jù)化學(xué)反應(yīng),使用玻璃儀器準(zhǔn)確度高儀器分析：微量組分(<1%),Er1%～5%

依據(jù)物理或物理化學(xué)性質(zhì),需要特殊的儀器靈敏度高遠(yuǎn)紫外近紫外可見近紅外中紅外

遠(yuǎn)紅外（真空紫外）2.5m~50m10nm~200nm200nm~380nm380nm~780nm780nm~2.5m50m~1000m電磁波譜二、可見吸收光譜

1．光的基本性質(zhì)光是一種電磁波，具有波粒二象性。光的波動(dòng)性可用波長(zhǎng)、頻率、光速c、波數(shù)（cm-1）等參數(shù)來描述：

=c

；波數(shù)=1/=

/c

光是由光子流組成，光子的能量：

E=h=hc/

（Planck常數(shù)：h=6.626×10-34J×S)

光的波長(zhǎng)越短（頻率越高），其能量越大。物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收單色光：只具有一種波長(zhǎng)的光。復(fù)合光：由兩種以上波長(zhǎng)組成的光，如白光。問題：為什么高錳酸鉀水溶液呈現(xiàn)出紫紅色呢？而硫酸銅溶液呈現(xiàn)藍(lán)色呢？/nm顏色互補(bǔ)光400-450紫黃綠450-480藍(lán)黃480-490綠藍(lán)橙490-500藍(lán)綠紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍(lán)610-650橙綠藍(lán)650-750紅藍(lán)綠不同顏色的可見光波長(zhǎng)及其互補(bǔ)光白光青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)

物質(zhì)的顏色是由于物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有選擇性的吸收作用而產(chǎn)生的，物質(zhì)的顏色由透過光的波長(zhǎng)決定。

如果兩種適當(dāng)顏色的光按一定的強(qiáng)度比例混合可以得白光，這兩種光就叫互為補(bǔ)色光。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色和吸收的光顏色之間是互補(bǔ)關(guān)系。完全吸收完全透過吸收黃色光光譜示意表觀現(xiàn)象示意復(fù)合光物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系物質(zhì)的吸收光譜曲線吸收曲線：測(cè)定某種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的吸收程度，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖。最大吸收波長(zhǎng)，max不同濃度KMnO4的吸收曲線------1mol.L-1-------0.1mol.L-1------0.01mol.L-1-----0.001mol.L-1

吸收曲線的討論（1）同一種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸光度不同。吸光度最大處對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為最大吸收波長(zhǎng)λmax（2）不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對(duì)于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。不同濃度KMnO4的吸收曲線------1mol.L-1-------0.1mol.L-1------0.01mol.L-1-----0.001mol.L-1（3）吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。（4）不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長(zhǎng)下吸光度A有差異，在λmax處吸光度A的差異最大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。（5）在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測(cè)定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長(zhǎng)的重要依據(jù)。光的吸收定律

1.朗伯—比耳定律

布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關(guān)系。A∝b

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間也具有類似的關(guān)系。A∝c

光的吸收定律—朗伯－比爾定律I0：入射光強(qiáng)度I：透過光強(qiáng)度c：溶液的濃度b：液層厚度T－透光率（透射比）A－吸光度-----朗伯－比爾定律κ與入射光波長(zhǎng)、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)。當(dāng)這些條件一定時(shí)，κ代表單位濃度的有色溶液放在單位寬度的比色皿中的吸光度。c的單位為g·L-1，b的單位為cm時(shí)，κ以a表示，稱為質(zhì)量吸光系數(shù)，其單位為L(zhǎng)·g-1·cm-1，A=abc。c的單位為mol·L-1，b的單位為cm，用κ

表示。稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為L(zhǎng)·mol-1·cm-1，A=κbc。κ=Maκ----摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)κ的討論（1）吸收物質(zhì)在一定波長(zhǎng)和溶劑條件下的特征常數(shù).（2）不隨濃度c和液層厚度b的改變而改變。在溫度和波長(zhǎng)等條件一定時(shí)，κ僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測(cè)物濃度無關(guān)；（3）同一吸光物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下的κ值是不同的。在最大吸收波長(zhǎng)λmax處的摩爾吸光系數(shù)，常以κmax表示.

κmax表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力。

例1濃度為25.0μg/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分光光度法測(cè)定，于波長(zhǎng)600nm處，用2.0cm比色皿測(cè)得T=50.1%，求吸光系數(shù)a和摩爾吸光系數(shù)κ

。已知M(Cu)=64.0。解已知T=0.501，則A=－lgT=0.300，b=2.0cm,則根據(jù)朗伯—比爾定律A=abc，而κ

=Ma=64.0g·mol-1×3.00×102L·g-1·cm-1=1.92×104(L·mol-1·cm-1)例：鋼樣0.500g溶解后在容量瓶中配成100ml溶液。分取20.00ml該溶液于50ml容量瓶中，其中的Mn2+氧化成MnO4-后，稀釋定容。然后在λ=525nm處，用b=2cm的比色皿測(cè)得A=0.60。已知525=2.3×103L·mol-1·cm-1,計(jì)算鋼樣中Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(﹪)。解：試樣中錳的質(zhì)量m=1.3×10-4×0.05×5×54.94=17.85×10-4g先配置一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，按所需條件顯色后，選擇測(cè)定波長(zhǎng)和比色皿厚度，分別測(cè)定他們的吸光度A。以A為縱坐標(biāo)，濃度C為橫坐標(biāo)，繪制濃度與吸光度的關(guān)系曲線，稱為工作曲線。工作曲線mg/mL

01234C

A。。。。*0.80.60.40.20工作曲線負(fù)誤差正誤差

先配置一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，按所需條件顯色后，選擇測(cè)定波長(zhǎng)和比色皿厚度，分別測(cè)定他們的吸光度A。以A為縱坐標(biāo)，濃度C為橫坐標(biāo)，繪制濃度與吸光度的關(guān)系曲線，稱為工作曲線。mg/mL

01234C

A。。。。*0.80.60.40.20工作曲線負(fù)誤差正誤差偏離朗伯一比爾定律物理因素(1)比爾定律的局限性

比耳定律假設(shè)了吸收粒子之間是無相互作用的，因此僅在稀溶液（c<10-2mol/L