11第十一章-吸光光度法分析課件

1、2、4、

6、913、14、15、16、28作業(yè)請(qǐng)同學(xué)們做好記錄!10/5/20231第十一章吸光光度法10/5/20232吸光光度法(AbsorptionPhotometry)是基于物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來(lái)的分析方法1、定義2、范疇3、特點(diǎn)比色法、紫外-可見吸光光度法和紅外光譜法等

應(yīng)用范圍廣準(zhǔn)確度較高儀器設(shè)備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)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(cè)定對(duì)象為金屬離子

10/5/20233第一節(jié)物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收一、光的基本性質(zhì)可見光是電磁波的一種，具有波粒二象性波長(zhǎng)與能量成反比；與頻率成正比關(guān)系單色光：是指單一波長(zhǎng)的光，通常意義的單色光是指某一波長(zhǎng)范圍的光復(fù)合光：由不同單色光組成的光10/5/20234波譜名稱波長(zhǎng)范圍分析方法躍遷能級(jí)類型g射線0.005～0.17nm中子活化分析等核能級(jí)X射線0.1~10nmX射線光譜分析內(nèi)層電子能級(jí)遠(yuǎn)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(jià)電子或成鍵電子能級(jí)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(dòng)能級(jí)中紅外2.5~50mm紅外光譜法遠(yuǎn)紅外50~1000mm紅外光譜法分子轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)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

10/5/20235綠500～580白光紫400～450青藍(lán)480～490橙600～650青490～500紅650～750黃580～600藍(lán)450～480光的互補(bǔ)色示意圖10/5/20236二、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收（一）物質(zhì)對(duì)光產(chǎn)生選

擇性吸收的原因

S2分子能級(jí)示意圖

Ee

v3v2v1r3r2r1S1S0

Ev

Er

（二）物質(zhì)的顏色與

光吸收的關(guān)系

物質(zhì)對(duì)可見光的選擇性吸收是不同的物質(zhì)具有不同顏色的原因

10/5/20237（三）吸收曲線（吸收光譜）

吸收光譜能準(zhǔn)確地描述物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收的情況最大吸收波長(zhǎng)定性依據(jù)：不同物質(zhì)因分子結(jié)構(gòu)不同而具有不同的特征吸收曲線定量依據(jù)：同波長(zhǎng)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(zhǎng)處測(cè)定10/5/20238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10/5/20239（一）朗伯－比爾定律的推導(dǎo)10/5/202310朗伯比爾定律的物理意義：當(dāng)一束平行光垂直通過某一非散射的吸光物質(zhì)時(shí)，其吸光度（A）與吸光物質(zhì)的濃度（c）及光程長(zhǎng)度（b）成正比關(guān)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(zhì)10/5/202311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(zhì)對(duì)光的吸收具有加和性輻射與吸光物質(zhì)間的作用僅限于光的吸收過程，無(wú)熒光和光化學(xué)現(xiàn)象發(fā)生吸光物質(zhì)間無(wú)相互作用吸光物質(zhì)為均勻非散射體系10/5/202312（二）吸收系數(shù)和桑德爾靈敏度1、吸收系數(shù)（1）吸收系數(shù)（2）摩爾吸收系數(shù)常用于化合物組成不明，M尚不清楚的情況應(yīng)用更為廣泛10/5/202313

當(dāng)吸光物質(zhì)的濃度為1mol/L,吸收層厚度為1cm時(shí)，吸光物質(zhì)對(duì)某波長(zhǎng)光的吸光度

摩爾吸光系數(shù)的大小與入射光的波長(zhǎng)、吸光物質(zhì)的性質(zhì)、溶劑、溫度等因素有關(guān)，實(shí)際上還受溶液的組成、儀器靈敏度的影響摩爾吸光系數(shù)的物理意義10/5/2023142、對(duì)于同一種物質(zhì)，其它條件一定時(shí)，摩爾吸光系數(shù)取決于入射光的波長(zhǎng)。1、測(cè)試條件一定時(shí)，摩爾吸光系數(shù)的大小取決于物質(zhì)的性質(zhì)，它是物質(zhì)對(duì)某一波長(zhǎng)光吸收的能力的量度丁二銅肟鎳酒石酸鐵10/5/2023152、桑德爾Sandell系數(shù)（S）

當(dāng)光度儀器的檢測(cè)極限為A＝0.001時(shí)，單位截面積光程內(nèi)所能檢測(cè)出的吸光物質(zhì)的最低質(zhì)量，其單位為mg·cm-2對(duì)于比較靈敏的顯色反應(yīng)，桑德爾系數(shù)一般為：0.01～0.001mg·cm-210/5/202316例：10-1用鄰二氮菲分光光度法測(cè)鐵。已知溶液種Fe2+的濃度為500mg·L-1，液層厚度為2cm，在508nm處測(cè)得的透射比為0.645。計(jì)算吸光系數(shù)、摩爾吸光系數(shù)、桑德爾靈敏度（MFe=55.85g/mol）10/5/202317負(fù)偏離

01.02.03.04.0c(mmol/L)A0.800.600.400.200.00Axcx（三）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及其應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)曲線校準(zhǔn)曲線工作曲線

在實(shí)際操作中，應(yīng)注意調(diào)整cx的大小，使其對(duì)應(yīng)的Ax處于標(biāo)準(zhǔn)曲線的范圍之內(nèi)

正偏離

10/5/202318二、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10/5/2023192、選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL(zhǎng)：一般為最大吸收波長(zhǎng)處

1、在光度分析中，應(yīng)采用性能較好的單色器以獲得波長(zhǎng)范圍較窄的入射光10/5/2023202、非平行入射光引起的偏離3、介質(zhì)不均勻引起的偏離（二）化學(xué)因素1、溶液濃度過高引起的偏離

導(dǎo)致光程長(zhǎng)度增加，實(shí)際吸光度大于理論吸光度，引起正偏離

介質(zhì)不均勻（混濁或膠體）將產(chǎn)生散射現(xiàn)象，使透射比較小，實(shí)測(cè)的吸光度偏高，產(chǎn)生正偏離

濃度過高，吸光質(zhì)點(diǎn)間的平均距離減小，由于相互作用而使吸光物質(zhì)的電荷分布發(fā)生變化，從而改變物質(zhì)的吸光能力，即改變物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)10/5/2023212、化學(xué)反應(yīng)引起的偏離

高濃度的電解質(zhì)溶液對(duì)低濃度的吸光物質(zhì)有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生類似影響，應(yīng)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。Mc1c2c3c410/5/202322另外，控制溶液為強(qiáng)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10/5/2023231、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收吸光光度法的特點(diǎn)；物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收產(chǎn)生的原因；吸收曲線；定性、定量分析分析的依據(jù)2、光吸收的基本定律3、標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制與應(yīng)用4、偏離朗伯比爾定律的原因節(jié)點(diǎn)學(xué)習(xí)本重10/5/202324作

業(yè)

與

預(yù)

習(xí)作業(yè)：無(wú)

預(yù)習(xí)內(nèi)容：

第十章：吸光光度法

第3、4節(jié)

10/5/2023251、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收吸光光度法的特點(diǎn)、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收產(chǎn)生的原因、吸收曲線、定量分析定性分析的依據(jù)2、光吸收的基本定律3、標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制與應(yīng)用4、偏離朗伯比爾定律的原因復(fù)

習(xí)

與

回

顧10/5/202326第三節(jié)

吸光光度法的儀器特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、靈敏度高，準(zhǔn)確度差1.目視比色法觀察方向空白c1c2c3c410/5/2023272.光電比色法光電比色計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖通過濾光片得一窄范圍的光(20～50nm)10/5/202328一、分光光度計(jì)的基本部件（一）光源

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

光源應(yīng)能提供足夠發(fā)射強(qiáng)度、穩(wěn)定且波長(zhǎng)連續(xù)變化的復(fù)合光，同時(shí)反射光的強(qiáng)度還應(yīng)不隨波長(zhǎng)的變化而明顯改變氙燈氫燈鎢燈鎢燈：400～2500nm氫燈：185～375nm氙燈：200～800nm10/5/202329（二）單色器（分光系統(tǒng)）作用：從光源發(fā)出的復(fù)合光中分出所需要的單色光組成：入射狹縫、準(zhǔn)直鏡、色散元件（棱鏡或光柵）、聚焦鏡、出射狹縫入射狹縫準(zhǔn)直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ280060050040010/5/202330棱鏡：依據(jù)不同波長(zhǎng)光通過棱鏡時(shí)折射率不同。

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

在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條痕(600、1200、2400/mm)特點(diǎn)：波長(zhǎng)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）10/5/202331（三）吸收池（四）檢測(cè)系統(tǒng)可見光區(qū)：光學(xué)玻璃池；紫外區(qū)：石英池用于盛待測(cè)及參比溶液（0.5、1、2、3cm）利用光電效應(yīng)，將光能轉(zhuǎn)換成電流訊號(hào)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(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用會(huì)產(chǎn)生“疲勞”現(xiàn)象10/5/202332紅敏管（陰極：銀和氧化銫）625-1000nm藍(lán)敏管（陰極：銻銫）200-625nm使用波長(zhǎng)范圍：160-700nm1個(gè)光子可產(chǎn)生106～107個(gè)電子10/5/202333（五）信號(hào)顯示系統(tǒng)

早期的分光光度計(jì)：指針式系統(tǒng)

如：檢流計(jì)（72型）、微安表（721型）

、電位計(jì)（751型）

現(xiàn)代的分光光度計(jì)：數(shù)字電壓表、函數(shù)記錄儀、示波器及數(shù)字處理臺(tái)等

010203040506070809010000.10.20.30.40.50.60.70.81.01.5∞10/5/202334二、吸光度的檢測(cè)原理

分光光度計(jì)實(shí)際上測(cè)得的是光電流或電壓，通過轉(zhuǎn)換器將測(cè)得的電流或電壓轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的吸光度A調(diào)節(jié)檢測(cè)器零點(diǎn)，即儀器的機(jī)械零點(diǎn)：A=∞應(yīng)用不含待測(cè)組分的參比溶液調(diào)節(jié)吸光零點(diǎn)：A=0待測(cè)組分吸光度的測(cè)定：Ax測(cè)定步驟：10/5/202335三、分光光度計(jì)的類型根據(jù)波長(zhǎng)分：可見分光光度計(jì)、紫外－可見分光光度計(jì)、紅外分光光度計(jì)根據(jù)結(jié)構(gòu)分：?jiǎn)喂馐止夤舛扔?jì)、雙光束分光光度計(jì)、雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)10/5/202336優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、適用于固定波長(zhǎng)下的定量分析缺定：由于光源和檢測(cè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生誤差；無(wú)法進(jìn)行吸收光譜的自動(dòng)掃描；不適用于經(jīng)常變更測(cè)量波長(zhǎng)的定性分析單光束單色器吸收池RS光源檢測(cè)器10/5/202337光源單色器SR檢測(cè)器雙光束優(yōu)點(diǎn)：參比和試液的測(cè)量幾乎同時(shí)進(jìn)行，補(bǔ)償了因光源和檢測(cè)系統(tǒng)的不穩(wěn)定而造成的影響；具有較高的測(cè)量精密度和準(zhǔn)確度；測(cè)量便捷；自動(dòng)掃描吸收光譜缺點(diǎn)：價(jià)格較昂貴10/5/20233810/5/202339雙波長(zhǎng)光源單色器單色器吸收池檢測(cè)器10/5/20234010/5/202341纖維光度計(jì)10/5/202342第四節(jié)吸光光度法分析條件的選擇一、顯色反應(yīng)及其條件的選擇（一）顯色反應(yīng)和顯色劑顯色反應(yīng)：在分光光度分析中，將試樣中被測(cè)組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)顯色劑：與被測(cè)組分反應(yīng)使之生成有色物質(zhì)的試劑顯色反應(yīng)可分為：絡(luò)合反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)1、顯色反應(yīng)10/5/202343選擇顯色反應(yīng)的一般標(biāo)準(zhǔn)選擇性要好：一種顯色劑最好只與一種被測(cè)組分起顯色反應(yīng)，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(cè)組分和干擾離子生成的有色化合物的吸收峰相隔較遠(yuǎn)靈敏度要高：靈敏度高的顯色反應(yīng)對(duì)于微量組分的測(cè)定尤為重要。但應(yīng)注意：靈敏度高的顯色反應(yīng)，并不一定選擇性就好；對(duì)于高含量的組分不一定要選用靈敏度高的顯色反應(yīng)對(duì)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(zhǎng)的差別要大，一般要求在60nm以上10/5/2023442、顯色劑缺點(diǎn)：多數(shù)無(wú)機(jī)顯色劑與金屬離子形成的絡(luò)合物的穩(wěn)定性差、靈敏度和選擇性都不高（1）無(wú)機(jī)顯色劑硫氰酸鹽（測(cè)鐵、鉬、鎢、鈮）鉬酸銨（測(cè)硅、磷、釩）氨水（測(cè)銅、鈷、鎳）過氧化氫（測(cè)鈦、釩、鈮）顯色反應(yīng)的條件要易于控制有色化合物的組成要恒定,化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定10/5/202345優(yōu)點(diǎn)：有機(jī)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(jī)顯色劑提高靈敏度的方法：增大有機(jī)顯色分子的共軛體系和在顯色分子中引入取代基生色團(tuán)助色團(tuán)常用的有機(jī)顯色劑：鄰二氮菲、雙硫腙、二甲酚橙、偶氮胂III、鉻天青S等10/5/202346（二）顯色反應(yīng)條件的選擇1、顯色劑的用量10/5/2023472、溶液的酸度（1）對(duì)被測(cè)物質(zhì)存在狀態(tài)的影響（2）對(duì)顯色劑濃度和顏色的影響（3）對(duì)絡(luò)合物組成和顏色的影響（吡啶偶氮+氨基甲苯）10/5/20234825℃100℃t/minA3、時(shí)間和溫度100℃硅鉬酸法測(cè)硅

時(shí)間包括顯色時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間，溫度對(duì)二者均產(chǎn)生影響10/5/2023494、有機(jī)溶劑和表面活性劑

表面活性劑的加入可以提高顯色反應(yīng)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(luò)合物。

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

合適的有機(jī)溶解和表面活性劑及其用量均通過實(shí)驗(yàn)來(lái)確定10/5/2023505、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(dǎo)致溶液混濁無(wú)法測(cè)定

共存離子本身有顏色或與顯色劑反應(yīng)生成有色化合物，并在測(cè)量條件下有吸收，導(dǎo)致結(jié)果偏高KNR>>KMR，MR

NR

R

10/5/202351控制溶液的酸度加入掩蔽劑將二元絡(luò)合體系改為三元絡(luò)合體系；選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩL(zhǎng)和參比溶液來(lái)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(yīng)產(chǎn)物的顏色(NR)不應(yīng)干擾被測(cè)組分(MR)的測(cè)定10/5/202352二、吸光光度法的測(cè)量誤差及測(cè)量條件的選擇（一）儀器測(cè)量誤差10/5/2023531086420204060800.70.40.20.1AT/%|Er|%(36.8)0.434儀器度數(shù)范圍：儀器最小誤差：10/5/202354（二）測(cè)量條件的選擇

1、測(cè)量波長(zhǎng)的選擇原則：吸收最大、干擾最小

釷-偶氮砷III

絡(luò)合物

試劑

鈷-亞硝基紅鹽

試劑

絡(luò)合物

10/5/202355b、如果溶液已顯色，則可通過改變比色皿的厚度來(lái)調(diào)節(jié)吸光度大?。ü獬涕L(zhǎng)度b）2、吸光度范圍的控制A：0.15～0.80；T：15%～70%a、計(jì)算而且控制試樣的稱出量，含量高時(shí)，少取樣，或稀釋試液；含量低時(shí)，可多取樣，或萃取富集（濃度c）c、選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤海ㄊ静罘止夤舛确ǎ?0/5/2023563、參比溶液的選擇

參比溶液用來(lái)調(diào)節(jié)工作零點(diǎn)，以消除由于吸收池和溶液中某些共存物質(zhì)對(duì)光的吸收、反射或散射所造成的誤差RRMRR

MR

0.220.480.000.22+0.48＝0.70RMR10/5/202357測(cè)定條件下干擾物質(zhì)參比溶液組成1無(wú)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(cè)量條件下對(duì)吸光度有影響的物質(zhì)（除了被測(cè)組分MR外）KIO3氧化法顯色法測(cè)Mn2+(Co2+粉紅)1、做標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)：蒸餾水參比2、測(cè)樣時(shí)：試液參比（不加顯色劑）鉻天氰S測(cè)Al3+(Ni2+,Cr3+)試樣+(AlF63-)+鉻天氰S+其它試劑10/5/2023582、吸光光度法分析條件的選擇a、顯色反應(yīng)條件的選擇：顯色劑的用量、酸度、顯色時(shí)間和溫度、溶劑和表面活性劑b、測(cè)量條件的選擇：測(cè)量波長(zhǎng)、吸光范圍的控制、參比溶液的選擇節(jié)點(diǎn)學(xué)習(xí)本重1、吸光光度法的儀器基本構(gòu)造、各部分的作用

及測(cè)量原理10/5/202359作

業(yè)

與

預(yù)

習(xí)作業(yè)：無(wú)

預(yù)習(xí)內(nèi)容：

第十章：吸光光度法

第5節(jié)

10/5/202360復(fù)

習(xí)

與

回

顧2、吸光光度法分析條件的選擇a、顯色反應(yīng)條件的選擇：顯色劑的用量、酸度、顯色時(shí)間和溫度、溶劑和表面活性劑b、測(cè)量條件的選擇：測(cè)量波長(zhǎng)、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(gòu)造、各部分的作用及測(cè)量原理10/5/202361第五節(jié)

吸光光度法的應(yīng)用一、定量分析（一）單組分的測(cè)定1、一般方法

吸光光度法可應(yīng)用于定性分析、定量分析和物質(zhì)的某些物理化學(xué)常數(shù)的測(cè)量。01.02.03.04.0c(mmol/L)A0.800.600.400.200.00AxcxMc1c2c3c4cx10/5/2023622、示差分光光度法1.001.300.000.3010/5/202363（二）多組分的測(cè)定Y

X

Y

X

10/5/202364二、絡(luò)合物組成和酸堿解離常數(shù)的測(cè)定（一）