第七章-吸光光度法

AnalyticalChemistry1第七章吸光光度法AnalyticalChemistry2★吸光光度法基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。★分类：红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000m,主要用于有机化合物结构鉴定。紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400760nm，主要用于有色物质的定量分析。★特点：灵敏度高，用于测定微量或是痕量组分；准确度高；测定快。AnalyticalChemistry37.1吸光光度法基本原理7.1.1溶液的颜色和对光的选择性吸收1.光的基本性质①光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长、频率、光速c等参数来描述,光的粒子性可由能量E来描述E=h=hc/（普朗克常数：h=6.626×10-34J.S)光的波长越短（频率越高），其能量越大。AnalyticalChemistry4光是一种电磁波，电磁波根据波长或频率排列可得如下电磁波谱射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光波长/nm400~430430~480480~500500~560560~590590~620620~760颜色紫色蓝色青色绿色黄色橙色红色AnalyticalChemistry5AnalyticalChemistry6②单色光：只具有一种波长的光（由具有相同能量的光子组成）；复合光（白光）：由不同波长的光组成的光；互补色光：将两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合，可得白光，将这两种单色光称互补光。光的互补示意图：/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650-750红蓝绿AnalyticalChemistry72.溶液的颜色和对光的选择性吸收当光照射到物质时，由于物质对不同波长的光的反射、散射、折射、吸收、透射的程度不同，使物质呈现不同的颜色。一般来说，物质所呈现的颜色是其所吸收光的互补色。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AnalyticalChemistry83.吸收光谱曲线(1)物质对光对吸收有选择性物质吸收黄光，透过蓝光：CuSO4吸收黄光，显蓝色。(2)吸收光谱测量某种物质对不同波长单色光的吸收程度不同，以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标，可得一条曲线。它描述了物质对光的吸收情况。AnalyticalChemistry9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λmax;②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似，λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同;③不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在λmax处吸光度A的差异最大;此特性可作为物质定量分析的依据;④在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。AnalyticalChemistry107.1.2光的吸收定律(TheLambert-Beer’slaw)1、透光度和吸光度当一束平行的单色光垂直照射到并通过一均匀的非散色的介质(g、lors)时，介质对光的吸收程度为吸光度A，而透光度为T，则:A=lg(I0/It)=-lgTT=It/I0T越大，介质对光的吸收程度越小，A越小T取值为0.0%～100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%AnalyticalChemistry11实验证明：溶液吸光度A的大小与液层厚度b、溶液的浓度c有关。A=lg1/T=lgIo/It=abc--------朗伯-比尔定律A-吸光度;T-透光度;I0-入射光强度;It-透射光强度;b-液层厚度;c-溶液浓度;a-吸光系数,与溶液种类和I0有关.朗伯比尔定律：当一束平行的单色光垂直照射到并通过一均匀的非散色的溶液时，溶液对光的吸收程度A与溶液的浓度c及液层厚度b成正比。当c的单位用mol·L-1表示时,吸光系数用表示.－摩尔吸光系数(Molarabsorptivity)A＝bc当c的单位用g·L-1表示时,吸光系数用a表示，A＝abca的单位:L·g-1·cm-1的单位:L·mol-1·cm-1AnalyticalChemistry12摩尔吸光系数()的讨论1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，可作为定性鉴定的参数；2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；3）同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。AnalyticalChemistry13摩尔吸光系数(ε)的讨论4）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。5）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。6）光吸收定律不仅适用于物质对可见光的吸收,也适用于紫外光和红外光的吸收,不仅适用于均匀的非色散溶液,也适用于气体和均匀物质。AnalyticalChemistry142.吸光度A的加和性若溶液中含有不止一种吸光物质，则总吸光度等于各个组分吸光度之和：A=A1+A2+..........+An3.A与T之间的关系：I01A=lg—=lg—ItT则：A=-lgT或T=10-A=10-εbcAnalyticalChemistry154.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、络合、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AnalyticalChemistry16例7.1有一浓度为的有色溶液，在430nm处的摩尔吸光系数为。若液层厚度为1.0cm，计算其吸光度和透光率。15106.1Lmol114103.3cmmolL解:AnalyticalChemistry17例7.2用邻二氮菲光度法测定铁.已知浓度为,液层厚度为2.0cm,在波长510nm处测得吸光度为0.38.计算邻二氮菲亚铁的摩尔吸光系数.2Fe11000Lg510解:AnalyticalChemistry187.2分光光度计分光光度计种类和型号繁多,但基本部件由下列五部分组成:光源单色器吸收池检测器显示记录系统光源：要求光源有足够的发光强度而且强度稳定。可见光区：钨丝白炽灯紫外区：氘灯AnalyticalChemistry19单色器：单色器的作用是从光源发射出的复合光中分出某一波长的高纯度入射单色光。常用的单色器由入射狭缝、准直镜、色散元件(棱镜或光栅)、聚焦透镜和出射狭缝组成，关键部件是色散元件。棱镜(利用光的折射作用):玻璃棱镜(可见光区),石英棱镜(紫外光区)光栅(利用光的干涉作用):波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便AnalyticalChemistry20吸收池：(比色皿)用于盛待测及参比溶液。可见光区：玻璃比色皿（吸收UV）紫外区：石英比色皿（不吸收UV）检测器：利用光电效应,将光强度信号转换成电流讯号。检测器应具有灵敏度高、响应时间短、响应线性范围宽并对不同波长的光有相同的响应等特点。光电池，光电管，光电倍增管记录显示系统：由检测器产生的光电流的大小常用检流计或微安表反映出来。用检流计或微安表显示时要注意标尺：等刻度标尺是百分透光度,不等分刻度为吸光度,见书上P157图7-6.低档仪器：刻度显示中高档仪器：数字显示,自动扫描记录AnalyticalChemistry217.3吸光度的测定7.3.1吸光度的测定分光光度计的检测器将光信号转变为电信号,所以记录显示器显示的只是与照射在检测器上的光强度I成正比的光电流的大小。设通过被测溶液的入射单色光强度和透射光强度分别为I0和It,则：i0=KI0;it=KIt∴it/i0=It/I0=T,A=lg(1/T)因此在使用单光束分光光度计测定溶液的吸光度时,必须首先做空白测定.由于比色皿、溶剂及与被测成分共存的其他物质对光有吸收、色散等作用,故实际工作中要用参比溶液做空白测定,以减少比色皿、溶剂等因素对测定的影响。AnalyticalChemistry22测得溶液吸光度后可用下列方法求算溶液浓度：1.工作曲线法(标准曲线法):配制一系列浓度不同的标准溶液,在相同条件下测定各标准溶液的吸光度。绘制A-c“工作曲线”。再用相同方法测出待测溶液的吸光度Ax,根据Ax可在工作曲线上查出待测液的浓度cx。标准曲线法适于批量试样的分析。c1c2c3c4c5A1A2A3A4A5cAAxcx标准工作曲线图AnalyticalChemistry232.标准比较法:配制合适浓度的标准溶液(cs)和待测溶液(cx),cx与cs应尽量接近以减少读数误差。在相同条件下显色,并且在相同条件下分别测定两溶液的吸光度As和Ax。由于是同种物质的溶液,据朗伯-比耳定律可得：xxAbc因为：所以：ssxxcAAcssbcAsxsxccAAAnalyticalChemistry247.3.2测定误差及测定条件的选择1.吸光光度法测定的误差吸光光度法测定的误差主要来源于两个方面：对朗伯比尔定律的偏离及光度测量误差。(1)偏离Lambert--Beer定律引起的误差依据Beer定律，A与c关系应为经过原点的直线偏离Beer定律的主要因素表现为以下两个方面a.光学因素b.化学因素cbAAnalyticalChemistry25a.光学因素-非单色光的影响Beer定律应用的重要前提-入射光为单色光照射物质的光经单色器分光后并非真正单色光其波长宽度由入射狭缝的宽度和棱镜或光栅的分辨率决定为了保证透过光对检测器的响应,必须保证一定的狭缝宽度这就使分离出来的光具一定的谱带宽度AnalyticalChemistry26210021和I为I对应的透过光光强分别和II入射光光强分别为的光组成和λ设入射光由波长为λ21bcIIcbIITA10lglg0002010201020102010201212112110101010IIIIIIIIIIIITbcbcbcbc）（又0201020112110lglgIIIIbcTAbc）（AnalyticalChemistry27讨论：偏离线性关系越严重与）（定律不成线性关系，偏离与成线性关系cABeercAbcA2121121结论：•选择较纯单色光（Δλ↓，单色性↑）•选λmax作为测定波长（Δ↓）AnalyticalChemistry28b.化学因素溶液对光的吸收偏离朗伯—比耳定律的另一个原因是溶液中吸光质点间的相互作用。朗伯—比耳定律的基本假设之一是吸光质点是独立的。但实际上溶质分子、溶剂和溶质分子有缔合、离解和互变异构等现象,这些分子或微粒除对特定波长光有吸收外,尚有反射、散射等现象发生(特别是被测液为胶体、乳浊液或悬浮液时，反射、散射会更严重),这些因素使透光度减少,出现正偏差。AnalyticalChemistry29(2)仪器测量误差任何光度分析仪器都有一定的测量误差。这是由于光源强度不稳定、单色器分辨波长能力弱、比色皿透光度不一致、透光度和吸光度标尺不准等因素引起的。对于给定的光度计来说,透光度或吸光度的读数误差是决定测定结果准确度的主要因素。△T=0.01-0