分光光度法幻灯片.ppt

比色法和分光光度法比色法和分光光度法1化学分析法化学分析法酸碱滴定法酸碱滴定法配位滴定法配位滴定法氧化还原滴定法氧化还原滴定法沉淀滴定法沉淀滴定法u重量分析法重量分析法u容量分析法容量分析法仪器分析比色法和分光光度法仪器分析比色法和分光光度法2 利利用用溶溶液液颜颜色色的的深深浅浅来来测测定定溶溶液液中中有有色色物物质质的浓度，这种测定方法称为的浓度，这种测定方法称为比色分析法。比色分析法。用分光光度计进行的比色分析的方法称为用分光光度计进行的比色分析的方法称为分光光度法。分光光度法。概述概述目视比色目视比色,称为称为比色法。比色法。3 灵敏度高灵敏度高：测定下限可达：测定下限可达105106mol/L,10-4%10-5%准确度高准确度高一般吸光光度法的相对误差为一般吸光光度法的相对误差为2-5%，对微量成分来说，还是比较满意的，因为，对微量成分来说，还是比较满意的，因为在这种情况下，滴定分析法和重量法也不够在这种情况下，滴定分析法和重量法也不够准确了，甚至无法进行测定。准确了，甚至无法进行测定。操作简便快速操作简便快速应用广泛应用广泛:几乎所有的无机离子和有机化合物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。都可直接或间接地用吸光光度法进行测定。光度分析法的特点光度分析法的特点 41、光的基本性质、光的基本性质 光具有波粒二象性，即波动性、粒子性。光具有波粒二象性，即波动性、粒子性。根据波长的不同，可分为：根据波长的不同，可分为：p396 紫外光区紫外光区：200nm 400nm 可见光区可见光区：400nm 750nm 红外光区红外光区：750nm 1000m 描述其波动性的主要参数是：波长描述其波动性的主要参数是：波长，频率，频率，光速光速C。三者间关系为：三者间关系为：C物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收5具有同一波长的光称为具有同一波长的光称为单色光单色光。光的粒子性：如光电效应。光的粒子性：如光电效应。光子的能量（光子的能量（E）决定于光的频率和波长：）决定于光的频率和波长：不同波长组成的光称为不同波长组成的光称为复合光复合光。白光（如日光）是复合光，是由白光（如日光）是复合光，是由红、橙、黄、绿、红、橙、黄、绿、青、蓝、紫青、蓝、紫等光按适当的强度比例混合而成的，在等光按适当的强度比例混合而成的，在400nm750nm 范围的一种复合光。范围的一种复合光。62、物质对光的选择性吸收、物质对光的选择性吸收物质为什么有颜色，其实质是什么？物质为什么有颜色，其实质是什么？-物质本性、光物质本性、光7互补色光互补色光如如KMnO4吸收吸收绿色光绿色光，因此，因此KMnO4溶液呈现溶液呈现紫色紫色。物质的颜色物质的颜色8 将不同波长的光透过某一固定的溶液，测量不同波长下溶液对光将不同波长的光透过某一固定的溶液，测量不同波长下溶液对光的吸光度，作图得到的吸光度，作图得到光吸收曲线光吸收曲线,描述物质对不同波长光的吸收。描述物质对不同波长光的吸收。400480560640720 nm0.40.81.21.6AKMnO4 溶液的吸收曲线溶液的吸收曲线DCBA A、B、C、D代表不同浓代表不同浓度下的吸收曲线。度下的吸收曲线。3 吸收曲线吸收曲线max9IrIoItIa 一束一束平行平行单色单色光照射透明溶液时，光的一部分被吸收，光照射透明溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。光吸收的基本定律光吸收的基本定律1、朗伯、朗伯比尔定律比尔定律10Io=Ia+It+Ir 若入射光强度为若入射光强度为Io，吸收光的强度为，吸收光的强度为Ia，透过光强，透过光强度为度为It，反射光的强度为，反射光的强度为Ir，它们的关系是：，它们的关系是：在吸光光度法中，测定时都是采用同样质量的在吸光光度法中，测定时都是采用同样质量的比色皿，反射光的强度基本上是不变的，其影响可以比色皿，反射光的强度基本上是不变的，其影响可以相互抵消。相互抵消。空白调零。空白调零。分光光度法中：分光光度法中：Io=Ia+It11从上式可以看出：从上式可以看出：溶液的透光度愈大，说明溶液对光的吸收愈小，相反，透溶液的透光度愈大，说明溶液对光的吸收愈小，相反，透光度愈小，说明溶液对光的吸收愈光度愈小，说明溶液对光的吸收愈大大.透光度透光度:透过光强度透过光强度It与入射光强度与入射光强度Io之比之比,用用 T 表示表示吸光度：吸光度：用用 A表示表示12 比例常数，比例常数，与与、c、T有关。有关。b：溶液厚度：溶液厚度朗伯定律：朗伯定律：当当 、c、T 一定时，溶液的吸光度与液层一定时，溶液的吸光度与液层的厚度成正比。的厚度成正比。比尔定律比尔定律：当当 、b 和和 T一定时，溶液的吸光度与溶液一定时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比。的浓度成正比。13朗伯朗伯比尔定律比尔定律（同时考虑溶液浓度和液层厚（同时考虑溶液浓度和液层厚度的影响）一束度的影响）一束平行单色光平行单色光通过溶液，当通过溶液，当 和和T一定时，其吸光度与溶液的浓度和液层厚度成一定时，其吸光度与溶液的浓度和液层厚度成正比。正比。朗伯朗伯-比尔定律的适用条件比尔定律的适用条件(1)单色光单色光:应选用应选用 max处或肩峰处测定处或肩峰处测定(2)吸光质点形式不变：离解、络合、缔合会破吸光质点形式不变：离解、络合、缔合会破坏线性关系，坏线性关系，应控制条件应控制条件(酸度、浓度、介酸度、浓度、介质等质等)(3)稀溶液：稀溶液：浓度增大，分子之间作用增强浓度增大，分子之间作用增强14 当当c用用gL-1表示，表示，b用用cm表示时，表示时，K用用a表示，称为表示，称为吸光系数，其单位为吸光系数，其单位为 L(g.cm)-1，则：则：2、比例常数、比例常数K吸光系数吸光系数aA=a b c摩尔吸光系数摩尔吸光系数 c用用molL-1表示，表示，b用用cm表示时，表示时，K用用表表示，称为摩尔吸光系数，其单位为示，称为摩尔吸光系数，其单位为L(mol.cm)-1。则：。则：A=b c在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。时该溶液在某一波长下的吸光度。15u越越大大表表明明该该物物质质的的吸吸光光能能力力越越强强，用用光光度度法测定该物质的灵敏度越高。法测定该物质的灵敏度越高。105：超高灵敏；：超高灵敏；=(610）104：高灵敏；：高灵敏；2104：不灵敏。：不灵敏。u桑德尔桑德尔(Sandell)灵敏度灵敏度(灵敏度指数灵敏度指数)用用S来表来表示。示。S是指当仪器的检测极限是指当仪器的检测极限A=0.001时，时，单位截单位截面积光程内所能检测出来的吸光物质的最低面积光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量含量，其单位为，其单位为gcm-2，S与与及吸光物质摩及吸光物质摩尔质量尔质量M的关系为：的关系为：S=M/分光光度的灵敏度分光光度的灵敏度16【例例】：有有一一浓浓度度为为1.0 g/ml Fe2+的的溶溶液液，以以邻邻二二氮氮菲菲显显色色后后，在在比比色色皿皿厚厚度度为为 2cm、波波长长510nm处处测测得得吸吸光光度度为为0.380，计计算算（1）透透光光度度T；(2)吸光系数吸光系数a；（；（3）摩尔吸光系数）摩尔吸光系数。解解（1）T T1010-A-A10-0.3800.417（2）（3）1716-2-2 吸光度的加合性吸光度的加合性A总总=Ai=1b1c1+2b2c2+nbncn 总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。或或溶液的吸光度应等于溶液中各组分的吸光度之和。溶液的吸光度应等于溶液中各组分的吸光度之和。（组分间没有干扰组分间没有干扰）A4 A3 A2 A118对朗伯对朗伯-比尔定律的偏离比尔定律的偏离 一、物理因素：一、物理因素：1 1、单色光不纯，导致负偏差。、单色光不纯，导致负偏差。CA标准工作曲线图标准工作曲线图正误差正误差负误差负误差2、散射光的影响，胶体、散射光的影响，胶体、乳浊液或悬浊液由于散射的乳浊液或悬浊液由于散射的作用使吸光度增大，或入射作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通过比色皿产生光不是垂直通过比色皿产生正偏差。正偏差。19二、化学因素二、化学因素1、吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生偏、吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生偏差，差，朗伯朗伯-比尔定律只适合于稀溶液（比尔定律只适合于稀溶液（c 10-2 molL-1)。2、平衡效应，物质的离解、缔合、互变异构、平衡效应，物质的离解、缔合、互变异构及化学变化引起的偏离，如：及化学变化引起的偏离，如：Fe(SCN)3=Fe3+3SCN-Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+20一、目视比色法：一、目视比色法：用眼睛比较溶液颜色深浅以用眼睛比较溶液颜色深浅以确定物质含量。（也叫确定物质含量。（也叫标准色阶法标准色阶法）1 2 3 4 5 标准系列溶液标准系列溶液待测溶液待测溶液比色法和分光光度法及其仪器比色法和分光光度法及其仪器 21目视比色法的优点是：目视比色法的优点是：1、仪器简单，操作简便，适宜于大批试样分析。、仪器简单，操作简便，适宜于大批试样分析。2、测定的灵敏度较高，适宜于稀溶液中微量元素的测定。、测定的灵敏度较高，适宜于稀溶液中微量元素的测定。3、白光下进行测定，因此有些显色反应不符合朗伯白光下进行测定，因此有些显色反应不符合朗伯比耳定比耳定律时，仍可用目视法测定。律时，仍可用目视法测定。目视比色法的缺点是：目视比色法的缺点是：1、有色溶液一般不太稳定，常常临时配制一套标准色阶，较、有色溶液一般不太稳定，常常临时配制一套标准色阶，较麻烦费时。麻烦费时。2、依靠人的眼睛来观察颜色深度，有主观误差，准确度不高，、依靠人的眼睛来观察颜色深度，有主观误差，准确度不高，相对误差约为相对误差约为520%。22二、二、分光光度计分光光度计(spectrophotometer)通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光.波长可调波长可调,故选择性好故选择性好,准确度高准确度高.光源光源单色器单色器吸收吸收池池检测系统检测系统稳压电稳压电源源分光光度法的基本部件：分光光度法的基本部件：读数指示器读数指示器23分光光度计内部光的传播途径分光光度计内部光的传播途径241.光源光源(Light source)：发出所需波长范围内的连发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度续光谱，有足够的光强度,稳定。稳定。可见光区：钨灯，碘钨灯可见光区：钨灯，碘钨灯(320(320 2500 nm)2500 nm)紫外区：氢灯，氘灯紫外区：氢灯，氘灯(180(180 375 nm)375 nm)2.单色器单色器(monochromator)：将光源发出的连续将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。光谱分解为单色光的装置。棱镜棱镜 光栅光栅 玻璃玻璃350 350 3200 nm,3200 nm,石英石英185 185 4000 nm4000 nm253.3.吸收池吸收池(cell):用于盛待测液及参比溶液。玻璃玻璃 能吸收能吸收UV光，仅适用于可见光区光，仅适用于可见光区石英石英 不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区不吸收紫外光，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）要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）4.检测器检测器(detector)：利用光电效应，将：利用光电效应，将 光能转成电流讯号。光能转成电流讯号。光电池，光电管，光电倍增管光电池，光电管，光电倍增管265.读数指示器读数指示器 读数指示器的作用是把光电流放大的信号以适当读数指示器的作用是把光电流放大的信号以适当方式显示或记录下来。通常使用悬镜式光电反射检流方式显示或记录下来。通常使用悬镜式光电反射检流计测定产生的光电流。检流计光点偏转刻度直接标为计测定产生的光电流。检流计光点偏转刻度直接标为吸光度和透光率，测定时一般可直接读出吸光度。吸光度和透光率，测定时一般可直接读出吸光度。27显色反应与显色条件的选择显色反应与显色条件的选择显色反应显色反应在分光光度分析中，利用显色反应把待测组在分光光度分析中，利用显色反应把待测组分分MM 转变为有色化合物转变为有色化合物MR，然后再进行测定。，然后再进行测定。使试样中的被测组分与化学试剂作用生成有色化合物使试样中的被测组分与化学试剂作用生成有色化合物的反应叫的反应叫显色反应显色反应。所用试剂称。所用试剂称显色剂。显色剂。M(待测物待测物)nR(显色剂显色剂)MRn(有色化合物有色化合物)显色反应主要有配位反应和氧化还原反应，其中绝显色反应主要有配位反应和氧化还原反应，其中绝大多数是配位反应。大多数是配位反应。28对显色反应的要求对显色反应的要求1、灵敏度高、灵敏度高，选择，选择较大的显色反应。避免共存较大的显色反应。避免共存组分干扰。组分干扰。2、选择性好、选择性好，显色剂只与被测组分反应。，显色剂只与被测组分反应。3、有色物组成固定、有色物组成固定，如：，如：Fe3+磺基水杨酸磺基水杨酸 三磺基水杨酸铁三磺基水杨酸铁(黄色黄色)（组成固定）（组成固定）Fe3+SCN-FeSCN2+、Fe(SCN)2+（组成不固定）（组成不固定）294、有色物稳定性高，其它离子干扰才小。、有色物稳定性高，其它离子干扰才小。如三如三磺基水杨酸铁的磺基水杨酸铁的Kf=1042,F-、H3PO4 对它对它无干扰。无干扰。5、显色过程易于控制、显色过程易于控制，而且有色化合物与显，而且有色化合物与显色剂之间的颜色差别应尽可能大。色剂之间的颜色差别应尽可能大。30cRcRcR显色反应条件的选择（实验确定）显色反应条件的选择（实验确定）1、显色剂的用量、显色剂的用量，适当过量。，适当过量。适宜的用量通过适宜的用量通过实验求得实验求得(cM、pH一定一定)312、酸度（、酸度（cM、cR一定）一定）pH1pHpH2pH323、显色时温度和时间、显色时温度和时间T1()T2()t(min)A4、溶剂的影响、溶剂的影响，有机溶剂会降低有色物的离解，有机溶剂会降低有色物的离解度，从而提高度，从而提高 显色反应的灵敏度。显色反应的灵敏度。33(3)改变干扰离子价态改变干扰离子价态，测，测Ni2+时，时，Fe2+有干扰，有干扰，加入氧化剂，加入氧化剂，Fe2+Fe3+.(4)分离干扰离子分离干扰离子，用萃取、沉淀、电解、离子，用萃取、沉淀、电解、离子交换等方法。交换等方法。还可选择适当的参比溶液和入射光的波长等还可选择适当的参比溶液和入射光的波长等方法来消除共存离子的干扰。方法来消除共存离子的干扰。(2)加入掩蔽剂加入掩蔽剂，如用，如用SCN-测定测定Co2+时，时，Fe3+有有干扰，加入干扰，加入 F-:Fe3+6F-=FeF63-;Fe3+被掩蔽。被掩蔽。5、干扰物质的影响及消除、干扰物质的影响及消除(1)控制酸度控制酸度，使干扰离子不显色。，使干扰离子不显色。34 分光光度法仪器测量误差及其消除分光光度法仪器测量误差及其消除入射光波长的选择。入射光波长的选择。（545nm）最大吸收，最小干扰35光度计读数范围的选择光度计读数范围的选择透光率读数的准确度是仪器精度的主要指标。透光率读数的准确度是仪器精度的主要指标。测定结果的精度常用浓度的相对误差测定结果的精度常用浓度的相对误差dc/c表示。表示。36若透光率刻度的读数的绝对误差为若透光率刻度的读数的绝对误差为T=1%，用不同的，用不同的T代入上式，可得相应浓度测量的相对误差代入上式，可得相应浓度测量的相对误差c/c，作图。，作图。0.20.40.60.81.00246810T0.368372、T在在10%70%(A=1.00.15)范围，相对范围，相对误差较小。误差较小。1、T=36.8%(A=0.4343)，相对误差最小。相对误差最小。由图可见：由图可见：为了减小浓度的相对误差，提高测定的准为了减小浓度的相对误差，提高测定的准确度，一般应控制溶液吸光度确度，一般应控制溶液吸光度A在最适宜读数在最适宜读数范围范围1.00.15。38(1)试样、试剂、显色剂都无色时，用试样、试剂、显色剂都无色时，用纯水作参比。纯水作参比。(2)试样无色，试剂、显色剂有色，采用试样无色，试剂、显色剂有色，采用不加试样的空不加试样的空白溶液作参比。白溶液作参比。（试剂空白）（试剂空白）(3)试样有吸收，而显色剂等无色，可采用不加显色剂试样有吸收，而显色剂等无色，可采用不加显色剂的试样为参比。的试样为参比。（试样空白）（试样空白）(4)均有色，有吸收，对试样加入掩蔽剂，褪色后再加均有色，有吸收，对试样加入掩蔽剂，褪色后再加显色剂等作为参比。显色剂等作为参比。(褪色空白褪色空白)参比溶液的选择参比溶液的选择 在吸光度测量中，作为比较的溶液或溶剂称为在吸光度测量中，作为比较的溶液或溶剂称为参参比溶液或空白溶液。比溶液或空白溶液。39原理：原理：朗伯朗伯比尔定律（比尔定律（A=b cA=b c）方法：方法：（1 1）标准曲线法或工作曲线法）标准曲线法或工作曲线法（2 2）比较法）比较法16.5.4 16.5.4 溶液浓度的测定溶液浓度的测定40 先配制一系列标准溶液，在先配制一系列标准溶液，在最大吸收波长处，测出它们的最大吸收波长处，测出它们的吸光度，作图，同条件下测未吸光度，作图，同条件下测未知液的吸光度，从图中查出未知液的吸光度，从图中查出未知液的浓度。知液的浓度。cA工作曲线图工作曲线图Axcxc1c2c3c4c5A1A2A3A4A51 1、工作曲线法、工作曲线法41 同条件下分别测定未知液与标准溶液的吸光度同条件下分别测定未知液与标准溶液的吸光度A Ax x和和A A标标，根据朗伯，根据朗伯-比尔定律，应有下式：比尔定律，应有下式：2 2、比较法比较法因为：因为：所以：所以：4243