第9章 分光光度法(新)

第九章吸光光度法学时数：6学时2020/1/312第九章吸光光度法(Spectrometer)9.1吸光光度法的基本原理1物质对光的选择性吸收2光的吸收基本—朗伯比尔定律定义3偏离比尔定律的原因9.2目视比色法及光度计的基本部件1目视比色法2光度计的基本部件9.3显色反应及显色条件的选择1显色反应的选择2显色条件的选择3显色剂4三元络合物在光度分析中的应用特性简介9.4吸光度测量条件的选择1入射光波长的选择2参比溶液的选择3吸光度读数范围的9.5吸光光度法的应用1高含量组分的测定—示差法2多组分分析3光度滴定4酸碱离解常数的测定5双波长分光光2020/1/313作业:P271:1、2、4、5、9、10、132020/1/314前言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。包括比色法、可见分光光度法及紫外分光光度法等。比色法(Colorimetey)：比较颜色深浅来测定物质浓度的方法。分光光度法(Spectrophtometer)：应用分光光度计来进行比色分析的方法。（又称吸光光度法）分光光度法特点：1灵敏度高：达10-5～10-6mol/L。适用于微量组分的测定。2准确度高：相对误差为2～5%，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。4应用广泛:①分析对象有无机物质和许多有机物质的微量成分。②用于化学平衡等理论的研究。2020/1/3159.1吸收光度法基本原理(BasicPrincipleofSpectrophotometer)10.1.1光的基本性质光的电磁波性质射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光2020/1/316光的波粒二象性波动性粒子性E光的折射光的衍射光的偏振光的干涉光电效应hchEE：光子的能量（J,焦耳）：光子的频率（Hz,赫兹）：光子的波长（cm）c：光速（2.99791010cm.s-1）h：Plank常数（6.625610-34J.s焦耳.秒）2020/1/317单色光、复合光、光的互补单色光复合光光的互补单一波长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到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。蓝黄紫红绿紫黄绿绿蓝橙红蓝绿2020/1/318表1物质颜色与互补光颜色的互补关系物质颜色（透射光）吸收光颜色波长/nm黄绿黄橙红紫红紫蓝绿蓝蓝绿紫蓝绿蓝蓝绿绿黄绿黄橙红400～450450～480480～490490～500500～460560～580580～600600～650650～7802020/1/3199.1.2物质对光的选择性吸收(SelectivityAbsorption)物质的颜色与光的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光2020/1/3110当光束照射到物质上时，光与物质发生相互作用，于是产生反射、散射、吸收或透射。如下图，如被照射的是均匀溶液，则光的散射可以忽略。——————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————界面反射损失入射光束透射光束界面反射损失溶液散射损失2020/1/3111物质对光吸收的本质一束光能量分子+hν(原子)M+hν=M*(基态)(激发态)分子(原子)(离子)基态能级1能级2能级3hν2(ΔE)hν3λ3λ2hν1λ1仅当照射光光子提供的能量(hν)与被照物质的基态与激发态能量之差ΔE相等时才能发生吸收。不同的物质微粒由于结构不同而具有不同的量子化能级，其能量差也不相同。所以物质对光的吸收具有选择性。ΔE=hν物质或溶液2020/1/3112吸收光谱或吸收曲线(absorption,spectrum)固定被测物质的浓度和吸光厚度，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。定性分析与定量分析的基础定性分析基础定量分析基础物质对光的选择吸收不同物质吸收光谱不同相同物质吸收光谱相同ABA)(maxA)(maxB在一定条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。一定的物质，浓度增加，λmax不变，吸收程度成比例增加AC增大2020/1/3113吸收光谱AbsorptionSpectrum纯电子能态间跃迁S2S1S0S3hE2E0E1E3S2S1S0hAhhh分子内电子跃迁带状光谱锐线光谱A2020/1/3114(a)(b)(c)(d)220240260280nmA0000(a)联苯(己烷溶剂)；一些典型的紫外光谱(b)苯(己烷溶剂)；(c)苯蒸汽；(d)Na蒸汽。2020/1/31159.1.3光的吸收基本定律—朗伯-比尔定律bkIIA10/lgA：吸光度；I0：入射光强度；I：透射光强度；k1：比例常数；b：液层厚度（光程长度）1729年，Bouguer首先发现物质对光的吸收与吸光物质的厚度有关。1760年他的学生Lambert更明确地指出：如果溶液的浓度一定，则光的吸收程度与液层的厚度成正比，这个关系称为朗伯定律。表示为：一、吸光度(absorbance)入射光I0透射光Ib2020/1/31161852年，Beer指出：光的吸收与吸光物质的数量有关；如吸光物质溶于不吸光的溶剂中，则吸光度与吸光物质的浓度成正比。即当单色光通过液层厚度一定的有色溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比。这个关系称为比尔定律。ckIIA20/lg式中c：有色溶液浓度k2：比例常数2020/1/3117bcA)(a-为吸光系数，单位为L/gcm,b单位cm,c单位g/L。κ-为摩尔吸光系数，单位为L/mol.cm,c单位为mol/L两项合并得：朗伯-比尔定律κ与a的关系Ma式中M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。abcIIA/lg0κ是吸光物质在特定波长和溶剂的情况下的一个特征常数，数值上等于1mol/L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。它可作为定性鉴定参数，也可反映方法灵敏度。测定波长不同时，κ不同。2020/1/3118二、透光度T(transmittance)0/IITbcTTIIAlg/1lg/lg0吸光度与透光率的关系T：透光率A：吸光度1.00.50ACA100500T%TT=0.0%A=∞T=100.0%A=0.0A=0.434T=36.8%2020/1/3119四、工作曲线工作曲线又称标准曲线或较正曲线。绘制时先配制一系列具有不同浓度吸光物质的标准溶液，然后在确定的波长和吸光厚度(光程)等条件下，分别测量其吸光度。以吸光度A为纵坐标，标准物质的浓度c为横坐标作图，即为工作曲线。AccxAx在多组分体系中，如果各种吸收物质之间没有相互作用，体系的总吸光度等于各组分吸光度之和。三、吸光度的加和性：nnnbcbcbcAAAA........221121总2020/1/3120例：Fe(II)的质量浓度为5.0×10-4g/L的溶液，与1，10-邻二氮杂菲反应，生成橙红色配合物。该配合物在波长508nm，比色皿厚度为2cm时，测得A=0.19。计算1，2-邻二氮杂菲亚铁的a和κ解：已知c=5.0×10-4g/L,A=0.19,MFe=55.85cmmolLMa/101.119085.554由)/(109.1/100.5219.024cmgLLgcmbcAa:得abcA或：)/(85.55100.54'LmolMccFe摩尔浓度)/(101.185.55/100.5219.044'cmmolLbcA2020/1/31219.1.4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4，发生正偏移或负偏移，这种现象称为对朗伯-比尔定律的偏移。一、物理因素L—B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。设由λ1和λ2两束光组成，其吸光度分别为A’和A”对λ1bcII110'01bcIIA11'0lg'对λ2bcIIA220lgbcII210''02偏离的原因有：1非单色光引起的偏离2020/1/3122测定时入射光的总强度为(I’0+I”0）,透射光的总强度为(I1+I2)，因此所得吸光度值为：)()(lg210'0IIIIA将I1和I2代入得：)1010()(lg210'00'0bcbcIIIIA可见，κ1=κ2时，A=κbc，A与c成直线关系。如果κ1≠κ2，A与c则不成直线关系。κ1，κ2差别愈大，A与c之间的线性关系偏离也愈大。bcII110'01bcII210''022020/1/3123尽量选取吸光度随波长变化不大的谱带A的复合光进行测量，则A随波长变化小，κ的变化小，引起的偏离小，A与c基本为直线。若选用谱带B的复合光进行测量，κ的变化大，A与c的线性关系也差。选取谱带A处作入射波长，还可保证吸光度最大，灵敏度最好。故在选用入射光波长时，我们应考虑：2020/1/31242、非平行入射光引起的偏离朗伯-比尔定律要求入射光平行垂直入射。若入射光束为非平行光，可能导致工作曲线产生正偏离。bb’3、介质不均引起的偏离朗伯-比尔定律要求吸光物质溶液：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，除了一部分光被吸收外，还有一部分因散射而损失，使实测的吸光度偏高，从而使工作曲线产生正偏离。bcAcbA''AAbb''2020/1/3125L-B定律的基本假设要求溶液中吸光质点是独立的，彼此间无相互作用，因此稀溶液能很好地服从该定律。高浓度时(0.01mol/L)，由于吸收组分粒子之间的平均距离减小，相互影响邻近粒子的电荷分布，使吸光能力发生变化。即改变物质的摩尔吸光系数(κ)。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越大。所以一般认为比尔定律仅适用于稀溶液。二、化学因素引起的偏离1、高浓度引起的偏离2020/1/3126Cr2O72-+H2O=2H++2CrO42-（橙色）（黄色）L-B中浓度(c)应指吸光物质的平衡浓度，即吸光型体的平衡浓度。实际常用吸光物质的分析浓度。只有当平衡浓度等于或正比于分析浓度时，其吸光度符合比尔定律。但溶液中吸光物质常因缔合、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2、化学反应引起的偏离nm350maxnm375max2020/1/31279.2目视比色法及光度计的基本部件c1c2c3c4以眼睛比较溶液颜色的深浅以测定物质含量的方法，称为目视比色法。常用的目视比色法是标准系列法比色管优点：设备简单，操作简便，不要求有色溶液服从比尔定律，广泛用于准确度要求不高的常规分析中。缺点：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。cx一、目视比色法2020/1/3128二、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，前者用滤光片，后者用棱镜或光栅等单色器。由于两者均基于吸光光度测定，统称为光度分析法。国产分光光度计类型主要有：72、721和725型。其主要部件和光路示意图如下。光源单色器吸收池检测系统参比池光电比色法：使用光电比色计测定溶液A进行定量分析的方法分光光度法：使用分光光度计测定溶液A进行定量分析的方法2020/1/31292020/1/3130比色池盒2020/1/3131紫外可见分光光度计2020/1/3132光度计的基本