11第十一章-吸光光度法課件

1、2、4、

6、

913、14、15、16、28作業(yè)請同學們做好記錄!7/23/20231第十一章吸光光度法7/23/20232吸光光度法(AbsorptionPhotometry)是基于物質對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法1、定義2、范疇3、特點比色法、紫外-可見吸光光度法和紅外光譜法等

應用范圍廣準確度較高儀器設備簡單、操作簡單、快速靈敏度高

可見吸光光度法（分光光度法、光度法）主要測定對象為金屬離子

7/23/20233第一節(jié)物質對光的選擇性吸收一、光的基本性質可見光是電磁波的一種，具有波粒二象性波長與能量成反比；與頻率成正比關系單色光：是指單一波長的光，通常意義的單色光是指某一波長范圍的光復合光：由不同單色光組成的光7/23/20234波譜名稱波長范圍分析方法躍遷能級類型g射線0.005～0.17nm中子活化分析等核能級X射線0.1~10nmX射線光譜分析內層電子能級遠紫外10~200nm真空紫外光譜法近紫外200~400nm紫外光譜法原子及分子價電子或成鍵電子能級可見光400~750nm比色、可見吸光光譜法(光度法)近紅外0.75~2.5mm紅外光譜法分子振動能級中紅外2.5~50mm紅外光譜法遠紅外50~1000mm紅外光譜法分子轉動能級微波1~1000mm微波光譜法射頻1~1000m核磁共振光譜法電子、核自旋電磁波譜

7/23/20235綠500～580白光紫400～450青藍480～490橙600～650青490～500紅650～750黃580～600藍450～480光的互補色示意圖7/23/20236二、物質對光的選擇性吸收（一）物質對光產生選

擇性吸收的原因

S2分子能級示意圖Ee

v3v2v1r3r2r1S1S0EvEr

（二）物質的顏色與

光吸收的關系

物質對可見光的選擇性吸收是不同的物質具有不同顏色的原因

7/23/20237（三）吸收曲線（吸收光譜）

吸收光譜能準確地描述物質對光的選擇性吸收的情況最大吸收波長定性依據：不同物質因分子結構不同而具有不同的特征吸收曲線定量依據：同波長下吸光度隨濃度增大而增大一般情況下選擇最大吸收波長處測定7/23/20238第二節(jié)

光吸收的基本定律一、朗伯－比爾定律布格(Bouguer)朗伯(Lambert)（朗伯定律）比爾(Beer)（比爾定律）朗伯比爾定律7/23/20239（一）朗伯－比爾定律的推導7/23/202310朗伯比爾定律的物理意義：當一束平行光垂直通過某一非散射的吸光物質時，其吸光度（A）與吸光物質的濃度（c）及光程長度（b）成正比關系朗伯比爾定律是光的吸收的基本定律，適用于所有的電磁輻射和所有的吸光物質7/23/202311朗伯比爾定律成立的前提：入射光為平行單色光且垂直入射吸光物質對光的吸收具有加和性輻射與吸光物質間的作用僅限于光的吸收過程，無熒光和光化學現象發(fā)生吸光物質間無相互作用吸光物質為均勻非散射體系7/23/202312（二）吸收系數和桑德爾靈敏度1、吸收系數（1）吸收系數（2）摩爾吸收系數常用于化合物組成不明，M尚不清楚的情況應用更為廣泛7/23/202313

當吸光物質的濃度為1mol/L,吸收層厚度為1cm時，吸光物質對某波長光的吸光度

摩爾吸光系數的大小與入射光的波長、吸光物質的性質、溶劑、溫度等因素有關，實際上還受溶液的組成、儀器靈敏度的影響摩爾吸光系數的物理意義7/23/2023142、對于同一種物質，其它條件一定時，摩爾吸光系數取決于入射光的波長。1、測試條件一定時，摩爾吸光系數的大小取決于物質的性質，它是物質對某一波長光吸收的能力的量度丁二銅肟鎳酒石酸鐵7/23/2023152、桑德爾Sandell系數（S）

當光度儀器的檢測極限為A＝0.001時，單位截面積光程內所能檢測出的吸光物質的最低質量，其單位為mg·cm-2對于比較靈敏的顯色反應，桑德爾系數一般為：0.01～0.001mg·cm-27/23/202316例：10-1用鄰二氮菲分光光度法測鐵。已知溶液種Fe2+的濃度為500mg·L-1，液層厚度為2cm，在508nm處測得的透射比為0.645。計算吸光系數、摩爾吸光系數、桑德爾靈敏度（MFe=55.85g/mol）7/23/202317負偏離

01.02.03.04.0c(mmol/L)A0.800.600.400.200.00Axcx（三）標準曲線的繪制及其應用標準曲線校準曲線工作曲線

在實際操作中，應注意調整cx的大小，使其對應的Ax處于標準曲線的范圍之內

正偏離

7/23/202318二、引起朗伯比爾定律偏離的因素（一）物理因素1、非單色光引起的偏離7/23/2023192、選擇適當的入射波長：一般為最大吸收波長處

1、在光度分析中，應采用性能較好的單色器以獲得波長范圍較窄的入射光7/23/2023202、非平行入射光引起的偏離3、介質不均勻引起的偏離（二）化學因素1、溶液濃度過高引起的偏離

導致光程長度增加，實際吸光度大于理論吸光度，引起正偏離

介質不均勻（混濁或膠體）將產生散射現象，使透射比較小，實測的吸光度偏高，產生正偏離

濃度過高，吸光質點間的平均距離減小，由于相互作用而使吸光物質的電荷分布發(fā)生變化，從而改變物質的吸光能力，即改變物質的摩爾吸光系數7/23/2023212、化學反應引起的偏離

高濃度的電解質溶液對低濃度的吸光物質有時也會產生類似影響，應盡量避免要消除解離度不同引起的偏離，就必須控制解離度不變，一般解決方法為：加入過量的顯色劑并保持溶液中游離顯色劑的濃度恒定。Mc1c2c3c47/23/202322另外，控制溶液為強酸性，抑制平衡右移，也可以使吸光度于濃度服從朗伯比爾定律7/23/2023231、物質對光的選擇性吸收吸光光度法的特點；物質對光的選擇性吸收產生的原因；吸收曲線；定性、定量分析分析的依據2、光吸收的基本定律3、標準曲線的繪制與應用4、偏離朗伯比爾定律的原因節(jié)點學習本重7/23/202324作

業(yè)

與

預

習作業(yè)：無

預習內容：

第十章：吸光光度法

第3、4節(jié)

7/23/2023251、物質對光的選擇性吸收吸光光度法的特點、物質對光的選擇性吸收產生的原因、吸收曲線、定量分析定性分析的依據2、光吸收的基本定律3、標準曲線的繪制與應用4、偏離朗伯比爾定律的原因復

習

與

回

顧7/23/202326第三節(jié)

吸光光度法的儀器特點：設備簡單、操作方便、靈敏度高，準確度差1.目視比色法觀察方向空白c1c2c3c47/23/2023272.光電比色法光電比色計結構示意圖通過濾光片得一窄范圍的光(20～50nm)7/23/202328一、分光光度計的基本部件（一）光源

分光光度計一般由光源、單色器（分光系統(tǒng)）、吸收池、檢測系統(tǒng)和信號顯示系統(tǒng)五部分組成

光源應能提供足夠發(fā)射強度、穩(wěn)定且波長連續(xù)變化的復合光，同時反射光的強度還應不隨波長的變化而明顯改變氙燈氫燈鎢燈鎢燈：400～2500nm氫燈：185～375nm氙燈：200～800nm7/23/202329（二）單色器（分光系統(tǒng)）作用：從光源發(fā)出的復合光中分出所需要的單色光組成：入射狹縫、準直鏡、色散元件（棱鏡或光柵）、聚焦鏡、出射狹縫入射狹縫準直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ28006005004007/23/202330棱鏡：依據不同波長光通過棱鏡時折射率不同。

玻璃360～3200nm,石英200～4000nm光柵：利用光通過光柵時發(fā)生衍射和干涉現象而分光

在鍍鋁的玻璃表面刻有數量很大的等寬度等間距條痕(600、1200、2400/mm)特點：波長范圍寬,色散均勻,分辨性能好,使用方便光柵衍射示意圖出射狹縫光屏透鏡平面透射光柵平面透射光柵反射光柵（廣泛使用）7/23/202331（三）吸收池（四）檢測系統(tǒng)可見光區(qū)：光學玻璃池；紫外區(qū)：石英池用于盛待測及參比溶液（0.5、1、2、3cm）利用光電效應，將光能轉換成電流訊號硒光電池，光電管，光電倍增管適用于300-800nm,在500-600nm范圍最靈敏。較長時間連續(xù)使用會產生“疲勞”現象7/23/202332紅敏管（陰極：銀和氧化銫）

625-1000nm藍敏管（陰極：銻銫）

200-625nm使用波長范圍：160-700nm1個光子可產生106～107個電子7/23/202333（五）信號顯示系統(tǒng)

早期的分光光度計：指針式系統(tǒng)

如：檢流計（72型）、微安表（721型）

、電位計（751型）

現代的分光光度計：數字電壓表、函數記錄儀、示波器及數字處理臺等

010203040506070809010000.10.20.30.40.50.60.70.81.01.5∞7/23/202334二、吸光度的檢測原理

分光光度計實際上測得的是光電流或電壓，通過轉換器將測得的電流或電壓轉換為對應的吸光度A調節(jié)檢測器零點，即儀器的機械零點：A=∞應用不含待測組分的參比溶液調節(jié)吸光零點：A=0待測組分吸光度的測定：Ax測定步驟：7/23/202335三、分光光度計的類型根據波長分：可見分光光度計、紫外－可見分光光度計、紅外分光光度計根據結構分：單光束分光光度計、雙光束分光光度計、雙波長分光光度計7/23/202336優(yōu)點：結構簡單、價格低廉、適用于固定波長下的定量分析缺定：由于光源和檢測系統(tǒng)的不穩(wěn)定會產生誤差；無法進行吸收光譜的自動掃描；不適用于經常變更測量波長的定性分析單光束單色器吸收池RS光源檢測器7/23/202337光源單色器SR檢測器雙光束優(yōu)點：參比和試液的測量幾乎同時進行，補償了因光源和檢測系統(tǒng)的不穩(wěn)定而造成的影響；具有較高的測量精密度和準確度；測量便捷；自動掃描吸收光譜缺點：價格較昂貴7/23/2023387/23/202339雙波長光源單色器單色器吸收池檢測器7/23/2023407/23/202341纖維光度計7/23/202342第四節(jié)吸光光度法分析條件的選擇一、顯色反應及其條件的選擇（一）顯色反應和顯色劑顯色反應：在分光光度分析中，將試樣中被測組分轉變成有色化合物的反應顯色劑：與被測組分反應使之生成有色物質的試劑顯色反應可分為：絡合反應和氧化還原反應1、顯色反應7/23/202343選擇顯色反應的一般標準

選擇性要好：一種顯色劑最好只與一種被測組分起顯色反應，這樣干擾就少。或者干擾離子容易被消除、或者顯色劑與被測組分和干擾離子生成的有色化合物的吸收峰相隔較遠靈敏度要高：靈敏度高的顯色反應對于微量組分的測定尤為重要。但應注意：靈敏度高的顯色反應，并不一定選擇性就好；對于高含量的組分不一定要選用靈敏度高的顯色反應對比度要大：即如果顯色劑有顏色，則有色化合物與顯色劑的最大吸收波長的差別要大，一般要求在60nm以上7/23/2023442、顯色劑缺點：多數無機顯色劑與金屬離子形成的絡合物的穩(wěn)定性差、靈敏度和選擇性都不高（1）無機顯色劑硫氰酸鹽（測鐵、鉬、鎢、鈮）鉬酸銨（測硅、磷、釩）氨水（測銅、鈷、鎳）過氧化氫（測鈦、釩、鈮）顯色反應的條件要易于控制有色化合物的組成要恒定,化學性質要穩(wěn)定7/23/202345優(yōu)點：有機顯色劑與金屬離子形成穩(wěn)定的、具有特征顏色的鰲合物，靈敏度和選擇性都較高（2）有機顯色劑提高靈敏度的方法：增大有機顯色分子的共軛體系和在顯色分子中引入取代基生色團助色團常用的有機顯色劑：鄰二氮菲、雙硫腙、二甲酚橙、偶氮胂III、鉻天青S等7/23/202346（二）顯色反應條件的選擇1、顯色劑的用量7/23/2023472、溶液的酸度（1）對被測物質存在狀態(tài)的影響（2）對顯色劑濃度和顏色的影響（3）對絡合物組成和顏色的影響（吡啶偶氮+氨基甲苯）7/23/20234825℃100℃t/minA3、時間和溫度100℃硅鉬酸法測硅

時間包括顯色時間和穩(wěn)定時間，溫度對二者均產生影響7/23/2023494、有機溶劑和表面活性劑

表面活性劑的加入可以提高顯色反應的靈敏度，增加有色化合物的穩(wěn)定性。其作用原理一方面是膠束增溶，另一方面是可形成含有表面活性劑的多元絡合物。

有機溶劑可以降低有色絡合物的解離度，從而提高顯色反應的靈敏度；此外，有機溶劑還可以影響反應速率，絡合物的顏色、溶解度及組成等

合適的有機溶解和表面活性劑及其用量均通過實驗來確定7/23/2023505、共存離子的干擾及消除

顯色條件下，共存離子發(fā)生水解、析出沉淀，導致溶液混濁無法測定

共存離子本身有顏色或與顯色劑反應生成有色化合物，并在測量條件下有吸收，導致結果偏高KNR>>KMR，MR

NR

R

7/23/202351控制溶液的酸度加入掩蔽劑將二元絡合體系改為三元絡合體系；選擇適當的波長和參比溶液來消除干擾；干擾組分分離

掩蔽劑的顏色(R)以及它與干擾離子反應產物的顏色(NR)不應干擾被測組分(MR)的測定7/23/202352二、吸光光度法的測量誤差及測量條件的選擇（一）儀器測量誤差7/23/2023531086420204060800.70.40.20.1AT/%|Er|%(36.8)0.434儀器度數范圍：儀器最小誤差：7/23/202354（二）測量條件的選擇

1、測量波長的選擇原則：吸收最大、干擾最小

釷-偶氮砷III

絡合物

試劑

鈷-亞硝基紅鹽

試劑

絡合物

7/23/202355b、如果溶液已顯色，則可通過改變比色皿的厚度來調節(jié)吸光度大?。ü獬涕L度b）2、吸光度范圍的控制A：0.15～0.80；T：15%～70%a、計算而且控制試樣的稱出量，含量高時，少取樣，或稀釋試液；含量低時，可多取樣，或萃取富集（濃度c）c、選擇適當的參比溶液（示差分光光度法）7/23/2023563、參比溶液的選擇

參比溶液用來調節(jié)工作零點，以消除由于吸收池和溶液中某些共存物質對光的吸收、反射或散射所造成的誤差RRMRR

MR

0.220.480.000.22+0.48＝0.70RMR7/23/202357測定條件下干擾物質參比溶液組成1無蒸餾水2R或其它試劑R或其他試劑3R和其它試劑；NR試樣+ML+R+其它試劑參比溶液組成：在測量條件下對吸光度有影響的物質（除了被測組分MR外）KIO3氧化法顯色法測Mn2+(Co2+粉紅)1、做標準曲線時：蒸餾水參比2、測樣時：試液參比（不加顯色劑）鉻天氰S測Al3+(Ni2+,Cr3+)試樣+(AlF63-)+鉻天氰S+其它試劑7/23/2023582、吸光光度法分析條件的選擇a、顯色反應條件的選擇：顯色劑的用量、酸度、顯色時間和溫度、溶劑和表面活性劑b、測量條件的選擇：測量波長、吸光范圍的控制、參比溶液的選擇節(jié)點學習本重1、吸光光度法的儀器基本構造、各部分的作用

及測量原理7/23/202359作

業(yè)

與

預

習作業(yè)：無

預習內容：

第十章：吸光光度法

第5節(jié)

7/23/202360復

習

與

回

顧2、吸光光度法分析條件的選擇a、顯色反應條件的選擇：顯色劑的用量、酸度、顯色時間和溫度、溶劑和表面活性劑b、測量條件的選擇：測量波長、吸光范圍的控制、參比溶液的選擇1、吸光光度法的儀器基本構造、各部分的作用及測量原理7/23/202361第五節(jié)

吸光光度法的應用一、定量分析（一）單組分的測定1、一般方法

吸光光度法可應用于定性分析、定量分析和物質的某些物理化學常數的測量。

01.02.03.04.0c(mmol/L)A0.800.600.400.200.00AxcxMc1c2c3c4cx7/23/2023622、示差分光光度法1.001.300.000.307/23/202363（二）多組分的測定Y

X

Y

X

7/23/202364二、絡合物組成和酸堿解離常數的測定（一）絡合物的組成的