第10章吸光光度法分析解析

化学分析电分析分析化学原子吸收光谱仪器分析光分析原子发射光谱吸光光度法……色谱分析10.1物质对光的选择吸收和光吸收的基本定律10.2分光光度计及吸收光谱10.3显色剂及其影响因素10.4吸光光度分析及误差控制10.5其他吸光光度法10.6吸光光度分析法的应用10.1.1物质对光的选择性吸收吸光光度法:是基于被测物质的分子对光具有选择吸收的特性而建立的分析方法。1、光的电磁波性质10.1物质对光的选择吸收和光吸收的基本定律光是一种电磁波，亦称电磁辐射，=c/2、电磁波谱电磁波按波长或频率有序排列的图谱，称之电磁波谱。亦称光谱。AnalyticalChemistry分析化学化学化工学院2005-12GXQ分析化学2005-2006学年4射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光AnalyticalChemistry分析化学化学化工学院2005-12GXQ分析化学2005-2006学年5高能辐射区γ射线能量最高，来源于核能级跃迁χ射线来自内层电子能级的跃迁光学光谱区紫外光来自原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光来自分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波来自原子核自旋能级的跃迁2．电磁波谱(Electromagneticwaves)AnalyticalChemistry分析化学化学化工学院2005-12GXQ分析化学2005-2006学年63.光学光谱区(Spectralregion)(真空紫外)远红外中红外近红外可见近紫外远紫外10nm~200nm中层电子200nm~400nm价电子400nm~750nm价电子750nm~2.5m分子振动2.5m~50m分子振动50m~300m分子转动4、光的波粒二象性波动性粒子性EhchE5、单色光、复合光、互补色光单色光复合光光的互补???蓝黄紫红绿紫黄绿绿蓝橙红蓝绿问题:光与物质如何发生作用?6、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AnalyticalChemistry分析化学化学化工学院2005-12GXQ分析化学2005-2006学年107、分子吸收光谱图：宏观上表现为光吸收•吸收光谱曲线或光吸收曲线以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。•最大吸收波长：光吸收程度最大处的波长λmax定性、定量依据525nmAnalyticalChemistry分析化学化学化工学院2005-12GXQ分析化学2005-2006学年118、吸收光谱产生的原理物质分子内部六种运动形式：（1）价电子能级跃迁Ee；（2）分子的振动Ev；（3）分子的转动Er；（4）原子的核能En；（5）分子的平动能Et；（6）基团间的内旋转能Ei。在紫外光的照射下，En不变，Et和Ei较小。所以，体系吸收能量而发生跃迁时：△E=△Ee+△Ev+△Er1~20ev0.05~1ev0.05ev可见、紫外红外红外分子能级图：微观上表现为能级跃迁E电子+E振动+E转动1～20ev0.05～1ev0.05ev可见、紫外红外红外M+hM*基态激发态E1△EE2E=E2-E1=h量子化；选择性吸收;分子结构的不同使其对不同波长光的具有选择性吸收。分子的能级10.1.2光吸收的基本定律透光率定义：0IITt全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光I0透射光It入射光I0透射光ItT~？~C朗伯-比耳吸收定律的推导I0dbbItII-dIdI∝NIN=N0cdSdbN=k’cdbdI∝NI=Ik’cdbdI=-Ikcdb,bIIcdbkIdIt00dI/I=-kcdbkcbIIt0ln积分得KcbkcbIIt303.2lg0或KcbTlg得吸光度与透光率kcbTAlg令：A：吸光度1.00.50ACA100500T%TKbcAT1010T=0.0%A=∞T=100.0%A=0.0吸光系数kcbAb～cmc～g·L–1或mol·L–1K比例常数入射光波长物质的性质温度c：mol·L–1K摩尔吸光系数L·mol–1·cm-1c：g·L–1Ka吸光系数aL·g–1·cm-1cbAacbA33Fe2+3NN+NNFe2+桔红色508邻二氮菲=1.11041.摩尔吸收系数～反映吸光物质对光的吸收能力,取决于分子结构,是物质定性依据。2.摩尔吸收系数～反映光度分析方法的灵敏度．摩尔吸光系数的意义bCAAC0104=104~105105低灵敏度中等灵敏度高灵敏度10.2.1分光分度计分光光度计基本部件光源单色器样品池检测器信号输出氢灯，氘灯，185～350nm；卤钨灯，250～2000nm.玻璃棱镜，350～2500nm石英棱镜，185～4500nm光栅玻璃比色皿，石英比色皿光电管，光电倍增管表头显示、数字显示、屏幕显示、记录10.2分光光度计及吸收光谱单波长单光束分光光度计0.575光源单色器吸收池检测器显示（计算机）比值光源单色器吸收池检测器显示光束分裂器单波长双光束分光光度计KMnO4溶液的吸收光谱10.2.2吸收光谱AnalyticalChemistry分析化学化学化工学院2005-12GXQ分析化学2005-2006学年24吸收曲线的讨论：1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长(max)2）同一物质不同浓度的溶液，光吸收曲线形状相似，其最大吸收波长不变；但在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增大。这个特性可作为物质定量分析的依据。在实际测定时，只有在λmax处测定吸光度，其灵敏度最高，因此，吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长的依据。3）不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相同。光吸收曲线与物质特性有关，故据此可作为物质定性分析的依据。吸收光谱与吸收定律的关系AC吸收定律A吸收光谱ACmax三维谱图有机化合物官能团强吸收直接测定UV-VIS官能团弱吸收衍生化反应UV-VIS显色反应无机化合物显色反应33Fe2+3NN+NNFe2+桔红色max邻二氮菲10.3显色剂及其影响因素10.3.1显色反应与显色剂1.显色反应的选择显色反应：M+RMRa.灵敏度高、选择性好；b.有色化合物的组成恒定；c.显色对比度大：MRmaxRmaxnm2.显色剂无机显色剂：利用络合反应和氧化还原反应有机显色剂：利用配位、螯合、缔合反应结构特点：生色团有、等共轭双键助色团有、-OH等含孤对电子的基团形成有色有机化合物的类型：配合物螯合物离子缔合物==-N=N--NH..二元：M—R三元：M—R—表面活性剂多元：（增敏、增溶、增稳）NNH3CCNCNH3COHOH丁二酮肟OHCOOHSO3HFe2+=1.1×104Ni2+=1.3×104max=470nm邻二氮菲max=508nm磺基水杨酸Fe3+=1.6×103max=520nmCH3CNOHCNOHCH3+Ni2+CH3CNOCCH3NOHCH3CNOCCH3NOHNi+2H+2二苯硫腙C6H5NNHCSHNNC6H5C6H5NNHCSNNC6H5C6H5NNHCSNNC6H5Pb+Pb2+2+2H+Pb2+=1.3×104max=520nm吸收曲线显色剂用量曲线酸度曲线温度曲线时间曲线工作曲线RVTtCAAAAAA10.3.2影响显色反应的因素pH1.测量波长的选择无干扰，选择max有干扰，吸收最大干扰最小AA10.4吸光光度分析及误差控制10.4.1测量波长的选择和标准曲线的制作A＝bc01.02.03.04.0c(mg/mL)A*0.800.600.400.200.00Axcx2.标准曲线的制作工作曲线法c1c2c3c4c5cxA1A2A3A4A5Ax标准系列未知试液3.参比溶液的选择显色剂共存离子参比溶液1）无色无色蒸馏水或试剂空白2）有色无色显色剂溶液(试剂空白)3）无色有色不加显色剂试液(试样空白)4）有色有色掩蔽被测组分后试液(褪色空白）*选择无色L试剂，形成ML且较ML更稳定，又保持M原色。参比溶液：是用来调节仪器的工作零点，从而抵消非被测组分的吸光度（如：溶剂、比色皿、共存组分、所加试剂等），使测得的吸光度仅为被测组分的有色质点所吸收的部分。例:铬天青S（CAS）测Al3+,Ni2+、Cr3+有干扰，参比溶液选什么？（微酸性溶液中，Al3+-CAS为红色络合物，CAS为黄色）答：样品溶液+F-+显色剂+其它试剂例：测定纯金属钴中锰时，在酸性溶液中以KIO4氧化Mn2+成MnO4-光度测定，测定试样中的锰时，其参比溶液为（）A、蒸馏水B、含的KIO4的试样溶液Ｃ、KIO4溶液D、不含的KIO4的试样溶液例：测定纯金属钴中锰时，在酸性溶液中以KIO4氧化Mn2+成MnO4-光度测定，若用纯金属锰标准溶液在相同条件下做工作曲线，那么工作曲线的参比溶液为（）A、含钴的溶液B、含钴的KIO4的溶液C、蒸馏水D、含锰的试剂溶液DC或DAnalyticalChemistry分析化学化学化工学院2005-12GXQ分析化学2005-2006学年3710.4.2对朗伯-比尔定律的偏离1.非单色光引起的偏离设：一入射光为1和2组成的非单色光，且溶液中吸光质点对1和2的吸收均遵循朗伯-比尔定律。则：1：A1=lg=1bcI1=I010-1bC2：A2=lg=2bcI2=I010-2bC那么溶液中的吸光质点对入射光的吸光度为：AnalyticalChemistry分析化学化学化工学院2005-12GXQ分析化学2005-2006学年38若：入射光为单色光，1=2=，1=2=，A=bC，A~C为线性入射光为非单色光，12，12，bC，A~C为非线性例如：K2Cr2O7Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H++2CrO42-橙色黄色350nm和450nmλ最大375nm3.溶液本身化学反应引起的偏离胶体溶液、乳浊液、悬浊液（入射光因散射现象而损失）2.介质不均匀引起的偏离解离、分解、缔合、形成新化合物或互变异构等化学变化而改变其浓度4.显色反应的干扰及其消除方法•控制溶液酸度•加入掩蔽剂•改变干扰离子的价态•选择合适的参比•增加显色剂的用量AdAcdcErTAlgTln434.0TdTdA434.0TTdTAdAcdcErlndA=bdC10.4.3吸光度测量的误差A=bC如何减少吸光度测量的误差？1086420204060800.70.40.20.1AT%Err0.434lg(0.01)cTEcTTT(36.8)0.434A=0.2T=65%A=0.8T=15%T%9080706050403020105dT=1%10.75.64.03.32.92.72.83.24.36.5dT=0.5%5.42.82.01.71.51.41.41.62.23.3标准系列未知样品10.5其他吸光光度法10.5.1目视比色法普通光度法:以空白溶液为参比xxxbcIIA0lg示差光度法:以标准溶液Cs为参比)(sxsxccbAAAxcbA△C△CxA′（CxCs）10.5.2示差光度法A=0T=100%A=TT12T=0CCs1x50%T=5%T=10%1普通光度法:示差光度法:示差光度法的实质?21AXYxxAAA21xxxbC）（21光源单色器单色器检测器切光器狭缝吸收池10.5.3双波长光度分析法一阶导数信号与试样浓度呈线性关系:dI/dλ＝－Ｉ0bcdε/dλ测定灵敏度依赖于摩尔吸光系数对波长的变化率dε/dλ。吸收曲线的拐点处dε/dλ最大，故其灵敏度最高(见图）。同理可以导出其二阶和三阶导数光谱（略）10.5.4导数分光光度法单组分的测定微量铁的测定氨基酸的测定邻二氮菲法茚三