第十章 分光光度法

第十章分光光度法第一頁，共六十二頁，2022年，8月28日第十章

分光光度法10.5吸光度測量條件的選擇10.4顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇10.3分光光度計10.2光吸收定律10.1概述10.6吸光光度光法的應(yīng)用第二頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.1概述利用溶液顏色的深淺來測定溶液中有色物質(zhì)的濃度，這種測定方法稱為比色分析法。用分光光度計進(jìn)行比色分析的方法稱為分光光度法。分光光度法:可見光分光光度法,(物質(zhì)吸收光波長)紫外分光光度法,紅外分光光度法第三頁，共六十二頁，2022年，8月28日吸光光度法的特點：1、靈敏度高，下限為10-5～10-6mol·L-1。適于微量分析。2、準(zhǔn)確度較高，相對誤差為2%～5%。3、操作快速簡便，易于掌握。4、應(yīng)用廣泛。第四頁，共六十二頁，2022年，8月28日紅橙黃綠青藍(lán)紫第五頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.1.1光的基本性質(zhì)根據(jù)波長的不同，可分為：

紫外光區(qū)：200nm～380nm可見光區(qū)：380nm～760nm紅外光區(qū)：760nm～300μm第六頁，共六十二頁，2022年，8月28日具有同一波長的光稱為單色光。不同波長組成的光稱為復(fù)合光。生活中所見到的白光，如日光等是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等光按適當(dāng)?shù)膹姸缺壤旌隙傻模?80～760nm范圍的一種復(fù)合光。第七頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.1.2物質(zhì)對光的選擇性吸收溶液的顏色是由于均勻分布在溶液中的有色化合物的質(zhì)點選擇性的吸收了某種顏色的光所造成的。第八頁，共六十二頁，2022年，8月28日兩種顏色的光若按適當(dāng)比例混合，可以形成白光，這兩種光稱為互補色光。光的互補白光綠藍(lán)藍(lán)綠黃綠黃橙紅紫藍(lán)如KMnO4吸收綠色光，因此KMnO4溶液呈現(xiàn)紫色。第九頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.1.3吸收曲線一束平行單色光照射溶液時，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被器皿的表面反射。Io=Ia+It+Ir若入射光強度為Io，吸收光的強度為Ia，透過光強度為It，反射光的強度為Ir，它們的關(guān)系是：第十頁，共六十二頁，2022年，8月28日在吸光光度法中，測定時都是采用同樣質(zhì)量的比色皿，反射光的強度基本上是不變的，其影響可以相互抵消。空白調(diào)零第十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日分光光度法中：Io=Ia+It透過光強度It與入射光強度Io之比稱為透光度或透光率。用

T

表示：或第十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日從上式可以看出：溶液的透光度愈大，說明溶液對光的吸收愈小，濃度低；相反，透光度愈小，說明溶液對光的吸收愈大，濃度高。第十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日吸光度A：若光全部透過溶液，Io=It，A=0。若光幾乎全被吸收，It≈0，A=∞。吸光度A也可以用來衡量溶液中吸光物質(zhì)對波長為λ的單色光的吸收程度，值越大，其吸收程度越大；反之亦然。第十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日將不同波長的光透過某一固定的溶液，測量不同波長下溶液對光的吸光度，作圖400480560640720nm0.40.81.21.6AKMnO4溶液的吸收曲線DCBA

A、B、C、D代表不同濃度下的吸收曲線，吸收峰不變。第十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日（1）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax。（KMnO4的最大

=525nm）（2）不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同?？勺鳛槲镔|(zhì)定性分析的依據(jù)之一。吸收曲線的討論第十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日（3）不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度A有差異，A隨濃度的增大而增大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。（4）在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。第十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.2光的吸收定律實驗證明：若保持入射光的波長不變，溶液對光吸收的程度與溶液的濃度、液層厚度有關(guān)。10.2.1光的吸收定律第十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日數(shù)學(xué)表達(dá)式：K1：比例常數(shù)，與、c、T有關(guān)。b：溶液厚度一、朗伯定律：當(dāng)、c、T一定時，溶液的吸光度與液層的厚度成正比。A=K1b第十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日二、比爾定律比爾定律：當(dāng)、b和T一定時，溶液的吸光度與溶液的濃度成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式：A=K2c第二十頁，共六十二頁，2022年，8月28日三、朗伯—比爾定律（同時考慮溶液濃度和液層厚度的影響）一束平行單色光通過溶液，當(dāng)和T一定時，其吸光度與溶液的濃度和液層厚度成正比。數(shù)學(xué)表達(dá)式：A=Kbc第二十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日當(dāng)c用g·L-1表示，b用cm表示時，K用K表示，稱為吸光系數(shù)，其單位為L·(g.cm)-1，則：四、比例系數(shù)K1、吸光系數(shù)KA=Kbc第二十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日c用mol·L-1表示，b用cm表示時，K用κ表示，稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為L·(mol.cm)-1。則：2、摩爾吸光系數(shù)κA=κ

bc第二十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日摩爾吸光系數(shù)κ的討論(1)κ是吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)，不隨濃度c和液層厚度b的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時，

κ僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測物濃度無關(guān)；第二十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日(2)同一吸光物質(zhì)在不同波長下的κ值是不同的。在最大吸收波長λmax處的摩爾吸光系數(shù)，常以κ

max表示。κ

max表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質(zhì)可能達(dá)到的最大靈敏度。第二十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日κ<104反應(yīng)靈敏度低104<κ<5×104反應(yīng)靈敏度中5×104<κ<105反應(yīng)靈敏度高κ>105反應(yīng)靈敏度極高(3)κmax越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。第二十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日κ最大≥5×104靈敏的顯色反應(yīng)在吸收曲線上，與最大吸收波長相對應(yīng)的摩爾吸收系數(shù)κ，以κ最大

表示。對于微量組分的測定，一般選κ較大的顯色反應(yīng)，以提高測定的靈敏度。第二十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日【例】：有一濃度為1.0g/mlFe2+的溶液，以鄰二氮菲顯色后，在比色皿厚度為2cm、波長510nm處測得吸光度為0.380，計算（1）透光度T；(2)吸光系數(shù)K；（3）摩爾吸光系數(shù)。解（1）T＝10-A＝10-0.380＝0.417第二十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日32+3NNFe+

Fe2+第二十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日五、吸光度的加和性A總=∑Ai=κ1b1c1+κ2b2c2+……κnbncn總的吸光度等于各個吸光物質(zhì)的吸光度之和。或溶液的吸光度應(yīng)等于溶液中各組分的吸光度之和。（組分間沒有干擾）A4A3A2A1第三十頁，共六十二頁，2022年，8月28日溶液中多組分測定第三十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日一、物理因素：1、單色光不純，導(dǎo)致負(fù)偏差。CA標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖正誤差負(fù)誤差2、散射光的影響，膠體、乳濁液或懸濁液由于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通過比色皿產(chǎn)生正偏差。10.2.2有色溶液對朗伯-比爾定律的偏離第三十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日二、化學(xué)因素1、吸光質(zhì)點的相互作用，濃度較大時，產(chǎn)生負(fù)偏差，朗伯-比爾定律只適合于稀溶液（c<10-2mol·L-1)。2、平衡效應(yīng)，物質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化引起的偏離，如：Fe(SCN)3=Fe3++3SCN-Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+

第三十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.3分光光度計及主要部件光源單色器檢測系統(tǒng)吸收池1光源：應(yīng)有足夠的發(fā)射強度而且穩(wěn)定,如鎢絲燈2單色器：采用棱鏡或光柵獲得單色光。3吸收池：比色皿，厚度有0.5、1、2、3cm等。4檢測器：光電池或光電管。第三十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日722型光柵分光光度計結(jié)構(gòu)示意圖分光光度計的分類以及721/722型分光光度計的使用方法見實驗教材。第三十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.4顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇在分光光度分析中，利用顯色反應(yīng)把待測組分X轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔铮缓笤龠M(jìn)行測定。使試樣中的被測組分與化學(xué)試劑作用生成有色化合物的反應(yīng)叫顯色反應(yīng)。mX(待測物)＋nR(顯色劑)＝XmRn(有色化合物)顯色反應(yīng)主要有配位反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)，其中絕大多數(shù)是配位反應(yīng)。第三十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.4.1對顯色反應(yīng)的要求1、靈敏度高，選擇較大的顯色反應(yīng)。避免共存組分干擾。2、選擇性好，顯色劑只與被測組分反應(yīng)。3、有色物組成固定，如：Fe3++磺基水楊酸→三磺基水楊酸鐵(黃色)（組成固定）Fe3++SCN-→FeSCN2+、Fe(SCN)2+……（組成不固定）第三十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日4、有色物穩(wěn)定性高，其它離子干擾才小。如三磺基水楊酸鐵的Kf=1042,F-、H3PO4對它無干擾。5、顯色過程易于控制，而且有色化合物與顯色劑之間的顏色差別應(yīng)盡可能大。第三十八頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.4.2顯色反應(yīng)條件的選擇1、顯色劑用量，適當(dāng)過量。適宜的用量通過實驗求得c(R)Ac(R)Ac(R)A第三十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日在pH＝2～3Fe(ssal)+在pH＝4～7Fe(ssal)22-在pH＝8～10Fe(ssal)3在pH>12Fe(OH)3棕橙色

沉淀黃色紫紅色2、溶液酸度，既要防止被測離子生成沉淀，又需防止有色配合物離解。有效的方法是加入緩沖溶液（考慮干擾）第四十頁，共六十二頁，2022年，8月28日5、溶劑，有機溶劑會降低有色物的離解度，從而提高顯色反應(yīng)的靈敏度。6、共存干擾離子的影響及消除(1)

控制酸度，使干擾離子不顯色。3、溫度，通過實驗找出適宜的溫度范圍。4、時間，在顏色穩(wěn)定的時間范圍內(nèi)進(jìn)行比色測定。第四十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日(3)

改變干擾離子價態(tài)，測Ni2+時，F(xiàn)e2+有干擾，加入氧化劑，F(xiàn)e2+→Fe3+.(4)

分離干擾離子，用萃取、沉淀、電解、離子交換等方法。還可選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤汉腿肷涔獾牟ㄩL等方法來消除共存離子的干擾。(2)

加入掩蔽劑，如用SCN-測定Co2+時，F(xiàn)e3+有干擾，加入F-，F(xiàn)e3++6F-=FeF63-，F(xiàn)e3+被掩蔽。

第四十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日離子交換法用于Fe3+、Al3+分離時．先用HCl溶液處理試液，使鐵、鋁分別以FeCl63-、Al3+形態(tài)存在。然后經(jīng)過陽離子樹脂交換柱，此時Al3+留在柱上，而FeCl63-流出柱子，從而達(dá)到分離的目的。第四十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日色譜分離法，若在充填硅膠、活性氧化鋁、纖維素等載體的柱子上進(jìn)行，則稱為柱上色譜分離法；若用濾紙作載體，則稱為紙上色譜分離法。溶劑化合物萃取體系，例如磷酸三丁酯萃取FeCl3。某些無機化合物萃取體系，例如CCl4萃取I2。第四十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.4.3分光光度法常用的顯色劑（一）、無機顯色劑鉬酸銨法(測P、Si、W)，過氧化氫法(測V5＋、Ti4＋)（二）有機顯色劑（主要使用）1、O，O給電子螯合劑：鉻天菁S（CAS）、苯基熒光酮（PF）2、O，N給電子螯合劑：偶氮胂III等第四十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日3、N，N給電子基團(tuán)：鄰二氮雜菲（測Fe）等4、帶含硫基團(tuán)的螯合劑：雙硫腙（測Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等）第四十六頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.5測定條件的選擇10.5.1、選擇合適波長的入射光。（545nm）第四十七頁，共六十二頁，2022年，8月28日原則：使溶液的吸光度能真正反映待測物的濃度。在吸光度測量中，作為比較的溶液或溶劑稱為參比溶液或空白溶液。10.5.2選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤旱谒氖隧?，共六十二頁?022年，8月28日(1)試樣、試劑、顯色劑都無色時，用純水作參比。(2)試樣無色，試劑、顯色劑有色，采用不加試樣的空白溶液作參比。（試劑空白）(3)試樣有吸收，而顯色劑等無色，可采用不加顯色劑的試樣為參比。（試樣空白）(4)均有色，有吸收，對試樣加入掩蔽劑，褪色后再加顯色劑等作為參比。(褪色空白)第四十九頁，共六十二頁，2022年，8月28日10.5.3吸光度讀數(shù)范圍的選擇透光率讀數(shù)的準(zhǔn)確度是儀器精度的主要指標(biāo)。測定結(jié)果的精度常用濃度的相對誤差dc/c表示。第五十頁，共六十二頁，2022年，8月28日若透光率刻度的讀數(shù)的絕對誤差為?T=1%，用不同的T代入上式，可得相應(yīng)濃度測量的相對誤差?c/c，作圖第五十一頁，共六十二頁，2022年，8月28日1、T在20%～65%(A=0.19～0.70)范圍，相對誤差較小。2、T=36.8%(A=0.434)，相對誤差最小。由圖可見：為了減小濃度的相對誤差，提高測定的準(zhǔn)確度，一般應(yīng)控制溶液吸光度A在最適宜讀數(shù)范圍0.19～0.70。0.20.40.60.81.00246810T36.8%第五十二頁，共六十二頁，2022年，8月28日【例】某一有色溶液在2.0cm的吸收皿中，測得透光率T＝1％，若儀器透光度的絕對誤差△T＝0.5％，計算（1）測定的濃度的相對誤差△c/c（2）為使測得吸光度在最適讀數(shù)范圍內(nèi)，溶液應(yīng)稀釋或濃縮多少倍？（3）若濃度不變，而改變比色皿厚度（0.5cm,1.0cm，2.0cm,3.0cm）,則應(yīng)選擇那種厚度的吸收皿最合適，此時△c/c為多少？第五十三頁，共六十二頁，2022年，8月28日解（1）（2）A=-lgT=-lg1%=2設(shè)有色溶液原始濃度為co，當(dāng)b一定時，A＝κbc＝Kc，要使A＝0.2～0.7，則即稀釋3～10倍第五十四頁，共六十二頁，2022年，8月28日（3）當(dāng)c一定時，A＝κbc＝Kb,要使A＝0.2～0.7，則bo=2cmb=0.5cm第五十五頁，共六十二頁，2022年，8月28日控制吸光度在適宜的范圍內(nèi)(A=0.19～0.70)(1)控制試樣的量或