第10章-吸光光度法

第10章吸光光度法10.1概述10.2吸光光度法基本原理10.3分光光度计10.4显色反应及影响因素10.5光度分析法的设计10.6吸光光度法的误差10.7常用的吸光光度法10.8吸光光度法的应用•“目视比色法”•“光电比色法”,测量颜色深浅的仪器•出现了分光光度计，建立“分光光度法”。并且其原理已早不局限于溶液颜色深浅的比较。用光电比色计、分光光度计不仅可以客观准确地测量颜色的强度，而且还把比色分析扩大到紫外和红外吸收光谱，即扩大到无色溶液的测定。10.1概述吸光光度法：分子光谱分析法的一种，又称分光光度法，属于分子吸收光谱分析方法基于外层电子跃迁10.1概述•吸收光谱•发射光谱•散射光谱•分子光谱•原子光谱与化学分析法相比，它有一些不同于化学分析法的特点:•灵敏度高•准确度高•操作简便快速•应用广泛10.1概述物质的颜色与光吸收的关系物质颜色黄绿黄橙红紫红紫蓝绿蓝蓝绿吸收光色紫蓝绿蓝蓝绿绿黄绿黄橙红波长400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-610610-650650-760白光绿紫橙青蓝黄蓝红青有色光的互补色760650600560500480450400nm2物质颜色和其吸收光关系10.2吸光光度法基本原理1吸收光谱产生的原因光:一种电磁波,波粒二象性光谱名称波长范围X射线0.1~10nm远紫外光10~200nm近紫外光200~400nm可见光400~750nm近红外光0.75~2.5um中红外光2.5~5.0um远红外光5.0~1000um微波0.1~100cm无线电波1～1000m当光子的能量与分子的E匹配时，就会吸收光子E=hu=hc/l原子光谱为线光谱分子光谱为带光谱电子跃迁能级分子振动能级分子转动能级分子内部的运动和能级1、价电子运动分子的价电子可以在成键轨道和反键轨道间跃迁。电子能级差1～20eV，相当于60～1250nm光子的能量。2、分子的振动分子内原子以平衡点为中心以非常小的振幅作周期性振动。振动能级差0.05～1eV，相当于1250～2500nm光子的能量。3、分子的转动分子以其重心为轴转动。转动能级差10-4～0.05eV，相当于25～250um光子的能量。分子的能量E分子＝Ee＋Ev＋Er吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小A～l关系最大吸收波长lmax：光吸收最大处的波长3一些基本名词和概念lmax4朗伯-比尔定律光吸收定律－朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律吸光光度法的理论依据，研究光吸收的最基本定律I0=Ir+It+IaI0=It+IaI0IrItIaT=It/I0,T:透射比或透光度A=lg(I0/It)＝lg(1/T),A:吸光度朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比当一束平行单色光垂直照射到样品溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度及光程（溶液的厚度）成正比关系－－－朗伯比尔定律－－－光吸收定律数学表达：A＝lg(1/T)=Kbc其中，A:吸光度，T:透射比，K:比例常数，b:溶液厚度，c:溶液浓度注意：平行单色光均相介质无发射、散射或光化学反应吸收光谱A0.3000.2000.1000.000400500600λ/nmλmax不同物质的λmax不同，据此定性分析同一物质的浓度越大，A越大，据此定量分析吸光度的加和性A1=e1bc1A2=e2bc2A=e1bc1+e2bc2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摩尔吸光系数e灵敏度表示方法A=ebcA=Kbcc:mol/Le表示物质的浓度为1mol/L,液层厚度为1cm时溶液的吸光度。单位：(L•mol-1•cm-1)e反映吸光物质对光的吸收能力，也反映用吸光光度法测定该物质的灵敏度。c:g/LA=abca:吸光系数桑德尔(Sandell)灵敏度：S当仪器检测吸光度为0.001时，单位截面积光程内所能检测到的吸光物质的最低含量。单位：mg/cm2S=M/e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)。根据A=εbC,求ε＝3.3×104L·mol-1·cm-11分光光度计的组成光源单色器样品池检测器读出系统10.3吸光光度计紫外可见近红外分光光度计紫外可见近红外分光光度计紫外可见近红外分光光度计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单色器棱镜单色器光栅单色器利用光的衍射和干射作用制成的元件优点适用波长范围宽色散均匀分辨率高缺点有重叠和相互干扰玻璃棱镜用于350～3200nm波长可见分光光度计石英棱镜用于185～4000nm波长紫外－可见分光光度计单色光纯度由棱镜的色散率和出射狭缝宽度决定吸收池－比色皿玻璃比色皿用于可见光石英比色皿用于λ＜400nm的紫外光比色皿的质量要求无色透明耐腐蚀同一厚度的透光率误差5%1cm2cm3cm0.5cm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10.4显色反应及影响因素要求：a.选择性好b.灵敏度高(ε104)c.产物的化学组成稳定d.化学性质稳定e.反应和产物有明显的颜色差别(l60nm)没有颜色的化合物，需要通过适当的反应定量生成有色化合物再测定－－显色反应1显色反应大多数有机物可在紫外光区测定大多数无机离子无色或色浅，需要显色NNNNSO3HHO3SOHHOAs32AsOOOHMO络合反应氧化还原反应2显色反应类型NNFe2+3NHHOOCCOOH+VO3-+H+NNCOOHCOOHHOOCHOOC+VO2++HO2离子缔合反应CCOOHNN(CH)225(CH)225H+O-AuCl4.成盐反应(CH3)2NCHSCOCCHNS(CH3)2NCCOCCHNS++AgAgS褪色反应Zr(IV)-偶氮胂III络合物测定草酸吸附显色反应达旦黄测定Mg(II),Mg(OH)2吸附达旦黄呈红色3显色剂无机显色剂:过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾NNNNSO3HHO3SOHOHAsOH32HOAs32有机显色剂：偶氮类：偶氮胂III三苯甲烷类三苯甲烷酸性染料铬天菁SOCH3COOHHOCClClSO3HCH3COOH三苯甲烷碱性染料结晶紫CN(CH3)2(H3C)2NN(CH3)2邻菲罗啉类：新亚铜灵NNCH3CH3肟类：丁二肟CCCH3NNOHHOCH34多元络合物混配化合物Nb-5-Br-PADAP-酒石酸V-PAR-H2O离子缔合物AuCl4--罗丹明B金属离子-配体-表面活性剂体系Mo-水杨基荧光酮-CTMABa跃迁类型价电子跃迁：σ→σ*,π→π*;n→σ*,n→π*E(h)顺序:n→π*π→π*n→σ*σ→σ*有机化合物的生色原理b生色团和助色团生色团:含有π→π*跃迁的不饱和基团助色团:含非键电子的杂原子基团,如-NH2,-OH,-CH3…与生色团相连时，会使吸收峰红移，吸收强度增强5影响因素a溶液酸度（pH值及缓冲溶液）影响显色剂的平衡浓度及颜色，改变Δl影响待测离子的存在状态，防止沉淀影响络合物组成形式pHλmax(nm)形式pHλmax(nm)H4L+1.2462-465Sn4+1.0530H3L4.8-5.2462,490Ga3+5.0550H2L-8.4-9.0512HL2-11.4-12.0532-538pH对苯芴酮及其络合物的颜色影响b显色剂的用量稍过量，处于平台区c显色反应时间针对不同显色反应确定显示时间显色反应快且稳定；显色反应快但不稳定；显色反应慢，稳定需时间；显色反应慢但不稳定d显色反应温度加热可加快反应速度，导致显色剂或产物分解e溶剂f干扰离子有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率消除办法：提高酸度，加入隐蔽剂，改变价态选择合适参比褪色空白(铬天菁S测Al，氟化铵褪色，消除锆、镍、钴干扰)选择适当波长10.5光度分析法的设计1.选择显色反应2.选择显色剂3.优化显色反应条件4.选择检测波长5.选择合适的浓度6.选择参比溶液7.建立标准曲线测量条件选择1测定波长选择选择原则：“吸收最大，干扰最小”灵敏度选择性2测定浓度控制控制浓度吸光度A：0.2～0.8减少测量误差3参比溶液选择仪器调零消除吸收池壁和溶液对入射光的反射扣除干扰试剂空白试样空白褪色空白4标准曲线制作0123456780.000.050.100.150.200.250.300.35Aconcentration理论基础：朗伯-比尔定律相同条件下测定不同浓度标准溶液的吸光度AA～c作图10.6吸光光度法的误差非单色光引起的偏移物理化学因素：非均匀介质及化学反应吸光度测量的误差对朗伯-比尔定律的偏移1非单色光引起的偏移复合光由l1和l2组成，对于浓度不同的溶液a和b,引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。•克服非单色光引起的偏离：使用较好的单色器，获得较纯的单色光应将入射波长选择在被测物质的最大吸收处选择适当的浓度范围，使吸光度读数在标准曲线的线性范围内1非单色光引起的偏移非均匀介质胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射，使实测吸光度增加，导致线性关系上弯2物理化学因素离解、缔合、异构等如：Cr2O72-+H2O-=2HCrO4-=2H++2CrO42-PAR的偶氮－醌腙式化学反应•a.控制溶液的酸度•b.加入掩蔽剂•c.改变干扰离子的价态•d.选择合适的参比溶液•e.增加显色剂用量•f.分离3.显色反应的干扰和消除方法4吸光度测量的误差A＝0.434，T＝36.8%时，测量的相对误差最小A=0.2~0.8,T=15~65%，相对误差4%dc/c=dA/A=dT/TlnTEr=dc/c×100％=dA/A×100％=dT/TlnT×100％2.示差吸光光度法目的：提高光度分析的准确度和精密度解决高(低)浓度组分(i.e.A在0.2~0.8以外)问题分类：高浓度示差吸光光度法、低浓度示差吸光光度法、精密示差吸光光度法特点：以标准溶液作空白原理：A相对=A=ebcx-ebc0=ebc准确度：读数标尺扩展,相对误差减少,c0愈接近cx,准确度提高愈显著10.7常用的吸光光度法1.目视比色法例：硫脲还原－硫氰酸盐比色法测定钢铁中的钼。酸溶，硫酸－高氯酸介质中，硫脲还原铁（III）为铁(II),除干扰，还原钼（VI）为五价，2.00mg/100ml的钼标准溶液为参比溶液，用2.00-2.30mg/100ml的钼标准溶液，绘制工作曲线和测定样品溶液的吸光度,480nm测定A。2.双波长吸光光度法目的：解决浑浊样品光度分析消除背景吸收的干扰多组分同时检测原理：A=Al1-Al2=（el1-el2）bc波长对的选择：a.等吸光度点法，b.系数倍率法3.导数吸光光度法选l1为参比波长,l2为测量波长得Al1=exl1bcx+eyl1bcyAl2=exl2bcx+eyl2bcyΔA=Al2-Al1=(exλ2bcx+eyl2bcy)-(exl1bcx+eyl1bcy)在等吸光度的位置(G,F),eyl2＝eyl1，则上式成为ΔA=(exl2-exl1）bcxΔA与cx成正比,可用于测定例,苯酚与2,4,6-三氯苯酚(y)混合物中苯酚(x)的双波长分光光度法测定。3.导数吸光光度法目的：提高分辨率去除背景干扰原理：dnA/dln~l10.8吸光光度法的应用1测定弱酸和弱碱的离解常数AHB和AB-分别为有机弱酸HB在强酸和强