15fenguangguangdu

1、1,第十五章 吸光光度法,章總目錄,2,15.5 吸光度測量條件的選擇,15.4 顯色反應和顯色條件的選擇,15.3 分光光度計,15.2 光吸收定律,15.1 概述,15.6 吸光光度光法的應用,,3,15.1 概述,利用溶液顏色的深淺來測定溶液中有色物質的濃度，這種測定方法稱為比色分析法。,用分光光度計進行比色分析的方法稱為分光光度法。,4,15.1.1 吸光光度法的特點：,1、靈敏度高，下限為10-5

2、～10-6 mol·L-1。適于微量分析。2、準確度較高，相對誤差為2% ～ 5%。3、操作快速簡便，易于掌握。4、應用廣泛。,5,15.1.2 光的基本性質 光具有波粒二象性，即波動性、粒子性。,根據(jù)波長的不同，可分為： 紫外光區(qū)：200nm ～ 400nm 可見光區(qū)：400nm ～ 760nm 紅外光區(qū)：760nm ～ 300μm,描述其波動性的主要參數(shù)

3、是：波長λ，頻率f ，光速C。,三者間關系為： λf＝C,6,具有同一波長的光稱為單色光。,光的粒子性：如光電效應，光的吸收和發(fā)射等。,即把光看成是帶有能量的微粒流，這種微粒叫做光子或者光量子。光的能量（E）決定于光的頻率和波長：,不同波長組成的光稱為復合光。（動畫）,白光（如日光）是復合光，由380nm～760nm 混合而成。,,7,15.1.3 物質對光的選擇性吸收,溶液為什么有顏色，其實質是什么？實驗證明，溶液的

4、顏色是由于均勻分布在溶液中的有色化合物的質點選擇性的吸收了某種顏色的光所造成的。日常生活中所見到的白光，如日光等是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等光按適當?shù)膹姸缺壤旌隙傻?，?80～760nm范圍的一種復合光。,8,兩種顏色的光若按適當比例混合，可以形成白光，這兩種光稱為互補色光。,光的互補,白光,,,,,,,,,,青藍,青,綠,黃,橙,紅,紫,藍,互補色光,9,如KMnO4吸收綠色光，因此KMnO4溶液呈現(xiàn)紫色。 如C

5、USO4吸收黃色光，因此CUSO4溶液呈現(xiàn)藍色。,10,15.1.4 吸收曲線,一束平行單色光照射溶液時，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被器皿的表面反射。如圖,Io = Ia + It + Ir,若入射光強度為Io，吸收光的強度為Ia，透過光強度為It，反射光的強度為Ir，它們的關系是：,11,分光光度法中： Io = Ia + It,在吸光光度法中，測定時都是采用同樣質量的比色皿，反射光的強度基本上是不變的

6、，其影響可以相互抵消。 空白調零,透過光強度It與入射光強度Io之比稱為透光度或透光率。用 T 表示：,12,或,從上式可以看出：溶液的透光度愈大， 說明溶液對光的吸收愈小，濃度低；相反，透光度愈小， 說明溶液對光的吸收愈大，濃度高。,13,吸光度A：,若光全部透過溶液，Io= It ， A = 0 。若光幾乎全被吸收，It ≈ 0， A = ∞。,吸光度A也可

7、以用來衡量溶液中吸光物質對波長為λ的單色光 的吸收程度，值越大，其吸收程度越大；反之亦然。,14,將不同波長的光透過某一固定的溶液，測量不同波長下溶液對光的吸光度，,15,（1）同一種物質對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長λmax。（KMnO4的?最大 = 525 nm） （2）不同濃度的同一種物質，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。可作為物質

8、定性分析的依據(jù)之一。,吸收曲線的討論,16,（3）不同濃度的同一種物質，在某一定波長下吸光度 A 有差異，A 隨濃度的增大而增大 。此特性可作為物質定量分析的依據(jù)。,（4）在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。,17,15.2 溶液對光的吸收定律,實驗證明：若保持入射光的波長不變，溶液對光吸收的程度與溶液的濃度、液層厚度有關。,15.2.1 溶液對光的吸收定

9、律,18,數(shù)學表達式：,K1：比例常數(shù)，與?、c、T有關。b：溶液厚度,一、朗伯定律：當 ?、c、T 一定時，溶液的吸光度與液層的厚度成正比。,二、比爾定律,比爾定律：當 ?、b 和 T一定時，溶液的吸光度與溶液的濃度成正比。,19,數(shù)學表達式： A = K2 c,三、朗伯—比爾定律（同時考慮溶液濃度和液層厚度的影響）一束平行單色光通過溶液，當?和T一定時，其吸光度與溶液的濃度和液層厚度成正比。,數(shù)學表達式： A

10、= K b c,適應范圍廣.,20,當c用g·L-1表示，b用cm表示時，K用a表示，稱為吸光系數(shù)，其單位為 L·(g.cm)-1 ，則：,四、比例系數(shù)K,1、吸光系數(shù)a,A = a b c,a是吸光物質在一定的條件下的特性常數(shù)，與本性有關，與吸光物質的濃度和液層厚度無關。,21,c用mol·L-1表示，b用cm表示時，K用ε表示，稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為L·(mol.cm)-1。則：,2、摩爾

11、吸光系數(shù)ε,A =εb c,22,【例】：有一濃度為1.0?g/ml Fe2+的溶液，以鄰二氮菲顯色后，在比色皿厚度為 2cm、波長510nm處測得吸光度為0.380，計算（ 1 ）透光度T；(2)吸光系數(shù)a；（3）摩爾吸光系數(shù)? 。,解（1）T＝10-A＝10-0.380＝0.417,,（2）,（3）,23,15.2.2 有色溶液對朗伯-比爾定律的偏離 一、物理因素： 1、單色光不純，導致負偏差。,2、散射光的影響，膠體、乳濁液

12、或懸濁液由于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通過比色皿產生正偏差。,24,二、化學因素1、吸光質點的相互作用，濃度較大時，產生負偏差， 朗伯-比爾定律只適合于稀溶液（c <10-2 mol·L-1 )。,2、平衡效應，物質的離解、締合、互變異構及化學變化引起的偏離，如： Fe(SCN)3 = Fe3+ + 3SCN- Cr2O72- + H2O = 2CrO42- +

13、2H+,25,15.3 分光光度計及主要部件1光源：應有足夠的發(fā)射強度而且穩(wěn)定,如鎢絲燈2單色器：采用棱鏡或光柵獲得單色光。3吸收池：比色皿，厚度有0.5、1、2、3cm等。4檢測器：光電池或光電管。,動畫,26,722型光柵分光光度計結構示意圖,分光光度計的分類以及721 / 722型分光光度計的使用方法見實驗教材。,27,722型光柵分光光度計外形示意圖,28,15.4 顯色反應和顯色條件的選擇,顯色反應和顯色劑

14、 在分光光度分析中，利用顯色反應把待測組分X 轉變?yōu)橛猩衔?，然后再進行測定。 使試樣中的被測組分與化學試劑作用生成有色化合物的反應叫顯色反應。mX(待測物)＋nR(顯色劑)＝XmRn(有色化合物) 顯色反應主要有配位反應和氧化還原反應，其中絕大多數(shù)是配位反應。,29,15.4.1 對顯色反應的要求1、靈敏度高，選擇? 較大的顯色反應。避免共存組分干擾。2、選擇性好，顯色劑只

15、與被測組分反應。3、有色物組成固定，如：Fe3+ + 磺基水楊酸 → 三磺基水楊酸鐵(黃色) （組成固定）Fe3+ + SCN - → FeSCN2+、 Fe(SCN)2 + …… （組成不固定）,3

16、0,4、有色物穩(wěn)定性高，其它離子干擾才小。如三磺基水楊酸鐵的Kf =1042 , F- 、H3PO4 對它無干擾。,5、顯色過程易于控制，而且有色化合物與顯色劑之間的顏色差別應盡可能大。,31,15.4.2 顯色反應條件的選擇1、顯色劑用量 ，適當過量。適宜的用量通過實驗求得,32,在pH＝2～3 Fe(ssal)+在pH＝4～7 Fe(ssal)22-在pH＝8～10 Fe

17、(ssal)3在pH>12 Fe(OH)3,棕橙色,沉淀,黃色,紫紅色,2、溶液酸度，既要防止被測離子生成沉淀，又需防止有色配合物離解。有效的方法是加入緩沖溶液（考慮干擾）,33,5、溶劑，有機溶劑會降低有色物的離解度，從而提高 顯色反應的靈敏度。,6、共存干擾離子的影響及消除(1) 控制酸度，使干擾離子不顯色。,3、溫度，通過實驗找出適宜的溫度范圍。4、時間，在顏色穩(wěn)定的時間范圍內進行比色測

18、定。,34,(3) 改變干擾離子價態(tài)，測Ni2+時，F(xiàn)e2+ 有干擾，加入氧化劑， Fe2+ → Fe3+ .,(4) 分離干擾離子，用萃取、沉淀、電解、離子交換等方法。,還可選擇適當?shù)膮⒈热芤汉腿肷涔獾牟ㄩL等方法來消除共存離子的干擾。,(2) 加入掩蔽劑 ，如用SCN-測定Co2+時，F(xiàn)e3+有干擾，加入 F- ，F(xiàn)e3+ + 6F- = FeF63- ， Fe3+ 被掩蔽。,35,離子交換法用于Fe3+、Al

19、3+分離時．先用HCl溶液處理試液，使鐵、鋁分別以FeCl63-、Al3+形態(tài)存在。然后經過陽離子樹脂交換柱，此時Al3+留在柱上，而FeCl63-流出柱子，從而達到分離的目的。,36,色譜分離法，若在充填硅膠、活性氧化鋁、纖維素等載體的柱子上進行，則稱為柱上色譜分離法；若用濾紙作載體，則稱為紙上色譜分離法。,溶劑化合物萃取體系，例如磷酸三丁酯萃取FeCl3。 某些無機化合物萃取體系，例如CCl4萃取I2。,37,15.4.3

20、 分光光度法常用的顯色劑（一）、無機顯色劑 鉬酸銨法(測 P、 Si、W)， 過氧化氫法(測V5＋、Ti4＋)（二）有機顯色劑（主要使用）1、O，O給電子螯合劑： 鉻天菁S（CAS）、苯基熒光酮（ PF ）2、O，N給電子螯合劑：偶氮胂III等,38,3、N，N給電子基團：鄰二氮雜菲（測Fe）等4、帶含硫基團的螯合劑：雙硫腙（測Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等）,39,15.5 測定條件的

21、選擇15.5.1、選擇合適波長的入射光。p268（?最大，3點）,（545nm）,40,原則：使溶液的吸光度能真正反映待測物的濃度。,在吸光度測量中，作為比較的溶液或溶劑稱為參比溶液或空白溶液。,15.5.2選擇適當?shù)膮⒈热芤骸?41,(1) 試樣、試劑、顯色劑都無色時，用純水作參比。(2) 試樣無色，試劑、顯色劑有色，采用不加試樣的空白溶液作參比?！蹋ㄔ噭┛瞻祝?3)試樣有吸收，而顯色劑等無色，可采用不加顯色劑的試樣為參比。（試

22、樣空白）(4)均有色，有吸收，對試樣加入掩蔽劑，褪色后再加顯色劑等作為參比。(褪色空白),42,15.5.3 吸光度讀數(shù)范圍的選擇透光率讀數(shù)的準確度是儀器精度的主要指標。測定結果的精度常用濃度的相對誤差dc/c表示。,43,若透光率刻度的讀數(shù)的絕對誤差為?T=1%，用不同的T代入上式，可得相應濃度測量的相對誤差?c/c，作圖，p270圖15-7.,44,1、T在20%～65%(A=0.19～0.70)范圍，相對誤差較小。,

23、2、T = 36.8%(A =0.434)，相對誤差最小。,由圖可見：,為了減小濃度的相對誤差，提高測定的準確度，一般應控制溶液吸光度A在最適宜讀數(shù)范圍0.19～0.70。,45,【例】某一有色溶液在2.0cm的吸收皿中，測得透光率T＝1％，若儀器透光度的絕對誤差△T＝0.5％，計算（1）測定的濃度的相對誤差△c/c（2）為使測得吸光度在最適讀數(shù)范圍內，溶液應稀釋或濃縮多少倍？（3）若濃度不變，而改變比色皿厚度（0.5cm, 1.

24、0cm，2.0cm,3.0cm）,則應選擇那種厚度的吸收皿最合適，此時△c/c為多少？,46,解 （1）,（2）A=-lgT=-lg1%=2設有色溶液原始濃度為cº，當b一定時，A＝εbc＝K?c，要使A＝0.2～0.7，則,即稀釋3～10倍,47,（3）當c一定時即cº，A＝εbc＝K?b,要使A＝0.2～0.7，則,bº=2cm,b=0.5cm,48,控制吸光度在適宜的范圍內(A=0.19～0.70

25、) (1) 控制試樣的量或溶液的稀釋程度來控制溶液濃度。 (2) 選擇不同厚度的比色皿。,49,,15.6 吸光光度法的應用15.6.1 常用方法1、目視比色法：用眼睛比較溶液顏色深淺以確定物質含量。（也叫標準色階法）,50,目視比色法的原理是根據(jù)朗伯——比耳定律,相同條件下顯色且是同一種有色物質，所以：,因為液層厚度相等：b1=b2，所以濃度相等：c1=c2,51,目視比色法的優(yōu)點是：1、儀器簡單，

26、操作簡便，適宜于大批試樣分析。2、測定的靈敏度較高，適宜于稀溶液中微量元素的測定。3、復合光 — 白光下進行測定，因此有些顯色反應不符合朗伯——比耳定律時，仍可用目視法測定。,52,目視比色法的缺點是：1、有色溶液一般不太穩(wěn)定，常常臨時配制一套標準色階，較麻煩費時。2、依靠人的眼睛來觀察顏色深度，有主觀誤差，準確度不高，相對誤差約為5～20%。,53,54,2、光電比色法 利用光電池和電流計測量溶液透光強度的

27、方法。此儀器叫光電比色計。用光電比色計測量有色物質含量的方法稱為光電比色法。,原理：光電池產生光電流的大小與照射光的強度成正比。一束白光通過濾光片后，得到比較粗糙的單色光，通過一定厚度的溶液時，溶液濃度越大，吸光度越大，光電流越小。,55,測定：配制標準有色溶液，測出吸光度，相同條件下測試液的吸光度。,原理：與光電比色法基本相同，不同的是用分光能力更強的棱鏡或光柵進行分光，得到的光更近似于單色光，靈敏度和準確度更高。,3、分光光度法,5

28、6,15.6.2 單一組分的測量方法：1、標準工作曲線法 先配制一系列標準溶液，在最大吸收波長處，測出它們的吸光度，作圖，同條件測未知液的吸光度，從圖中查出未知液的濃度。,57,同學們在制作標準曲線時有如下幾種情況：,58,2、 標準比較法 同條件下分別測定未知液與標準溶液的吸光度Ax和A標，根據(jù)朗伯-比爾定律，應有下式：,因為：,所以：,59,例如：將1.000g鋼樣用HNO3溶解，鋼中的錳用KIO4氧

29、化成高錳酸鉀，并稀釋到100.0ml，用1.00cm比色皿在波長525 nm測得此溶液的吸光度為0.700。一標準KMnO4溶液的濃度為1.52×10-4 mol·L-1，在同樣的條件下測得的吸光度為0.350，求試液中錳的濃度。,解：根據(jù)： 的關系有：,*（3）標準加入法,60,15.6.3 高含量組分測定 ——示差法 1、原理 參比溶液：濃度稍低的標準溶液 c1。

30、 用 c1 調節(jié)T%為100（A = 0）， 若被測溶液的濃度為 c2 。 A1 = Kbc1 A2 = Kbc2,結論:兩溶液的吸光度差△A與濃度差△c成正比。,△A =A2 – A1 ＝ Kb（c2－c1） ＝Kb△c,61,2、工作曲線法 標準溶液c1、 c2、c3…。以c1作參比，調A = 0， 測 c2、c3……的△A， △A對△c作圖。,cx = △cx +

31、c1,同條件下測△Ax。從差示工作曲線中查出△cx。,62,3、兩點比較法 以c1作參比，調A = 0。測另一標準溶液cs的△As。 再測未知液 cx 的△Ax 。 因為：△Ax = Kb△cx △As = Kb△cs,所以：,63,15.6.4 溶液中多組分測定（作了解，自看p272，見圖15-9）具體的我們前面講過了,作業(yè)：p273 1、4、6、7、9,64,,,Io = Ia + It +