《吸光光度法》PPT课件.ppt

刘 海 燕,吸光光度法,2,光分析法,原子吸收法,红外法,原子发射法,核磁法,荧光法,紫外可见法,光分析方法,3,一.概述,1.方法原理,2.方法分类和比较,3.方法评价,二.吸光光度法原理,1.物质对光的选择性吸收,2.光的吸收定律,(1)Lambert-Beer定律,(2)吸光度光度法,(3)偏离光吸收定律的原因,三.仪器和方法,四.显色反应和显色条件的选择,五.测定条件的选择,六.具体应用,4,一.概述,阳光,棱镜,连续光谱,物质,不连续光谱,吸光光度法:基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法,分类：吸光光度分析法根据物质所吸收光的波长范围不同，分为紫外、可见及红外分光光度法。,5,方法原理,浓度，吸收光程度，呈现颜色。,通过比较颜色深浅，测定物质的浓度,方法分类和比较,10-5 10-6 molL-1,10-5 10-8 molL-1,5%10%,2%5%,适用于分析半微量和微量的物质,深,一.概述,6,方法的评价,适用面广,快速、简便,分析有色、无色、浅色物,溶液状态、均质固态样品,灵敏度高：浓度下限达10-510-8 molL-1准确度高：相对误差通常为25，,一.概述,用于化学平衡等的研究,7,互补光的对应关系,光的互补：蓝黄,可见光区的划分:,二.吸光光度法的基本原理,1.可见光与颜色,8,互 补 色,9,2.物质对光的选择性吸收,复合光,吸收(部分)光,透过光,全部吸收,物质呈现 颜色,物质呈现无色,全部不吸收,物质呈现黑色,透过光,透过光+吸收光=复合光,互补光,二.吸光光度法的基本原理,10,KMnO4的颜色及吸收光谱,二.吸光光度法的基本原理,11,（2）不同浓度的同一物质吸收曲线形状相似,max 不变;而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。max有特征性，可作为定性依据。,（1）同一物质对不同波长光的吸收程度不同，吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max;,信息：,物质对光的选择性吸收及吸收曲线,A,max,二.吸光光度法的基本原理,12,3.光吸收定律,Lambert-Beer定律,C,IO,I,Lambert 定律:,c,T一定,A 光程距离(b),A 物质的浓度c,二.吸光光度法的基本原理,Beer定律:,b,T一定,13,Lambert-Beer定律光吸收定律,A吸光度 Io 入射光强度K吸光系数 I透射光强度 b光程距离 c浓度,当一束平行单色光通过溶液时，溶液的吸光度A与溶液的c和b成正比。,A cb 当 b 一定时，A c，可以定量,二.吸光光度法的基本原理,14,吸收光，A，物质浓度。,注意:,（1）物质不吸光，I=Io，A=0,物质吸收部分光，IIo，A0,（2）A具有加和性，A总=A1+A2+An,（3）入射光的：可见光,紫外光,红外光,（4）光吸收定律的应用条件,稀溶液,入射光为单色光,二.吸光光度法的基本原理,15,（5）也可以用透射光强度（透射率T%）表示,T%的含义：,物质不吸收光 I=Io，T%=100%,物质吸收部分光，IIo，T%100%,物质吸收光，T%，物质的浓度。,二.吸光光度法的基本原理,16,（6）吸光系数的二种表示形式,浓度为1g/L的溶液，在某波长时，用1cm的比色皿，所测得的吸光度,浓度为1mol/L的溶液，在某波长时，用1cm的比色皿，所测得的吸光度,L/gcm,L/mol cm,A=Kcb或A=abc,A=cb,二.吸光光度法的基本原理,17,（1）吸收物质在一定波长和溶剂下的特征常数；（2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；可做定型鉴定参数（3）同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸收系数max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。,摩尔吸收系数的讨论,二.吸光光度法的基本原理,18,（4）可作为定性鉴定的参数；（5）物质的吸光能力的度量 max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。105：超高灵敏；=(610）104：高灵敏；=104103：中等灵敏；103：不灵敏。（6）在数值上等于浓度为1 mol L-1、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。,二.吸光光度法的基本原理,19,例：,已知含Fe2+=500g/L的溶液，当用邻二氮杂菲为显色剂测定铁时，用2cm比色皿，在波长508nm处测得吸光度A为0.19。请计算铁的摩尔吸光系数。,解：,二.吸光光度法的基本原理,20,物质对光的选择性吸收,光吸收定律,Lambert-Beer定律光吸收定律,稀溶液,入射光为单色光,A=abc=cb=Kcb,21,步骤,配制一组浓度系列的标准溶液（ci）,一组相应的吸光度值（Ai）,制图（ci 为横坐标，Ai 为纵坐标）,工作曲线,(1),(2),配制样品,相同条件,Ax,cx,查图得出cx,二.吸光光度法的基本原理,4.吸光度测定方法,22,5.偏离Beer-Lanbert定律的原因,出现的现象：,产生原因：,a.单色光不纯,在高浓度端，工作曲线呈弯曲状。,A与C偏离线性,现有仪器无法获得纯单色光，只能获得小范围的复合光。,二.吸光光度法的基本原理,23,按光吸收定律:,若入射光包含1和2二种波长光,当照射试样后,二.吸光光度法的基本原理,24,讨论:,当为纯单色光时，,A总=1cb,当单色光不纯时，,线性破坏,结论：,单色光纯度越差，线性越差,1=2,1=2,二.吸光光度法的基本原理,25,减少单色光不纯引起偏差方法 在max处测量,选用谱带a的复合光进行测量，得到右图的工作曲线，A与c基本呈直线关系。选用谱带b的复合光进行测量，的变化较大，,则A随波长的变化较明显，得到的工作曲线明显偏离线性。,1=2 但 Ab Aa 0,在max 处单色光不纯但 测量误差较小,26,A2,A1,在低浓度范围内，不发生偏离。若浓度较高，即使 很小，A总 1，且随着c值增大，A总 与A 1的差异愈大，表现为A-c曲线上部(高浓度区)弯曲愈严重。故朗伯-比耳定律只适用于稀溶液。,为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。,27,b.溶液本身引起的偏差,1）朗伯比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；仅在稀溶液(c10-2 mol L-1时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。故：朗伯比耳定律只适用于稀溶液。,溶液以胶体、乳浊、悬浮状态存在时，有反射、散射作用,二.吸光光度法的基本原理,28,例:,(橙色),(黄色),max=450nm,A总,包括离解、缔合、生成新物质、形成异构体,pH，平衡 移,c.溶液内部的化学变化,二.吸光光度法的基本原理,29,目视比色法,配制一组标准浓度系列,三.仪器和方法,30,分光光度法:,仪器分光光度计,基本组成：,三.仪器和方法,31,光源(钨灯、氢灯、氘灯）,能发射紫外光区或可见光谱区的连续光谱；,足够的辐射强度、稳定性较好、使用寿命较长,基本要求:,常用的光源:,可见光区:钨灯(辐射波长为320nm2500nm),紫外区:氢灯、氘灯(辐射波长为185nm400nm),三.仪器和方法,32,单色器,作用:,将光源发射的复合光分解成单色光的光学系统,1.滤光片-光电比色计的单色器,选择的原则：滤光片最易通过的光是有色溶液 最易吸收的光,组成：由有色玻璃制成,作用：只允许和它颜色相同的光通过，得 到的是近似的单色光,（滤光片、棱镜或光栅）,三.仪器和方法,33,组成:,入射狭缝：光源的光由此进入单色器,准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平行光束,聚焦装置：将分光后的单色光聚焦至出射狭缝（透镜或凹面镜）,色散元件：将复合光分解成单色光,2.棱镜或光栅-分光光度计的单色器,由棱镜或光栅等色散元件及狭缝和透镜等组成,三.仪器和方法,34,入射狭缝：光源的光由此进入单色器,准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平行光束,聚焦装置：(透镜或凹面镜）将分光后的单色光聚焦至出射狭缝,色散元件：将复合光分解成单色光,35,光栅和棱镜分光原理,光栅分光,棱镜分光,平面玻璃或金属片：刻有大量平行等宽、等距狭缝(刻线),光栅的每条刻线都产生衍射作用，衍射光互相干涉产生干涉条纹。不同波长的入射光产生干涉条纹的衍射角不同（长波长衍射角大），从而将复合光分成不同波长的单色光。,入射光在棱镜的两界面上发生折射而色散。单色光的纯度取决于棱镜的色散率和出射狭缝的宽度。,单色器获得单色光的半宽度：棱镜:510nm光栅:0.1nm,36,样品室,用于放置各种类型的吸收池(比色皿)和相应的池架附件,（石英池和玻璃池）,三.仪器和方法,厚度(光程):0.5,1,2,3,cm,石英或玻璃池，紫外区一定要用石英池,37,检测系统 光电管或光电倍增管,将光强度转换成电流来进行测量。光电检测器。要求：对测定波长范围内的光有快速、灵敏的响应，产生的光电流应与照射于检测器上的光强度成正比。(1)光电管,三.仪器和方法,38,(2)光电二极管阵列,通过测量整个波长范围内光强的变化得到吸收光谱。可构成多通道并行工作，同时检测全部波长的信号，然后，对二极管阵列快速扫描采集数据，得到的是时间、光强度和波长的三维谱图。,三.仪器和方法,39,显示器,由检流计、数字显示、微机组成的自动控制和结果处理系统,三.仪器和方法,40,四、显色反应和显色条件的选择,1.显色剂作用,2.显色反应的选择,3.影响显色反应的因素,4.显色剂的分类,41,1.显色剂作用,无色或浅色试样,有色物,+显色剂,比色,显色反应,四、显色反应和显色条件的选择,42,2.显色反应的选择,灵敏度高=104105(2)选择性好(3)有色物组成恒定，化学性质稳定(4)显色剂在测定波长处无明显吸收,对比度=max有色物-max显色剂60nm,四、显色反应和显色条件的选择,43,3.影响显色反应的因素,(1)显色剂用量,根据吸光度A与显色剂浓度cR的关系来确定,cR选择引起A变化最小处的cR（即曲线平坦处）,四、显色反应和显色条件的选择,44,（3）显色时间和温度,由实验得出,（4）溶剂,一般选择水作溶剂,(2)显色溶液的pH值,测定不同pH值下，显色溶液的吸光度A，以A为纵坐标，pH为横坐标，制图。,选择曲线平坦处pH,四、显色反应和显色条件的选择,45,(5)共存离子的干扰,可能存在的几种情况：,本身有颜色,与显色剂反应生成有色物,消除的方法：,四、显色反应和显色条件的选择,共存离子,加入配位掩蔽剂或氧化还原掩蔽剂 使干扰离子生成无色配合物或无色离子,选择适当的显色条件以避免干扰 用磺基水杨酸测定Fe3+离子时,Cu2+与试剂形成黄色络合物,干扰测定，但如控制pH在2.5左右，Cu2+则不与试剂反应。分离干扰离子,46,显色剂的种类:,无机显色剂,过氧化氢钼酸铵硫氰酸盐等,有机显色剂,生色基团：偶氮基、硫羰基、亚硝基等,助色基团：含胺基、羟基等,四、显色反应和显色条件的选择,产物不稳定，灵敏度和选择性不高，应用不多,生成稳定的螯合物，灵敏度和选择性较高，广泛应用。,47,1.入射光波长的选择,2.参比溶液的选择,3.读数范围的选择,五.测量条件的选择,48,1.入射光波长的选择:,一般选择最大吸收波长max,若有干扰按实际情况而定,波长选择适当，可提高灵敏度和准确性,原则：吸收最大，干扰最小，选择平坦处,五.测量条件的选择,49,如果max处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。如图选500nm波长测定，灵敏度虽有所下降，却消除了干扰，提高了测定的准确度和选择性。,五.测量条件的选择,50,2.参比溶液的选择,为了使光强度的减弱仅与溶液中待测物质的浓度有关，必须对反射以及溶剂、试剂等对光的吸收进行校正。,（在测定波长处）,溶剂空白,试样空白,试剂空白,试样+掩蔽剂+显色剂,五.测量条件的选择,为何要使用参比溶液？,选择的原则,将待测组分掩蔽,51,3.读数范围的选择,选择的原因:,因为吸光度（透光度）刻度时的误差（A的标尺是对数标尺，刻度不均匀）。,五.测量条件的选择,52,结论：,T%=10%70%,（A=0.151.0）,不同透光度的相对误差（T=1）,透光度T（A）的读数范围为：,53,T=1,由读数引起的浓度相对误差最小,Tmin=36.8%,Amin=0.434,T与浓度读数误差的关系曲线：,36.8%,五.测量条件的选择,54,1.单组分含量测定,3.高含量的组分测定示差法,六.具体应用,2.多组分含量测定,55,1、单组分含量的测定,Ax,cx,步骤:,注意:,标准溶液和样品的配制方法，工作曲线的制作和样品测定时，所使用的仪器、条件必须一致。,六.具体应用,1）选择显色反应2）选择显色剂3）优化显色反应条件4）选择检测波长5）选择合适的浓度6）选择参比溶液7）建立标准曲线8）样品测定,吸收曲线,标准曲线,56,2、多组分含量的测定,多组分样品的吸收曲线有三种情况,I.各组分吸收曲线的max互不干扰,在各自的max处,按单组分的测定方法进行测定,A1=1 b ca,A2=2 b cb,六.具体应用,57,II.a组分的1处，b组分无干扰，但 b组 分的测量2处，a组分有吸收,III.各组分吸收曲线的max互有干扰,六.具体应用,58,3.高含量的组分测定示差法：,普通分光光度法:,适宜于测定微量组分,示差分光光度法:,要求:,a.入射光强度较大,b.参比溶液 选用浓度稍低于被测溶液浓度的标准溶液,可用于测定高含量组分,六.具体应用,59,原理:,设被测液浓度为cx，标准溶液浓度为cs，并cxcs。,Ax=b cx,As=b cs,Ar=Ax-As=b（cx-cs）=bc,故示差法测得的（Ar）=普通法中（Ax-As）,被测液cx=标准曲线上查得的c+cs,Arc呈线性关系,lgTx,lgTs,Tr:相对透光度,六.具体应用,Ar：相对吸光度,60,普通法：,若标准溶液(cs)的透光度Ts=10%，被测溶液(cx)的透光度Tx=5%,示差法：,以标准溶液（cs）为参比溶液，调节透光度T=100%，,所以测得cx所对应的Tx=50%；,使标尺扩展了10倍，读数落入适宜读数范围内，提高了测量的准确度。,61,预习：原子吸收分光光度法,作业：p.271习题1、2、4、7、13,