分析化学(季桂娟)光度分析.ppt

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1、第五章 吸 光 光 度 法,5.1 吸光光度法的基本原理5.2 光度分析的方法和仪器5.3 吸光光度法的灵敏度与准确度5.4 显色反应与分析条件的选择5.5 吸光光度法的应用,化学分析：常量组分(1%),Er 0.1%0.2%依据化学反应,使用玻璃仪器,化学分析与仪器分析方法比较,仪器分析：微量组分(1%),Er 1%5%据物理或物理化学性质,需要特殊的仪器,例:含Fe约0.05%的样品,称0.2g,则m(Fe)0.1mg,重量法 m(Fe2O3)0.14mg,称不准,容量法 V(K2Cr2O7)0.02mL,测不准,光度法 结果0.048%0.052%,满足要求,准确度高,灵敏度高,5.1

2、吸光光度法的基本原理,特点灵敏度高：测定下限可达105106mol/L,或10-4%10-5%准确度能够满足微量组分的测定要求：相对误差25（12）操作简便快速应用广泛,吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。,一.光学光谱区,10nm200nm,200nm 380nm,380nm 780nm,780 nm 2.5 m,2.5 m 50 m,50 m 300 m,二.溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱,不同颜色的可见光波长及其互补光,二.溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱,300,400,500,600,700,/nm,350,525 545,Cr2O72-

3、,MnO4-,Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱,350,苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱,吸光度与光程的关系 A=K1b（朗伯1760年）,c,c,c,三.光吸收基本定律:Lambert-Beer定律,吸光度与浓度的关系 A=K2c（比尔1852年）,2C,C,1.光吸收基本定律:Lambert-Beer定律,A=lg(I0/It)=kbc,朗伯定律(1760)A=lg(I0/It)=k1b,比尔定律(1852)A=lg(I0/It)=k2c,朗伯比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量。,T透光率（透射比）（Transmittance）,A=lg(I0/It

4、)=lg(1/T)=-lgT=kbc,2.吸光度A、透射比T与浓度c的关系,3.K:吸光系数(Absorptivity),当c的单位用gL-1表示时，用a表示，Aabc a的单位:Lg-1cm-1,当c的单位用molL-1表示时，用表示。摩尔吸光系数(Molar Absorptivity)A bc 的单位:Lmol-1cm-1,反映用吸光光度法测定某物质的灵敏度,4.朗伯-比尔定律的适用条件,1）.单色光 应选用max处或肩峰处测定2）.吸光质点形式不变 离解、络合、缔合会破坏线性关系 应控制条件(酸度、浓度、介质等)3）.稀溶液 浓度增大，分子之间作用增强,0 1 2 3 4 mg/ml,A

5、,。,*,0.80.60.40.20,溶液浓度的测定,A bc,工作曲线法(校准曲线),5.朗伯-比尔定律的分析应用,6.吸光度的加和性与吸光度的测量,A=A1+A2+An,用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等。,5.2 光度分析的方法和仪器,方便灵敏准确度差,1.目视比色法：是用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。比较的是透过光的强度,c1,c2,c3,c4,一、光度分析的几种方法,2.吸光光度法：是借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线，然后根据被测试样的吸光度，从标准曲线上求得被测物

6、质的浓度含量。比较的是有色溶液对某一波长光的吸收情况,二、分光光度计,通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光。波长可调,故选择性好,准确度高。,三、分光光度计的类型,5.3 吸光光度法的灵敏度与准确度,一.灵敏度的表示方法:摩尔吸光系数(),=A/bc(Lmol-1cm-1),越大,灵敏度越高:1045104 为中等灵敏度;105为高灵敏度;104为低灵敏度.,例1 邻二氮菲光度法测铁 已知(Fe)=1.0mg/L,b=2cm,A=0.38 计算,解：c(Fe)=1.0 mg/L=1.010-3/55.85=1.810-5mol/L,1.朗伯比耳定律的偏离,标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标

7、准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯比耳定律的偏离。引起偏离的因素（两大类）：（1）物理性因素（2）化学性因素,二、准确度,(1)物理性因素,难以获得真正的纯单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯比耳定律的正或负偏离。,(2)化学性因素,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；假定只有在稀溶液c10-2 mol/L 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。溶液中存在离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时,使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。,2.仪器测量误差,光度计的读

8、数误差一般为0.22(T),由于T与浓度c不是线性关系，故不同浓度时的T引起的误差不同。,浓度测量的相对误差与T(或A)的关系,实际工作中，应控制T在1565,或A在0.20.8之间(调c,b,),显色反应的选择,*灵敏度高，一般104。*选择性好。*显色剂在测定波长处无明显吸收。对照性好,max 60 nm*反应生成的有色化合物组成恒定，稳定。*显色条件易于控制，重现性好。,1.显色反应,5.4 显色反应与分析条件的选择,一、显色反应与显色剂,O,生色团：NN，NO，,O,无机显色剂:SCN-Fe(SCN)2+H2O2 TiOH2O22+,有机显色剂:,2.显色剂,一、显色反应与显色剂,C=

9、S,N（共轭双键）e,有机显色剂,OH,COOH,SO,3,H,OO型：,N,N,N,O,H,OH,ON型：,PAR,NH,N,S,N,S型：,双硫腙,NN型：,丁二酮肟,邻二氮菲,磺基水杨酸,NH,二、显色条件的确定,c(R),c(R),c(R),1.显色剂用量（c(M)、pH一定）,Mo(SCN)32+浅红Mo(SCN)5 橙红Mo(SCN)6-浅红,Fe(SCN)n3-n,2.显色反应酸度（c(M)、c(R)一定）,pH1pHpH2,pH,邻二氮菲亚铁反应完全度与pH的关系,Fe2+3R,H,H,A,柠檬酸,c(R)R=10-4molL-1,31021.3,3,FeR3,pH38为适宜的

10、酸度范围,3.显色温度及显色时间,另外，还有介质条件、有机溶剂、表面活性剂等,T1(),T2(),t(min),A,三、干扰的消除,Co2,Fe3+,Co2+FeF63-,Co(SCN)2(蓝),NaF,SCN,Co2+Fe2+,Sn4+,(2)Sn2+,Co(SCN)2,SCN,a.掩蔽法:,1.化学法,测Co2(含Fe3+),Co2+,Zn2+,Ni2+,Fe2+,CoR,ZnR NiR,FeR,CoR,Zn2+,Ni2+,Fe2+,钴试剂R,H+,测Co2:,如不能通过控制酸度和掩蔽的办法消除干扰，则需采取分离法。,测Fe3:,Fe3+,Cu2+,FeSS（紫红）Cu2+,pH 2.5,

11、SS,b.控制pH,(生成络合物性质不同),2.物理法,选择适当的测定波长,515,655,415,500,钍-偶氮砷III,钴-亚硝基红盐,A,A,络合物,络合物,试剂,试剂,1).当试液和显色剂均无吸收时，可用蒸馏水作参比溶液。2).显色剂无吸收，而被测试液中存在其它离子有吸收，可用不加显色剂的被测溶液作参比溶液。如 测汽水中的Fe3).显色剂有吸收，可选择不加试样溶液的试剂空白作参比溶液。,3.选择适当的参比溶液,4).显色剂和试液均有吸收，可将一份试液加入掩蔽剂，将被测组分掩蔽起来，使之不再与显色剂作用，而显色剂及其它试剂均按试液测试方法加入，以此作为参比溶液，这样可以消除显色剂和一些

12、共存组分的干扰。5).改变加入试剂的顺序，使被测组分不发生显色反应，可以此溶液作为参比溶液消除干扰。,3.选择适当的参比溶液,5.5 吸光光度法的应用,一.单一组分测定,1.金属离子:Fe-phen,Ni-丁二酮肟,Co-钴试剂。,2.磷的测定:DNA中含P9.2%,RNA中含P9.5%,可得核酸量。,H3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3=(NH4)3PO412MoO3+12NH4NO3+12H2O,磷钼黄(小),磷钼(V)蓝(大),3.蛋白质测定溴甲酚绿、考马司亮蓝等。4.氨基酸测定茚三酮(紫色化合物)。5.水质检测:NH4+、NO2-、Mn2+、Fe2+、SO42-、Hg2+

13、-。6.紫外吸收(UV):NO2-、NO3-、SO42-、SO32-、CO32-、SCN-、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蛋白质等。,二.多组分的测定,(a)在1处测组分x,在2处测组分y。,二.多组分的测定,(b)在1处测组分x;在2处测总吸收,扣除x在2处的吸收,可求y。,二.多组分的测定,xl1,eyl1,exl2,eyl2由x,y标液在1,2处分别测得,(c)x,y组分不能直接测定 在1处测得A1：A1=exl1bcx+eyl1bcy 在2处测得A2：A2=exl2bcx+eyl2bcy,三.高含量组分的测定-示差法,普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高(A0.8）时，

14、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(cs cx),Ax=b cx As=b cs x s=b(cx cs）=bc 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差。,Cx=Cs+C,四.络合物组成的测定,1.摩尔比法:固定cM,改变cR,2.等摩尔连续变化法:,M+nR=M Rn,五、一元弱酸离解常数的测定,HL HL,KaH+L/HL,高酸度下，几乎全部以HL存在，AHLHLc(HL)；低酸度下，几乎全部以L存在，AL Lc(HL)。代入整理：,或,配制一系列c相同,pH不同的溶液,测A。,六.双波长分光光度法消除干扰(不要求),

15、在2，A2=Ax2+Ay2在1，A1=Ax1+Ay1,A=A2-A1=Ax2+Ay2(Ax1+Ay1)=Ax2 Ax1=Ax,Ay2 Ay1,Ax=(x2 x1)bcx 消除了y的干扰,七.导数分光光度法(不要求),A图,混合物导数光谱,0,1,2,3,4,1.了解：分子对光的吸收与溶液颜色的关系.定性分析的基础吸收曲线；目视比色法、分光光度法的特点，分光光度计的基本部件。2.掌握：定量分析的基础朗伯-比尔定律：A=bc=-lgT 式中各参数的物理意义，定量计算。3.掌握：灵敏度的表示摩尔吸光系数的意义和计算；准确度适宜的测量范围、偏离比尔定律的原因。4.掌握：显色反应及条件的确定:显色剂用量、酸度、时间、温度、干扰及消除。5.熟悉：单一组分测定示例、多组分测定、示差光度法、络合物组成的测定、酸碱离解常数的测定。,第五章 小 结,