第十一部分吸光光度法教学课件.ppt

第十一章吸光光度法,一 光的基本性质,吸光光度法 是基于被测物质的分子 对光 具有选择吸收的特性而建立的分析方法。,光是一种电磁波，具有波粒二象性，不同波长的光具有不同的能量。,第一节 物质对光的吸收基本原理,光的波粒二象性,波动性,粒子性,E,光的折射,光的衍射,光的偏振,光的干涉,光电效应,E：光子的能量（J,焦耳）,：光子的频率（Hz,赫兹）,：光子的波长（cm）,c：光速（2.99791010 cm.s-1）,h：Plank常数（6.625610-34 J.s 焦耳.秒）,单色光、复合光、光的互补,单色光,复合光,光的互补,单一波长的光,由不同波长的光组合而成的光,若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。,物质的颜色与光的关系,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,吸收光谱,光作用于物质时，物质吸收了可见光，而显示出特征的颜色，这一过程与物质的 性质及光的性质有关。,物质对光的吸收,物质对光的吸收满足Plank 条件,物质对光的选择吸收,物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。,例：,A 物质,B 物质,同理，得：,1 ev=1.610-19 J.,吸收光谱的获得Absorption Spectra,测量某物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长（）为横坐标，吸光度（A）为纵坐标，绘制吸光度随波长的变化可得一曲线，此曲线即为吸收光谱。,(a)联苯（己烷溶剂）；,一些典型的紫外光谱,(b)苯（己烷溶剂）；,(c)苯蒸汽；,(d)Na蒸汽。,第二节 光吸收基本定律,一、朗伯-比尔定律,透光率定义：,T 取值为0.0%100.0%,全部吸收,T=0.0%,全部透射,T=100.0%,二、朗伯-比尔定律的推导,I0,It,dI N I,N：薄层中的吸光粒子数,N=N0 c dS db,N0：阿伏加德罗常数,dS：捕获面积，薄层中被光照射的面积。,c：吸光溶液的浓度,N=k c db,故 dI N I=I k c db,dI=-I k c db,dI/I=-k c db,积分,得,或,得,三、吸光度与透光率,T：透光率,A：吸光度,T,T=0.0%,A=,T=100.0%,A=0.0,A=0.434,T=36.8%,四、吸光系数,b：吸光液层的厚度，光程，cm,c：吸光物质的浓度，g/L,mol/L,K：比例常数,入射光波长,物质的性质,温度,取值与浓度的单位相关,c：mol/L,K,摩尔吸光系数，L mol 1 cm-1,c：g/L,K a,吸光系数，L g 1 cm-1,c：g/100 mL,K,比吸光系数,相互关系,Molar Absorptivity,Absorptivity,Specific extinction coefficient,吸收定律与吸收光谱的关系,吸光定律,吸收光谱,吸收光的加合性,多组分体系中，如果各组分之间无相互作用，其吸光度具有加合性，即,对吸收定律偏离,主要原因,物理因素,化学因素,物理因素,化学因素,吸收定律偏离,非单色光引起的偏离,非平行光引起的偏离,介质不均匀引起的偏离,溶液浓度过高引起,化学反应引起的偏离,非单色光引起的对吸光定律的偏离-物理因素,设入射光由 1 和 2 两种波长组成，溶液的吸光质点对两种波长的光的吸收均遵从吸收定律,1,2,1+2,或,或,非单色光引起的对吸光定律的偏离,对吸收光谱而言，b 和 c 固定，,反映了 随波长变化的情况，单一波长，固定；不同波长，不同。因此，非单色光将导致对吸光定律的偏离。,在实际工作中，入射光通常具有一定的带通。为了避免非单色光带来的影响，一般选用峰值波长进行测定。,1 对应的 1较小,2 对应的 2较大,选用峰值波长，也可以得到较高的灵敏度。,第三节 吸光光度法的仪器,分光光度法（紫外-可见分光光度法）UV-VIS,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,I0,It,参比,样品,未考虑吸收池和溶剂对光子的作用,一 吸光分析法的仪器简介,紫外-可见分光光度计组件,光源,单色器,样品池,检测器,信号输出,氢灯，氘灯，185 350 nm；卤钨灯，250 2000 nm.,基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定,作用：将复合光色散成单色光,棱镜,光栅,玻璃，350 2500 nm,石英，185 4500 nm,平面透射光栅，反射光栅,玻璃，光学玻璃，石英,作用：将光信号转换为电信号，并放大,光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管（多道分析器）,表头、记录仪、屏幕、数字显示,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,动画,（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,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）,（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,（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,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：,单波长单光束分光光度计,三、分光光度计的分类,单波长双光束分光光度计,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,选择显色反应的一般标准,（1）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,（2）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,（3）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,（4）有色化合物的组成要恒定,化学性质要稳定,（5）显色反应的条件要易于控制,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）,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,（二）显色反应条件的选择,1、显色剂的用量,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）,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,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,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,（1）控制溶液的酸度,（2）加入掩蔽剂,掩蔽剂的颜色以及它与干扰离子反应产物的颜色不应干扰被测组分的测定,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,(36.8),0.434,仪器度数范围：,仪器最小误差：,（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,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）,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,RMR,0.22,0.48,0.00,0.22+0.480.70,R,MR,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,第五节 吸光光度法的应用,一、定量分析（一）单组分的测定（二）多组分的同时测定二、络合组成和酸碱解离常数的测定（一）络合物组成的测定（二）酸碱解离常数的测定,定性分析与定量分析的基础,定性分析基础,定量分析基础,物质对光的选择吸收,在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。,