分析化学讲义17.pdf

7-1 吸光光度法的基本原理7-1 吸光光度法的基本原理一、物质对光的选择性吸收一、物质对光的选择性吸收光是一种电磁波，根据波长或频率大小分为X射线、紫外、可见、红外、微波和无线电波。第七章吸光光度法光是一种电磁波，根据波长或频率大小分为X射线、紫外、可见、红外、微波和无线电波。第七章吸光光度法吸光光度法:基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法,包括比色法和分光光度法。分光光度法的优点:灵敏、准确、快速、选择性好、适于微量组分的测定。吸光光度法:基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法,包括比色法和分光光度法。分光光度法的优点:灵敏、准确、快速、选择性好、适于微量组分的测定。nchhE=紫外：200-400nm可见：400-750nm红外：0.75-50m紫外：200-400nm可见：400-750nm红外：0.75-50m10-2 nm10 0nm102nm10 4nm0.1 cm10 cm10 3cm10 5cmX-射线紫外可见射线紫外可见红外微波无线电波红外微波无线电波单 色 光：单一波长的光。复 合 光：由不同波长的光组成的光。单 色 光：单一波长的光。复 合 光：由不同波长的光组成的光。互补色光白光是由两种适当颜色的光按一定强度、比例混合而成的，这二种颜色的光称为互补色光，如黄色与兰色，黄绿色与紫色。互补色光白光是由两种适当颜色的光按一定强度、比例混合而成的，这二种颜色的光称为互补色光，如黄色与兰色，黄绿色与紫色。不同颜色的可见光波长及其互补光不同颜色的可见光波长及其互补光颜色颜色/nm互补色光互补色光紫紫400500黄绿蓝黄绿蓝450480黄绿蓝黄绿蓝480490橙蓝绿橙蓝绿490500红绿红绿500560红紫黄绿红紫黄绿560580紫黄紫黄580610蓝橙蓝橙610650绿蓝红绿蓝红650760蓝绿蓝绿黄绿黄绿溶液呈现它所吸收光的互补色光的颜色。溶液呈现它所吸收光的互补色光的颜色。吸收光谱曲线：吸收光谱曲线：以波长为横坐标，吸光度为纵坐标得到的一条曲线。它反映某溶液对不同波长单色光的吸收程度。在最大吸收波长处测定吸光度，则灵敏度最高。以波长为横坐标，吸光度为纵坐标得到的一条曲线。它反映某溶液对不同波长单色光的吸收程度。在最大吸收波长处测定吸光度，则灵敏度最高。1、1、最大最大与与c c无关2、无关2、A A c c(一定(一定c c范围内)范围内)由于不同物质微粒具有不同的量子能级，其能量差也不同，因此物质对光的吸收具有选择性。由于不同物质微粒具有不同的量子能级，其能量差也不同，因此物质对光的吸收具有选择性。r2r4r2r4r2r4r2r4r2r4r2r4r2r4r2r4S2S1S0v3v2v1v2v1v1分子能级示意图分子能级示意图二、吸收的基本定律二、吸收的基本定律1、朗伯1、朗伯比尔定律比尔定律A=Kbc1760年，年，Lambert用实验指出，当光通过透明介质时，光的减弱程度与光通过介质的光程成正比。用实验指出，当光通过透明介质时，光的减弱程度与光通过介质的光程成正比。1850年，年，Beer研究证明了，光的吸收程度与透明介质中光所遇到的吸光质点的数目成正比，在溶液中即可与吸光质点的浓度成正比。研究证明了，光的吸收程度与透明介质中光所遇到的吸光质点的数目成正比，在溶液中即可与吸光质点的浓度成正比。分级消光现象分级消光现象16832烛光烛光bII0db设薄层厚度d设薄层厚度db b，面积，面积S S，照到薄层上的光强，照到薄层上的光强I Ib，通过薄层后光减弱了 db，通过薄层后光减弱了 dI Ib。b。dv=S db吸光质点数吸光质点数dn=kc dv=k S c dbdIb IbdIb dn-dIb=k Ib dn=K Ib k c S db=k Ibc dboIIT=TTIIAolg1lglg=透光率吸光度透光率吸光度=bIIbbbcKbcKII0 d dKbcIIbcKIIoo=lg lnA=Kbc2、光度分析的灵敏度2、光度分析的灵敏度A=KbcbA=Kbcb：cm,：cm,c c：mol/L ：mol/L A=bcA=bc：摩尔吸光系数，只与波长有关,单位：L/cm：摩尔吸光系数，只与波长有关,单位：L/cmmol。物理意义：一定mol。物理意义：一定 下，下，b b=1cm，=1cm，c c=1 mol/L 时的吸光度。=1 mol/L 时的吸光度。(1)摩尔吸光系数(1)摩尔吸光系数实际工作中，不能用实际工作中，不能用c c=1mol/L的溶液测吸光度。在=1mol/L的溶液测吸光度。在b b=1cm时，做工作曲线，斜率为=1cm时，做工作曲线，斜率为。一般。一般：105 已很灵敏。：105 已很灵敏。(2)桑德尔灵敏度指数：(2)桑德尔灵敏度指数：S S（g/cm2）（g/cm2）在在 max时max时A A=0.001下，单位截面积光程内所能检出吸光物质的最低含量=0.001下，单位截面积光程内所能检出吸光物质的最低含量。S与与 关系关系A=0.001=bcS=b(cm)c(mol/dm3)M(g/mol)106g/g106g/g001.0=bcMM=310001.0(g/cm2)双硫腙与双硫腙与Pb的的 Pb为为6.8 104则则S=g/cm2双硫腙与双硫腙与Cu 的的 Cu为为4.52 104则则S=g/cm2灵敏度高灵敏度高0030.0207=0014.05.63=Fe2+与邻二氮菲生成红色络合物，其与邻二氮菲生成红色络合物，其 为为1.1 104,Fe2+与磺基水杨酸络合物，其与磺基水杨酸络合物，其 为为5.8 103，则前者的灵敏度高。，则前者的灵敏度高。3吸光度的加和性3吸光度的加和性共存的两种吸光物质对同一波长的光的吸光度值分别为共存的两种吸光物质对同一波长的光的吸光度值分别为A1、A2，则总吸光度为；，则总吸光度为；A=A1+A2=1bc1+2bc24偏离朗伯比尔定律的原因4偏离朗伯比尔定律的原因（1）非单色光）非单色光A1=1bc=lg11oIII1=bc101 A2=2bc=lg22oIII2=bc102 Io2A=lg2o21o12o1o21o21oIbc10Ibc10IIlgIIII+=+=+若若 1=1=2则2则A A=bcbc若若 11 2 2A A与与c c不成线性关系。不成线性关系。Io1(2)溶液本身物理化学性质引起溶液本身物理化学性质引起?介质非均匀性?溶液本身离解、缔合、络合 HA A-+H+M+L ML ML+L ML2 Cr2O72-+H2O 2CrO42-+2H+橙 黄 Cr2O72-与 CrO42-颜色不同，当H+增加时，平衡左移。一、目视比色法：一、目视比色法：比较透过光的强度。标准色阶：在相同条件下显色，目视比较。灵敏度高、准确度低，不同人看，结果不同。不符合朗伯比尔定律的也可用目视比色法，因比较透过光。7-2 光度分析方法及仪器比较透过光的强度。标准色阶：在相同条件下显色，目视比较。灵敏度高、准确度低，不同人看，结果不同。不符合朗伯比尔定律的也可用目视比色法，因比较透过光。7-2 光度分析方法及仪器二、光电比色法：二、光电比色法：比较溶液对某一波长光的吸收情况。比目视比色法的准确度和选择性好比较溶液对某一波长光的吸收情况。比目视比色法的准确度和选择性好三、分光光度法：三、分光光度法：与光电比色法的原理相同，只是二者获得单色光的方法不同，前者使用滤光片，后者使用棱镜、光栅。因而分光度法比光电比色法的准确度和选择性好。与光电比色法的原理相同，只是二者获得单色光的方法不同，前者使用滤光片，后者使用棱镜、光栅。因而分光度法比光电比色法的准确度和选择性好。1、光源：钨丝灯：可见、红外、光源：钨丝灯：可见、红外 400-1000nm氢灯或氘灯：紫外氢灯或氘灯：紫外 160-350nm2、单色器：、单色器：(1)滤光片：有色的玻璃片或薄膜，利用颜色互补原理。滤光片：有色的玻璃片或薄膜，利用颜色互补原理。(2)棱镜：根据物质的折射率与光的波长有关。玻璃棱镜：可见，石英棱镜：紫外、可见。棱镜：根据物质的折射率与光的波长有关。玻璃棱镜：可见，石英棱镜：紫外、可见。(3)光栅：在玻璃片或金属片上刻划均匀的线，光栅：在玻璃片或金属片上刻划均匀的线，1200 条条/1mm，干涉、衍射原理。，干涉、衍射原理。3、吸收池：玻璃：可见；石英：紫外，可见。4、检测器：光电转换器件。利用光电效应，光照产生光电流，测光电流的大小。、吸收池：玻璃：可见；石英：紫外，可见。4、检测器：光电转换器件。利用光电效应，光照产生光电流，测光电流的大小。（1）硒光电池:光照到 Se 上产生电子，Au 薄膜带负电，Fe 或 Al 带正电。感光范围 300800nm，500600nm 最灵敏，有疲劳现象，光照时间长不灵敏，所以用后马上关掉。（1）硒光电池:光照到 Se 上产生电子，Au 薄膜带负电，Fe 或 Al 带正电。感光范围 300800nm，500600nm 最灵敏，有疲劳现象，光照时间长不灵敏，所以用后马上关掉。+_Fe,Al半导体材料SeAu,Ag,Pt（2）光电管：比硒光电池灵敏度高，无疲劳现象。）光电管：比硒光电池灵敏度高，无疲劳现象。（3）光电倍增管（3）光电倍增管5、显示器5、显示器检流计：72型;数字显示：722型；数字打印:UV-240。检流计：72型;数字显示：722型；数字打印:UV-240。M+L ML将待测组分转变为有色化合物的反应称为显色反应将待测组分转变为有色化合物的反应称为显色反应7-3 显色反应及条件7-3 显色反应及条件反衬度 反衬度=MLmax-Lmax 60nm，否则对测定有干扰。，否则对测定有干扰。要求（要求（1）选择性好（）选择性好（2）灵敏度高，）灵敏度高，104（3）有色络合物）有色络合物ML 要稳定（不分解）（要稳定（不分解）（4）ML组成要一定（只组成要一定（只ML无无MLn）（）（5）ML与与L颜色差别大一、显色反应颜色差别大一、显色反应M+L ML 每次加入量严格准确控制每次加入量严格准确控制二、影响显色反应的因素二、影响显色反应的因素1.显色剂的浓度：显色剂的浓度：2.溶液的酸度：溶液的酸度：M+L ML(显色剂显色剂L存在酸效应存在酸效应 L(H)(1)影响显色剂的浓度影响显色剂的浓度(2)影响影响M的存在状态的存在状态(3)影响影响ML的组成和稳定性如的组成和稳定性如Fe3+磺基水杨酸磺基水杨酸:pH 组成颜色组成颜色2-31：1紫红紫红4-81：2橙橙8-101：3黄色黄色4.溶剂：溶剂：一般螯合物在有机溶剂中溶解度大，提高显色反应的灵敏度。例如：一般螯合物在有机溶剂中溶解度大，提高显色反应的灵敏度。例如：Co（SCN）2-4，在水中大部分离解，几乎无色；在丙酮中呈兰色。，在水中大部分离解，几乎无色；在丙酮中呈兰色。5.时间：.时间：颜色稳定的时间通过条件实验确定。颜色稳定的时间通过条件实验确定。3.温度温度:通过实验确定温度范围，通常在室温下进行。通过实验确定温度范围，通常在室温下进行。6.干扰组分：干扰组分：干扰组分有色或干扰组分与干扰组分有色或干扰组分与L生成有色络合物，产生正干扰，生成有色络合物，产生正干扰，A值增大；干扰组分与值增大；干扰组分与L或或M生成无色络合物，则会使生成无色络合物，则会使M或或L的浓度降低，产生负干扰，的浓度降低，产生负干扰，A值减少。（值减少。（1）控制一定酸度，使干扰组分不生色（）控制一定酸度，使干扰组分不生色（2）加掩蔽剂，与干扰组分生成无色物（）加掩蔽剂，与干扰组分生成无色物（3）选择适当的波长（）选择适当的波长（4）选择适当的参比液（）选择适当的参比液（5）分离掉干扰组分）分离掉干扰组分消除干扰：消除干扰：7-4 光度分析的准确度7-4 光度分析的准确度由仪器本身决定的，对一台仪器来说读数误差由仪器本身决定的，对一台仪器来说读数误差T为定值。为定值。一定的一定的T对应的对应的c不同，相对误差不不同，相对误差不同同。ccc小，小，T 引起的引起的c小，大；小，大；c大，大，T 引起的引起的c大，大。大，大。ccccTTTTTTAAlgd434.0)lg(d434.0d=TAlg=TTAd434.0d=相对误差：相对误差：TTTAAAAccRElgd434.0d=分母最大时，分母最大时，R E 最小。即最小。即 A=0.434 时时 RE 最小。最小。0d)lg(d=TTT lnT+1=0 lgT=-0.434T=0.01 时，时，RE=2.7%，所以光度分析法，所以光度分析法RE大，一般大，一般5%左右。左右。A在在0.11 或或T在在10 80%范围内时范围内时,RE 较小较小(Tx差示的误差小。差示的误差小。Tx=2.0%Ts=10%T=0.5%以试剂为参比以试剂为参比以以Ts为参比解：为参比解：%4.602.0lg02.0%)5.0(433.0d=cc%64.002.0lg2.0%)5.0(434.0lgd434.0dxrr=TTTcc%20sxr=TTT三、弱酸（碱）离解常数的测定三、弱酸（碱）离解常数的测定HA H+AcHA=HA+A=cHAHA+cHAA当当 b=1cm 时时，aHaaHHHaaaHHAHAAHAAAHAHAAHAKKAKAKKcKcA+=+=+=+高酸度高酸度：AHA=HA cHA低酸度低酸度：AA-=A-cA-配制一系列配制一系列cA相等，相等，pH不同的溶液测出不同的溶液测出AHA、AA-，由实验值计算出，由实验值计算出Ka，或用作图法求，或用作图法求pKa值值A(H+Ka)=AHAH+AA KaHaAHA+=AAAAKpHlgapHAA+=AAAAK 在下列不同pH缓冲溶液中，甲基橙的c=2.010-4mol/L,b=1cm,=520nm,测得结果如下：pH 0.88 1.17 2.99 3.41 3.95 4.89 5.50 A 0.890 0.890 0.692 0.552 0.385 0.260 0.260 34.334.395.3385.0890.0260.0385.0)(35.341.3552.0890.060.0552.0)(33.399.2692.0890.0260.0629.0)(321=+=+=+=pKapKapKapKaAHAAAAAlg解：AHA=0.890 AA-=0.260对pH作图,直线与pH轴交点的pH值即为pKa值。四、络合物的组成和稳定常数的测定四、络合物的组成和稳定常数的测定(一）摩尔比法显色反应(一）摩尔比法显色反应 M+nLMLn固定固定cM，改变，改变cL以以A 作图作图MLcc1.组成测定1.组成测定：斜线部分 当时，(M部分络合，cL不够)平台部分 当时，（M全部络合，MLn离解忽略）两直线延长线的交点处对应的横坐标ncbAL=nccMLncc=ML2.稳定常数的测定稳定常数的测定nnKLMML稳=A=bMLnbAccn=MMMLMbAncncn=MLMLLnbAncbAcbAK)(LM=稳(A为拐点处值）（二）、等摩尔连续变化法（二）、等摩尔连续变化法在在cM+cL为定值的条件下，改变为定值的条件下，改变cM、cL的相对比例，配制系统溶液，测其吸光度。的相对比例，配制系统溶液，测其吸光度。cM 1 2 3 4 9 10 cL 9 8 7 6 1 0 以AcM/c作图：1.组成的测定组成的测定A值最大时对应的比值即为络合物的组成比。值最大时对应的比值即为络合物的组成比。,络合物组成为络合物组成为ML,络合物组成为络合物组成为ML2.67.033.0LM=ccccc33.0LM=5.0LM=cc1LM=ccccM2.稳定常数的测定稳定常数的测定A=bMLnAex=bcM(Aex由外推得到，为由外推得到，为MLn完全不离解时的完全不离解时的A值）值）MexMLcAAn=exMMLAcAn=MexMMMLMcAAccn=MexMLMLLcAAncncn=nnncAAnccAAccAAK)(MLMLMexLMexMMex=稳五、双波长分光度法五、双波长分光度法A1=1b cxA2=2b cx测定的是测定的是A单一组分：单一组分：A=A1-A2=（1-2）bcx=bcxA与与cx是线性关系是线性关系两组分：两组分：x，y 测测X：选：选1为测定波长为测定波长;2为参比波长为参比波长y111y222XXAAAAAA+=+=yy12AA=双波长光度计，测得的是双波长光度计，测得的是A。XXXXX)(212121bcAAAA=A与与cx是线性关系是线性关系