【分析化学】吸光光度法

1第11章吸光光度法利用物质对紫外和可见光选择性吸收的性质测量该物质的含量的方法.SpectrophotometryChapter102吸光光度法特点1）灵敏度高，可测量1—10-3%浓度范围的组分，可进行痕量分析2）准确度尚可，RSD5—10%比色2—5%吸光光度法3）应用广泛4）操作简便、快速、仪器较简单Chapter10310.1物质对光的选择性吸收和光吸收的基本定律波长:,nm频率:,s-1赫兹,Hz光速:c,31010cm/s波数:,cm-11.物质对光的选择性吸收光的基本参数cchhEh:普朗克常数,6.62610-34Js或6.62510-27ergs波长与频率光的能量光的波长越短(频率越高),能量越大.Chapter104电磁波谱按照频率大小或波长长短排列，即得电磁波谱。光谱名称波长范围跃迁类型辐射源分析方法X射线10-1~10nmK和L层电子X射线管X射线光谱法远紫外光10~200nm中层电子真空紫外光度法近紫外光200~400nm价电子氢、氘、氙灯紫外光度法可见光400~750nm价电子钨灯可见光度法近红外光0.75~2.5m分子振动碳化硅热棒近红外光度法中红外光2.5~5.0m分子振动碳化硅热棒中红外光度法远红外光5.0~1000m分子转动和振动碳化硅热棒远红外光度法微波0.1~100cm分子转动电磁波发生器微波光度法原子光谱分子光谱Chapter105单色光和互补光单色光：具有一定波长的光，如黄光589nm，只有一种颜色混合光：两种或两种以上波长组成的光。互补光：两种特定的色光按一定比例混合成为白光，称为互补光。白光绿青青蓝蓝紫红橙黄Chapter106可见光波长范围/nm颜色互补光400～450紫绿450～480蓝黄480～490青蓝橙490～500青红500～560绿红紫560～580黄绿紫580～600黄蓝600～650橙青蓝650～750红青不同结构的物质吸收光的波长不同，因而呈现不同的颜色Chapter107物质对光的选择性吸收hv=E电子能级振动能级转动能级E1E0双原子分子中电子能级示意图0123401224光的强度降低Chapter1082.光吸收定律——朗伯-比尔定律I0I0:入射光强度It:透射光强度b：光程长Ir溶液对光的吸收溶液的吸收光强度taIII0taIII0•溶液对光的吸收与入射光的强度成正比，•与单位体积中吸收光的质点（即溶质的浓度）成正比•与光在溶液中通过的距离（光程）成正比Lambert-Beer定律Chapter109Lambert-Beer定律的推导cSdbdN231002.6cdbIKdIbb2I0ItCb光程长db-dIbdNIKdIbb1dbcKIdIbb2KbcIIt0lgIb横截面积bcKIIt20lnChapter1010透过光与入射光强度之比称为透光度，用T表示透光度的负对数为吸光度，用A表示ATlgKbcIIt0lg0IITtKbcALambert-Beer定律的物理意义b溶液的厚度K吸光系数c溶质的浓度当一束平行的单色光通过对光有吸收的均匀非散射溶液时,溶液的吸光度与溶液的浓度和液体的厚度成正比.Chapter1011KbcA当以浓度为横座标，以吸光度为纵坐标时，可以得到一条通过原点的直线，称为线性关系。CAT透光度T与吸光度A和浓度的关系AKbcTlgChapter10123.吸光系数和光度法的灵敏度K为吸光系数，其数值大小与光度分析的灵敏度有关。当浓度c的单位不同时,吸光系数有不同的名称.（1）吸收系数abcA吸收系数在数值上等于溶液浓度为1g/L、b为1cm时的吸光度，单位为L/（gcm）KbcA溶液的浓度单位为g/L时的吸光系数，用a表示Chapter1013（2）摩尔吸收系数若溶液的浓度单位为mol/L时的吸光系数，用表示bcA摩尔吸光系数在数值上等于溶液浓度为mol/L、b为1cm时的吸光度，单位为L/（molcm）KbcA摩尔吸光系数表示物质对光的吸收能力和灵敏度，一定条件下是常数Chapter1014摩尔吸光系数的特点：bcA吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数,不随浓度c和光程b的改变而改变表征物质对光的吸收能力,大,溶液的颜色深,对光的吸收能力强,灵敏度高。1000时才有分析意义不同波长的不同，最大吸收波长下测量的可表示为max摩尔吸光系数从实验测定计算bcAChapter1015（3）桑德尔（Sandell）灵敏度当仪器检测极限为A＝0.001时，单位截面积光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量，单位为g·cm-2)/(2cmgMSM:吸光物质的摩尔质量S越小，表明检测的灵敏度越高。Chapter1016例题有一5.00g/L的Fe2+溶液,用邻菲罗林显色,溶液为橙红色,用厚度为2cm的比色皿,在波长510nm处测得T%=64.7,试计算该反应的摩尔吸光系数.解:根据朗伯比尔定律:bcA)/(1095.8)/(85.55)/(1000.5)(662LmolmolgLgFec190.0647.0lglgTA)(101.11095.82190.01146cmmollbcAChapter1017氯磺酚S测定钢中的铌50ml容量瓶中有Nb30μg，用2cm比色池，在650nm测定光吸收，A＝0.43,求S.(Nb原子量92.91)。＝3.3×104L·mol-1·cm-1Chapter1018吸光度的加和性A1=1bc1A2=2bc2A=1bc1+2bc2根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及某些化学反应平衡常数的测定在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各个吸光物质的吸光度之和Chapter101910.2分光光度计及吸收光谱目视比色法用眼睛观察、比较溶液颜色深浅确定物质含量的方法。吸光光度法借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线，然后根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求出被测物质的浓度或含量。Chapter10201.分光光度计及其基本部件光源单色器吸收池检测器检流计记录器棱镜(石英或玻璃)光栅（石英）钨灯(可见光)氘灯(紫外光)比色皿(石英或玻璃）光电管光电倍增管直接读数A或T可见光区：320～2500nm。紫外区：185～400nmChapter1021常用光源光源波长范围(nm)适用于氢灯185~375紫外氘灯185~400紫外钨灯320~2500可见，近红外卤钨灯250~2000紫外，可见，近红外氙灯180~1000紫外、可见（荧光）能斯特灯1000~3500红外空心阴极灯特有原子光谱激光光源特有各种谱学手段Chapter1022单色器作用:产生单色光常用的单色器：棱镜和光栅样品池（比色皿）厚度(光程):0.5,1,2,3,5…cm材质：玻璃比色皿－－可见光区石英比色皿－－可见、紫外光区Chapter1023检测器作用：接收透射光，并将光信号转化为电信号常用检测器：光电管光电倍增管光二极管阵列光电管分为红敏和紫敏，阴极表面涂银和氧化铯为红敏，适用625－1000nm波长；阴极表面涂锑和铯为紫敏，适用200－625nm波长Chapter1024常见分光光度计光路示意图Chapter102572型分光光度计已淘汰721型分光光度计教学用常用仪器TU1810教学科研用Chapter102675X型分光光度计：可在紫外和可见区波长范围内工作,高型号可进行光谱自动扫描.Chapter1027分光光度计的一般操作过程开机、预热，仪器自检选择方法：扫描光谱定量分析设定参数：波长范围最大吸收波长选择合适的参比(空白)溶液调吸光度零点将空白溶液置于光路中，调A=0（%T=100），消除溶液本底的影响测量溶液的吸光度，读数范围应在0.1—0.8之间,读数误差较小.Chapter10282．吸收光谱300400500600700/nm350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350以波长为横坐标，以溶质对光的吸收程度（吸光度A）为纵坐标，纪录溶液对不同波长光的吸收程度的曲线。吸收峰吸收波长maxmaxChapter1029吸收光谱的特点A:Absorption(吸光度)最大吸光度所对应的波长为最大吸收波长。是与分子性质有关的重要参数,与浓度无关。吸收光谱的形状是物质特有性质，与浓度无关—定性分析基础吸光度的强度与物质的浓度成正比—定量分析基础波长/nmAmaxCChapter10303.仪器和测量背景的扣除——参比(空白)溶液溶剂参比：若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水)作参比溶液；试剂参比：若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，或试剂和溶剂中容易存在被测物质，用“试剂空白”(不加试样溶液)作参比溶液；试液参比：若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用“试样空白”(不加显色剂)作参比溶液；为什么需要使用参比(空白）溶液？测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。参比溶液的类型和选择：Chapter103110.3吸光光度分析及误差控制吸光光度分析包括定性分析和定量分析定性分析：扫描吸收光谱，确定最大吸收波长定量分析：根据朗伯比尔定律进行Chapter10321.测定波长的选择和标准曲线的测定(1)选择适当的入射波长一般应该选择λmax为入射光波长。但如果λmax处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。A/nmabmax’吸光度具有加和性，同一波长下有吸收的化合物互相干扰选择原则：“吸收最大，干扰最小”灵敏度选择性Chapter1034(2).标准曲线法——定量分析方法bcaA配制一系列标准溶液,分别测量溶液的吸光度,以浓度为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制的曲线称为标准曲线,为一通过原点的直线.bcACA0CxAx测量未知液的吸光度,可以从标准曲线上查出未知液的浓度.标准曲线法较为准确,简单,易于计算和掌握,是各种仪器分析常用的定量分析方法.线性方程（一元回归方程，P69）bxay线性相关系数r1.0Chapter10352.对lambert-Beer定律的偏离偏离朗伯－比尔定律现象由于物理和化学等因素使标准曲线偏离了直线。(1)单色光不纯(2)溶液介质不均匀(3)化学因素Chapter1036根据Lambert－Beer定律，入射光应是单色光单色光不纯121211200()1201020102010201020102()0102101021211212A=-lglg,101010101010-lglg成线性关系与不成线性关系，偏离Beer定律（-）A与c偏离bcbcbcbcbcbcITbcIIIIIIIIITIIIIIIIIATbcIIAbcAc线性关系越严重Chapter1037溶液介质不均匀，有胶体粒子或悬浮物存在，将发生光的散射，使测定的A增大，产生正偏离。I0I溶液介质不均匀Chapter10380ar0ar0ar实00ra0a理0a实理实理假设入射光强I,吸收光强为I,透射光强为I，损失的散射光强为I,则I=I+I+I实际测得的透光率II-I-IT==II如果没有发生散射，I=0，I不变，则理想的透光率II-IT==II可见TT，或AA故在光度法中应避免溶液产生胶体或混浊Chapter1039溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光溶质的浓度甚至结构发生变化，影响吸光度，有时使最大吸收波长发生改变。例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：CrＯ42-＋2H＋=Cr2Ｏ72-＋H2Ｏ溶液中CrＯ42-、Cr2