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下一页返回退出分析化学第七章吸光光度法Spectrophotometry返回上一页下一页返回退出基本内容和重点要求掌握物质对光的选择性吸收、吸光度和透光度、朗伯—比耳定律及摩尔吸光系数等知识;了解分光光度法的特点、基本原理、仪器构造和各部件的作用;学习显色反应和显色条件的选择;理解分光光度法定量分析中的各种影响因素以及吸光度测量条件的选择。返回上一页下一页返回退出一、方法依据及分类基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法,包括比色法、可见及紫外光度法及红外光谱法等。比色分析法通过目视比较颜色的深浅来测定物质的浓度。吸光光度法使用光度计测定的方法。返回上一页下一页返回退出二、方法特点灵敏度高、选择性好:可测10-3-10-6mol.L-1准确度较高:相对误差为2%~5%,满足微量分析要求应用广泛:可测定绝大多数无机离子及具有共轭双键的有机化合物仪器简单、操作简便、分析快速:一般不分离干扰物质就能测定返回上一页下一页返回退出§7.1-2吸光光度法基本原理一、光的基本性质二、物质对光的选择性吸收三、光吸收基本定律——朗伯-比耳定律四、偏离比耳定律的原因返回上一页下一页返回退出一、光的基本性质1.光的波动性和微粒性2.电磁波谱图3.单色光与复合光4.互补色光返回上一页下一页返回退出1.光的波动性和微粒性1-8sm103----Hz----nm----光速,真空中频率,为单位以波长,在紫外-可见区ccsJ106.625-Plank---J----34-常数,光子的能量,hEchhE返回上一页下一页返回退出2.电磁波谱图波长/nm10-1110102400760103104105106107108光谱名称X-射线紫外光可见光红外光微波跃迁类型内层电子中层、外层电子外层电子分子振动或转动分子转动分析方法X-射线光谱法紫外光度法比色及可见光度法红外光谱法微波光谱法Ultraviolet-VisibleSpectrophotometry返回上一页下一页返回退出3.单色光与复合光单色光:具有同一波长的光复合光:不同波长的光组合而成可见光的波长大约在400~760nm之间,由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成,各种光具有一定的波长范围。返回上一页下一页返回退出4.互补色光如果把适当颜色的两种色光按一定强度比例混合,可以组成白光,这两种色光称为互补色光。返回上一页下一页返回退出二、物质对光的选择性吸收1.物质颜色和吸收颜色的关系2.吸收光谱图3.分析依据返回上一页下一页返回退出白光KMnO4紫色返回吸收绿色光白光CuSO4蓝色吸收黄色光二、物质对光的选择性吸收上一页下一页返回退出1.物质颜色和吸收颜色的关系物质颜色吸收光颜色波长范围/nm黄绿紫400~450黄蓝450~480橙绿蓝480~490红蓝绿490~500紫红绿500~560紫黄绿560~580蓝黄580~600绿蓝橙600~650蓝绿红650~750返回上一页下一页返回退出光吸收曲线(可用实验方法确定)400450500550600650/nmA0.80.60.40.2最大吸收波长max返回定性分析依据:不同物质具有不同吸收曲线形状和最大吸收波长(max处灵敏度最高)它描述了物质对不同光的吸收能力上一页下一页返回退出400450500550600650/nmA0.80.60.40.2max返回定量分析:max处吸光度大小不同浓度的同一物质,max不变,在吸收峰附近处的A随浓度增加而增大上一页下一页返回退出三、光的吸收基本定律——朗伯-比耳定律1.透光率与吸光度2.朗伯-比耳定律3.吸光系数、摩尔吸光系数4.吸光度的加合性返回上一页下一页返回退出1.透光度T与吸光度ATransmittanceandAbsorbanceI0IrIaItTTIIAIITIIIIIIItttartalg1lglg0000透光度或透射比吸光度返回0102030405060708090100T%∞1.00.70.60.50.40.30.20.10.050A均匀平行单色光上一页下一页返回退出2.朗伯—比耳定律Lambert-Beer’sLaw返回A-吸光度K-比例常数,与吸光物质的性质、入射光波长、温度等有关b-液层厚度,cmc-溶液的浓度,molL-1或gL-1KbcA朗伯定律(c一定时)比尔定律(b一定时)cKAbKA21↓合并上一页下一页返回退出3.吸光系数、摩尔吸光系数吸光系数a:摩尔吸光系数:关系:=MaKbcAabcAc-gL-1b-cma=A/(bc),L·g-1·cm-1bcAc-molL-1b-cm=A/(bc),L·mol-1·cm-1返回上一页下一页返回退出例150mL比色管中,加入含有0.025mg的Fe2+溶液,加入邻二氮菲显色剂,用水稀释至50mL,用2cm比色池,在分光光度计上测得吸光度A=0.190,计算摩尔吸光系数?解:4-110.1901.110(Lmolcm)0.025255.8550Abc返回上一页下一页返回退出朗伯—比耳定律适用条件有色稀溶液及均匀,非散射的吸光物质(气体和固体)入射光为垂直照射的平行单色光吸光物质间无相互作用被测物质不存在荧光或光化学现象上一页下一页返回退出4.吸光度的加合性多组分体系中,如果各种吸光物质之间没有相互作用,则体系的总吸光度等于各组分吸光度之和。nnnbcbcbcAAAA......221121返回上一页下一页返回退出四、偏离比耳定律的原因1.标准曲线(校正曲线)2.物理因素引起的偏离3.化学因素引起的偏离返回上一页下一页返回退出Standardcurve,calibratedcurve,workingcurve1.标准曲线(校正曲线)A0.500.400.300.200.1002.04.06.08.010mg/mLAKc返回Ax(相同条件下测定)Cx固定b、I0和λ上一页下一页返回退出A0.500.400.300.200.1002.04.06.08.010mg/mL正偏离负偏离返回上一页下一页返回退出偏离比尔定律的原因比尔定律的局限性此定律只适用于稀溶液(假设吸收离子之间无相互作用)。高浓度时,粒子间的距离缩小,相互作用力增大,改变粒子对光的吸收能力,使A与C之间的线性关系发生偏离。上一页下一页返回退出非单色光引起的偏离目前各种分光光度计得到的入射光实际上都是具有某一波段的复合光,物质对不同波长光的吸收程度的不同,因而导致对朗伯-比耳定律的偏离。克服非单色光引起的偏离的措施:使用比较好的单色器;人射光波长选择在被测物质的最大吸收处;测定时应选择适当的浓度范围。返回物理因素引起的偏离上一页下一页返回退出介质不均匀引起的偏离溶液不均匀时,入射光通过溶液后,有一部分因散射现象而损失,使透射比减少,实测吸光度增加,使标准曲线偏离直线向吸光度轴弯曲(正偏离)。在光度法中应避免溶液产生胶体或混浊。返回物理因素非平行入射光引起的偏离非平行光光束的光程大于吸收池的厚度,产生正偏离。上一页下一页返回退出化学因素引起的偏离溶液中的吸光物质常因解离、络合、缔合、形成新化合物或互变异构等化学变化而改变其浓度,因而导致偏离朗伯—比耳定律。在分析测定中,要控制溶液的条件,使被测组分以一种形式存在,以克服化学因素所引起的对朗伯-比耳定律的偏离。返回上一页下一页返回退出Cr2O72-+H2O2HCrO4-2CrO42-+2H+↓↓橙色黄色↑↑Cr的总浓度相同时,A取决于C(Cr2O72-)/C(CrO42-)之比值加酸或加碱,使C与A之间符合L-B定律max=375nmmax=350nm上一页下一页返回退出分光光度计基本部件:1.光源2.单色器3.吸收池4.检测系统5.读数指示器返回§7.3吸光光度法的仪器上一页下一页返回退出1.光源在可见光和近红外光区,常用钨灯或碘钨灯作光源,它们辐射360-1100nm波长的光(要求:光源发出所需波长范围内的连续光谱具有足够的光强度,并稳定)在近紫外区,常使用氢灯或氘灯,它们能辐射180-375nm波长的光。光源单色器检测系统吸收池返回上一页下一页返回退出2.单色器由色散元件(将光源发出的连续光谱分解为单色光的元件)、入射狭缝、出射狭缝和准射镜组成。常用的色散元件:棱镜或光栅。棱镜:用光学玻璃或石英制成,光通过棱镜发生折射而色散,按波长顺序将复合光分解为单色光。光栅-光通过光栅发生衍射和干涉现象而分光。优点:波长范围宽、色散均匀、分辨率高缺点:各级光谱重叠相互干扰,可用适当滤光片消除返回光源单色器检测系统吸收池上一页下一页返回退出3.吸收池也称比色皿,用于盛吸收溶液;由无色透明的光学玻璃或石英制成;液层厚度为0.5、1、2、3cm等的一套长方形或圆柱形比色皿。(注意放置位置及光洁)光源单色器检测系统吸收池返回上一页下一页返回退出4.检测系统是一种光电转换元件,将光能转换为电流进行测量。常用的光电转换器:硒光电池或光电管硒光电池:当光照射时,硒电池表面就有电子逸出,能产生10~100μA的光电流,对光的敏感波长范围300~800nm。特点:结构简单,便宜,更换方便,长时间使用会出现疲劳现象(照射光强度不变而产生的光电流逐渐下降)。光源单色器检测系统吸收池返回上一页下一页返回退出(硒光电池或光电管、光电倍增管作检测器,检流计作读数装置)。另可配置记录仪、数字显示器及计算机等。光电管:由一个阳极和一个光敏阴极组成的真空二极管。由于阴极材料光敏性能不同,分为红敏(使用波长为625~000nm)和蓝敏(波长范围200~625nm);光强相同时所产生的电流约为硒光电池的1/4。特点:易放大、灵敏度高、光敏范围广、不易疲劳。上一页下一页返回退出双光束紫外分光光度计上一页下一页返回退出分光光度计的类型按工作波长分类:可见、可见-紫外、红外分光光度计。按仪器结构:单光束:双光束:双波长:光源单色器光源光源单色器单色器单色器RRSS检测器检测器检测器上一页下一页返回退出§7.4吸光光度法分析条件的选择一、显色反应的要求二、显色条件的选择三、吸光度测定条件的选择返回上一页下一页返回退出一、显色反应(Colorreaction)待测物质本身有较深的颜色,直接测定;待测物质是无色或很浅的颜色,需要选适当的试剂与被测离子反应生成有色化合物再进行测定,此反应称为显色反应,所用的试剂称为显色剂(colorreagent)。按显色反应的类型来分,主要有氧化还原反应和络合反应两大类,而络合反应是最主要的。返回上一页下一页返回退出显色反应的要求灵敏度高,有色物质的ε应大于104;选择性好,干扰少,或干扰容易消除;有色化合物的组成恒定,化学性质稳定,至少保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定;显色剂在测定波长处无明显吸收,即显色剂对光的吸收与络合物的吸收有明显区别,要求两者的吸收峰波长之差Δλ(称为对比度)>60nm。返回上一页下一页返回退出显色剂1.无机显色剂2.有机显色剂返回上一页下一页返回退出1.无机显色剂无机显色剂不多,因为生成的络合物不稳定,灵敏度和选择性也不高,目前应用不多。如用KSCN显色测铁、钼、钨和铌;用钼酸铵显色测硅、磷和钒等。返回上一页下一页返回退出2.有机显色剂有机显色剂分子中含有生色团和助色团。生色团(chromophoricgroup):含不饱和键的基团,如偶氮基、对醌基和羰基等。这些基团中的π电子被激发时需能量较小,可吸收波长200nm以上的可见光而显色。助色团(auxochromicgroup):含孤对电子的基团,如氨基、羟基和卤代基等。助色团与生色团的不饱和键作用,使颜色加深。返回上一页下一页返回退出常用有机显色剂磺基水杨酸:OO型螯合剂,可与很多高价金属离子生成稳定的螯合物,主要用于测Fe3+。丁二酮肟:NN型螯合剂,用于测定N
本文标题:第7章-吸光光度法
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