分析化学教案11分光光度法.doc

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吸光光度法 第一节吸光光度法的基本原理 一，光的吸收本质： 分子、原子、离子具有不连续的量子化能级，仅能吸收当照射光子的能量hv与被照射粒子的 E激 E基 （hv）n因为不同物质微粒的结构不同，共有不同的量子化能级，其能量差也不相同,因此对光的吸收具有选择性。若固定某一溶液的浓度 C 和液层厚度 b ，测量不同 下的 A ，以吸光度 A 对吸收波长作图，就得到吸收曲线，即吸收光谱。 初步定性分析：不同物质吸收曲线的形状与最大吸收波长 不同。 定量分析：不同 C 的同一物质在吸收峰附近的 A 随 C 而增大， 吸收曲线是吸光光度法中选择测定波长的主要依据。 二、朗白比耳定律： 物理含义：当一束平行单色光，通过单一均匀、非散射的吸光物质溶液时，溶液的 A 与溶液的浓度 C ，液层厚度 b 的积成正比。 定量分析的依据。 对于多组分体系，若吸光物质间无相互作用，则： A总 A1 +A2 + An 即吸光度具有加和性。 三、偏离朗白比耳定律的原因： 工作曲线：配制一系列标准溶液，测其 A 。 同样方法配制试液，同样条件测 Ax 求出 Cx 。1 非单色元：目前仪器提供的入射光是较窄的光带复合光 2 化学因素引起的偏离 A=Kbc 要求 为单色光 同时假设粒子是独立的，彼此无作用，即稀溶液。所以，高浓度时 (C0.01mol/L) ，由于粒子间相互影响，使其吸光能力发生改变，因此，该定律只适用于稀溶液。（ 1 ）平衡效应：有些有色物质在溶液中发生缔合、离解，同溶剂反应，产生互变异构体，光化分解等平衡效应改变了吸收曲线的形状 max ，吸收强度等发生了变化，从而导致偏离。 当用水稀释时平衡向右移动，就会使工作曲线弯曲。 （ 2 ）酸效应：溶剂效应，也会使工作曲线弯曲。 例：碘在 CCL4 呈紫色 在乙醇中呈棕色。3 另外：介质的不均匀性引起的偏离： 如：胶体乳（悬）浊液等，光通过体系时，一部分光因散射而损失，使透光率减小，吸光度增大，导致弯曲。 第二节目视比色法和光度计的基本部件 一、目视比色法： 用眼睛比较溶液颜色的深浅以测定物质含量的方法，称为目视比色法。常用的目视比色法是标准系列法。这种方法就是使用一套由同种材料制成的，大小形状相同的平底玻璃管 ( 称为比色管 ) ，于管中分别加入一系列不同量的标准溶液和待测液，在实验条件相同的情况下，再加入等量的显色剂和其他试剂，稀释至一定刻度 ( 比色管容量有 10 ， 25 ， 50 ， 100 等几种 ) ，然后从管口垂直向下观察，比较待测液与标准溶液颜色的深浅。若待测液与某一标准溶液颜色深度一致，则说明两者浓度相等，若待测液颜色介于两标准溶液之间，则取其算术平均值作为待测液浓度。 目视比色法的主要缺点是准确度不高，如果待测液中存在第二种有色物质，甚至会无法进行测定。另外，由于许多有色溶液颜色不稳定，标准系列不能久存，经常需在测定时配制，比较麻烦。虽然可采用其某些稳定的有色物质 ( 如重铬酸钾、硫酸铜和硫酸钴等 ) 配制永久性标准系列，或利用有色塑料、有色玻璃制成永久色阶，但由于它们的颜色与试液的颜色往往有差异，也需要进行校正。尽管目视比色法存在上述缺点，但因其设备简单，操作简便，比色管内液层厚使观察颜色的灵敏度较高，且不要求有色溶液严格服从比耳定律，因而它广泛应用于准确度要求不高的常规分析中。 主要缺点：准确度低 多组分无法测定 优点：设备简单，操作方便。 二、光度法与目视法比较其优点： 1 准确度高 2 选择性好 3 速度快，能用于多组分析。 三、光度计部件： 1 光源：产生复合光，常用 6 12V 的钨丝灯。 600 1000nm 钨丝灯发出的复合光波长覆盖整个可见光区。 可见光 400 750nm ，为了防止电源电压微小变化引起的灯光强度变化，因此，必须有 稳压装置 。3 吸收池：比色皿，盛放待测溶液，有： 光学玻璃石英玻璃 0.5 、 1 、 2 、 3cm 可见区 用于紫外区 4 检测系统： 光电转换装置，把光信号转化为电信号。 A ：硒光电池 P309 使用时注意“疲劳”。 B ：光电管或光电倍增管 P310 。 检流计：测量光电流，并将其转化为 A 、 第三节 显色反应及显色条件的选择 将待测组分变成有色络合物的反应显色反应。 与待测组分形成有色络合物的试剂显色剂一、显色反应的选择： （ 1 ）灵敏度高： 大是显色反应灵敏度的重要标志。 图6-5 吸光度与显色剂浓度的关系曲线 4 显色温度：升温加快显色，但温度偏高， 有色物质分解，由实验来确定。 总之：通过实验，分别作出 A R，pH ，t ，T 曲线，找出合适的 R ，pH，t，T ，即找出平坦区。 5 副反应的影响 6 溶剂的影响 7 共存离子的影响。 消除共存离子干扰的方法： （(5) 选用适当的分离方法。 三、显色剂 (R) 1 无机显色剂： 无机显色剂在光度分析中应用不多，这主要是因为生成的络合物不够稳定，其灵敏度与选择度也不够高，目前，有价值的仅有硫氰酸盐、钼酸铵、 H2O2 等。 2 有机显色剂： R 大多数有机显色剂 R 与金属离子生成稳定的螯合物，显色反应的选择性和灵敏度都较高。在吸光光度法中应用广泛。 生色团：可吸收光子而产生跃迁的原子基因。它一般是分子中含有一个或多个某些不饱和基因 ( 共轭体系 ) 的有机化合物。 助色团：含有孤对电子的基因，显然本身没有颜色，当它与某生色团相联时， ( 与其不饱和键相互作用 ) ，能使该生色团的吸收波长位置向长波方向移动 ( 即红移 ) ，且光谱强度有所增大。如：胺基： NH2 RNHR2N 羟基： OH OR SH CL 等 。 常用的有机显色剂： 有机显色剂的类型、品种都非常多。 A ：偶氮类显色剂：含有偶氮基 N=N 凡含有偶氮结构的有机化合物，都是带色的。 偶氮类显色剂：性质稳定，显色反应灵敏度高，选择性好，对比度较大。 如： 偶氮胂 ： 选择性高 ( 比二元体系 ) 一种配体常可与多种金属离子产生类似的络合反应，而当形成三元络合物时，就减少了形成类似络合物的可能性。 如：铌、钽都可与邻苯三酚生成二元络合物，但在草酸介质中只有钽邻苯三酚草酸。 第四节 吸光度测量条件的选择为使光度法有较高的灵敏度与准确度。除了选择适当的显色条件外，还必须选择适当的测量条件。一、入射光波长的选择。入射光波长应根据吸收曲线，选择溶液最大吸收波长为宜。因为：此处最大，灵敏度较高，且在此波长处有一较小范围内，吸光度变化不大，不会造成对吸收定律的偏离，使得测定准确度也较高。若max不在仪器可测范围内，或干扰物质在此波长处有强烈吸收(如下图)，那么入射波长应选择在随波长改变变化不太大(且较大的区波)处的波长。如下图：测A应选500nm，而不选420nm。即选近平台且较大的波长。 二、参比溶液的选择： 选择原则：使试液的吸光度真正反映待测物的浓度。在测量A时，利用参比溶液来调整仪器的零点，来消除由于吸收池器壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差。 仅MRn有色纯溶剂作参比。M、R均无色，在水体系中，选用蒸馏水作参比。 显色剂R或其它试剂有吸收试剂空白作参比。(即不加试样的溶液) 试样中其它组分N有吸收，但不与R反应。A：则当R无吸收时试样溶液作参比。即：N、MRn有吸收含N，不含MRn的作参比，即试液参比。三、吸光度A读数范围的选择。在不同吸光度范围内读数对测定带来不同的误差，设试液服从吸收定律。从表6-2可知：当A=0.151.0或 T=70%10%该范围为其适宜的读数范围。(有的书也有写A=0.20.8的)因此在测定时，一般应使A在0.151.0之内。利用控制溶液浓度或比色皿厚度的办法达到之。第五节 吸光光度法的应用一高含量组分的测定示差法当Cx较大时，A值常偏离A=bc，即使不偏离，也往往由于A太高，读数误差也较大。示差法：使用浓度稍低于试液Cx的标准溶液Cs作参比。来调整仪器，使其A=0 (T=100%)，然后测试液的吸光度Ar。普通光度法：A=bcAx=bCx As=bCsAr=AxAs=bCxbCs= b(CxCs)= bC即Ar与C成正比。若以Cs为参比，测定一系列C，则从工作曲线上查出C，再根据CxCs+C求出Cs例： Ts As Tx Ax Ar=AxAs10% 1.0 5% 1.30 0.30100% 0 50% 0.30 0.30等于说把读数标尺放大10倍。普色法示差法关于示差法对 的影响，参看有关参考书。从图6-8可看出：以不同浓度标液作以参比， 值不一样。随着参比溶液浓度的增加，也就逐渐降低。即CsCx，Ts， 。也就是说：Cs愈接近Cx愈好。但要注意，Cs愈大，T则愈低，相应的光电流就愈小，就要求光电检测装置的灵敏度足够高时，才能调节到As=0，同时，光度计的灵敏度与稳定性也要好，盛试液与参比液的比色皿的厚度与光学性能要相同。当参比液选择适当时，示差法测定的准确度可与重量法、滴定法相接近。二、多组分分析。双组分x、y，若xR与yR吸收曲线互不干扰，且分别测之。 若xR与yR光谱有重叠，找出两个波长，使二组分的A较大 则：A1=x1bCx+y1bCyA2=x2bCx+y2bCy用x、y的纯溶液在1