第章吸光光度法2022优秀文档.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,*,上一页,下一页,返回,退出,基本内容和重点要求,掌握物质对光的选择性吸收、吸光度和透光度、朗伯,比耳定律及摩尔吸光系数等知识；,了解比色分析和分光光度法的特点、基本原理、仪器构造和各部件的作用；,学习显色反应和显色条件的选择；,理解分光光度法定量分析中的各种影响因素。,返回,第九章 吸光光度法,9.1,吸光光度法基本原理,9.2,光度计的基本部件,9.3,显色反应及显色条件的选择,9.4,吸光度测量条件的选择,9.5,吸光光度法的应用示例,9.6,紫外吸收光谱法简介,返回,9.1,吸光光度法基本原理,一、方法依据及分类,二、方法特点,三、光的基本性质,四、物质对光的选择性吸收,五、光的吸收基本定律,朗伯比耳定律,六、偏离比耳定律的原因,返回,一、方法依据及分类,基于,物质对光的选择性吸收,而建立起来的分析方法，包括,比色法,、,可见,及,紫外,光度法及,红外,光谱法等。,比色分析法,通过目视比较颜色的深浅来测定物质的浓度。,吸光光度法,使用光度计测定的方法。,返回,二、方法特点,灵敏度高、选择性好,准确度较高,应用广泛,仪器简单、操作简便、分析快速,返回,三、光的基本性质,1,、光的波动性和微粒性,2,、电磁波谱图,3,、单色光与复合光,4,、互补色光,返回,1,、光的波动性和微粒性,返回,2,、电磁波谱图,波长,/nm,10,-1,1 10 10,2,400 760 10,3,10,4,10,5,10,6,10,7,10,8,光谱名称,X,射线,紫外光,可见光,红外光,微波,跃迁类型,内层电子,中层、外层电子,外层电子,分子振动或转动,分子转动,分析方法,X,射线光谱法,紫外光度法,比色及可见光度法,红外光谱法,微波光谱法,Ultraviolet,Visible Spectrophotometry,返回,3,、单色光与复合光,单色光,：,具有同一波长的光,复合光,：,不同波长组成的光,可见光的波长大约在,400,760nm,之间，由红、,橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成，各种光具有一定的波长范围。,返回,4,、互补色光,如果把适当颜色的两种色光按一定强度比例混合，可以组成白光，这两种色光称为,互补色光,。,返回,四、物质对光的选择性吸收,1,、物质对光选择性吸收的原因,2,、物质颜色和吸收颜色的关系,3,、双原子分子能级示意图,4,、吸收光谱图,返回,1,、,物质对光产生选择性吸收的原因,光,照射物质（或溶液）该物质的分子、原子或离子与光发生“碰撞”，光子的能量转移到分子、原子、离子上，使这些离子由基态跃迁到激发态，然后（,10,-8,秒）又回到基态。以热、荧光等形式释放出来。,M,（基态）,+hv,M*,（激发态）,这种作用叫做物质对光的吸收。但不是所有光能被物质吸收。因为不同物质微粒的结构不同，,具,有不同的量子化能级，其能量差也不相同，因此对光的吸收具有选择性。,返回,2,、物质颜色和吸收颜色的关系,返回,白光,KMnO,4,紫色,表,9-1,物质颜色和吸收颜色的关系,物质颜色,吸收光,颜色,波长范围,/nm,黄绿,紫,400,450,黄,蓝,450,480,橙,绿蓝,480,490,红,蓝绿,490,500,紫红,绿,500,560,紫,黄绿,560,580,蓝,黄,580,600,绿蓝,橙,600,650,蓝绿,红,650,750,返回,以溶液为例：它是由于溶液中的粒子选择性地吸收某种颜色波长光而产生的。,若入射光都不吸收（即全部透过时）则溶液为无色透明；,若一部分波长光透过，其他波长光被吸收，则溶液为透过光颜色。也就是讲，,溶液呈现颜色与吸收光颜色互补,。,溶液颜色的深浅取决于溶液吸收光的量的多少，也就是取决于吸光物质浓度的高低。,比色分析法的依据。,返回,有关固体物质颜色：,对白光全部吸收时，呈黑色；,对白光全部反射时，呈白色；,对白光各波长吸收程度差不多时，呈灰色；,选择吸收某波长光，这时就由反射或透过光颜色决定。,返回,17,3,、双原子分子能级示意图,A,V,4,3,2,1,0,V,4,3,2,1,0,B,J,4,2,0,返回,4,、吸收光谱图,400 450 500 550 600 650 /nm,A,0.8,0.6,0.4,0.2,最大吸收波长,max,返回,在可见光范围内对,510nm,附近绿色光吸收最大，对波长,600nm,光吸收最弱，几乎不吸收所以溶液呈橙红色。光吸收程度最大之处波长称之为,最大吸收波长,max,。,返回,浓度不同，曲线形状相同，,max,不变，只是相应的吸光程度大小不同而已。,曲线形状与物质分子结构有关,吸收曲线为分析提供了依据；,在无干扰的前提下，一般选,max,为测定波长，有干扰时，则应根据干扰最小原则选,A,为最大的,测定波长。,返回,五、光的吸收基本定律,朗伯比耳定律,1,、透光度（率）与吸光度,2,、朗伯比耳定律,3,、吸光系数、摩尔吸光系数,4,、吸光度的加合性,返回,1,、透光度（率）,T,I,0,I,r,I,a,I,t,透光率或透射比,返回,散射光强度,可见：,T,越大，说明对光的吸收就越小；反之则反。,2.,朗伯,比耳定律,Lambert-Beers Law,A,吸光度,K,比例常数，与吸光物质的性质、入射光波长、温度等有关,b,液层厚度，,cm,c,溶液的浓度，,mol,L,-1,或,g,L,-1,返回,公式推导：,设想：单色光通过溶液时是垂直照射，该溶液吸光物质为均匀非散射体系。,把有色溶液分成许多薄层各层厚度为,db,，其截面积为,S,；,各薄层中所含吸光物质质点数目为,dn,，每个吸光质点的截面积为,a,，则此时薄层内所含吸光质点总截面积,dS=adn,；,返回,（接上）,设照射到该薄层上强度为,I,，由于吸光质点的吸收则光强度减弱了,dI,，它应与薄层中吸光质点的总截面积及入射光强度成正比即,-dI=K,1,I adn,设吸光物质浓度为，则薄层中吸光质点数目为,dn=6.02310,23,cSdb,设,6.02310,23,K,1,aS=K,2,，整理则得：,返回,（接上）,上式代入边界条件 积分：,返回,物理意义,当一束平行单色光，通过单一均匀、非散射的吸光物质溶液时，溶液的,A,与溶液的浓度,C,，液层厚度,b,的积成正比。,返回,说明：,朗伯比尔定律是光吸收的基本定律,，,它的成立也是有前提的。,入射光为平行单色光垂直照射；,吸光物质为均匀非散射体系；,吸光物质质子间无相互作用；,辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程，无荧光和化学现象发生。,上面讨论的吸光物质为单一组分情况,。,返回,3.,吸光系数、摩尔吸光系数,吸光系数,a,：,摩尔吸光系数,（或,）,：,关系：,（或,）,M a,c,g,L,-1,b,cm,a,=,A,/(,b c,),，,Lg,-1,cm,-1,c,mol,L,1,b,cm,=A/(b c),，,Lmol,-1,cm,-1,返回,说明：,摩尔吸光系数是一个计算值。,值是物质的特征常数。它主要取决于,、溶液性质、温度、仪器质量与,b,、,c,无关。,值大小表明了该物质对某波长光吸收能力大小。,值越大，则吸光能力就越大，测定时灵敏度就越高。,返回,4.,吸光度的加合性,多组分体系中,返回,六、偏离比耳定律的原因,1,、标准曲线（校正曲线）,2,、偏离的原因,返回,又称工作曲线。,（一）,.,标准曲线（校正曲线）,A,0.50,0.40,0.30,0.20,0.10,0 2.0 4.0 6.0 8.0 10,m,g/mL,返回,由曲线的斜率可求,值。因,b,是固定的，,=A/bc,。又因,值是多个标准溶液得到的平均值因此可靠。,求未知液的浓度。条件相同时,Ax=bCx,，,Cx=Ax/b,。应注意调节,Cx,大小使,Ax,在标准曲线范围内。,标准曲线的应用,返回,例,1,50mL,比色管中，加入含有,的,Fe,2+,溶液,，加入邻二氮菲显色剂，用水稀释至,50mL,，用,2cm,比色池，在分光光度计上测得吸光度，计算摩尔吸光系数,？,解：,返回,A,0.50,0.40,0.30,0.20,0.10,0 2.0 4.0 6.0 8.0 10,m,g/mL,正偏离,负偏离,返回,（二）偏离原因,1,、物理因素,非单色光引起的偏离：,目前各种分光光度计得到的入射光实际上都是具有某一较窄波段的复合光，物质对不同波长光的吸收程度的不同，因而导致对朗伯比耳定律的偏离。,返回,设两种单色光,1,、,2,，强度均为,100,个单位，分别通过浓度为,c,，液层厚度为,b,的溶液。再将,1,、,2,混合通过浓度为,c,，液层厚度为,b,的溶液,，情况如何？其,T,、,A,值是否符合朗伯比尔定律。,返回,从数据角度考虑：,设：入射光由,1,和,2,组成，其强度分别为,I,0,、,I,0,，通过有色溶液，浓度为,c,厚度为,b,，此时透过光的强度为,I,1,、,I,2,。,返回,当两波长相差小时，此时视,1,=,2,，即入射光近似认为是单色光，,A,与,C,仍有线性关系；当两波长相差大时，则,1,2,，,A,与,C,就不成线性关系，发生负偏离。,克服非单色光引起的偏离的措施：,使用比较好的单色器；,人射光波长选择在被测物质的最大吸收处；,测定时应选择适当的浓度范围。,返回,非平行入射光引起的偏离,：这里指的是入射光不能保证全部垂直通过吸收池，此时导致光束平行光程,b,大于吸收池厚度,b,。使实测的吸光度大于理论值，从而产生正偏离。,介质（溶液）不均匀引起的偏离,：指荣也不均匀，如产生胶体或浑浊，当入射光通过溶液就会发生散射，是透过光强度减弱，吸光度增大产生正偏离。,返回,2.,化学因素引起的偏离,浓度过高引起的偏离：浓度过高，吸光物质粒子间距离减小，它们之间的相互作用改变了吸光微粒的电荷分布。从而改变了它们对光吸收能力，改变了,值，由,值不恒定就改变了,A,与,C,的线性关系从而造成偏离。,返回,平衡效应：有些有色物质在溶液发生,缔合,、,离解,，,同溶剂,反应，产生,互变异构体,，光化分解等平衡效应改变了吸收曲线的形状,l,max,，吸收强度等发生了变化，从而导致偏离。,如：,Cr,2,O,7,2-,+2H,2,O,2HCrO,4,-,2H,+,+2CrO,4,2-,l,max=350nm,l,max=375nm,当用水稀释时平衡向右移动，就会使,Cr,2,O,7,2-,工作曲线弯曲。,返回,化学反应引起的偏离,：,酸效应：溶剂效应，也会使工作曲线弯曲。,在分析测定中，要,控制溶液的条件,，使被测组分以一种形式存在，以克服化学因素所引起的对朗伯比耳定律的偏离。,返回,9.2,光度计的基本部件,一、光度计的基本部件,二、吸光度的测量,返回,一、光度计的基本部件,光源,单色器,吸收池,检测器,显示装置,返回,五、光的吸收基本定律朗伯比耳定律,分为光电管和光电倍增管。,因为n*跃迁属于禁戒跃迁吸收弱，相应吸收峰的摩尔吸光系数较小一般Cs,依定律：,Ax=bCx As=bCs,两式相减：,Ax,As=b,（,Cx,Cs,）即：,A=b C,可见，用已知浓度的标准溶液作参比溶液测得,A,值是被测试液与参比溶液的吸光度之差，是一个相对吸光度，,A,与,C,是成正比的。,4,、提高分析结果的准确度,的原因,1,）从检流计标尺上去分析：例如，按一般光度法以无色溶液作参比溶液测得标准溶液,Ts=10%,，试液,Tx=5%,；改用示差法，将标准溶液作参比溶液使,Ts=100%,，就必须增大光源强度因此试液,Tx,也就相应增大到,50%,，这样就等于把标尺扩大了,10,倍。,2,）从测量时的相对误差分析,一般分析：,E,为,x%,，被测物为,Cx,，则产生误差,Cx,（,x%,）,示差法：测量被测物浓度为,C,，则产生误差,C,因为,Cx C,，所以示差法误差较小，提高了方法的准确度。,三、光度滴定,光度测量的方法来确定滴定终点的方法,。,主要用于平衡常数较小或无合适指示剂的滴定分析。,测定滴定过程中溶液的吸光度并绘制滴定剂体积和对应吸光度曲线（,A-V,）根据曲线确定滴定终点。,四、酸碱离解常数的测定,研究酸碱指示剂及金属离子指示剂的重要方法之一。,若在可见光区无吸收时（即无色），则可用紫外或近红外光度法进行测定。,原理,：,HL=H,+,+L,-,若,HL=L,-,，,则,pH=pKa,可见：,HL,与,L,-,受,pH,值影响；只要找到,HL=L,-,之点就可以求,Ka,值；如果是多级离解，只要吸收光谱曲线不重叠就可以求出各级离解常数。,2,、方法,1,）首先配制一系列总浓度相等而,pH,不等的溶液；,2,）用酸度计测定各次的,pH,值；,3,）选定酸态（,HL,）、碱态的最大吸收波长，用,1cm,的吸收池测定各溶液的吸光度；,4,）计算,Ka,值。,（接上）,根据吸光度的加和性原则，,A=,HL,HL+,L,-,L,-,式中,HL,、,L,-,用分布系数与总浓度表示，即可以表示为：,在高酸度时：,C=HL,则,A,HL,=,HL,C,在高碱度时：,C=L,-,则,A,L,-=,L,-L,-,代数法求一元弱酸离解常数,（接上）,合并三式得：,取对数,：,式中,A,L,-,、,A,HL,分别为弱酸完全为,L,-,、,HL,时的吸光度，,A,为一定,pH,值时的吸光度。,也可以用作图法求解,。,五、配合物组成及稳定常数的测定,连续变化法、斜率比法、平衡移动法,1,、摩尔比法,(,又称饱和法,),的依据：在配位反应中，金属离子（,M,）被显色剂（,L,）所饱和的原则来测定配合物组成。,2,、具体作法：,例如：,M+Ln=MLn,M,、,L,均不干扰,MLn,的吸收,（接上）,1,）依摩尔吸光系数（,）值估计配制,C,M,=C,L,=10,-4,-10,-5,mol/L,标液测得吸光度，看是否在读数范围之内,A,（）,T,（,10-70%,）；,2,）在一定条件下配制一系列溶液，固定,C,M,，改变,C,L,浓度，使,C,L,/C,M,比值在之间；,3,）分别配制含同量的试剂参比溶液；,4,）分别测定吸光度；,5,）作图：以,A,为纵坐标，,C,L,/C,M,为横坐标。,3,、形成常数的测定,上述摩尔比法就可用于形成常数的测定。如,1,：,1,型配合物。,根据物料平衡：,C,M,=M+ML,M=C,M,ML,（,1,）,C,L,=L+ML,L=C,L,ML,（,2,）,（接上）,若金属离子和配位剂在测定波长处无吸收（设,b=1cm,），此时：,A=ML,即,ML=A/,按曲线的最高点（,A,最大恒定值）处，计算,ML,的摩尔吸光系数,=A,0,/ML,（,3,）,（接上）,将（,1,）（,2,）（,3,）代入形成常数式：,六、双波长分光光度法,1,、原理,：,使两束不同波长的单色光以一定的时间间隔交替地照射同一吸收池，测量并记录两者吸光度的差值。这样就可以从分析波长的信号中扣除来自参比波长的信号，消除各种干扰，得待测组分的含量。分析方法的灵敏度、选择性及测量的精密度高。被广泛用于环境试样及生物试样的分析。,（接上）,A,与吸光物质浓度成正比。这是定量的理论依据。只用一个吸收池，以试液本身对某一波长的光的吸光度为参比，消除了因试液与参比液及两个吸收池之间的差异引起的测量误差，提高测量的准确度。,2,、应用,1,）混浊试液中组分测定：一般选择待测组分的最大吸收波长为测量波长,(,l,),，选择与其相近而两波长相差在,4060 nm,范围内且有较大的,A,值的波长为参比波长。,2,）单组分的测定：进行单组分的测定，以络合物吸收峰作测量波长，参比波长的选择有：以等吸收点为参比波长；以有色络合物吸收曲线下端的某一波长作为参比波长；以显色剂的吸收峰为参比波长。,（接上）,3,）两组分共存时的分别测定：当两种组分的吸收光谱有重叠时，要测定其中一个组分就必须消除另一组分的光吸收。对于相互干扰的双组分体系，它们的吸收光谱重叠，选择参比波长和测定波长的条件是：待测组分在两波长处的吸光度之差,A,要足够大，干扰组分在两波长处的吸光度应相等，这样用双波长法测得的吸光度差只与待测组分的浓度成线性关系，与干扰组分无关，从而消除了干扰。,返回,9.6,紫外吸收光谱法简介,利用物质分子对紫外可见光的吸收光谱，对物质的组成含量和结构进行分析测定的方法。,它也是基于分子中价电子在能级之间的跃迁所产生的吸收。与可见光度分析相同两者定量分析原理也是依朗伯比尔定律。仪器组成原理也一样，仅不同的是：它采用氢灯或氘灯光学材料及用的石英材料。,（接上）,该方法具有灵敏度高、准确度好、选择性优操作简便、分析速度好、应用广泛等特点。其测定波长范围为,200-1000nm,。,原理：物质的分子的电子能级、振动能级都是量子化的，只有当辐射光子的能量恰好等于两能级间的能量差（两能级间的能量差与分子中价电子的结构有关）时，分子才能吸收能量。,一、有机化合物电子跃迁的类型,在紫外可见光区，主要有下列几种跃迁类型，各种跃迁所对应的能量大小为,：,n,*,*n,*,*,1,、,*,跃迁,：,分子中形成单键的电子为电子。要使其由跃迁到,*,所需能量大，此能量相当于真空紫外光的辐射能。饱和烃只能发,*,跃迁。,2,、,n,*,跃迁,：,含有未共用电子对（即,n,电子）原子的饱和烃化合物（书中讲含,O,、,N,、,S,、,Cl,等杂原子的饱和烃）可以发生,n,*,跃迁。,n,*,跃迁能量小于,*,，一般相当于,150-250nm,区域的辐射能。其中大多数吸收峰在低于,200nm,的真空紫外区。,3,、,*,跃迁,凡不饱和的（双键、三键）的有机化合物都会发生,*,跃迁，这类跃迁产生的吸收峰都处在紫外区（即,200nm,附近），,max,10,4,。属于强吸收。,共轭烯炔中的,*,跃迁的吸收峰比非共轭烯炔的,*,的波长更长（即吸收峰移向较长的波长处）。例如：当含有,5,个以键共轭的吸收峰接近可见光区（这种现象称为,红移,）。,4,、,n,*,跃迁,：,电子从非键,n,轨道跃迁道,*,轨道称为,n,*,跃迁。（主要指含有杂原子的双键化合物）相对于其它的跃迁，实现这类跃迁所需能量小，,n,*,跃迁吸收光的波长在近紫外区内。因为,n,*,跃迁属于禁戒跃迁吸收弱，相应吸收峰的摩尔吸光系数较小一般,10,2,L/mol,cm,。,=1-10,3,L/mol,cm,吸收带又称为,R,带。溶剂极性增强通常使,n,*,吸收带发生,紫移,现象,。,二、影响紫外吸收光谱的因素,1,、溶剂影响,1,）有些溶剂特别是极性溶剂可能会影响溶质的最大吸收波长,2,）溶剂的极性溶剂可能会影响溶质吸收带的强度及形状,2,、,pH,值影响,：,当被测物具有酸、碱性基团时,3,、空间效应,：,若分子中存在空间阻碍，影响较大共轭体系的生成，则吸收波长就短，,值也就小。反之则反。,三、紫外吸收光谱法的应用,1,、计算,max,2,、比较吸收光谱,在相同的测量条件下，测定和比较未知物与已知标准物的吸收光谱曲线，如果两者的光谱完全一致，则可以认为未知样品与已知标准物含有相同的生色团。,3,、同分异构体和顺反异构的确定,4,、纯度检查,