武汉大学《分析化学》第五版课件 补充：吸光光度法.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,Analytical Chemistry,吸光光度法简介,第七章,第七章,7.1,吸光光度法的基本原理,7.1.1,光的基本性质,7.1.2,物质对光的吸收,7.1.3,溶液的吸光定律,7.2,吸光分析法的方法与仪器简介,7.2.1,吸光分析的几种方法,7.2.2,吸光分析法的仪器简介,要点归纳,7.3,吸光光度法的灵敏度与准确度,7.3.1,灵敏度的表示方法,7.3.2,影响准确度的因素,7.3.3,测量条件的选择,7.4,吸光光度法分析条件的选择,7.4.1,酸度的选择,7.4.2,显色剂用量的选择,7.4.3,其它条件的选择,7.5,吸光光度法应用简介,7.5.1,微量组分的测定,7.5.2,示差光度法,7.5.3,光度滴定法,7.5.4,络合物组成及稳定常数的测定,7.5.5,弱酸弱碱离解常数的测定,7.5.6,双波长分光光度法,7.5.7,导数分光光度法,7.1.1,光的基本性质,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。,光的,电磁波性质,射线,x,射线,紫外光,红外光,微波,无线电波,10,-2,nm 10 nm 10,2,nm 10,4,nm 0.1 cm 10cm 10,3,cm 10,5,cm,可 见 光,光的波粒二象性,波动性,粒子性,E,光的折射,光的衍射,光的偏振,光的干涉,光电效应,E,：,光子的能量（,J,焦耳）,：,光子的频率（,Hz,赫兹）,：,光子的波长（,cm,）,c,：,光速,（,2.9979,10,10,cm.s,-1,）,h,：,Plank,常数（,6.6256,10,-34,J.s,焦耳,.,秒,）,单色光、复合光、光的互补,单色光,复合光,光的,互补,单一波长的光,由,不同波长的光组合而成的光,若,两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。,蓝,黄,紫红,绿,紫,黄绿,绿蓝,橙,红,蓝绿,7.1.2,物质对光的吸收,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,吸收光谱,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。,分子基态的电子组态,物质对光的吸收,物质对光的吸收满足,Plank,条件,h,S,2,S,1,S,0,S,3,E,2,E,0,E,1,E,3,h,h,h,分子基态的电子组态,1,、用原子轨道线性组合法产生出各个分子轨道；,2,、把电子加到每个分子轨道中去，在每个分子轨道中最多加进两个电子（,Pauli,原理），由此产生分子的电子组态；,3,、把电子对加到最低能量轨道中去（建造原理），从而产生最低能量的电子组态（基态电子组态）,例：甲醛的分子轨道,最高占有分子轨道,最低空轨道,电子基态,电子跃迁与电子激发态,甲醛的电子基态,S,2,S,1,S,0,T,2,T,1,电子跃迁类型,最低激发态和基态的,电子组态,最低激发态和基态的,电子态,电子多重态,电子的多重态,h,+,单重,态,（自旋配对）,电子跃迁,激发单,重,态,（自旋,配对,）,电子跃迁,和,自旋翻转,h,+,单重,态,（自旋配对）,三重态,（自旋,平行,）,吸收光谱,Absorption Spectrum,纯,电子能态,间跃迁,S,2,S,1,S,0,S,3,h,E,2,E,0,E,1,E,3,S,2,S,1,S,0,h,A,h,h,h,分子内电子跃迁,带状光谱,锐线光谱,A,物质对光的选择吸收,Selected absorption,物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。,例：,A,物质,B,物质,同理，得：,1,ev,=1.6,10,-19,J.,吸收光谱的获得,Absorption Spectra,测量某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（,A,）,为纵坐标，绘制吸光度随波长的变化可得一曲线，此曲线即为吸收光谱。,(a),(b),(c),(d),220 240 260 280,nm,A,0,0,0,0,(a),联苯（己烷溶剂）；,一些典型的紫外光谱,(b),苯（己烷溶剂）；,(c),苯,蒸汽；,(d)Na,蒸汽。,定性分析与定量分析的基础,定性分析基础,定量分析基础,物质对光的选择吸收,A,B,A,在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。,A,C,增大,7.1.3,溶液的吸光定律,透光率 （透射比）,Transmittance,透光率定义：,T,取值为,0.0%100.0%,全部吸收,T=0.0%,全部透射,T=100.0%,入射光,I,0,透射光,I,t,吸收定律的推导,Lambert Beer Law,I,0,d,b,b,I,t,I,I-,dI,dI,N I,N,：,薄层中的吸光粒子数,N,=N,0,c,dS,db,N,0,：,阿伏加德罗常数,dS,：,捕获面积，薄层中被光照射的面积。,c,：,吸光溶液的浓度,N,=,k,c db,故,dI,N I=I k,c db,dI,=-I k,c db,dI,/I=-k,c db,积分,得,或,得,吸光度 与透光率,Absorbance and transmittance,T,：,透光率,A,：,吸光度,1.0,0.5,0,A,C,A,100,50,0,T%,T,T=0.0%,A=,T=100.0%,A=0.0,A=0.434,T=36.8%,吸光系数,Absorptivity,b,：,吸光液层的厚度，光程，,cm,c,：,吸光物质的浓度，,g/L,mol/L,K,：,比例常数,入射光波长,物质的性质,温度,取值与浓度的单位相关,c,：,mol/L,K,摩尔吸光系数，,L,mol,1,cm,-1,c,：,g/L,K,a,吸光系数，,L,g,1,cm,-1,c,：,g/100,mL,K,比,吸光系数,相互关系,Molar,Absorptivity,Absorptivity,Specific extinction coefficient,吸收定律与吸收光谱的关系,A,C,吸光定律,A,或,吸收光谱,A,C,max,吸光的加合性,多,组分体系中，如果各组分之间无相互作用，其吸光度具有加合性，即,对,吸收定律偏离,A,C,主要原因,非,单色光,吸光质点的相互作用,非,单色光引起的对吸光定律的偏离,设,入射光由,1,和,2,两种波长组成，溶液的吸光质点对两种波长的光的吸收均遵从吸收定律,1,2,1+2,或,或,非,单色光引起的对吸光定律的偏离,对,吸收光谱而言，,b,和,c,固定，,反映了,随波长变化的情况，单一波长，,固定；不同波长，,不同。因此，非单色光将导致对吸光定律的偏离。,A,或,1,2,在,实际工作中，入射光通常具有一定的带通。为了避免非单色光带来的影响，一般选用峰值波长进行测定。,1,对应的 ,1,较小,2,对应的 ,2,较大,选用峰值波长，也可以得到较高的灵敏度。,吸光质点间相互作用引起的对吸光定律的偏离,质点间的静电作用,质点间的缔合作用,质点间的化学反应,7.2.1,吸光分析的几种方法,目视比色法,标准系列,未知样品,特点,利用自然光,比较吸收光的互补色光,准确度低（半定量）,不可分辨多组分,方法简便，灵敏度高,光电比色法,分光光度法（紫外,-,可见分光光度法）,UV-VIS,Ultraviolet Visual Spectroscopy,0.575,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,I,0,I,t,参比,样品,入射光,I,0,透射光,I,t,请,注意与定义比较,未考虑吸收池和溶剂对光子的作用,7.2.2,吸光分析法的仪器简介,紫外,-,可见分光光度计组件,光源,单色器,样品池,检测器,信号输出,氢,灯，氘灯，,185 350 nm,；,卤钨灯，,250 2000,nm.,基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定,作用：将复合光色散成单色光,棱镜,光栅,玻璃，,350 2500,nm,石英，,185 4500,nm,平面透射光栅，反射光栅,玻璃，光学玻璃，石英,作用：将光信号转换为电信号，并放大,光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管（多道分析器）,表,头、记录仪、屏幕、数字显示,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,单,波长双光束分光光度计,比值,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,光束分裂器,要 点,1,、,Plank,条件,2,、物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。,3,、在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。,吸光定律,c,：,mol/L,摩尔吸光系数，,L,mol,1,cm,-1,K,c,：,g/L,K,a,吸光系数，,L,g,1,cm,-1,0.575,Analytical Chemistry,吸光光度法简介,第七章,第七章,（2）,7.3,吸光光度法的灵敏度与准确度,前节要点复习,7.3.1,灵敏度的表示方法,7.3.2,影响准确度的因素,7.3.3,测量条件的选择,7.4,吸光光度法分析条件的选择,7.4.1,酸度的选择,7.4.2,显色剂用量的选择,7.4.3,其它条件的选择,7.5,吸光光度法应用简介,7.5.1,微量组分的测定,7.5.2,示差光度法,7.5.3,光度滴定法,7.5.4,络合物组成及稳定常数的测定,7.5.5,弱酸弱碱离解常数的测定,7.5.6,双波长分光光度法,7.5.7,导数分光光度法,前节要点复习,7.3,吸光光度法的灵敏度与准确度,灵敏度,吸光光度法是一种适合于微量组分测定的仪器分析法，检测限大多可达,10,-3,10,-4,g/L,或,g/,mL,数量,级,。,准确度,能,满足微量组分测定的要求。一般相对误差,25%,。例如，石灰石中微量铁，含量为,0.067%,，相对误差以,5%,计算，结果为,0.064 0.070%,，绝对误差为,0.003%,比较常量分析：,铁矿中的铁含量测定，含量为,80%,，若相对 误差以,5%,计算，结果为,84 76%,，绝对误差为,4%,测定时一般以游离态的物质（如上例,Fe,2+,）,的分析浓度进行计算，实际测得的是,条件摩尔吸收系数，,对摩尔系数的理解之一,3,3,2+,桔红色,508,邻二氮菲,=,1.1 10,4,测定,工作曲线的斜率即为摩尔吸收系数,摩尔吸收系数是对吸光物质而言，是由吸光物质的结构特征，吸光面积等因素决。,灵敏度的表示方法,摩尔吸光系数,当,b=1,时，,A=,C,A,C,0,定,对,摩尔系数的理解之二,对,同一种待测物质，不同的方法具有不同的,，,表明具有不同的灵敏度。,例，分光光度法测铜,铜,试剂法测,Cu,426,=1.28 10,4,L,mol,-1,cm,-1,双硫腙法测,Cu,495,=1.58 10,5,L,mol,-1,cm,-1,一般情况,10,5,低,灵敏度,中等灵敏度,高灵敏度,灵敏度不同的本质原因是什么,？,吸光系数,a,比吸光系数,Sandell,灵敏度,S,S,值表示 光程（,path,lenth,),为,1 cm,吸收池测得吸光度为,0.001,时，每,mL,溶液中待测物质的微克数。单位为,g,cm,-2,。,Sandell,灵敏度与,的关系,摩尔吸光系数,灵敏度,灵敏度,影响准确度的因素,仪器测量误差,吸光定律,根据误差传递公式，有,又,得,浓度测量的相对偏差,令,得,T=0.368=36.8%,A=0.434,时,，,仪器测量误差最小,为了减少测量误差，控制溶液的吸光度,A=0.15 1,T=70 10%,化学反应的影响,M +L =ML,max,吸光定律,光度法测定通常在一个较大的浓度范围内作工作曲线，当,或随着浓度的变化而变化，或随着副反应的变化而变化时，就表现出对吸光定律的偏离。,实际计算,例：,M +L,ML,ML,2,ML,3,1,1,2,2,3,3,如果在,1,进行测定，结果如左图所示,A,C,(M),A,ML,ML,2,ML,3,1,ML,3,ML,2,ML,例，聚合引起的对吸光定律的偏离,单体：,2,max,=660 nm,二聚体：,max,=610 nm,A,C,max,=660 nm,A,660 nm,610 nm,测量条件的选择,测量波长的选择,无,干扰，选择,max,有,干扰,A,A,待测溶液吸光度的选择,控制,A=0.15 1,T=70%10%,方法,选择,C,选择,b,1,、,非单色光影响小,2,、,灵敏度高,参比液的选择,原则：,扣除非待测组分的吸收,以显色,反应为例进行讨论,M +R =M-R,max,试液 显色剂 溶剂 吸光物质 参比液组成,无,吸收,无,吸收,光学透明,溶剂,基质吸收,无,吸收,吸收,不加显色剂的试液,无,吸收,吸收,吸收,显色剂,基质吸收,吸收,吸收,吸收,显色,剂,+,试液,+,待测组分的掩蔽剂,若欲,测,M-R,的吸收,max,A,（,样）,=A,（,待测吸光物质）,+,A,（,干扰）,+A,（,池）,A,（,参比）,=,A,（,干扰）,+A,（,池）,7.4,吸光光度法分析条件的选择,显色,反应,有机物质,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,无机物质,通常通过显色反应生成吸光系数大的有色物质进行测定，以提高灵敏度,3,3,2+,桔红色,max,邻二氮菲,酸度的选择,酸度的影响,副反应,M +,nR,=,MRn,OH,-,H,+,存在型体的变化,RH =R,-,+H,+,1,2,生成不同配比的络合物,例，磺基水杨酸,Fe,3+,pH=2 3,FeR,紫红色,pH=4 7,FeR,2,橙色,pH=8-10,FeR,3,黄色,酸度的选择,理论计算,以,作图，,可得,适宜,pH,范围,实际工作中，作,A pH,曲线，寻找适宜,pH,范围,。,A,pH,M +,nR,=,MRn,OH,-,H,+,显色剂的用量,M +,nR,=,MRn,定量反应,实际工作中，作,A,C,R,曲线，寻找适宜,C,R,范围。,A,C,R,温度的选择,实际工作中，作,A,T,曲线，寻找适宜 反应,A,T,A,T,A,T,A,T,A,T,反应时间的选择,实际工作中，作,A,t,曲线，寻找适宜 反应时间。,温度。,7.5,吸光光度法应用简介,微量组分的测定,单组分的测定,多,组分的测定,介绍一种,解联立方程法,A,X,Y,1,2,根据加合性原则,解,联立方程，可求得,Cx,Cy,为物质的特征参数，可通过配制标准溶液测得。,请,设计一个测定两组分的浓度的实验方案,A,Cs,(x),纯物质或共存物质不干扰,单组分的测定,微量铁的测定,氨基酸的测定,邻二氮菲法,茚三酮法,蛋白质的测定,考马斯亮蓝法,总磷的测定,磷钼蓝法,海水中营养盐的测定,返回,示差,光度法,方法,常规法,以,空白溶剂为参比,示差法,以,浓度为,Cs,的标准溶液为参比,A,C,C,x,A,（,Cx,Cs,）,适宜,高,浓度的测定,思考：（,Cx,Cs,）,时情况怎样,？,示差法的误差,方法,定量原理,相对误差,常规法,示差法,T,r,T,x,I,0,I,s,有,结论：示差法提高了准确度,例题,例题,已知,d,T,=0.01,样品,T,x,=2.00%,标准,T,s,=10.0%,示差法,常规法误差,示差法误差,已知,d,T,=0.01,样品,T,x,=2.00%,标准,T,s,=5.00%,示差法提高准确度的实质,常规法,T,x,T,0,5,10,50,100,落在测量,误差,较,大,的范围,示差法,T,0,5,10,50,100,T,r,T,s,T,s,落在测量,误差,较,小,的范围,结论：,示差法通过提高测量的准确度提高了方法的准确度,光度滴定法,光度滴定法是依据滴定过程中溶液的吸光度的突变来确定滴定终点的滴定分析方法。,例,滴定反应,M +R =MR,随着,R,的加入，,M,MR,滴定曲线随各物质的吸收性质的不同而不同。,R,=0,M,=0,MR,0,（不考虑滴定体积的变化）,A,V,R,V,sp,R,0,M,=0,MR,0,A,V,R,R,MR,V,sp,R,0,MR,0,R,0,M,=0,MR,=0,A,V,R,M,MR,A,V,R,V,sp,A,V,R,V,sp,R,=0,M,0,MR,=0,R,0,M,0,MR,=0,请同学们自己分析,络合物的组成及稳定常数的测定,摩尔比法测络合比（饱和法）,M +,nR,=,MRn,C,M,固定；,C,R,从,0,开始增大,C,MRn,C,R,在特定波长测定,R,=0,M,=0,MRn,0,A,C,R,/C,M,n,R,0,M,0,MRn,=0,A,C,R,/C,M,n,等摩尔连续变化法（,Job,）,测络合比,M +,nR,=,MRn,C,M,+,C,R,=,常数,C,M,/C,从,0 1,在特定波长测定,R,=0,M,=0,MRn,0,0,0.5,1.0,A,C,M,/,C,0.33,n=1,C,M,/,C,=0.5,n=2,C,M,/,C,=0.33,0,0.5,1.0,A,C,M,/,C,R,0,M,0,MRn,=0,条件稳定常数的测定,0,0.5,1.0,A,C,M,/,C,A,A A,由于络合物离解引起,离解度,MR =R +M,总,浓度,C,平衡浓度,C,(1-,a,),Ca,Ca,将,代入上式便可求出络合物的条件稳定常数,弱酸弱碱离解常数的测定,HR,=H,+,+,R,-,HR,用光度法可以测定其离解常数,R,A,HR,R,HR,R,用吸光值表征,，相对于,pH,作图，可求得,p,K,a,或,配制一系列不同,pH,浓度,C,相同的溶液,半中和法,pH,在,HR,测吸光度,A,pH,R,A,HR,R,HR,pH p,K,a,+1,C,=R,-,pH=,p,K,a,HR/R,-,=1,A,2,A,1,测得,A,2,测得,A,1,A,对应的,pH,即为,p,K,a,A,p,K,a,截距法,在,上述实验的基础上作数据处理,对,特定,pH,b=1 cm,pH p,K,a,+1,C,=R,-,代入，得,整理，得,作图，直线截距为,p,K,a,pH,双波长分光光度法,2,1,A,X,Y,Y,的存在不干扰,X,的测定,光源,单色器,单色器,检测器,切光器,狭缝,吸收池,对比吸收系数的理解,c,(g/100,mL,),b,=1 cm,例如扑热息痛的测定：,取扑热息痛约,40 mg,，,精密称定，置,250,mL,量瓶中，加,NaOH,(0.1 mol/L)50,mL,溶解，加水至刻度，摇匀，精密量取,5,mL,，,置,100,mL,量瓶中，加,NaOH,(0.1 mol/L)10,mL,，,加水至刻度，药匀，在,257 nm 1,的波长处测定吸光度，按,C,8,H,9,NO,2,的比吸收系数为,715,计算，即得。,要 点,1,、,Plank,条件,2,、物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。,3,、在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。,吸光定律,c,：,mol/L,摩尔吸光系数，,L,mol,1,cm,-1,K,c,：,g/L,K,a,吸光系数，,L,g,1,cm,-1,0.575,要点,1,、灵敏度及表示方法：,mg/L,；,吸收系数，,S,；,2,、准确度及影响因素：相对误差,25%,；测量误差；化学平衡移动引起的误差。,3,、吸光测量条件的选择：波长、浓度、参比的选择,4,、分析条件条件的选择：酸度、浓度、温度、时间,5,、方法介绍：,光度滴定；示差法；解联立方程法,