光度计显色反应及应用.pptx

一、目视比色法一、目视比色法 用眼睛比较溶液颜色的深浅以确定物质用眼睛比较溶液颜色的深浅以确定物质浓度的方法称为目视比色法。浓度的方法称为目视比色法。特点：设备简单、操作简便；无需单色光；特点：设备简单、操作简便；无需单色光；准确度不高。准确度不高。二、分光光度计二、分光光度计2-32-3 紫外紫外 可见分光光度计可见分光光度计（一）基本组成（一）基本组成光源光源单色器单色器样品室样品室检测器检测器显示器显示器1.1.光源光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命较长的使用寿命。可见光区：可见光区：钨灯钨灯作为光作为光源，其辐射波长范围在源，其辐射波长范围在3202500 nm。紫外区：紫外区：氢、氘灯氢、氘灯。发射。发射185400 nm的连续光谱。的连续光谱。2.2.单色器单色器 将光源发射的复合光分解成单色光并将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。可从中选出一任波长单色光的光学系统。色散元件：将复合光分解成单色光；色散元件：将复合光分解成单色光；棱棱镜或光栅镜或光栅 3.3.样品室样品室 样品室放置各样品室放置各种类型的吸收池种类型的吸收池（比色皿比色皿）和相）和相应的池架附件。应的池架附件。吸收池主要有石吸收池主要有石英池和玻璃池两英池和玻璃池两种。种。在紫外区须在紫外区须采用石英池，可采用石英池，可见区一般用玻璃见区一般用玻璃池。池。比色皿比色皿规格：规格：0.5cm、1cm、2cm、3cm手拿：毛玻璃面手拿：毛玻璃面清洗：清洗：CH3OH HCl=2 1 水水 蒸馏蒸馏水水 试液试液注意：绝对不能用洗液、毛刷、去污粉注意：绝对不能用洗液、毛刷、去污粉4.4.检测器检测器 利用光电效应将利用光电效应将透过吸收池的光信透过吸收池的光信号变成可测的电信号变成可测的电信号，常用的有光电号，常用的有光电池、光电管或光电池、光电管或光电倍增管。倍增管。5.5.结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显检流计、数字显示、微机进行仪器自示、微机进行仪器自动控制和结果处理动控制和结果处理仪器仪器 可见分光光度计可见分光光度计仪器仪器 紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计1、显色反应、显色反应2、显色反应条件的选择、显色反应条件的选择3、测量条件的选择、测量条件的选择4、提高光度测定灵敏度和、提高光度测定灵敏度和选择性的途径选择性的途径2-4 显色与测量条件的选择显色与测量条件的选择一、一、显色反应显色反应首先首先 显色显色 有色化合物有色化合物 测定测定 使无色或浅色的待测组使无色或浅色的待测组分转变为有色化合物的反应分转变为有色化合物的反应称为称为显色反应显色反应。与待测组分。与待测组分形成有色化合物的试剂成为形成有色化合物的试剂成为显色剂显色剂。如如 Mo5+5CNS-Mo（CNS）5 桔红色桔红色 Fe3+CNS-Fe（CNS）2+血红色血红色显色反应可以是络合反应、氧化还原反应、显色反应可以是络合反应、氧化还原反应、有机合成反应等有机合成反应等目的：提高分析的灵敏度和准确度目的：提高分析的灵敏度和准确度1、原则：、原则：（1）、）、显色反应的灵敏度要高显色反应的灵敏度要高（2 2）、显色剂的选择性要好）、显色剂的选择性要好（3 3）、有色化合物的稳定性要高）、有色化合物的稳定性要高（4 4）、有色化合物的组成要恒定）、有色化合物的组成要恒定（5 5）、显色剂本身的颜色与有色化合）、显色剂本身的颜色与有色化合物的颜色差别要大物的颜色差别要大 要求要求 60nm。2.2.显色剂显色剂 无机显色剂：无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等应用不多，因为配合物不够稳定，灵敏氢等应用不多，因为配合物不够稳定，灵敏度及选择性也不高。度及选择性也不高。有机显色剂：有机显色剂：种类繁多种类繁多 M +有机显色剂有机显色剂 螯合物螯合物 （大多数）（大多数）特征颜色特征颜色 极稳定极稳定 OO有机显色剂的选择性、灵敏度均较高。有机显色剂的选择性、灵敏度均较高。生色团生色团：含不饱和键的基团，能吸收：含不饱和键的基团，能吸收200 nm 波长的光波长的光 广义生色团广义生色团 如如：N=N C=O N=O （偶氮基）偶氮基）（羰基）（羰基）（亚硝基（亚硝基）C=S N （硫羰基硫羰基）（硝基硝基）助色团助色团：含孤对电子的基团，与生：含孤对电子的基团，与生色团上的不饱和键相互作用色团上的不饱和键相互作用 颜色加深颜色加深 如：如：NH2 R2N OH 例：例：1、磺基水扬酸、磺基水扬酸 很多高价金属离子很多高价金属离子 螯合物，主要用于测定螯合物，主要用于测定Fe3+Fe3+FeSal+红褐色红褐色 pH 23 Fe(Sal)2-Fe(Sal)3 3-Fe(OH)3 褐色褐色 黄色黄色 沉淀沉淀 pH 49 pH911.5 pH12 FeSal+max=520nm =1.6103 2、丁二酮肟丁二酮肟 测测 Ni 2+十分有效的试剂十分有效的试剂 Ni 2+红色配合物红色配合物 max=470 nm =1.3104过硫酸铵过硫酸铵 3、邻二氮菲、邻二氮菲 （邻菲啰啉（邻菲啰啉、邻二氮杂菲、邻二氮杂菲）测测 Fe2+较好的试剂较好的试剂 Fe2+橙红色橙红色 pH 39 max=508 nm =1.1104 4、二苯硫腙、二苯硫腙 测测 Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等重金属离子的重要试剂等重金属离子的重要试剂 采用控制酸度及掩蔽的办法，可消采用控制酸度及掩蔽的办法，可消除重金属离子之间的干扰，反应的灵敏除重金属离子之间的干扰，反应的灵敏度是很高的。度是很高的。Pb2+红褐色红褐色 max=520 nm =6.6104二、显色反应条件的选择二、显色反应条件的选择影响显色反应的内因，决定于离子的本性影响显色反应的内因，决定于离子的本性及显色剂的结构和性质。及显色剂的结构和性质。外因：显色条件外因：显色条件1.1.显色剂用量显色剂用量 M +R MR 被测离子被测离子 显色剂显色剂 有色化合物有色化合物 K=MR M R MR M=K R 吸光度吸光度A与显色剂用量与显色剂用量CR的关系会出的关系会出现如图所示的几种情况。选择曲线变现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。化平坦处。2.反应体系的酸度反应体系的酸度(1)酸度对显色剂本身颜色的影响酸度对显色剂本身颜色的影响 酸碱指示剂的性质，在不同的酸度下，酸碱指示剂的性质，在不同的酸度下，显不同的颜色显不同的颜色如：偶氮胂如：偶氮胂 在在 pH4时时 呈紫色呈紫色 碱性碱性 呈兰色呈兰色 pH3 玫瑰红色玫瑰红色 ZrO2+只有在较强的酸性溶液中有明只有在较强的酸性溶液中有明显的显色反应。显的显色反应。玫瑰红色玫瑰红色 绿色绿色（2）酸度对溶液中各元素状态的影响）酸度对溶液中各元素状态的影响 如：如：Fe3+、Al3+、TiO2+等等 Fe3+3OH-Fe（OH）3（3）酸度对显色剂浓度的影响酸度对显色剂浓度的影响 M +R MR +H+HR在相同实验条件下，分别测定不同在相同实验条件下，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择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的区所对应的pH范围。范围。3.显色时间的影响显色时间的影响At a b c d 4.温度的影响温度的影响 实验确定实验确定如：硅钼蓝法测如：硅钼蓝法测 Si，第一步形成硅钼黄第一步形成硅钼黄 室温室温 5 min 沸水沸水 30 Sec 5.溶剂的影响溶剂的影响 一般尽量采用水相测定。一般尽量采用水相测定。如：如：Fe（CNS）3 水溶液水溶液+丙酮丙酮红色变深红色变深 例：催化动力学分光光度法测定例：催化动力学分光光度法测定 Mn2+体系体系 KIO4 邻菲啰啉邻菲啰啉 百里酚蓝百里酚蓝-Mn2+百里酚蓝百里酚蓝 黄色黄色 无色无色 Mn2+催化作用催化作用，邻菲啰啉，邻菲啰啉 活化剂活化剂pH的影响的影响KIO4 浓度的影响浓度的影响邻菲啰啉浓度的影响邻菲啰啉浓度的影响百里酚蓝浓度的影响百里酚蓝浓度的影响t 的影响的影响T 的影响的影响O 三、三、测定条件的选择测定条件的选择1.1.选择适当的入射波长选择适当的入射波长 一般应该选择一般应该选择maxmax为入射光波长。为入射光波长。如果如果maxmax处有共存组分干扰时，则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应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。射光波长。2.2.选择合适的参比溶液选择合适的参比溶液 为什么需要使用参比溶液？为什么需要使用参比溶液？利用参比溶液来调节仪器的零点，利用参比溶液来调节仪器的零点，消除比色皿壁及溶剂对入射光的反射和消除比色皿壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差。吸收带来的误差。即测得的的吸光度真正反映待测溶即测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。液吸光强度。参比溶液的选择一般遵循以下原则：参比溶液的选择一般遵循以下原则：显色剂及试剂无色，且被测试液中显色剂及试剂无色，且被测试液中 无其它有色离子存在无其它有色离子存在 纯溶剂纯溶剂（蒸馏水（蒸馏水)例：例：Mn2+MnO4-试剂、样品均无色试剂、样品均无色 H2O(NH4)2S2O8 显色剂无色，被测试液存在其它有显色剂无色，被测试液存在其它有 色离子色离子 不加显色剂的被测不加显色剂的被测 试液试液 例：铜试剂显色测定钢中的例：铜试剂显色测定钢中的Cu 显色剂、试剂等均有颜色，但试液无色显色剂、试剂等均有颜色，但试液无色 按测定方法加入（只是不加样按测定方法加入（只是不加样 品）品）例：邻二氮菲分光光度法测定例：邻二氮菲分光光度法测定Fe2+，因因 为试剂杂质中也会带来微量铁，所以参为试剂杂质中也会带来微量铁，所以参 比溶液也加入同样的试剂，就可以抵消比溶液也加入同样的试剂，就可以抵消 由于试剂中带来微量铁而使结果偏高的由于试剂中带来微量铁而使结果偏高的 误差。误差。显色剂、试剂、试液均有颜色显色剂、试剂、试液均有颜色 试液试液+掩蔽剂（将待测组分掩蔽）掩蔽剂（将待测组分掩蔽）+显色剂显色剂+试剂（按测定方法加入）试剂（按测定方法加入）可消除共存组分的干扰可消除共存组分的干扰3.3.仪器测量误差仪器测量误差 来源：光源不稳定、读数不准确、光来源：光源不稳定、读数不准确、光电流测量不准等。电流测量不准等。i I T光电流测光电流测量误差量误差 光强测光强测量误差量误差 1%2%但但 A=-lgT 同样同样T，不同不同A时时A不一样不一样 推导推导 A=-lgT 微分：微分：dA=-d（lgT）=-0.434dlnT 为求吸光度相对误差，用为求吸光度相对误差，用A除等式两边：除等式两边：T dT=-0.434 dAA=-（）0.434TA dT=0.434TlgTdTdAA=d（bc）bc b dc=bc=dcc dcc=0.434TlgTdT以有限值表示，则上式可写成：以有限值表示，则上式可写成：浓度测量值的相对误差（浓度测量值的相对误差（c/c）不仅与仪器的透光度误差不仅与仪器的透光度误差T 有关，而有关，而且与其透光度读数且与其透光度读数T 的值也有关。的值也有关。是否存在最佳读数范围？何值时误是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？差最小？cc=0.434TT lgT当读数误差当读数误差 T=1 时，则：时，则：用不同的透光率用不同的透光率 T 代入上式，所引代入上式，所引起的相对误差如表所示起的相对误差如表所示 T c T c 95 20.8 36.8 2.73 90 10.7 30 2.8 80 5.6 20 3.2 70 4.0 10 4.3 60 3.3 5 6.5 50 2.9 2 12.8cc=0.434Tlg T最佳读数范围与最佳值最佳读数范围与最佳值若以若以c/c对溶液的透光率对溶液的透光率T 作图。得如下曲线：作图。得如下曲线：T=36.8%，A=0.434时时测量误差最小。测量误差最小。一般一般 T 15%65%A 0.2 0.8 如何控制最佳吸光度范围？如何控制最佳吸光度范围？吸光度吸光度 A=0.800.20 （1）控制溶液浓度）控制溶液浓度 （2）选择不同厚度的比色皿）选择不同厚度的比色皿 一、普通光度法一、普通光度法二、示差光度法二、示差光度法2-5 光度法的应用光度法的应用一、一、普通分光光度法普通分光光度法1.1.单组分的测定单组分的测定 通常采用通常采用 A-C 标准曲线法定量测定标准曲线法定量测定。2.2.多组分的同时测定多组分的同时测定 若各组分的吸收曲线互不重叠，则可若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收波长处分别进行测定。这在各自最大吸收波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。本质上与单组分测定没有区别。若各组分的吸收曲线互有重叠，则若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加合性求解联立方可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量程组得出各组分的含量 A1=a1bca b1bcb A2=a2bca b2bcb 例例:钢中铬和锰的测定钢中铬和锰的测定 试样经酸分解后，生成试样经酸分解后，生成 Mn2+和和 Cr3+，加入加入 H3PO4 以掩蔽以掩蔽 Fe3+的干扰。在酸性的干扰。在酸性条件下，以条件下，以 AgNO3 作催化剂，加过量的作催化剂，加过量的(NH4)2S2O8，将将 Cr3+、Mn2+氧化成氧化成Cr2O72-和和 MnO4-离子离子（1）吸收曲线的绘制）吸收曲线的绘制 用用 2 只只 1 cm比色皿分别测定比色皿分别测定 KMnO4和和K2Cr2O7标准溶液在标准溶液在 420 700 nm的吸的吸光度，在同一坐标纸上绘制两者的吸收曲光度，在同一坐标纸上绘制两者的吸收曲线线（2）摩尔吸光系数的测定）摩尔吸光系数的测定 分别吸取分别吸取 3.0 mL 标准标准 KMnO4和和K2Cr2O7溶液加入到溶液加入到 2 个个 50 mL 容量瓶中，容量瓶中，用用 1 molL-1 H2SO4 稀释至刻度，摇匀，稀释至刻度，摇匀，用用 1 cm 比色皿，以比色皿，以 1 molL-1 H2SO4 溶溶液作参比，分别在液作参比，分别在 440 nm 和和 545 nm 处处测定其吸光度测定其吸光度 、根据根据 A=bc，可计算出可计算出 、（3）混合液中）混合液中 Cr2O72-和和MnO4-的测定的测定 吸取吸取 5.0 mL 试液至试液至 50 mL 容量瓶中，容量瓶中，以以1 molL-1 H2SO4 稀释至刻度，摇匀，稀释至刻度，摇匀，b=1 cm，在在 440 nm 和和 545 nm 处测定处测定吸光度吸光度 、（4）计算）计算 代入公式，解联立方程即可代入公式，解联立方程即可 =b+b =b+b二、示差分光光度法（示差法）二、示差分光光度法（示差法）普通分光光度法一般只适于测定微量组分，普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法需采用示差法,即采用浓度稍低于待测溶液即采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液，增加透光率。浓度的标准溶液作参比溶液，增加透光率。设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为标准溶液浓度为cs(cs cx)。则：则：Ax=b cx As=b cs x-s=b(cx-cs）=bc 测得的吸光度相当于普通法中待测溶测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差液与标准溶液的吸光度之差。示差法测得的吸光度与示差法测得的吸光度与c呈直线关系。呈直线关系。由标准曲线上查得相应的由标准曲线上查得相应的c值，则待测值，则待测溶液浓度溶液浓度cx：cx=cs+c 示差法标尺扩展原理示差法标尺扩展原理：普通法：普通法：cs 的的 T=10%；cx的的 T=5%示差法：示差法：cs 做参比，调做参比，调 T=100%则：则：cx的的 T=50%；标尺扩展；标尺扩展10倍倍,使使得测得的透光率得测得的透光率T%=1565%，吸光度吸光度 A=0.800.20，从而提高测量的准确度。从而提高测量的准确度。例例1：称取纯度为：称取纯度为95.5%的某吸光物质的某吸光物质0.0500g 溶解后定容至溶解后定容至500mL，从中吸取从中吸取2.00mL显色后定容至显色后定容至50mL，于最大吸收于最大吸收波长处用波长处用2cm吸收池测得透光率为吸收池测得透光率为35.5%，已知吸光物质的，已知吸光物质的为为1.50104，试计算，试计算该吸光物质的摩尔质量。该吸光物质的摩尔质量。解：解：A=-lg T=-lg 0.355=0.450 c1=A/b=0.450/1.50104 2 =1.5010-5（molL-1）c=1.5010-5 50.0/2.00 =3.75 10-4（molL-1）M=0.0500 0.955/3.75 10-4 500 10-3 =255（g mol-1）例例2:某钢样含镍约某钢样含镍约0.12%，用丁二酮污光，用丁二酮污光度法（度法（=1.3104 Lmol-1cm-1）进行测定。进行测定。试样溶解后转入试样溶解后转入100mL容量瓶中，显色，容量瓶中，显色，再加水稀释至刻度。在再加水稀释至刻度。在=470 nm处用处用1cm吸收池测量，希望测量误差最小，应称取吸收池测量，希望测量误差最小，应称取试样多少克？试样多少克？解：当吸光度解：当吸光度 A=0.434 时，测量误差最小。时，测量误差最小。则则 c=A/b=0.434/1.3 104 1.0 =3.34 10-5（mol L-1）100 mL显色液内镍的质量显色液内镍的质量m为为m=cVM=3.34 10-5 100 10-3 58.69 =1.96 10-4（g）应称取试样的质量为应称取试样的质量为 1.96 10-4 100/ms=0.12 ms=0.16（g）关键词：催化光度法、催化动力学光度法、关键词：催化光度法、催化动力学光度法、催化分光光度法、动力学光度法催化分光光度法、动力学光度法 的催化光度法测定现状与展望的催化光度法测定现状与展望催化动力学光度法测定痕量催化动力学光度法测定痕量的研究进展的研究进展微量微量的光化学分析进展的光化学分析进展痕量痕量的现代光度分析研究新进展的现代光度分析研究新进展