朗伯比尔定律

1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分光光度计及吸收光谱10.4显色反应及影响因素10.5吸光光度分析及误差控制10.6光度分析法的应用2化学分析与仪器分析方法比较化学分析(Chemicalanalysis)：常量组分(1%),Er0.1%～0.2%依据化学反应,使用玻璃仪器仪器分析(Instrumentalanalysis)：微量组分(1%),Er1%～5%依据物理或物理化学性质,需要特殊的仪器准确度高灵敏度高310.1概述(Briefintroduction)一、光的基本性质c－真空中光速2.99792458×108m/sλ－波长，单位：m,cm,mm,m,nm,Å1m=10-6m,1nm=10-9m,1Å=10-10mν－频率，单位：赫兹（周）Hz次/秒n－折射率，真空中为1光的传播速度:1.波动性•光是电磁波，以巨大速度通过空间、不需要任何物质作为传播媒介的一种能量ncV42.微粒性h－普朗克(Planck)常数6.626×10-34J·s－频率E－光量子具有的能量单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)光量子，具有能量。53.波粒二象性结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越长(频率越低)，光量子的能量越低。单色光：具有相同能量(相同波长)的光。混合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在一起。电磁波谱的波段如何划分?真空中:hnchE6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原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波原子核自旋能级的跃迁4．电磁波谱(Electromagneticwaves)电磁辐射按波长顺序排列，称~。γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波75.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~380nm价电子380nm~780nm价电子780nm~2.5m分子振动2.5m~50m分子振动50m~300m分子转动86.光学分析法及其分类1）光学分析法(Opticalanalysis)依据物质发射的电磁辐射或物质与电磁辐射相互作用而建立起来的各种分析法的统称~。2）分类(1)光谱法(Spectrometry)：利用物质与电磁辐射作用时，物质内部发生量子化能级跃迁而产生的吸收、发射或散射辐射等电磁辐射的强度随波长变化的定性、定量分析方法9(1)光谱法(Spectrometry)：按能量交换方向分吸收光谱法发射光谱法按作用结果不同分原子光谱→线状光谱分子光谱→带状光谱10(2)非光谱法•利用物质与电磁辐射的相互作用,测定电磁辐射的反射、折射、干涉、衍射和偏振等基本性质变化的分析方法分类：折射法、旋光法、比浊法、χ射线衍射法11(3)光谱法与非光谱法的区别光谱法：内部能级发生变化(波长改变)原子吸收/发射光谱法:原子外层电子能级跃迁分子吸收/发射光谱法:分子外层电子能级跃迁非光谱法：内部能级不发生变化仅测定电磁辐射性质改变(波长不变)1210.2吸光光度法的基本原理吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。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13灵敏度高：测定下限可达10－5～10－6mol/L,准确度能够满足微量组分的测定要求：相对误差2～5％（1～2％）操作简便快速应用广泛一、特点14二、溶液中溶质分子对光的吸收/nm颜色互补光400-450紫黄绿450-480蓝黄480-490绿蓝橙490-500蓝绿红500-560绿红紫560-580黄绿紫580-610黄蓝610-650橙绿蓝650-760红蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光151.物质对光的选择性吸收及吸收曲线吸收:一种物质呈现何种颜色，是与入射光的组成和物质本身的结构有关。溶液呈现不同的颜色是由溶液中的质点（离子或分子）对不同波长的光具有选择性吸收而引起的。当白光通过某一有色溶液时，该溶液会选择性地吸收某些波长的光而让未被吸收的光透射过，即溶液呈现透射光的颜色，亦即呈现的是它吸收光的互补光的颜色。例如，KMnO4溶液选择吸收了白光中的绿色(500~560nm)光，与绿色光互补的紫色光因未被吸收而透过溶液，所以KMnO4溶液呈现紫色。16Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱400500600700/nm350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350440nm172.吸收光谱产生的原理物质分子内部三种运动形式：（1）电子相对于原子核的运动Ee；（2）原子核在其平衡位置附近的相对振动Ev；（3）分子本身绕其重心的转动Er；所以，体系吸收能量而发生跃迁时：△E=△Ee+△Ev+△Er18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当光子的能量与分子的E匹配时，就会吸收光子E=hu=hc/19吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小A～关系最大吸收波长max：光吸收最大处的波长基本名词和概念max对比度(Δ):配合物最大吸收波长(MRmax)与试剂最大吸收波(Rmax)之差Δ20三、光吸收基本定律1.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21ItI0bdxII-dIs朗伯定律(Lambert’slaw)比尔定律(Beer’slaw)比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比A=k2cA=lg(I0/It)=k1b朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比22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23摩尔吸光系数e2.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)c:g/LA=abca:吸光系数241）εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。ε105：超高灵敏；ε=(6～10）×104：高灵敏；ε2×104：不灵敏。2）ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。25朗伯-比尔定律的适用条件1)单色光:应选用max处或肩峰处测定2)吸光质点形式不变：离解、配位、缔合会破坏线性关系，应控制条件(酸度、浓度、介质等)3)稀溶液：浓度增大，分子之间作用增强26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：g/cm2S=M/e27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-1解：根据A=εbc,求ε28四、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29吸光度的加和性A=A1+A2+…+An用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等。30一、分光光度计的组成光源单色器样品池检测器显示系统10.3分光光度计及吸收光谱311.光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。可见光区：钨灯，碘钨灯(320～2500nm)紫外区：氢灯，氘灯(180～375nm)2.单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。棱镜:玻璃350～3200nm,石英185～4000nm光栅:波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便32单色器①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；④聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；⑤出射狭缝：33单色器棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光λ1λ280060050040034光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。M1M2出射狭缝光屏透镜平面透射光栅光栅衍射示意图原理：利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光.35光栅363.吸收池:用于盛待测及参比溶液。玻璃—能吸收UV光，仅适用于可见光区石英—不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）4.检测器：接收透射光，利用光电效应，并将光信号转化为电信号光电池，光电管，光电倍增管37检测器硒光电池38光电管红敏管625-1000nm蓝敏管200-625nmNi环（片）碱金属光敏阴极h39光电倍增管1个光电子可产生106～107个电子40光电倍增管（160-700nm）待扫描415.指示器作用是把放大的信号以吸光度A或透射比T的光度分析法的设计方式显示或记录下来。分光光度计常用的显示装置是检流计、微安表、数字显示记录仪。低档仪器：刻度显示中高档仪器：数字显示，自动扫描记录42分光光度计内部光的传播途径43目视比色法—比色管光电比色法—光电比色计光源、滤光片、比色池、硒光电池、检流计分光光度法与分光光度计722型分光光度计光学系统图1.光源；2.滤光片；3,8聚光镜4,7.狭缝；5.准直镜；6.光栅9.比色池；10.光电管44目视比色：从管口垂直向下或从比色管侧面观察，若试液与标准系列中某溶液的颜色深度相同，则此两溶液的浓度相等；如果试液颜色深度介于两标准溶液之间，则试液浓度也就介于这两者之间。12481632x观察方向45※目视比色法的原理：设照射光的强度为I0，透过标准溶液和试液后的光强度分别为I标和I试，当溶液颜色深度相同时：I标＝I试，即：ε1b1C1＝ε2b2C2由于ε1＝ε2；且液层厚度相等，b1＝b2所以：C1＝C2。46※标准系列法的优点是：(1)仪器简单，操作简便，适宜于大批试样分析。(2)测定的灵敏度高，适宜稀溶液中微量物质的测定。(3)某些显色反应不符合朗伯-比耳定律时，仍可用目视比色法进行测定。主要缺点是准确度较差，相对误差约为5-20％。不同人看，结果不同。常用于限界分析。47二、分光光度计的类型chopper481．单光束分光光度计特点：•使用时来回拉动吸收池→移动误差•对光源要求高•比色池配对492．双光束分光光度计特点：不用拉动吸收池，可以减小移动误差对光源要求不高可以自动扫描吸收光谱503．双波长分光光度计特点：•利用吸光度差值定量•消除干扰和吸收池不匹配引起的误差5110.4显色反应及影响因素待测物质本身有较深的颜色，直接测定；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－－显色反应所用的试剂称为显色剂1显色反应52a.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(60nm)显色反应要求53NNNNSO3HHO3SOHHOAs32AsOOOHMO配位反应氧化还原反应2显色反应类型NNFe2+3NHHOOCCOOH+VO3-+H+NNCOOHCOOHHOOCHOOC+VO2++HO2偶氮胂III54离子缔合反应CCOOHN