朗伯比尔定律

CompanyLogo第七章吸光光度法主讲教师：鲁静光学分析法概述主要内容1基本原理2显色反应及显色条件的选择3测量条件的选择4目视比色与分光光度计5吸光光度法应用62一、电磁辐射的基本特性一.电磁辐射的二象性（波动性和微粒性）光是一种电磁波，具有波动性。电磁波可以用周期T(s)、频率ע(Hz)、波长λ(nm)和波数σ（cm-1）等参数描述。它们之间的关系为：ע=1/T=c/λσ=1/λ=ע/c光具有微粒性，光是由光子组成的，光子具有能量，其能量与频率或波长的关系为：E=hע=h·c/λ由以上公式可知：不同波长的光能量不同，波长越长，能量越小，波长越短，能量越大。第一节.光学分析法概述V=λע3波谱名称波长范围分析方法射线0.005~0.17nm中子活化分析,莫斯鲍尔谱法X射线0.1~10nmX射线光谱法远紫外10~200nm真空紫外光谱法近紫外200~380nm紫外光谱法可见光380~750nm比色法,可见吸光光度法近红外0.75~2.5m红外光谱法中红外2.5~50m红外光谱法远红外50~1000m红外光谱法微波1~1000mm微波光谱法射频1~1000m核磁共振光谱法二、电磁辐射区4吸光光度法：基于物质对上述区间光的吸收而建立起来的分析方法。吸光光度法比色法红外吸收光谱法紫外-可见吸光光度5比色分析法：利用比较待测溶液本身颜色或者加入试剂后呈现的颜色的深浅来测定溶液中待测物质的浓度的方法。目视比色法光电比色法吸光光度法：应用分光光度计，根据物质对不同波长单色光的吸收程度不同而对物质进行定性和定量分析的方法，也叫分光光度法。可见分光光度法（380-750nm）紫外分光光度法（200-380nm）红外分光光度法（3×103--3×104nm）6吸光光度法的特点具有较高的灵敏度，适用于微量分析1准确度较高，一般相对误差为2~5%。2分析速度快，设备简单，操作简便。3应用广泛，也适用于化学平衡研究47问题1：硫酸铜溶液时什么颜色的？问题2：蓝色的硫酸铜溶液放在钠光灯下呈现什么颜色？问题3：放在暗处，会有什么现象？溶液的颜色Diagram2Diagram3Diagram2Diagram3光照及组成物质本质第二节.吸光光度法基本原理8一.单色光、复合光和互补光单色光：具有相同波长的光。复合光：含有多种波长的的光。例如：阳光和白炽灯发出的光均为复合光。可见光：指人的眼睛所能感觉到的光，包括的波长范围为：380~750nm。互补光：将两中适当颜色的光按一定的强度比例混合，如果能形成白光，则这两种光称为互补光。9红650～760绿蓝橙600～650蓝黄580～600紫黄绿560～580红紫绿500～560红蓝绿490～500橙绿蓝480～490黄蓝450～480黄绿紫400～450互补光颜色/nm蓝绿不同颜色的可见光波长范围及其互补光：10白光青蓝青绿黄橙红紫蓝1.物质颜色的产生物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的。二、物质对光的选择性吸收11一种物质呈现何种颜色，与入射光组成和物质本身的结构有关,而溶液呈现不同的颜色是由于溶液中的吸光质点(离子或分子)选择性地吸收某种颜色的光而引起的。①当白光通过某一均匀溶液时，如果各种波长光几乎全部被吸收，则溶液呈黑色。②如果入射光全部透过（不吸收），则溶液无色透明。③如果对某种色光产生选择性吸收，则溶液呈现透射光的颜色，即溶液呈现的是它吸收光的互补色光的颜色。12溶液的颜色与光吸收的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光13例如：硫酸铜溶液选择性地吸收了白色光中的黄色光，所以呈现蓝色。（？）KMnO4溶液能选择吸收了白光中的绿光，与绿色光互补的紫色光因未被吸收而透过溶液，所以KMnO4溶液呈现紫色。练习：K2Cr2O4是什么颜色的？为什么？某溶液呈现红色，是因为什么？14152.物质的吸收光谱曲线用不同波长(400-750nm)的光，照射某一吸光物质的溶液；测吸光度(A)，以波长为横坐标，吸光度A为纵坐标得到的一条曲线，直观地表示出物质对光的吸收特征。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。不同物质吸收光谱的形状以及max不同——定性分析的基础。同一物质，浓度不同时，吸收光谱的形状相同，Amax不同——定量分析的基础。16KMnO4的吸收曲线17吸收曲线(absorptionspectrum)的讨论1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长(max)2）同一物质不同浓度的溶液，光吸收曲线形状相似，其最大吸收波长不变；但在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增大。这个特性可作为物质定量分析的依据。在实际测定时，只有在λmax处测定吸光度，其灵敏度最高，因此，吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长的依据。3）不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相同。光吸收曲线与物质特性有关，故据此可作为物质定性分析的依据。183.分子吸收光谱产生的机理紫外-可见吸收光谱产生的机理：光子作用于物质分子时，如果光子的能量与物质分子的电子能级间的能级差满足：△E=hע光子将能量传递给物质分子，分子获得能量可发生电子能级的跃迁。在光吸收过程中基于分子中电子能级的跃迁而产生的光谱，称为紫外-可见吸收光谱（或电子光谱）。19三、光吸收的基本定律1.透射比和吸光度当一束平行单色光，通过一均匀的溶液后，光的强度会减弱。I0=Ia+It入射光强度吸收光强度透过光强度入射光I0透射光It入射光I0透射光It20透光度T（透射比）Transmittance定义透光度：0IITtT取值为0.0~1.0全部吸收~~~~全部透射A=lg(1/T)=-lgT吸光度A(Absorbance）A取值为0.0~∞全部透射~~~全部吸收二者关系为：定义吸光度：tIIA0lg21朗伯-比尔定律A=Kbc如果吸收池的液层厚度一定，则吸光度与溶液浓度成正比：A=K2c如果溶液的浓度一定，光的吸收程度与液层的厚度成正比：A=K1b朗伯定律1760比尔定律185222朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过均匀的，透明的吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度和液层厚度乘积成正比，即A=κbc式中比例常数κ与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关。c为吸光物质浓度，b为透光液层厚度。K可用a（吸光系数）或ε（摩尔吸光系数）表示。朗伯-比尔定律是紫外-可见分光光度法的理论基础。2.朗伯-比尔定律23朗伯—比尔定律不仅适用于溶液，也适用于均匀的气体、固体状态，是各类光吸收的基本定律，也是各类分光光度法进行定量分析的依据。朗伯-比尔定律的应用条件：1)必须使用单色光：应选用max处测定；2)吸收发生在均匀的介质；3)吸收过程中，吸收物质互相不发生作用。24比例常数的取值与浓度的单位有关比例常数入射光波长物质的性质温度A=kbc②当c的单位用mol·L-1时，比例常数用ε表示,称为摩尔吸光系数A＝εbca的单位:L·g-1·cm-1ε的单位:L·mol-1·cm-1ε=MaM—物质的摩尔质量①当c的单位为g·L-1时，比例常数用a表示，称为质量吸光系数A＝abρ3.吸光系数25摩尔吸光系数的物理意义：单位浓度的溶液（1mol/L）液层厚度为1cm时，在一定波长下物质对光的吸收程度。（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数。（2）不随浓度c和液层厚度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；（3）同一吸光物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力。26a或ε反映吸光物质对光的吸收能力，也反映用吸光光度分析法的灵敏度。Ε越大，表示改物质对某波长的光的吸收能力越强，测定的灵敏度也就越高。因此测定时，为了提高分析灵敏度，通常选择摩尔吸光系数大的有色化合物进行测定，选择具有最大ε值波长的光做入射光。例如，用铜试剂测定钢，ε436=12800；而用双硫腙测定铜，ε495=158000，灵敏度较前者高很多。例题讲解273.吸光度的加和性朗伯-比尔定律不仅适用于紫外光、可见光，也适用红外光；在同一波长下，各组分吸光度具有加和性A=A1+A2++An28吸光度(A)、透光率(T)与浓度(c)的关系ATc=10-kbcTA=kbc线性关系指数关系=10-kbcTA=kbc294.偏离吸收定律的主要因素在实际工作中，经常发现标准曲线向浓度轴弯曲的情况，称为偏离朗伯-比尔定律。引起偏离的原因较多，有来自仪器方面的，有来自溶液方面的。30（1）入射光非单色光引起的偏离朗伯-比耳定律只适用于单色光，但所用的入射光多是复合光，因而导致对朗伯-比尔定律的偏离。设检测器（光电池或光电管）对两种波长的光的灵敏度相同，则可以证明：ε1与ε2相差愈大，吸收池愈厚，则偏离愈严重。入射光的波长范围窄，偏离朗伯-比尔定律的程度小。选择最大吸收波长的入射光，不仅有较高的灵敏度，偏离朗伯-比尔定律的程度较小。31（2）溶液的化学和物理因素引起的偏离①由于介质不均匀性引起的偏离：当被测试液是胶体溶液、乳浊液或悬浮物质时，部分入射光还因散射现象而损失，导致实测吸光度增加，产生正偏差。②由于溶液中的化学反应引起的偏离：溶液中的吸光物质常因离解、缔合、形成新化合物或互变异构等化学变化而改变其浓度，导致偏离朗伯-比尔定律。（3）比尔定律的局限性引起的偏离比尔定律有个局限性，只适用于浓度小于0.01mol/l的稀溶液。32第三节显色反应及显色条件的选择一、显色反应及要求1.显色反应：在分光光度分析中，将试样中的待测组分转变成有色化合物的反应叫显色反应。显色反应一般分为两大类：一类是配位反应；另一类是氧化还原反应。Fe3＋＋SCN－=FeSCN－；Mn2＋－5e＋4H2O=MnO4－＋8H＋在这两类反应中，用得较多的是配位反应。33灵敏度高。对显色反应的要求：1选择性好,干扰少。2生成的有色化合物组成恒定，化学性质稳定。3有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大。4显色条件要易于控制，以保证有较好的再现性。534二.显色条件的选择影响因素M+RMROH-M（OH）nH+HnR酸度显色剂用量温度显色时间溶剂溶液中共存离子35酸度对显色反应的主要影响：1）当酸度不同时，同种金属离子与同种显色剂反应可以生成不同配位数的不同颜色的配合物。如Fe3+和水杨酸PH4：紫红色1:1PH4—7:橙红色1:2PH8—10：黄色1:32）酸度过高会降低配合物的稳定性（弱酸型显色剂+金属离子）3）酸度变化，显色剂的颜色可能发生变化。4）酸度过低可能引起被测的金属离子发生水解，破坏了有色配合物，是溶液的颜色发生改变。1.溶液酸度36酸度对显色反应有影响，要控制合适的酸度，通过实验确定。固定c(M)、c(R)，改变pHpH选择平坦部分372.显色剂用量显色剂用量对显色反应主要有有三种情况，如图(a)、(b)、(c)所示。M+RMR383.显色温度显色反应的进行与温度有很大关系。一般显色反应可在室温下完成。但是有的在室温下进行得很慢，需要加热促使反应迅速完成。有的显色反应所形成的配合物在温度高时发生分解或褪色。有的需放置一段时间才能使反应进行完全。显然，对于不同的显色反应，应选择适宜的温度进行反应，使反应能进行完全。同样，标样和试样显色时，其温度应很近似，以减小其误差。394.显色时间有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定状态，并较长时间保持不变；有些显色反应虽能迅速完成，但有色络合物的颜色很快开始褪色；有些显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳定。适宜的显色时间由实验确定。25℃50℃t/minA显色时间：显色反应完成所需要的时间稳定时间：显色后有色物质色泽保持稳定的时间405.溶剂的选择有机溶剂会降低有色化合物的离解度，从而提高显色反应的灵敏度。同时，有机溶剂还可能提高显色反应的速度