第十四章比色法与分光光度法《无机及分析化学》课程Email:liuys@wxc.edu.cn学习目的——1.了解比色法、分光光度法的特点。2.掌握光的吸收定律及其适用范围。3.掌握分光光度法的分析方法。4.了解显色反应及其条件的选择。5.了解分光光度法仪器测量的误差及测量条件的选择。6.了解分光光度法的某些应用。本章内容(P422)——§11-1概述§11-2光吸收的基本定律§11-3比色法和分光光度法及其仪器§11-4显色反应及显色条件的选择§11-5分光光度法仪器测量误差及其消除§11-6分光光度法的某些应用化学分析与仪器分析方法比较——化学分析(Chemicalanalysis):仪器分析(Instrumentalanalysis):准确度高灵敏度高§11.1概述比色法:比较待测溶液的颜色深浅测定物质的浓度。§11.1概述吸光光度法(AbsorptionPhotometry):是一种基于物质对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法。——可见吸光光度法、紫外-可见吸光光度法和红外光谱法等。(1)方法灵敏度高:测定下限可达10-3~10-6mol/L。(2)方法的准确度能满足微量组分测定的要求。(3)操作简便快速,仪器设备简单。(4)应用广泛:几乎所有的无机离子和有机化合物都可直接或间接地用吸光光度法进行测定。一、分光光度法特点高能辐射区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电磁辐射按波长顺序排列,称电磁波谱。γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波二、物质对光的选择性吸收光学光谱区(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760nm~2.5m分子振动2.5m~5.0m分子振动5.0m~1000m分子转动单色光:只具有一种波长的光。混合光:由两种以上波长组成的光,如白光。白光青蓝青绿黄橙红紫蓝1、光的互补性与物质的颜色/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——物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产生的,物质的颜色由透过光的波长决定。例:高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以得白光,这两种光就叫互为补色光。物质呈现的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。2、吸收光谱或吸收曲线吸收曲线:测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度,以波长为横坐标,吸光度为纵坐标作图。定量分析的基础:某一波长下测得的吸光度与物质浓度有关。(cKMnO4:abcd)最大吸收波长,max吸收曲线(absorptionspectrum)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。Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱(AbsorptionspectraofCr2O72-、MnO4-)400500600700/nm300525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350440nm光作用于物质时,物质吸收了可见光,而显示出特征的颜色,这一过程与物质的性质及光的性质有关。物质对光的吸收物质对光的吸收满足Plank条件hchEEE02S2S1S0S3E2E0E1E302EEhh物质对光的吸收本质——目录1.朗伯定律(Lambert’slaw)2.比尔定律(Beer’slaw)§11.2光的吸收定律(朗伯-比尔定律)0tA=lg(I/I)=Kb0tA=lg(I/I)=Kc入射光I0透射光It入射光I0透射光It3.朗伯-比尔定律0tIT=IT-透光度(Transmittance)A=lg(I0/It)=KbcA—吸光度(absorbance)b—介质厚度(length/cm)c—浓度(concentration)K—吸光系数(absorptivity)A=lg(I0/It)=lg(1/T)=-lgT=Kbc=10=10T-kbc-A4.吸光系数(Absorptivity)a的单位:L·g-1·cm-1当c的单位用g·L-1表示时,用a表示,A=abck的单位:L·mol-1·cm-1当c的单位用mol·L-1表示时,用k表示.k-摩尔吸光系数(Molarabsorptivity)A=kbcK在数值上等于1cm溶液厚度中吸光物质为1mol·L-1时的吸光度。吸光度(A)、透光率(T)与浓度(c)的关系ATc=10-kbcTA=kbc线性关系5.朗伯-比尔定律的分析应用01234mg/mLA*0.80.60.40.20溶液浓度的测定——A=kbcA~c工作曲线法(校准曲线)Calibrationcurve例1浓度为25.0μg/50mL的Cu2+溶液,用双环已酮草酰二腙分光光度法测定,于波长600nm处,用2.0cm比色皿测得T=50.1%,求吸光系数a和摩尔吸光系数k。已知M(Cu)=64.0。)1000.5100.50100.251436LgLgc(2-11410.3003.0010L.g.2.05.0010AacmbccmgL解:已知T=0.501,则A=-lgT=0.300,b=2.0cm,则根据朗伯—比尔定律A=abc,而k=Ma=64.0g·mol-1×3.00×102L·g-1·cm-1=1.92×104(L·mol-1·cm-1)解:由A=-lgT=kbc可得T=10-kbc当b1=1cm时,T1=10-kc=T当b2=2cm时,T2=10-2kc=T2例2某有色溶液,当用1cm比色皿时,其透光度为T,若改用2cm比色皿,则透光度应为多少?6.吸光度的测量与吸光度的加和性A=A1+A2+…+An用参比溶液(referencesolution)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。7.引起偏离朗伯-比耳定律的因素(1)物理因素AC原因:a.非单色光;b.非平行入射光;c.介质不均匀a.非单色光(仪器本身所致)仪器使用的是连续光源,用单色器分光,由于单色器色散能力的限制和出口狭缝要保持一定的宽度,所以我们不可能得到纯的单色光。A克服方法:•尽量选用较好的单色器•入射波长选择在峰值位置(在波峰有一个A值相差较小的区域)Ac.介质不均匀散射、假吸收。克服方法:避免溶液产生胶体或浑浊b.非平行入射光导致光束的平均光程b′大于吸收池厚度b,实际测得的吸光度大于理论值,产生正偏离。入射光会因散射而损失,导致T减小,实测的A偏高。例,聚合引起的对吸光定律的偏离单体:SNH+(CH3)2NN(CH3)22SNH+(CH3)2NN(CH3)22max=660nm二聚体:max=610nmA660nm610nm(2)化学因素a.溶液浓度过高;b.化学反应—有色物离解、缔合等。目录1.目视比色法:用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。观察方向c4c3c2c1c1c2c3c4一、光度分析的几种方法§11.3比色法和分光光度法及其仪器特点:简单、可测微量,复合光,误差大。2.吸光光度法和分光光度计(spectrophotometer)分光光度法的基本部件通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光.波长可调,故选择性好,准确度高.光源单色器吸收池检测系统稳压电源读数指示器(分光系统)0.575光源单色器吸收池检测器显示分光光度计基本部件——A光源常用的光源为6-12伏低压钨丝灯,电源由稳压电源供给,为了保持光源强度的稳定,以获得准确的测定值,电压必须稳定。可见光区:钨灯,碘钨灯(320~2500nm)紫外区:氢灯,氘灯(180~375nm)B单色器(分光系统)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。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λ1λ2800600500400C吸收池(比色皿):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)D检测系统(又叫光电转化器)(detector):利用光电效应,将光能转成电流讯号。光电池,光电管,光电倍增管检测器硒光电池在光度计中常用的是硒光电池。晒光电池和眼睛相似,对于各种不同波长的光线,灵敏度是不同的。对于波长为500-600nm的光线最灵敏。而对紫外线,红外线则不能应用。E信号显示系统(读数指示器)(display)早期使用的是检流计、微安表、电位计、数字电压表、自动记录仪等。现代的分光光度计广泛采用数字电压表、函数记录仪、示波器及数据处理台等。分光光度法(紫外-可见分光光度法)UV-VISUltravioletVisualSpectroscopy0.575光源单色器吸收池检测器显示I0It参比样品0lglgtIATbCI目录在分光光度分析中,将试样中被测组分转变成有色化合物的反应叫显色反应。显色反应可分两大类,即络合反应和氧化还原反应,而络合反应是最主要的显色反应。与被测组分化合成有色物质的试剂称为显色剂。同一组分常可与若干种显色剂反应,生成若干有色化合物,其原理和灵敏度亦有差别。一种被测组分究竞应该用哪种显色反应,可根据所需标准加以选择。§11.4显色反应与显色条件的选择(一)显色反应和显色剂[定义]:将被测组分转变为“有色物质”的反应M无色+R=MR有色(主要是络合、氧化还原反应)对显色反应或显色剂的要求——ⅰ选择性好(最好是特效反应)ⅱ灵敏度高(max﹥104L•mol-1•cm-1)ⅲ对比度要大,(max)最大吸收波长相差60nm以上ⅳMR有色化合物的组成要恒定,化学性质要稳定。ⅴ显色反应的条件要易于控制显色反应能否完全满足光度法的要求,除了与显色剂的性质有主要关系外,控制好显色反应的条件也是十分重要的,如果显色条件不合适,将会影响分析结果的准确度。1.显色剂的用量2.显色反应酸度3.显色温度及显色时间4.介质条件、有机溶剂、表面活性剂等5.共存离子的干扰及消除(二)显色反应条件的选择目录1.显色剂的用量(CR)为使显色反应完全,一般R过量(同离子效应),但R也不能大过头,否则,物极必反。a.R本身有色,空白↗b.改变络合比,例:Mo(Ⅴ)与SCN-:浅红橙红浅红,6SCN,5SCN2,3)SCN(Mo)SCN(Mo)SCN(MoCR由实验确定显色剂R11112345662.溶液的酸度:[H+]一切反应的基础a.影响M的存在状态,[H+]↘,M会水解;b.影响[R]及颜色,[H+]↗,影响[R](大多有机弱酸)影响颜色(大多酸碱指示剂)c.影响MRn组成3.显色时的温度和时间大多显色反应在室温下进行,但也有需要加热才能完成的。V=f(T)T↗,V↗。但T太↗,有色物分解。合适的T由实验确定。Att由实验确定。显色后,至少应保持到测定工作做完。时间4.溶剂和表面活性剂
本文标题:通过计算分光光度法
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