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分光光度法新.pptx
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1、第九章第九章 吸光光度法吸光光度法学时数:学时数:6学时学时2024/4/9 周二2第九章第九章 吸光光度法吸光光度法(Spectrometer)9.1 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理 1 物质对光的选择性物质对光的选择性吸收吸收 2 光的吸收基本光的吸收基本朗伯比尔朗伯比尔定律定律定义定义 3 偏离比尔定律的偏离比尔定律的原因原因9.2 目视比色法及光度计的基本部目视比色法及光度计的基本部件件 1 目视比色法目视比色法 2 光度计的基本部件光度计的基本部件9.3 显色反应及显色条件的显色反应及显色条件的选择选择 1 显色反应的选择显色反应的选择 2 显色条件的选择显色条件的选择 3
2、 显色剂显色剂4 三元络合物在光度分析中三元络合物在光度分析中的应用特性简介的应用特性简介9.4 吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择 1 入射光波长的选择入射光波长的选择 2 参比溶液的选择参比溶液的选择 3 吸光度读数范围的吸光度读数范围的9.5 吸光光度法的吸光光度法的应用应用 1 高含量组分的测定高含量组分的测定示差法示差法 2 多组分分析多组分分析 3 光度滴定光度滴定 4 酸碱离解常数的测定酸碱离解常数的测定 5 双波长分光光双波长分光光 2024/4/9 周二3作业作业:P271:1、2、4、5、9、10、132024/4/9 周二4前前 言言n基于物质对光的选择性吸收而建立
3、的分析方法称为基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法称为吸光光度法吸光光度法。n包括包括比色法比色法、可见分光光度法可见分光光度法及及紫外分光光度法紫外分光光度法等。等。比色法比色法(Colorimetey):比较颜色深浅来测定物质浓度的方法比较颜色深浅来测定物质浓度的方法。分光光度法分光光度法(Spectrophtometer):应用分光光度计来进行比色分析的方应用分光光度计来进行比色分析的方法。(又称吸光光度法)法。(又称吸光光度法)n分光光度法特点:分光光度法特点:1 灵敏度高:灵敏度高:达达10-510-6 mol/L。适用于微量组分的测定。适用于微量组分的测定。2 准确度高:准确度
4、高:相对误差为相对误差为2 5%,满足微量组分测定的要求,满足微量组分测定的要求 。3 速度快、仪器操作简单、价格便宜。速度快、仪器操作简单、价格便宜。4 应用广泛应用广泛:分析对象有无机物质和许多有机物质的微量成分。分析对象有无机物质和许多有机物质的微量成分。用于化学平衡等理论的研究。用于化学平衡等理论的研究。2024/4/9 周二59.1 9.1 吸收光度法基本原理吸收光度法基本原理(Basic Principle of Spectrophotometer)Basic Principle of Spectrophotometer)10.1.1 光的基本性质光的基本性质光的电磁波性质光的电磁
5、波性质 射射线线x射射线线紫紫外外光光红红外外光光微微波波无无线线电电波波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 见见 光光2024/4/9 周二6光的波粒二象性光的波粒二象性波动性波动性粒子性粒子性 E光的折射光的折射光的衍射光的衍射光的偏振光的偏振光的干涉光的干涉光电效应光电效应E:光子的能量(光子的能量(J,焦耳)焦耳):光子的频率(:光子的频率(Hz,赫兹)赫兹):光子的波长(:光子的波长(cm)c:光速(光速(2.9979 1010 cm.s-1)h:Plank常数(常数(6.6256 10-34 J.s 焦耳焦
6、耳.秒秒)2024/4/9 周二7单色光、复合光、光的互补单色光、复合光、光的互补 单色光单色光复合光复合光光的互补光的互补单一波长的光单一波长的光由不同波长的光组合而成的光由不同波长的光组合而成的光若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到到白光白光,那么就称这两种单色光为,那么就称这两种单色光为互补色光互补色光,这种,这种现象称为现象称为光的互补光的互补。蓝蓝黄黄紫红紫红绿绿紫紫黄绿黄绿绿蓝绿蓝橙橙红红蓝绿蓝绿2024/4/9 周二8表表1 物质颜色与互补光颜色的互补关系物质颜色与互补光颜色的互补关系物质颜色物质颜色(透射光)(透射光)吸收光
7、吸收光颜色颜色波长波长/nm黄绿黄绿黄黄橙橙红红紫红紫红紫紫蓝蓝绿蓝绿蓝蓝绿蓝绿紫紫蓝蓝绿蓝绿蓝蓝绿蓝绿绿绿黄绿黄绿黄黄橙橙红红4004504504804804904905005004605605805806006006506507802024/4/9 周二99.1.2 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收(Selectivity Absorption)物质的颜色与光的关系物质的颜色与光的关系完全吸收完全吸收完全透过完全透过吸收黄色光吸收黄色光光谱示意光谱示意表观现象示意表观现象示意复合光复合光2024/4/9 周二10 当光束照射到物质上时,光与物质发生相互作用,于是当光束照射到物质上时
8、,光与物质发生相互作用,于是产生反射、散射、吸收或透射。产生反射、散射、吸收或透射。如下图如下图,如被照射的是均匀如被照射的是均匀溶液,则光的散射可以忽略。溶液,则光的散射可以忽略。界面界面反射反射损失损失入射光束入射光束透射光束透射光束界面界面反射反射损失损失溶液散溶液散射损失射损失2024/4/9 周二11物质对光吸收的本质物质对光吸收的本质一束光一束光能量能量分子分子+h(原子原子)M +h=M*(基态基态)(激发态激发态)分子分子(原子原子)(离子离子)基态基态能级能级1能级能级2能级能级3h2(E)h332h11 仅当照射光光子提供的能量仅当照射光光子提供的能量(h)与被照物质的基态
9、与被照物质的基态与与激发态能量之激发态能量之差差EE相等相等时才能发生吸收。不同的物质微粒由于时才能发生吸收。不同的物质微粒由于结构不同结构不同而具有不同的而具有不同的量子化能级,其量子化能级,其能量差能量差也不相同。所以物质也不相同。所以物质对光的吸收具有选择性对光的吸收具有选择性。E=h物质或物质或溶液溶液2024/4/9 周二12吸收光谱或吸收曲线吸收光谱或吸收曲线(absorption,spectrum)固定被测物质的固定被测物质的浓度浓度和吸光和吸光厚度厚度,在不同的波长处测定其吸光度。,在不同的波长处测定其吸光度。以吸度为纵坐标,以测定波长为横坐标作图,即为吸收曲线。以吸度为纵坐标
10、,以测定波长为横坐标作图,即为吸收曲线。定性分析与定量分析的基础定性分析与定量分析的基础定性分析基础定性分析基础定量分析基础定量分析基础物质对光的选择吸收物质对光的选择吸收 不同物质吸收光谱不同不同物质吸收光谱不同 相同物质吸收光谱相同相同物质吸收光谱相同ABA 在一定条件下,物质对光的吸收在一定条件下,物质对光的吸收与物质的浓度成正比。与物质的浓度成正比。一定的物质,浓度增加,一定的物质,浓度增加,max不变,不变,吸收程度成比例增加吸收程度成比例增加A C增增大大2024/4/9 周二13吸收光谱吸收光谱 Absorption Spectrum纯纯 电子能态电子能态 间跃迁间跃迁S2S1S
11、0S3h E2E0E1E3S2S1S0h A h h h 分子内电子跃迁分子内电子跃迁带状光谱带状光谱锐线光谱锐线光谱 A2024/4/9 周二14(a)(b)(c)(d)220 240 260 280 nm A0000(a)联苯联苯(己烷溶剂己烷溶剂);一些典型的紫外光谱一些典型的紫外光谱(b)苯苯(己烷溶剂己烷溶剂);(c)苯蒸汽;苯蒸汽;(d)Na蒸汽。蒸汽。2024/4/9 周二159.1.3 9.1.3 光的吸收基本定律光的吸收基本定律朗伯朗伯-比尔定律比尔定律A A:吸光度;吸光度;I I0 0:入射光强度;入射光强度;I I:透射光强度;透射光强度;k k1 1 :比例常数;比例
12、常数;b b:液层厚度液层厚度(光程长度(光程长度)17291729年,年,BouguerBouguer首先发现物质对光的首先发现物质对光的吸收吸收与吸光物质的与吸光物质的厚度厚度有关。有关。1760 1760年他的学生年他的学生LambertLambert更明确地指出:如果溶液的更明确地指出:如果溶液的浓度一定浓度一定,则光的,则光的吸吸收程度收程度与液层的与液层的厚度厚度成正比,这个关系称为成正比,这个关系称为朗伯定律朗伯定律。表示。表示 为为:一、吸光度一、吸光度(absorbance)入射光入射光 I0透射光透射光 Ib2024/4/9 周二16 18521852年,年,BeerBee
13、r指出:光的吸收与吸光物质的指出:光的吸收与吸光物质的数量数量有关;如吸光物质溶有关;如吸光物质溶于不吸光的溶剂中,则吸光度与吸光物质的于不吸光的溶剂中,则吸光度与吸光物质的浓度浓度成正比。即成正比。即当单色光当单色光通通过液层厚度一定的过液层厚度一定的有色溶液有色溶液时,溶液的时,溶液的吸光度吸光度与溶液的与溶液的浓度浓度成正比。这成正比。这个关系称为个关系称为比尔定律比尔定律。式中式中c c:有色溶液浓度有色溶液浓度 k k2 2:比例常数比例常数2024/4/9 周二17 a-为为吸光系数吸光系数,单位为,单位为 L/g cm,b单位单位cm,c单位单位g/L。-为为摩尔吸光系数摩尔吸光
14、系数,单位为,单位为 L/mol.cm,c单位为单位为mol/L两项合并得:朗伯两项合并得:朗伯-比尔定律比尔定律与与a 的关系的关系式中式中M为物质的摩尔质量。为物质的摩尔质量。经研究:当一束单色光,通过任何均匀、非散射的经研究:当一束单色光,通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体介质固体、液体或气体介质时,其吸光度与吸光厚度和物质浓度成正比。时,其吸光度与吸光厚度和物质浓度成正比。是吸光物质在特定波长和溶剂的情况下的一个是吸光物质在特定波长和溶剂的情况下的一个特征常数特征常数,数值上等,数值上等于于1mol/L吸光物质在吸光物质在1cm光程中的吸光度,是吸光物质吸光能力的量度。光程中的吸光
15、度,是吸光物质吸光能力的量度。它可作为定性鉴定参数,也可反映方法它可作为定性鉴定参数,也可反映方法灵敏度灵敏度。测定。测定波长不同时,波长不同时,不同不同。2024/4/9 周二18二、透光度二、透光度二、透光度二、透光度T(transmittance)T(transmittance)吸光度与透光率的关系吸光度与透光率的关系T:透光率透光率A:吸光度吸光度1.00.50ACA100500T%TT=0.0%A=T=100.0%A=0.0A=0.434T=36.8%2024/4/9 周二19四、四、工作曲线工作曲线工作曲线工作曲线 工作曲线又称工作曲线又称标准曲线标准曲线或或较正曲线较正曲线。绘制
16、时先配制一系列具有不同。绘制时先配制一系列具有不同浓度吸光物质的浓度吸光物质的标准溶液标准溶液,然后在确定的波长和吸光厚度,然后在确定的波长和吸光厚度(光程光程)等条件等条件下,分别测量其下,分别测量其吸光度吸光度。以吸光度。以吸光度A为纵坐标为纵坐标,标准物质的浓度,标准物质的浓度c为横坐为横坐标标作图,即为工作曲线。作图,即为工作曲线。AccxAx 在多组分体系中,如果各种吸收物质之间在多组分体系中,如果各种吸收物质之间没有相互作用没有相互作用,体系的总吸,体系的总吸光度等于各组分吸光度之和。光度等于各组分吸光度之和。三、吸光度的加和性:三、吸光度的加和性:三、吸光度的加和性:三、吸光度的
17、加和性:2024/4/9 周二20例:例:Fe(II)的质量浓度为的质量浓度为5.010-4 g/L的溶液,与的溶液,与1,10-邻二氮杂菲反应,生成橙红邻二氮杂菲反应,生成橙红色配合物。该配合物在波长色配合物。该配合物在波长508nm,比色皿厚度为比色皿厚度为2cm时,测得时,测得A=0.19。计算计算1,2-邻二氮杂菲亚铁的邻二氮杂菲亚铁的 a 和和 解:解:已知已知 c=5.0 10-4 g/L,A=0.19,MFe=55.85或:或:2024/4/9 周二219.1.4 偏离朗伯比尔定律的原因偏离朗伯比尔定律的原因 实际测定时,标准曲线往往不成直线,如图实际测定时,标准曲线往往不成直线
18、,如图4,发生正偏,发生正偏移或负偏移,这种现象称为对朗伯移或负偏移,这种现象称为对朗伯-比尔定律的偏移。比尔定律的偏移。一、物理因素一、物理因素LB定律基本假设:入射光为单色。定律基本假设:入射光为单色。实际上仪器发出的入射光是波长范围较窄的光带组成的复合光。实际上仪器发出的入射光是波长范围较窄的光带组成的复合光。设由设由1和和2两束光组成,其吸光度分别为两束光组成,其吸光度分别为A和和A”对对1对对2偏离的原因有:偏离的原因有:1 1 非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离2024/4/9 周二22 测定时入射光的总强度为测定时入射光的总强度为(I0+I”0),透射光的总强度透射光的总强度
19、为为(I1+I2),因此所得吸光度值为:因此所得吸光度值为:将将I1和和I2代入得:代入得:可见,可见,1=2 时,时,A=bc,A与与c成直线关系。成直线关系。如果如果12 ,A与与c则不成直线关系则不成直线关系。1,2 差别愈大,差别愈大,A与与c之间的线性关系偏离也愈大。之间的线性关系偏离也愈大。2024/4/9 周二23 尽量选取吸光度随波长变化不大的谱带尽量选取吸光度随波长变化不大的谱带A的复合光进行测的复合光进行测量,则量,则A随波长变化小,随波长变化小,的变化小,引起的偏离小的变化小,引起的偏离小,A与与c基基本为直线本为直线。若选用谱带。若选用谱带B的复合光进行测量,的复合光进
20、行测量,的变化大,的变化大,A与与c的线性关系也差。的线性关系也差。选取谱带选取谱带A处作入射波长,还可保证吸光度最大,处作入射波长,还可保证吸光度最大,灵敏度灵敏度最好最好。故在选用入射光波长时,我们应考虑:故在选用入射光波长时,我们应考虑:2024/4/9 周二242 2、非平行入射光引起的偏离、非平行入射光引起的偏离 朗伯朗伯-比尔定律要求入射光比尔定律要求入射光平行垂直入射平行垂直入射。若入射光束。若入射光束为非平行光,可能导致工作曲线产生为非平行光,可能导致工作曲线产生正偏离正偏离。bb3 3、介质不均引起的偏离、介质不均引起的偏离 朗伯朗伯-比尔定律要求吸光物质溶液:比尔定律要求吸
21、光物质溶液:均匀的、非散射的均匀的、非散射的。若溶液不均,如产生胶体或浑浊,当入射光通过该溶液时,若溶液不均,如产生胶体或浑浊,当入射光通过该溶液时,除了一部分光被吸收外,还有一部分因散射而损失,使实测的除了一部分光被吸收外,还有一部分因散射而损失,使实测的吸光度吸光度偏高偏高,从而使工作曲线产生,从而使工作曲线产生正偏离正偏离。2024/4/9 周二25 L-B定律的基本假设要求溶液中吸光质点是独立的,彼定律的基本假设要求溶液中吸光质点是独立的,彼此间此间无相互作用无相互作用,因此稀溶液能很好地服从该定律。,因此稀溶液能很好地服从该定律。高浓度时高浓度时(0.01 mol/L),由于吸收组分
22、粒子之间的由于吸收组分粒子之间的平均平均距离减小距离减小,相互相互影响邻近粒子的影响邻近粒子的电荷分布电荷分布,使吸光能力发,使吸光能力发生变化。生变化。即改变物质的即改变物质的摩尔吸光系数摩尔吸光系数()。其相互作用的程度与浓度有关,浓度增大,吸光度与浓其相互作用的程度与浓度有关,浓度增大,吸光度与浓度之间的关系偏离线性关系度之间的关系偏离线性关系越大越大。所以。所以一般认为比尔定律一般认为比尔定律仅适用于稀溶液。仅适用于稀溶液。二、化学因素引起的偏离二、化学因素引起的偏离1 1、高浓度引起的偏离、高浓度引起的偏离2024/4/9 周二26Cr2O72-+H2O=2H+2CrO42-(橙色橙
23、色)(黄色黄色)L-B中浓度中浓度(c)应指吸光物质的应指吸光物质的平衡浓度平衡浓度,即吸光型体的平,即吸光型体的平衡浓度。衡浓度。实际常用吸光物质的实际常用吸光物质的分析浓度分析浓度。只有当平衡浓度。只有当平衡浓度等于或正比等于或正比于分析浓度于分析浓度时,其吸光度符合比尔定律。但溶液中吸光物质常时,其吸光度符合比尔定律。但溶液中吸光物质常因因缔合、离解、互变异构,络合物的逐级形成,以及与溶剂的缔合、离解、互变异构,络合物的逐级形成,以及与溶剂的相互作用相互作用等而形成新的化合物或改变吸光物质浓度,这些都将等而形成新的化合物或改变吸光物质浓度,这些都将导致偏离比尔定律。如导致偏离比尔定律。如
24、2 2、化学反应引起的偏离、化学反应引起的偏离2024/4/9 周二279.2 9.2 目视比色法及光度计的基本部件目视比色法及光度计的基本部件c c1 1c c2 2c c3 3c c4 4以以眼眼睛睛比比较较溶溶液液颜颜色色的的深深浅浅以以测测定定物物质质含含量量的的方方法法,称称为为目目视视比比色色法法。常常用用的的目目视视比比色色法法是是标标准准系系列列法法比色管比色管优点优点:设备简单,操作简便,不要求有色溶液服从比尔定律,广泛设备简单,操作简便,不要求有色溶液服从比尔定律,广泛用于准确度要求不高的常规分析中。用于准确度要求不高的常规分析中。缺点缺点:准确度不高,如溶液中存在第二种有
25、色物质,无法测定。许准确度不高,如溶液中存在第二种有色物质,无法测定。许多有色溶液不稳定,标准系列不能久存,经常用时配制,麻烦。多有色溶液不稳定,标准系列不能久存,经常用时配制,麻烦。c cx x一、一、目视比色法目视比色法2024/4/9 周二28二、光度计及基本部件二、光度计及基本部件 两种方法的测定原理相同,只是获得单色光的方法不同,前者用两种方法的测定原理相同,只是获得单色光的方法不同,前者用滤光滤光片片,后者用,后者用棱镜或光栅棱镜或光栅等单色器。等单色器。由于两者均基于吸光光度测定,统称为由于两者均基于吸光光度测定,统称为光度分析法光度分析法。国产分光光度计类型主要有:国产分光光度
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