第十一章吸光光度法分析课件.ppt

2023年4月1日星期六4时37分14秒,1,1、2、4、6、913、14、15、16、28,作 业,请同学们做好记录!,2023年4月1日星期六4时37分14秒,2,第十一章 吸光光度法,2023年4月1日星期六4时37分14秒,3,吸光光度法(Absorption Photometry)是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法,1、定义,2、范畴,3、特点,比色法、紫外-可见吸光光度法和红外光谱法等,应用范围广,准确度较高,仪器设备简单、操作简单、快速,灵敏度高,可见吸光光度法（分光光度法、光度法）主要测定对象为金属离子,2023年4月1日星期六4时37分14秒,4,第一节 物质对光的选择性吸收,一、光的基本性质,可见光是电磁波的一种，具有波粒二象性,波长与能量成反比；与频率成正比关系,单色光：是指单一波长的光，通常意义的单色光是指某一波长范围的光,复合光：由不同单色光组成的光,2023年4月1日星期六4时37分14秒,5,电 磁 波 谱,2023年4月1日星期六4时37分14秒,6,光的互补色示意图,2023年4月1日星期六4时37分14秒,7,二、物质对光的选择性吸收,（一）物质对光产生选 择性吸收的原因,（二）物质的颜色与 光吸收的关系,物质对可见光的选择性吸收是不同的物质具有不同颜色的原因,2023年4月1日星期六4时37分14秒,8,（三）吸收曲线（吸收光谱）,吸收光谱能准确地描述物质对光的选择性吸收的情况,最大吸收波长,定性依据：不同物质因分子结构不同而具有不同的特征吸收曲线,定量依据：同波长下吸光度随浓度增大而增大,一般情况下选择最大吸收波长处测定,2023年4月1日星期六4时37分14秒,9,第二节 光吸收的基本定律,一、朗伯比尔定律,布格(Bouguer)朗伯(Lambert)（朗伯定律）,比尔(Beer)（比尔定律）,朗伯比尔定律,2023年4月1日星期六4时37分14秒,10,（一）朗伯比尔定律的推导,2023年4月1日星期六4时37分14秒,11,朗伯比尔定律的物理意义：当一束平行光垂直通过某一非散射的吸光物质时，其吸光度（A）与吸光物质的浓度（c）及光程长度（b）成正比关系,朗伯比尔定律是光的吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射和所有的吸光物质,2023年4月1日星期六4时37分14秒,12,朗伯比尔定律成立的前提：,入射光为平行单色光且垂直入射,吸光物质对光的吸收具有加和性,辐射与吸光物质间的作用仅限于光的吸收过程，无荧光和光化学现象发生,吸光物质间无相互作用,吸光物质为均匀非散射体系,2023年4月1日星期六4时37分14秒,13,（二）吸收系数和桑德尔灵敏度,1、吸收系数,（1）吸收系数,（2）摩尔吸收系数,常用于化合物组成不明，M 尚不清楚的情况,应用更为广泛,2023年4月1日星期六4时37分14秒,14,当吸光物质的浓度为1mol/L,吸收层厚度为1cm时，吸光物质对某波长光的吸光度,摩尔吸光系数的大小与入射光的波长、吸光物质的性质、溶剂、温度等因素有关，实际上还受溶液的组成、仪器灵敏度的影响,摩尔吸光系数的物理意义,2023年4月1日星期六4时37分14秒,15,2、对于同一种物质，其它条件一定时，摩尔吸光系数取决于入射光的波长。,1、测试条件一定时，摩尔吸光系数的大小 取决于物质的性质，它是物质对某一波长光吸收的能力的量度,2023年4月1日星期六4时37分14秒,16,2、桑德尔Sandell系数（S）,当光度仪器的检测极限为A0.001时，单位截面积光程内所能检测出的吸光物质的最低质量，其单位为mgcm-2,对于比较灵敏的显色反应，桑德尔系数一般为：0.010.001 mgcm-2,2023年4月1日星期六4时37分14秒,17,例：10-1用邻二氮菲分光光度法测铁。已知溶液 种Fe2+的浓度为500 mgL-1，液层厚度为2cm，在 508nm处测得的透射比为0.645。计算吸光系数、摩尔吸光系数、桑德尔灵敏度（MFe=55.85g/mol）,2023年4月1日星期六4时37分14秒,18,负偏离,Ax,cx,（三）标准曲线的绘制及其应用,标准曲线校准曲线工作曲线,在实际操作中，应注意调整cx的大小，使其对应的Ax处于标准曲线的范围之内,正偏离,2023年4月1日星期六4时37分14秒,19,二、引起朗伯比尔定律偏离的因素,（一）物理因素,1、非单色光引起的偏离,2023年4月1日星期六4时37分14秒,20,2、选择适当的入射波长：一般为最大吸收波长处,1、在光度分析中，应采用性能较好的单色器以获得波长范围较窄的入射光,2023年4月1日星期六4时37分14秒,21,2、非平行入射光引起的偏离,3、介质不均匀引起的偏离,（二）化学因素,1、溶液浓度过高引起的偏离,导致光程长度增加，实际吸光度大于理论 吸光度，引起正偏离,介质不均匀（混浊或胶体）将产生散射现象，使透射比较小，实测的吸光度偏高，产生正偏离,浓度过高，吸光质点间的平均距离减小，由于 相互作用而使吸光物质的电荷分布发生变化，从而 改变物质的吸光能力，即改变物质的摩尔吸光系数,2023年4月1日星期六4时37分14秒,22,2、化学反应引起的偏离,高浓度的电解质溶液对低浓度的吸光物质 有时也会产生类似影响，应尽量避免,要消除解离度不同引起的偏离，就必须控制解 离度不变，一般解决方法为：加入过量的显色剂并 保持溶液中游离显色剂的浓度恒定。,2023年4月1日星期六4时37分14秒,23,另外，控制溶液为强酸性，抑制平衡右移，也可以 使吸光度于浓度服从朗伯比尔定律,2023年4月1日星期六4时37分14秒,24,1、物质对光的选择性吸收,吸光光度法的特点；物质对光的选择性吸收产生的原因；吸收曲线；定性、定量分析分析的依据,2、光吸收的基本定律,3、标准曲线的绘制与应用,4、偏离朗伯比尔定律的原因,2023年4月1日星期六4时37分14秒,25,作 业 与 预 习,作 业：无 预习内容：第十章：吸光光度法 第3、4节,2023年4月1日星期六4时37分14秒,26,1、物质对光的选择性吸收,吸光光度法的特点、物质对光的选择性吸收产生的原因、吸收曲线、定量分析定性分析的依据,2、光吸收的基本定律,3、标准曲线的绘制与应用,4、偏离朗伯比尔定律的原因,复 习 与 回 顾,2023年4月1日星期六4时37分14秒,27,第三节 吸光光度法的仪器,特点：设备简单、操作方便、灵敏度高，准确度差,1.目视比色法,观察方向,2023年4月1日星期六4时37分14秒,28,2.光电比色法,光电比色计结构示意图,通过滤光片得一窄范围的光(2050nm),2023年4月1日星期六4时37分14秒,29,一、分光光度计的基本部件,（一）光源,分光光度计一般由光源、单色器（分光系 统）、吸收池、检测系统和信号显示系统五部分组成,光源应能提供足够发射强度、稳定且波长连续变 化的复合光，同时反射光的强度还应不随波长的变化 而明显改变,钨灯：4002500nm,氢灯：185375nm,氙灯：200800nm,2023年4月1日星期六4时37分14秒,30,（二）单色器（分光系统）,作用：从光源发出的复合光中分出所需要的单色光,组成：入射狭缝、准直镜、色散元件（棱镜或光栅）、聚焦镜、出射狭缝,2023年4月1日星期六4时37分14秒,31,棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同。玻璃3603200nm,石英2004000 nm,光栅：利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光 在镀铝的玻璃表面刻有数 量很大的等宽度等间距条 痕(600、1200、2400/mm),特点：波长范围宽,色散均 匀,分辨性能好,使用方便,平面透射光栅 反射光栅（广泛使用）,2023年4月1日星期六4时37分14秒,32,（三）吸收池,（四）检测系统,可见光区：光学玻璃池；紫外区：石英池,用于盛待测及参比溶液（0.5、1、2、3cm）,利用光电效应，将光能转换成电流讯号,硒光电池，光电管，光电倍增管,适用于300-800 nm,在500-600 nm范围最灵敏。较长时间连续使用会产生“疲劳”现象,2023年4月1日星期六4时37分14秒,33,红敏管（阴极：银和氧化铯）625-1000 nm 蓝敏管（阴极：锑铯）200-625 nm,使用波长范围：160-700 nm,1个光子可产生106107个电子,2023年4月1日星期六4时37分14秒,34,（五）信号显示系统,早期的分光光度计：指针式系统 如：检流计（72型）、微安表（721型）、电位计（751型）,现代的分光光度计：数字电压表、函数记录仪、示波器及数字处理台等,2023年4月1日星期六4时37分14秒,35,二、吸光度的检测原理,分光光度计实际上测得的是光电流或电压，通过转换器将测得的电流或电压转换为对应的吸光度A,调节检测器零点，即仪器的机械零点：A=应用不含待测组分的参比溶液调节吸光零点：A=0 待测组分吸光度的测定：Ax,测定步骤：,2023年4月1日星期六4时37分14秒,36,三、分光光度计的类型,根据波长分：可见分光光度计、紫外可见分光光度计、红外分光光度计,根据结构分：单光束分光光度计、双光束分光光度计、双波长分光光度计,2023年4月1日星期六4时37分14秒,37,优点：结构简单、价格低廉、适用于固定波长下的定量分析,缺定：由于光源和检测系统的不稳定会产生误差；无法进行吸收光谱的自动扫描；不适用于经常变更测量波长的定性分析,单光束,单色器,光源,检测器,2023年4月1日星期六4时37分14秒,38,光源,单色器,S,R,检测器,双光束,优点：参比和试液的测量几乎同时进行，补偿了因光源和检测系统的不稳定而造成的影响；具有较高的测量精密度和准确度；测量便捷；自动扫描吸收光谱,缺点：价格较昂贵,2023年4月1日星期六4时37分14秒,39,2023年4月1日星期六4时37分14秒,40,双波长,光源,单色器,单色器,吸收池,检测器,2023年4月1日星期六4时37分14秒,41,2023年4月1日星期六4时37分14秒,42,纤维光度计,2023年4月1日星期六4时37分14秒,43,第四节 吸光光度法分析条件的选择,一、显色反应及其条件的选择,（一）显色反应和显色剂,显色反应：在分光光度分析中，将试样中被测组分转变成有色化合物的反应,显色剂：与被测组分反应使之生成有色物质的试剂,显色反应可分为：络合反应和氧化还原反应,1、显色反应,2023年4月1日星期六4时37分14秒,44,选择显色反应的一般标准,选择性要好：一种显色剂最好只与一种被测组分起显色反应，这样干扰就少。或者干扰离子容易被消除、或者显色剂与被测组分和干扰离子生成的有色化合物的吸收峰相隔较远,灵敏度要高：灵敏度高的显色反应对于微量组分的测定尤为重要。但应注意：灵敏度高的显色反应，并不一定选择性就好；对于高含量的组分不一定要选用灵敏度高的显色反应,对比度要大：即如果显色剂有颜色，则有色化合物与显色剂的最大吸收波长的差别要大，一般要求在60nm以上,2023年4月1日星期六4时37分14秒,45,2、显色剂,缺点：多数无机显色剂与金属离子形成的络合物的稳定性差、灵敏度和选择性都不高,（1）无机显色剂,硫氰酸盐（测铁、钼、钨、铌）钼酸铵（测硅、磷、钒）氨水（测铜、钴、镍）过氧化氢（测钛、钒、铌）,显色反应的条件要易于控制,有色化合物的组成要恒定,化学性质要稳定,2023年4月1日星期六4时37分14秒,46,优点：有机显色剂与金属离子形成稳定的、具有特征颜色的鳌合物，灵敏度和选择性都较高,（2）有机显色剂,提高灵敏度的方法：增大有机显色分子的共轭体系和在显色分子中引入取代基,生色团,助色团,常用的有机显色剂：邻二氮菲、双硫腙、二甲酚 橙、偶氮胂III、铬天青S等,2023年4月1日星期六4时37分14秒,47,（二）显色反应条件的选择,1、显色剂的用量,2023年4月1日星期六4时37分14秒,48,2、溶液的酸度,（1）对被测物质存在状态的影响,（2）对显色剂浓度和颜色的影响,（3）对络合物组成和颜色的影响,（吡啶偶氮+氨基甲苯）,2023年4月1日星期六4时37分14秒,49,25,100,t/min,A,3、时间和温度,100,硅钼酸法测硅,时间包括显色时间和稳定时间，温度对二者均产生影响,2023年4月1日星期六4时37分14秒,50,4、有机溶剂和表面活性剂,表面活性剂的加入可以提高显色反应的灵敏度，增加有色化合物的稳定性。其作用原理一方面是胶束增溶，另一方面是可形成含有表面活性剂的多元络合物。,有机溶剂可以降低有色络合物的解离度，从而提高显色反应的灵敏度；此外，有机溶剂还可以影响反应速率，络合物的颜色、溶解度及组成等,合适的有机溶解和表面活性剂及其用量均通过实验来确定,2023年4月1日星期六4时37分14秒,51,5、共存离子的干扰及消除,显色条件下，共存离子发生水解、析出沉淀，导致溶液混浊无法测定,共存离子本身有颜色或与显色剂反应生成有色化合物，并在测量条件下有吸收，导致结果偏高,KNRKMR，,MR,NR,R,2023年4月1日星期六4时37分14秒,52,控制溶液的酸度,加入掩蔽剂,将二元络合体系改为三元络合体系；选择适当的波长和参比溶液来消除干扰；干扰组分分离,掩蔽剂的颜色(R)以及它与干扰离子反应产物 的颜色(NR)不应干扰被测组分(MR)的测定,2023年4月1日星期六4时37分14秒,53,二、吸光光度法的测量误差及测量条件的选择,（一）仪器测量误差,2023年4月1日星期六4时37分14秒,54,(36.8),0.434,仪器度数范围：,仪器最小误差：,2023年4月1日星期六4时37分14秒,55,（二）测量条件的选择,1、测量波长的选择,原则：吸收最大、干扰最小,2023年4月1日星期六4时37分14秒,56,b、如果溶液已显色，则可通过改变比色皿的厚度来调节吸光度大小（光程长度b）,2、吸光度范围的控制,A：0.150.80；T：15%70%,a、计算而且控制试样的称出量，含量高时，少取样，或稀释试液；含量低时，可多取样，或萃取富集（浓度c）,c、选择适当的参比溶液（示差分光光度法）,2023年4月1日星期六4时37分14秒,57,3、参比溶液的选择,参比溶液用来调节工作零点，以消除由于吸收池和溶液中某些共存物质对光的吸收、反射或散射所造成的误差,R,R MR,0.22,0.48,0.00,0.22+0.480.70,R,MR,2023年4月1日星期六4时37分14秒,58,参比溶液组成：在测量条件下对吸光度有影响的物质（除了被测组分MR外）,KIO3氧化法显色法测 Mn2+(Co2+粉红),1、做标准曲线时：,蒸馏水参比,2、测样时：,试液参比（不加显色剂）,铬天氰S测Al3+(Ni2+,Cr3+),试样+(AlF63-)+铬天氰S+其它试剂,2023年4月1日星期六4时37分14秒,59,2、吸光光度法分析条件的选择,a、显色反应条件的选择：显色剂的用量、酸度、显色时间和温度、溶剂和表面活性剂,b、测量条件的选择：测量波长、吸光范围的控制、参比溶液的选择,1、吸光光度法的仪器基本构造、各部分的作用 及测量原理,2023年4月1日星期六4时37分14秒,60,作 业 与 预 习,作 业：无 预习内容：第十章：吸光光度法 第5节,2023年4月1日星期六4时37分14秒,61,复 习 与 回 顾,2、吸光光度法分析条件的选择,a、显色反应条件的选择：显色剂的用量、酸度、显色时间和温度、溶剂和表面活性剂,b、测量条件的选择：测量波长、吸光范围的控制、参比溶液的选择,1、吸光光度法的仪器基本构造、各部分的作用及测量原理,2023年4月1日星期六4时37分14秒,62,第五节 吸光光度法的应用,一、定量分析,（一）单组分的测定,1、一般方法,吸光光度法可应用于定性分析、定量分析和物质的某些物理化学常数的测量。,Ax,cx,2023年4月1日星期六4时37分14秒,63,2、示差分光光度法,1.00,1.30,0.00,0.30,2023年4月1日星期六4时37分14秒,64,（二）多组分的测定,2023年4月1日星期六4时37分14秒,65,二、络合物组成和酸碱解离常数的测定,（一）络合物的组成的测定,1、摩尔比法,适用于解离度小、络合比较高的络合物组成的测定,思考：络合物的形成常数(或解离常数)如何求解？,2023年4月1日星期六4时37分14秒,66,2、等摩尔连续变化法（等摩尔系列法）,2023年4月1日星期六4时37分14秒,67,（二）酸碱解离常数的测定,配制浓度相同，pH不同一系列溶液,2023年4月1日星期六4时37分14秒,68,三、双波长分光光度法,（一）基本原理,2023年4月1日星期六4时37分14秒,69,等吸收点法：选择测量波长与参比波长,（二）波长组合的选择,1、干扰组分在所选的两波长处具有相同的吸光度,2、被测组分在此二波长处具有较大的吸光度差。,若是浑浊溶液，参比波长应选择何处？,2023年4月1日星期六4时37分14秒,70,双波长法的特点：,双波长法可以消除浑浊溶液背景和吸收光谱重叠的干扰,双波长分光光度法中只有参比波长，无参比溶液,双波长光高频率交替通过试液，可以减少因光源、检测器等的不稳定性而引入的误差，提高准确度,可以避免单波长法中因被测试液和参比溶液在组成、均匀性上的差异以及两个吸收池的差异而引入的误差,2023年4月1日星期六4时37分14秒,71,吸光光度法的应用,单组分测定、多组分测定 络合物的组成的测定 酸碱解离常数的测定,2023年4月1日星期六4时37分14秒,72,作 业 与 预 习,练 习：P302：19、20、22、25、27 预习内容：第十一章：常用的分析和富集方法,补充作业,准确称量1.00mmol的指示剂HIn五份，分别溶于1.0L不同pH的缓冲溶液中，用1.0cm吸收池在650nm处测量数据如下,试计算该指示剂的pKa及In-的摩尔吸光系数,