【教学课件】第七章可见分光光度法.ppt

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1、1,第七章 可见分光光度法,7-1 概 述7-2 物质对光的选择性吸收7-3 光吸收的基本定律7-4 分光光度计简介7-5 分光光度法的建立7-6 分光光度法的应用思考题,2,7-1 概 述,一、吸光光度法 在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法。主要有:红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围800nm50m。主要用于有机化合物结构鉴定。紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400 nm（近紫外区）。可用于结构鉴定和定量分析。,3,可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400800nm，主要用于有色物质的定量分析。二、吸光光度法的特点：（1）

2、灵敏度高；（2）准确度高；（3）操作简便快速；（4）应用广泛。,4,7-2 物质对光的选择性吸收,一、物质的颜色 物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的。,表7-1 物质的颜色与吸收光颜色的互补关系,5,6,二、光吸收曲线 用不同波长的单色光照射某一吸光物质测定其吸光度，以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制曲线。描述物质对不同波长光的吸收能力。,7,吸收曲线,图为1,10-邻二氮杂菲亚铁溶液的吸收曲线，在波长510nm处有最大吸收。,8,吸收曲线的讨论：（1）一种吸光物质对不同波长的光吸收程度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max。吸收曲线是定量分析中选择入射光

3、波长的重要依据。（2）同一种物质浓度不同，其吸收曲线形状相似max不变。在max处，吸光度A正比于浓度C。测定测定最灵敏（3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。,9,（4）从吸收曲线形状可以解释物质的颜色。物质的颜色与吸收光颜色互为补色。,光的互补：蓝 黄,10,7-3 光吸收的基本定律,一、Lamber-Beer定律 二、吸光系数和吸收光谱 三、偏离Beer定律的因素四、透光率的测量误差,11,一、Lamber-Beer定律吸收光谱法基本定律,描述物质对单色光吸收强弱与 液层厚度和待测物浓度的关系,假设一束平行单色光通过一个均匀的、非散射的吸光物体,12,取物体中

4、一极薄层,13,讨论：,1Lamber-Beer定律的适用条件（前提）入射光为单色光，均匀非散射的稀溶液2该定律适用于均匀非散射固体、液体和气体样品3在同一波长下，各组分吸光度具有加和性 A=A1+A2+An,14,二、吸光系数和吸收光谱,1吸光系数的物理意义：单位浓度、单位厚度的吸光度,讨论：1）a=f（组分性质，温度，溶剂，）当组分性质、温度和溶剂一定，a=f（）2）不同物质在同一波长下a可能不同（选择性吸收）同一物质在不同波长下a一定不同 3）a，物质对光吸收能力,定量测定灵敏度 定性、定量依据,15,2吸光系数两种表示法：1）摩尔吸光系数：在一定下，c=1mol/L，b=1cm时的吸光

5、度 2）百分含量吸光系数/比吸光系数a：在一定下，c=1g/100mL，b=1cm时的吸光度 3）两者关系,3吸收光谱（吸收曲线）：A,16,4吸光度测量的条件选择：,1）测量波长的选择:,注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和界面反射等因素对透光率的干扰,选A=0.151.00,2）吸光度读数范围的选择：,3）参比溶液(空白溶液)的选择：,17,三、偏离Beer定律的因素,依据Beer定律，A与C关系应为经过原点的直线偏离Beer定律的主要因素表现为以下两个方面,（一）光学因素（二）化学因素,18,（一）光学因素,1非单色光的影响：Beer定律应用的重要前提入射光为单色光,照射物

6、质的光经单色器分光后并非真正单色光其波长宽度由入射狭缝的宽度和棱镜或光栅的分辨率决定为了保证透过光对检测器的响应，必须保证一定的狭缝宽度这就使分离出来的光具一定的谱带宽度,19,20,讨论：入射光的谱带宽度严重影响吸光系数和吸收光谱形状,结论：选择较纯单色光（，单色性）选max作为测定波长（，S且成线性）,21,2杂散光的影响：杂散光是指从单色器分出的光不在入射光谱带宽度范围内，与所选波长相距较远杂散光来源：仪器本身缺陷；光学元件污染造成杂散光可使吸收光谱变形，吸光度变值,3反射光和散色光的影响：反射光和散色光均是入射光谱带宽度内的光 直接对T产生影响散射和反射使T，A，吸收光谱变形注：一般可

7、用空白对比校正消除4非平行光的影响：使光程，A，吸收光谱变形,22,（二）化学因素,Beer定律适用的另一个前提：稀溶液浓度过高会使C与A关系偏离定律,23,四、透光率的测量误差T,影响测定结果的相对误差两个因素：T和T,T影响因素：仪器噪音 1）暗噪音 2）讯号噪音,24,1）暗噪音与检测器和放大电路不确切性有 关与光讯号无关,25,2）讯号噪音与光讯号有关,表明测量误差较小的范围 一直可延至较高吸光度区，对测定有利,26,12-4 分光光度计简介,一、主要部件,27,1光源：,2单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件,28,3吸收池：玻璃能吸收UV光，仅适用于可见光区 石英不能吸收紫外光，适用

8、于紫外和可见光区 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）4检测器：将光信号转变为电信号的装置,5记录装置：讯号处理和显示系统,29,30,12-5 分光光度法的建立,一、显色反应及显色条件的选择 1.显色反应 将试样中被测组分转化成有色化合物的反应。配位化学反应：如：Fe3+与CNS-反应氧化还原反应：如：Mn2+转化MnO4-,31,2.显色剂 在显色反应中与被测组分生成有色化合物的试剂。无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等。有机显色剂：如三苯甲烷类有铬天青S、二甲酚橙等；偶氮类有偶氮胂、PAR等。,32,3.有机显色剂的特性与金属离子生成极其稳定的螯合物选择性和灵敏度高应用广泛 其特性

9、与有机显色剂的分子结构有密切的关系：,（1）生色团（发色团）：能吸收紫外-可见光的基团 有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团,具有n电子和电子的基团产生n*跃迁和*跃迁跃迁E较低例：CC；CO；CN；NN,33,（2）助色团：本身无紫外吸收，但可以使生色团吸收峰加强同时使吸收峰长移的基团有机物：连有杂原子的饱和基团例：OH，OR，NH，NR2，X,（3）红移和蓝移：由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂后 吸收峰位置向长波方向的移动，叫红移（长移）吸收峰位置向短波方向移动，叫蓝移（紫移，短移）,34,（4）增色效应和减色效应 增色效应：吸收强度增强的效应 减色效应：吸

10、收强度减小的效应（5）强带和弱带：max105 强带 max103 弱带,4、选择显色反应时应考虑的因素：1）灵敏度高 2）选择性高 3）生成物稳定 4）显色剂在测定波长处无明显吸收，与有色 物最大吸收波长之差（对比度），应满足 60nm。,35,5、显色条件的选择（1）显色剂用量：固定待测组分的浓度和其他条件只改变显色剂浓度测定吸光度。做A-剂用量 cR的关系曲线如图。选择曲线变化平坦处作为显色条件。（2）溶液的pH值 固定待测组分的浓度和其他条件只改变溶液的pH值测定吸光度。做A-pH曲线，选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。,36,（3）显色温度 固定待测组分的浓度和其他

11、条件只改变反应温度，测定吸光度。做A-T曲线，选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的温度范围。（4）显色时间及稳定时间 固定待测组分的浓度和其他条件只改变反应的时间，测定吸光度。做A-t曲线，选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的时间范围。,图12-9 吸光度与pH关系曲线,37,二、干扰的消除1.加入掩蔽剂选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。例：测定Ti4，加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+(黄色)成为Fe(PO)23-(无色)，消除Fe3+的干扰。2.分离干扰离子采用适当的分离方法预先除去干扰物质。,38,3.选择适当

12、的显色反应条件通过控制适宜的显色条件，消除干扰组分的影响。4.选择适宜的波长避开干扰物的最大吸收，配制适当的参比液，消除干扰组分的影响。5.提高显色反应的选择性利用被测物能形成三元络合物的特点，提高显色反应的选择性。,39,三、吸光度测定条件的选择1.选择适当的入射波长 一般应该选择max为入射光波长。但如果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。,吸光度测定条件的选择曲线A为钴络合物的吸收曲线曲线B为显色剂的吸收曲线,40,2.选择适当的参比溶液,注：采用空白对比消除因溶剂和容器的吸收、光的散射和界面反射等因素对透光率的干扰。,41,参比溶液的选择一般遵循以

13、下原则：,42,3.控制适宜的吸光度读数范围,四、标准曲线的绘制,标准曲线法绘图示例：,选A=0.151.00,43,44,12-6 分光光度法的应用 _示差分光光度法,一、示差分光光度法（示差法）原理 示差法需要较大的入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为cs(cscx)。则：Ax=bcx As=bcs x s=b(cxcs）=bc,45,示差法测得的吸光度与c呈直线关系。由标准曲线上查得相应的c值，则待测溶液浓度cx：cx=cx+c示差法标尺扩展原理：,普通法：cs的T=10%；cx的T=5%示差法：cs做参比,调T=100%则

14、 cx的T=50%；标尺扩展10倍,46,一、示差分光光度法误差公式的推导,47,48,例：普通分光光度法测某试液，测得Tx%=5%。假定T=0.5%。试问（1）测定结果的相对误差（2）如果以T=10%的标准溶液作参比溶液，示差法测得的T=？结果,解：,（1）,49,（2）,作业：P269:4,5,6 思考题:7,50,第十二章 可见分光光度法思考题,1朗伯-比耳定律的物理意义是什么？写出其数学表达式。2摩尔吸光系数的物理意义是什么？其大小与哪些因素有关？在分析化学中有何意义？3什么是吸收曲线？什么是标准曲线？它们有何实际意义？4显色反应如何选择？5吸光度测量条件如何选择？6光度分析法中，参比

15、溶液应如何选择？7示差光度法的测定原理是什么？如何用示差光度法进行定量分析？答案,51,1.答：当一束平行的单色光通过液层厚度为b的有色溶液时，溶液的吸光度A与液层的厚度b和溶液的浓度c成正比。即A=lg(I0/I)=bc2.答：摩尔吸光系数在数值上等于1molL-1吸光物质在1cm光程中的吸光度。它是吸光物质在特定波长下的一个特征常数。其单位为L mol-1 cm-1。由于值与入射光波长有关，故表示时，应注明所用入射光波长。在分析化学中，值的大小反应了：（1）吸光物质对某一特定波长光吸光能力大小的量度。值越大，该吸光物质的吸光能力越强。（2）衡量光度分析方法灵敏度的重要指标，值越大，方法的灵

16、敏度越高。,52,3.答：以入射光波长作横坐标，用分光光度计测量每一波长下物质对光的吸光度作纵坐标所绘制的曲线，称为吸收曲线。其作用是：选择入射光波长，在此波长下测量吸光度，则分析的灵敏度最高。因此，吸收曲线是吸光光度法中选择测定波长的重要依据。在某特定波长下，用分光光度计测量一系列不同浓度的标准溶液的吸光度，然后以浓度为横坐标，对应的吸光度值为纵坐标所绘制的曲线，称为标准曲线（亦称工作曲线）。它是作为待测物质定量分析的依据。如果在相同条件下测得待测试液的吸光度值，从标准曲线上就可查得待测试液的浓度，这就是标准曲线法。,53,4.答：显色反应的选择原则是：（1）选择生成的有色物质（MR）的较大

17、的显色反应；（2）显色剂（R）在测定波长处无吸收，即尽可能小；（3）反应生成的有色物质（MR）的组成要恒定，化学性质稳定。5.答：吸光度测量条件包括三个主要方面：（1）入射光波长的选择：入射光的波长应根据吸收曲线选择max为宜。因在此波长处值最大，使测定具有较高的灵敏度。（2）参比溶液的选择：在吸光度的测量中，由于比色皿的反射以及溶剂、试剂等对光的吸收，使得,54,测得的吸光度值不能真实地反映待测物质对光的吸收，也就不能真实地反映待测物质的浓度。为了校正上述影响需要正确选择参比溶液。通过调节仪器使参比溶液的吸光度为零（A=0）,或透光度T=100%。借此消除上述影响。（3）吸光度读数范围的选择

18、 吸光度值太大或太小时，读数波动所引起的吸光度读数误差较大，为了减小读数误差，应使测量的吸光度值控制在A=0.151.0（或透光度T在75%10%）范围之内。可以采用以下措施：（a）控制溶液的浓度，如改变试样的称量，或改变溶液的稀释度等；（b）选择不同厚度的比色皿，以改变光程的长度。,55,6.答：参比溶液的选择原则如下：（1）若仅待测物（M）与显色剂（R）的反应产物（MR）有吸收，可用蒸馏水作参比溶液。（2）若待测物（M）无吸收，而显色剂（R）或其它试剂（R）有吸收，则用不加试样的空白溶液作参比溶液。（3）若试样中的其它组分有吸收（待测物M之外的组分，如N），但不与显色剂反应，当显色剂无吸收

19、时，可用试样溶液作参比溶液；当显色剂有吸收时，可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，以此溶液作参比溶液。总之，选择参比溶液的原则是：应使测得的试液的吸光度能真正反映待测物的浓度。,56,7.答：示差光度法是用一个比被测试液浓度（cx）稍低的标准溶液（cs）作参比溶液与试液进行比较。以cs作参比溶液，调节仪器透光度读数为100%（A=0），测得的吸光度是试液与参比溶液的吸光度差值（称为相对吸光度），即A=b(cx-cs)=bc。由此可知，被测试液与参比溶液的吸光度差值（A）与两溶液浓度之差(c)成正比，这就是示差光度法的基本原理。示差光度法常采用标准曲线法进行定量分析。以上述浓度为cs的标准溶液作参比溶液，测定一系列c已知的标准溶液的相对吸光度A，绘制Ac工作曲线，再测未知液的相对吸光度A，由工作曲线查出相应的c，经换算cx=cs+c，即为所求。,