化学吸光光度法解读.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,Chapter 10,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,*,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,*,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,*,*,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,*,*,化学吸光光度法解读,化学吸光光度法解读化学吸光光度法解读2吸光光度法特点1）灵敏度高，可测量110-3%浓度范围的组分，可进行痕量分析,2）准确度尚可，RSD 510%比色,25%吸光光度法,3）应用广泛,4）操作简便、快速、仪器较简单,2,2,吸光光度法特点,1,）灵敏度高，可测量,1,10,-3,%,浓度范围的组分，可进行痕量分析,2,）准确度尚可，,RSD 5,10%,比色,2,5%,吸光光度法,3,）应用广泛,4,）操作简便、快速、仪器较简单,2,3,10.1 物质对光的选择性吸收和光吸收的基本定律,波长,:,nm,频率,:,s,-1,赫兹,Hz,光速,:c,3,10,10,cm/s,波数,:,cm,-1,1.,物质对光的选择性吸收,光的基本参数,h:,普朗克常数,6.626,10,-34,J,s,或,6.625,10,-27,erg,s,波长及频率,光的能量,光的波长越短,(,频率越高,),能量越大,.,3,4,电磁波谱,按照频率大小或波长长短排列，即得电磁波谱。,原子光谱,分子光谱,4,5,单色光和互补光,单色光：具有一定波长的光，如黄光,589nm,，只有一种颜色,混合光：两种或两种以上波长组成的光。,互补光：两种特定的色光按一定比例混合成为白光，称为互补光。,白光,绿,青,青蓝,蓝,紫,红,橙,黄,5,6,可见光波长范围,青,不同结构的物质吸收光的波长不同，因而呈现不同的颜色,6,7,物质对光的选择性吸收,hv,=,E,电子能级,振动能级,转动能级,E,1,E,0,双原子分子中电子能级示意图,0,1,2,3,4,0,1,2,2,4,光的强度降低,7,8,2.光吸收定律朗伯-比尔定律,I,0,I,0,:,入射光强度,I,t,:,透射光强度,b,：光程长,I,r,溶液对光的吸收,溶液的吸收光强度,溶液对光的吸收及入射光的强度成正比，,与单位体积中吸收光的质点（即溶质的浓度）成正比,与光在溶液中通过的距离（光程）成正比,Lambert-Beer,定律,8,9,Lambert-Beer,定律的推导,I,0,I,t,C,b,光程长,d,b,-d,I,b,I,b,横截面积,9,10,透过光,及,入射光强度之比称为透光度，用,T,表示,透光度的负对数为,吸光度,，用,A,表示,Lambert-Beer,定律的物理意义,b,溶液的厚度,K,吸光系数,c,溶质的浓度,当一束平行的单色光通过对光有吸收的均匀非散射溶液时,溶液的吸光度及溶液的浓度和液体的厚度成正比,.,10,11,当以浓度为横座标，以吸光度为纵坐标时，可以得到一条通过原点的直线，称为线性关系。,C,A,T,透光度T,及,吸光度A和浓度的关系,11,12,3.吸光系数和光度法的灵敏度,K,为吸光系数，其数值大小及光度分析的灵敏度有关。当浓度,c,的单位不同时,吸光系数有不同的名称,.,（,1,）吸收系数,吸收系数在数值上等于溶液浓度为,1g/L,、,b,为,1cm,时的吸光度，单位为,L/,（,g,cm,）,溶液的浓度单位为,g/L,时的吸光系数，用,a,表示,12,13,（2）摩尔吸收系数,若溶液的浓度单位为,mol/L,时的吸光系数，用,表示,摩尔吸光系数在数值上等于溶液浓度为,mol/L,、,b,为,1cm,时的吸光度，单位为,L/,（,mol,cm,）,摩尔吸光系数表示物质对光的吸收能力和灵敏度，一定条件下是常数,13,14,摩尔吸光系数的特点：,吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数,不随浓度,c,和光程,b,的改变而改变,表征物质对光的吸收能力,大,溶液的颜色深,对光的吸收能力强,灵敏度高。,1000,时才有分析意义,不同波长的,不同，最大吸收波长下测量的,可表示为,max,摩尔吸光系数从实验测定计算,14,15,（3）桑德尔（Sandell）灵敏度,当仪器检测极限为,A,0.001,时，单位截面积光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量，单位为,g,cm,-2,M:,吸光物质的摩尔质量,S,越小，表明检测的灵敏度越高。,15,16,例题,有一,5.00,g/L,的,Fe,2+,溶液,用邻菲罗林显色,溶液为橙红色,用厚度为,2cm,的比色皿,在波长,510nm,处测得,T%=64.7,试计算该反应的摩尔吸光系数,.,解,:,根据朗伯比尔定律,:,16,17,氯磺酚,S,测定钢中的铌,50ml,容量瓶中有,Nb30g,，用,2cm,比色池，在,650nm,测定光吸收，,A,0.43,求,S.(Nb,原子量,92.91),。,3.310,4,Lmol,-1,cm,-1,17,18,吸光度的加和性,A,1,=,e,1,bc,1,A,2,=,e,2,bc,2,A,=,e,1,bc,1,+,e,2,bc,2,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,18,19,10.2 分光光度计及吸收光谱,目视比色法,用眼睛观察、比较溶液颜色深浅确定物质含量的方法。,吸光光度法,借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线，然后根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求出被测物质的浓度或含量。,19,20,1.分光光度计及其基本部件,光源,单色器,吸收池,检测器,检流计记录器,棱镜,(,石英或玻璃,),光栅（石英）,钨灯,(,可见光,),氘灯,(,紫外光,),比色皿,(,石英或玻璃）,光电管,光电倍增管,直接读数,A,或,T,可见光区：,320,2500nm,。,紫外区：,185,400nm,20,21,常用光源,21,22,单色器,作用:产生单色光,常用的单色器：棱镜和光栅,样品池（比色皿）,厚度,(,光程,):0.5,1,2,3,5cm,材质：玻璃比色皿可见光区,石英比色皿可见、,紫外光区,22,23,检测器,作用：接收透射光，并将光信号转化为电信号,常用检测器：,光电管,光电倍增管,光二极管阵列,光电管分为红敏和紫敏，阴极表面涂银和氧化铯为红敏，适用,625,1000nm,波长；阴极表面涂锑和铯为紫敏，适用,200,625nm,波长,23,24,常见分光光度计光路示意图,24,25,72,型分光光度计 已淘汰,721,型分光光度计 教学用,常用仪器,TU1810,教学科研用,25,26,75X,型分光光度计：可在紫外和可见区波长范围内工作,高型号可进行光谱自动扫描,.,26,27,分光光度计的一般操作过程,开机、预热，仪器自检,选择方法：扫描光谱 定量分析,设定参数：波长范围 最大吸收波长,选择合适的,参比,(,空白,),溶液,调吸光度零点,将空白溶液置于光路中，调,A=0,（,%T=100,），消除溶液本底的影响,测量溶液的吸光度，读数范围应在,0.1,0.8,之间,读数误差较小,.,27,28,2吸收光谱,300,400,500,600,700,/nm,350,525 545,Cr,2,O,7,2-,MnO,4,-,1.0,0.8,0.6,0.4,0.2,Absorbance,350,以波长为横坐标，以溶质对光的吸收程度（吸光度,A,）为纵坐标，纪录溶液对不同波长光的吸收程度的曲线。,吸收峰,吸收波长,28,29,吸收光谱的特点,A:Absorption,(,吸光度,),最大吸光度所对应的波长,为,最大吸收波长,。是及分子性质有关的重要参数,与浓度无关。,吸收光谱的形状是物质特有性质，及浓度无关,定性分析基础,吸光度的强度与物质的浓度成正比,定量分析基础,波长,/nm,A,C,29,30,3.仪器和测量背景的扣除,参比(空白)溶液,溶剂参比,：,若仅待测组分及显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水,),作参比溶液；,试剂参比,：,若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，或试剂和溶剂中容易存在被测物质，用,“,试剂空白,”,(,不加试样溶液,),作参比溶液；,试液参比,：,若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用,“,试样空白,”,(,不加显色剂,),作参比溶液；,为什么需要使用参比,(,空白）溶液？,测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。,参比溶液的类型和选择：,30,31,10.3 吸光光度分析及误差控制,吸光光度分析包括定性分析和定量分析,定性分析：扫描吸收光谱，确定最大吸收波长,定量分析：根据朗伯比尔定律进行,31,32,1.测定波长的选择和标准曲线的测定,(1),选择适当的入射波长,一般应该选择,max,为入射光波长。但如果,max,处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。,A,/nm,a,b,max,吸光度具有加和性，同一波长下有吸收的化合物互相干扰,32,选择原则：“吸收最大，干扰最小”,灵敏度,选择性,34,(2).标准曲线法定量分析方法,配制一系列标准溶液,分别测量溶液的吸光度,以浓度为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制的曲线称为标准曲线,为一通过,原点,的直线,.,C,A,0,C,x,A,x,测量未知液的吸光度,可以从标准曲线上查出未知液的浓度,.,标准曲线法较为准确,简单,易于计算和掌握,是各种仪器分析常用的定量分析方法,.,线性方程（一元回归方程，,P69,）,线性相关系数,r,1.0,34,35,2.对lambert-Beer定律的偏离,偏离朗伯比尔定律现象,由于物理和化学等因素使标准曲线偏离了直线。,(1),单色光不纯,(2),溶液介质不均匀,(3),化学因素,35,36,根据LambertBeer定律，入射光应是单色光,单色光不纯,36,37,溶液介质不均匀，有胶体粒子或悬浮物存在，将发生光的散射，使测定的,A,增大，产生,正偏离,。,I,0,I,溶液介质不均匀,37,38,38,39,溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光溶质的浓度甚至结构发生变化，影响吸光度，有时使最大吸收波长发生改变。,例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：,Cr,4,2-,2,H,=,Cr,2,7,2-,H,2,溶液中,Cr,4,2-,、,Cr,2,7,2-,的颜色不同，吸光性质也不相同。,化学性因素,39,40,3.吸光度测量的误差,主要误差来源,偏离朗伯比尔定律,仪器和化学以及物理的因素,吸光度测量,仪器误差,40,41,吸光度测量的误差,吸光度及透光度是对数关系,A=-lgT=,bc,A,100,90,80,70,60,50,40,30,20,10,0,T%,0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,1.0,1.5,吸光度的测量误差等于读数误差和吸光度之比,41,42,A=,bc,dA=,bdc,两式相比,测量误差及浓度误差成正比,由于,A,lgT,0.434lnT,两式相比,多数仪器测量透光度可准确到小数点后第二位，,T,0.01,测量误差,42,43,T=0.368,时读数误差最小,相应的吸光度,A=0.434.,因此想使测量误差较小，吸光度读数范围应在,0.2-0.8,之间。,测量误差及,T,的关系,Er%,T,0.368,稀释,浓缩,选择合适的比色皿,43,44,1.,2.,最小误差的,A,0.434,则,倍,3,比色皿,2cm,吸光度,A,2,比色皿,1cm,吸光度,A,1,比色皿,0.5cm,吸光度,A,0.5,T=10,-0.5,=0.316,例,10,-,3,某一有色溶液在,2.0cm,吸收池中，测得百分透光率,T,1,，若仪器透光度绝对误差为,0.5,计算：,1,测定的浓度的相对误差。,2,为使测定吸光度在最适读数范围内，溶液应稀释或浓缩多少倍？,3,若浓度不改变，而改变比色皿厚度，则应选用哪种厚度的比色皿最合适？此时浓度误差为多少？,44,45,2,在吸光光度法中，应将吸光度值控制在（）的范围之内，以使测量的准确度较高。,课堂练习,1,某物质的摩尔吸光系数很大，则表明,被测物质的浓度很大,(B),其线性关系好,(C),其标准曲线的线性范围宽,(D),该物质光度测定的灵敏度高,D,0.2-0.8,3,在符合朗伯比尔定律的范围内，下列对有色物的浓度、最大吸收波长和吸光度三者之间关系表述正确的是（）,(A),增加，增加，增加,(B),增加，不变，减小,(C),减小，增加，增加,(D),减小，不变，减小,D,4,在相同条件下，测定某物质浓度，当浓度为,c,时，,T=80%,若浓度为,2c,时，,T=(),64%,5,在吸光光度分析中，影响有色物质的最大吸收波长和摩尔吸光系数的是,(,A),入射光强度（,B,）光程强度 （,C,）吸光物质的浓度 （,D,）吸光物质的化学结构,D,45,46,6,分光光度计 是用来测定有色溶液的吸光度和透光率的，主要由光源、单色器、吸收池、光电管和数据处理系统组成，其中单色器的作用是,(,），光电管的作用是（），比色皿材料由玻璃和（）。后者在（）波长范围内使用,分光,放大,石英,紫外,7,吸光光度法中，吸光度读数为,(),时，浓度测量误差最小,0.434,8,分光光度法测定的浓度相对误差最小时，其透光率为,(),36.8%,9,某物质摩尔吸光系数很大则表明,A,该物质对某波长的光吸光能力很强,B.,该物质浓度很大,C.,光通过该物质溶液的光程长,D.,测定该物质精密度高,A,10,吸光光度分析中，透光度,T,及吸光度,A,的关系为,(),。在某浓度下以,1 cm,比色皿测定的吸光度和透光度分别为,A,、,T,，若浓度增大一倍，则吸光度和透光度为,(),。,A=-lgT,2A,，,T,2,11,分光光度计主要由,(),，,(),，,(),，,(),组成。,光源,单色器,吸收池,检测器,46,47,1.,试说明吸收曲线及标准曲线的区别及其在光度分析中的作用,吸收曲线表示同一溶液对不同波长的吸光度，能找出最大吸收波长，便于用最大吸收波长作为吸收光进行定量，减小误差。,然而，吸光度的大小只能表示物质的相对浓度，于是，需用已知浓度的标准溶液绘制标准曲线，根据未知溶液的吸光度就能知道绝对浓度了。,47,48,2,在光度分析法中，如何确定实验时所用入射光的波长？,根据“吸收最大，干扰最小”的原则来选择入射光的波长。选用这种波长的光进行分析，不仅灵敏度高，而且能够减小或消除由非单色光引起的对朗伯,-,比尔定律的偏离。,48,49,3,在吸光光度法中，参比,(,空白溶液,),的作用是什么？选择参比溶液的原则是什么？样品溶液的吸光度值控制在多大测量误差最小？,（,3,）,A=0.434,或,T=0.368,49,50,4,某钢样含镍约,0.12%,，用丁二酮肟光度法进行测定（,=1.310,4,L/mol cm,）,.,试样溶液后，转入,100,毫升容量瓶中，显色反应后加水稀释至刻度。取试液在波长,470nm,处用,1.0 cm,比色皿进行测量。如要求此时的测量误差最小，应称取试样多少克？,50,51,10.4 光度法的应用,光度分析法应用中存在问题,浓度高的样品测量误差较大,光散射和杂质对光的吸收有较大干扰,有些化合物或离子没有颜色,51,52,1.低含量组分的定量分析(10,-3,-10,-6,mol/L),有色物质，1000，直接测定A,无色物质-转化为有色物质，测定A,显色反应,多组分分析,溶液中各吸光物质在同一波长下的吸光度具有加和性，进行混合物分析。,标准物质配制标准溶液,标准曲线法,52,53,1 显色反应和显色剂,浅色物质或无色的物质，经化学反应转化为有色物质后，进行测定。由于大多数金属离子都没有颜色或颜色很浅，因此必须转化成有色物质，多数情况下形成有色络合物。,痕量金属的测定,53,54,(1)显色反应,将无色或浅色的分子（离子）经化学反应转变为深色物质的反应,称为显色反应。,所用的化学试剂,R,称为显色剂,无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。,有机显色剂：种类繁多,X +R,RX,54,55,显色反应的要求,灵敏度高,10,4,生成的有色化合物应稳定,反应的选择性要好,显色剂在测定波长处无明显吸收,60nm,显色反应类型,络合显色反应,当金属离子及有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外,可见吸收光谱,氧化还原显色反应,某些元素的氧化态，如,Mn,（,）、,Cr,（,）在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。,55,56,(2)显色剂（有机显色剂）,一般为有机螯合剂，本身具有较深的颜色。,偶氮类螯合剂,三苯甲烷类螯合剂,铬天青,S,罗丹明类螯合剂,罗丹明,B,56,57,常见的螯合剂,双硫腙（,Diphenylthiocarbazone）：,Pb、Co、Cu、Hg、Ag、Zn 形成有色络合物,57,58,邻二氮菲(1,10-Phenanthroline monohydrate)：Fe(II),58,59,多元络合物,三种及其三种以上组分所形成的络合物,结构稳定,水溶性好,灵敏度高（,10,5,）,多元络合物主要类型有：离子缔合物、混配络合物、胶束,(,增溶,),络合物、杂多酸等。,59,60,2 显色反应条件的选择,优化显色反应的最终目的是提高分析的灵敏度,即使显色反应的产物颜色尽量的深且稳定,才能获得最好的灵敏度和精密度,.,60,61,(1),反应体系的酸度,在相同实验条件下，分别测定不同,pH,值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的,pH,范围。,pH,A,a,b,酸度对显色反应的进行有着重要影响。,61,62,(2)显色剂的选择和用量,用量：,A,稳定的范围,M,nR MR,n,显色剂应适当过量，以使反应完全,62,63,(3)其他条件,显色时间及温度：,实验确定,溶剂：一般尽量采用水相测定,63,64,a.,加入掩蔽剂,选择掩蔽剂的原则：,掩蔽剂不及待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。例：测定,Ti,4,，可加入,H,3,PO,4,掩蔽剂使,Fe,3+,(,黄色,),成为,Fe(PO,),2,3-,(,无色,),，消除,Fe,3+,的干扰；又如用铬天菁,S,光度法测定,Al,3+,时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将,Fe,3+,还原为,Fe,2+,，消除,Fe,3+,的干扰。,b.,选择适当的显色反应条件,:,酸度、显色剂用量,c.,选择适当的测量条件：参比溶液、,(4)共存离子干扰的消除,64,65,作业 第,332,页,11-5,11-6,11-7,65,66,作业(,第142页,),5-2,66,67,67,5-9 标定0.20 mol/L HCl溶液，试计算需要Na,2,CO,3,基准物质的质量范围。,68,68,5-10 分析不纯CaCO,3,（其中不含干扰物质）。称取试样0.3000g，加入浓度为0.2500 mol/L HCl溶液25.00 mL，煮沸除去CO,2,，用浓度为0.2012 mol/L NaOH溶液返滴定过量的酸，消耗5.84 mL，试计算试样中CaCO,3,的质量分数。,69,69,70,71,72,谢谢！,