《分光光度分析》第四章-分光光度法的灵敏度和选择性

第四章分光光度法的灵敏度和选择性第一节分光光度法的灵敏度第二节分光光度法的选择性知识点回顾：光的吸收定律影响准确度的因素bcA一.辐射与物质的非吸收作用引起的误差三.不适当的实验技术引起的误差二.仪器的非理想性引起的误差重点灵敏度的定义及表示方法选择性反应及特效反应难点提高灵敏度的途径提高选择性的途径第一节分光光度法的灵敏度随着科学技术日新月异的发展，对超纯物质及成分复杂物质中痕量物质的分析方法的灵敏度提出了更高的要求，分析方法的灵敏度成为人们挑选分析方法的一个重要准则。一.灵敏度的定义及其表示方法1.定义待测物质的增量c产生由输出信号的变化A和该增量的比率：，即与工作曲线的斜率有关。Abc2.表示方法摩尔吸光系数吸光系数a最低检出浓度桑德尔(Sandell)指数S(g·cm-2)(1)摩尔吸光系数)cmmol(L:11这里指在有色物质最大吸收波长处测得的：bcA即A～c工作曲线的斜率一般认为：值小于2×104属于不灵敏的分光光度法，值在(2～6)×104属于中等灵敏的分光光度法，值在(6～10)×104属于高灵敏的分光光度法，值大于105属于超高灵敏的分光光度法，现在已有少数达到约106。(2)吸光系数a物理意义：相当于浓度为1g/L的待测物质溶液，在1cm的吸收池中测得的吸光度。A＝abc'bcAac=c(g/L)F331010'FaFcbAbcA310Faa值便于比较原子量相差较大的金属元素的测定方法的灵敏度。例如：用双硫腙萃取分光光度法测定时，如果按摩尔吸收系数()排列，几个有色金属的测定灵敏度应是：Cd(8.8×104)Hg(7.1×104)Pb(6.86×104)Cu(4.52×104)但是，由于原子量Cu(63.54)Pb(207.2),Hg(200.6)所以灵敏度若按吸光系数(a)的次序排列应是：Cd(0.78)Cu(0.71)Hg(0.35)Pb(0.33)(3)桑德尔(Sandell)指数S(g·cm-2)物理意义：表示用1cm吸收池测得吸光度为0.001时，每毫升溶液中待测物质的微克数。A＝abc当b＝1cm，A＝0.001时，S＝c(g/mL)Fc310'1001.0FS1FS同理A＝abc当b＝1cm，A＝0.001时，S＝c(g/mL))'('1001.0Scca　　Sa001.0aS310(4)最低检出浓度这种情况必须注明附加条件，如液体体积、比色皿、可测出的吸光度最小值等。如：用准确的分光光度计，可测出A＝0.001，若b＝1cm，(＝1.0×105，F＝100)则最低浓度＝mol/L101100.10.1001.085bA相当于：1×10-8×100＝10-6g/L=10-9g/mL一般的分光光度法约ε＝1.0×104，可测出A＝0.01，若b＝1cm，F＝100则最低浓度＝mol/L101100.10.101.064bA相当于：g/mL10g/mL10001001076显色溶液体积为10mL，则可测出1g被测物质。在考虑灵敏度时，应注意区别光度反应的灵敏度(取决于吸光物质性质、反应条件、光度测量条件)和分析方法的灵敏度(包括光度反应灵敏度条件外，还取决于样品的制备条件，干扰的影响等)。其中最常用的是摩尔吸光系数，此方法是衡量灵敏度的重要指标。二.提高分光光度法灵敏度的途径1.寻求高灵敏度试剂目前大多数光度法分析法灵敏度在104数量级，因此，还有大量的工作需要我们取寻求高灵敏度的试剂，以提高光度分析法的灵敏度，以其达到较高的灵敏度。通常选用有机试剂，其最大优点是：通过改变试剂的结构，可得到灵敏度高的试剂。光度反应的灵敏度与反应产物的摩尔吸光系数1和试剂的摩尔吸光系数2有关。如：M+L＝ML试剂L的吸收情况将会对ML的测定产生影响，(1-2)值愈大，反应越灵敏。NNCH3COOHOH如：水杨酸衍生物与Fe3+反应，1-2＝0.16若试剂变为：NNH3OSCOOHOH与Fe3+反应，1-2＝0.35NNNO2COOHOH与Fe3+反应，1-2＝0.62而试剂变为：2.利用形成三元配合物利用形成三元配合物(混合配位络合物)以提高光度分析法的灵敏度发展迅速，是一个行之有效的方法。(1)加入显色剂如：Ag+与溴邻苯三酚红(BPR)形成二元络合物，＝1.0×104，当加入邻二氮菲(phen)后，形成三元络合物，＝5.1×104，其中，AgphenBPR＝241。(2)加入表面活性剂在金属离子与显色剂的二元体系中加入一种表面活性剂以形成三元络合物(三组分)提高光度分析法的灵敏度，此法目前研究报道较多。如：Sn(IV)+邻苯二酚紫(PV)→二元络合物max＝555nm＝6.5×104Sn(IV)+PV+CTMAB→三元络合物max＝662nm＝9.6×104表面活性剂：是指那些能显著降低溶剂(一般为水)表面张力，改变体系表面状态(自由能)，从而产生一系列润湿、乳化、分散、起泡及增溶等作用的物质。a阴离子表面活性剂：其电离后活性部分是阴离子，主要是十二烷基磺酸钠一类化合物。b非离子型表面活性剂：其极难电离，主要是聚氧乙烯烷基酚，聚乙烯醇等。如：乳化剂OP，聚氧乙烯油酸脂如：溴化十六烷基三甲基铵(CTMAB)氯化十六烷基三甲基铵(CTMAC)溴化羟十二烷基三甲基铵(DTM)N－氯化十六烷基吡啶(CPC)c阳离子表面活性剂：其电离后活性部分是阳离子，应用最广，多是带长碳链的季铵盐或烷基吡啶类。3.利用放大反应放大反应：指某反应的物质的量经放大反应后显著增大的反应。利用放大反应，可提高光度分析法的灵敏度。如：测34PO34PO钼酸铵343POMoO12丁醇-氯仿萃取343POMoO12-24MoO(除去过量的-24MoO)氨缓冲溶液反萃取2-氨基-4-氯苯硫醇12Mo＋8-羟基喹啉14(122＝24mol)(244＝96mol)1molP放大为96molBr提高近2个数量级＝3.61051molP343POMoO12mol放大反应4.利用动力学反应如果痕量待测物质能充当某显色剂反应或褪色反应的催化剂，就可以利用动力学分光光度法大幅度地提高灵敏度(将在第八章详细讨论)举例：Cu2++二溴硝基偶氮羧(+VC)10-12g/mL,Cu2++偶氮胂III(+VC)10-11g/mL5.仪器和测量技术选择使用仪器和测量技术可提高光度分析法的灵敏度。若使用的滤光片波带宽(即单色光纯度差)如1~’1进行测定，则物质的吸光度在A1~A之间波动，在1~之间波动，灵敏度较差(即平均水平低)。nm'A2A1AAor()'1当使用的滤光片波带窄(即单色光纯度高)如2~’2进行测定，则物质的吸光度在A2~A之间波动，在2~小范围较高处波动，灵敏度增大(即平均水平增高)，当在max处测定时，A达最高，达最大。因此选用波带宽度愈窄的单色器，灵敏度愈高6.预浓集把待测组分预先浓集于小体积中(减少杂质量，c增大)，然后测定，可提高灵敏度1～3个数量级，多用于痕量分析中，常采用萃取的方法。许多灵敏度很高的反应常由于空白值无法降低而影响灵敏度，与理论上可能达到的值相差有的可达几个数量级以上。空白值问题有时成为痕量分析的根本问题。7.减小试剂空白，用于痕量组分痕量分析中为了减少由于试剂、容器、环境等引入的杂质，通过空白试验对分析结果进行校正，以提高结果的准确度。但是，较大的空白值将会降低反应的灵敏度。第二节分光光度法的选择性一.选择性反应，选择性试剂，特效反应，特效试剂一试剂只与为数不多的金属离子反应，该反应称为选择性反应，试剂称为选择性试剂。一试剂只与一种元素发生反应，则该反应称为特效反应(极少)，试剂称为特效试剂。如I2与淀粉反应，在严格控制条件下，有些选择性反应会称为特效反应。二.提高选择性的途径1.寻求高选择性试剂一般情况下有机试剂的选择性高于无机试剂(1)分析功能团对试剂选择性的影响能与无机离子起作用的许多有机试剂，在其分子结构中都存在着决定有机分子与无机离子起反应的特殊原子团，这种特殊原子团称为分析功能团。含有一定分析功能团的有机试剂就会与一定的无机离子反应。如：二乙酰二肟含有分析功能团而对Ni有高选择性。CCHONNOH现已寻找出了许多元素的分析功能团，合成了许多高选择性的试剂。(2)试剂结构对试剂选择性的影响如：邻醌二肟(I)分子中含有Ni的分析功能团：NOHNOH但实际上却不与Ni反应，是由于试剂结构的影响。(3)取代基对试剂选择性的影响a).取代基会影响试剂的分析性能取代基－OH、－COOH、NH2、－SO3H(亲水基团)的引入会提高有机试剂的溶解度。取代基-X、－R(－CH3、－C2H5、……)(憎水基团)的引入会降低有机试剂的溶解度。例如：b).取代基影响有机试剂的酸性如：C2H5OH是中性，是弱酸。OH试剂的酸碱性会影响其与金属离子的反应性能。c).取代基可影响有机化合物的颜色d).取代基的空间位阻效应可提高反应的选择性由于取代基的存在，有时会强烈干扰其他原子间的结合，使得试剂的选择性提高了，这就是空间位阻影响。2.利用多元配合物选择性反应多元配合物的生成可很大限度地改善显色反应的选择性，这是由于多元配合物的形成受一定条件约束，不是随意组合的。如：二价过渡金属离子+丁二酮肟＝二元配合物与I-形成三元配合物的只有Co2+，可见具有很高的选择性。3.利用络合反应消除干扰利用络合反应消除干扰的方法叫络合掩蔽法。它是提高光度分析法选择性最广泛、最重要、最简便的途径。如：phen光度法测定Fe2+时，Al、Bi、Cd、Cr、Mo、Zn、Sn等的干扰可采用EDTA－柠檬酸作掩蔽剂，消除干扰。(1)路易斯定义：能给出电子对而形成配位键的物质——碱能接受电子对而形成配位键的物质——酸(2)规律：硬酸和硬碱配合形成的络合物较稳定软酸和软碱见书P50表4.1、表4.2可初步定性地选择掩蔽剂Cd2+CN-NH3软酸4.控制溶液酸度是提高光度分析法选择性的重要途径之一。控制pH→控制(试剂浓度)→使干扰反应不进行或很少，而使主反应定量进行完全→消除干扰5.改变干扰元素价态如：测Mo(V)SCN－Fe3+干扰SnCl2Fe2+消除了Fe3+的干扰从而可准确地测定钼。6.利用分离若以上方法不能消除干扰，就应采取分离除去干扰物质的方法。