分析化学第五版第10章

1、第第10章章 吸光光度法吸光光度法10.1 概述概述10.2 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理10.3 分光光度计分光光度计10.4 显色反应及影响因素显色反应及影响因素10.5 光度分析法的设计光度分析法的设计10.6 吸光光度法的误差吸光光度法的误差10.7 常用的吸光光度法常用的吸光光度法10.8 吸光光度法的应用吸光光度法的应用吸收光谱吸收光谱发射光谱发射光谱散射光谱散射光谱n分子光谱分子光谱n原子光谱原子光谱 原子吸收光谱原子吸收光谱是由原子（而不是分子）外层电子选择性地吸收某是由原子（而不是分子）外层电子选择性地吸收某些波长的电磁波而引起的。些波长的电磁波而引起的。 分子吸收光

2、谱分子吸收光谱是分子轨道中外层电子吸收某一波长范围的能量而是分子轨道中外层电子吸收某一波长范围的能量而引起的，通常吸收的是紫外及可见光部分。这种价电子跃迁而产引起的，通常吸收的是紫外及可见光部分。这种价电子跃迁而产生的分子光谱又称为电子光谱。生的分子光谱又称为电子光谱。 通过比较溶液颜色深浅而求得其浓度的分析方通过比较溶液颜色深浅而求得其浓度的分析方法称为法称为比色分析法比色分析法比色分析的基本依据比色分析的基本依据是有色物质对光的选择是有色物质对光的选择性吸收作用。性吸收作用。10.1 概述概述吸光光度法：分子光谱分析法的一种，又称分光光吸光光度法：分子光谱分析法的一种，又称分光光度法，属于

3、分子吸收光谱分析方法度法，属于分子吸收光谱分析方法 基于外层电子跃迁基于外层电子跃迁10.2 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理1 吸收光谱产生的原因吸收光谱产生的原因 光光: :一种电磁波一种电磁波, ,波粒二象性波粒二象性 光谱名称波长范围X射线0.110nm远紫外光10200nm近紫外光200400nm可见光400750nm近红外光0.752.5um中红外光2.55.0um远红外光5.01000um微波0.1100cm无线电波11000m当光子的能量与分子的能量差当光子的能量与分子的能量差 E匹配时，就会吸收光子匹配时，就会吸收光子 E=hu u=hc/l l物质的颜色物质的颜色吸收光

4、吸收光 颜色颜色波长范围波长范围( l l ,nm)黄绿黄橙红紫红紫蓝绿蓝蓝绿紫蓝绿蓝蓝绿绿黄绿黄橙红400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-7502 物质颜色和其吸收光关系物质颜色和其吸收光关系互补色互补色 400450 480 500560 600 6507504 4 朗伯朗伯- -比尔定律比尔定律光吸收定律朗伯光吸收定律朗伯-比尔比尔(Lambert-Beer)定律定律吸光光度法的理论依据，研究光吸收的最基本定律吸光光度法的理论依据，研究光吸收的最基本定律I0 = Ir + It + IaI0 = It +

5、IaI0IrItIa T = It / I0 , T: 透射比或透光度透射比或透光度 A=lg (I0 / It )lg(1/T), A:吸光度吸光度朗伯定律（朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比年）：光吸收与溶液层厚度成正比比尔定律（比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比年）：光吸收与溶液浓度成正比 当一束平行单色光垂直照射到样品溶液时，溶当一束平行单色光垂直照射到样品溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度及光程（溶液的厚度）成液的吸光度与溶液的浓度及光程（溶液的厚度）成正比关系朗伯比尔定律正比关系朗伯比尔定律 光吸收定律光吸收定律 数学表达：数学表达：Alg(1/T)=Kbc

6、其中，其中，A:吸光度，吸光度，T:透射比，透射比， K:比例常数，比例常数，b:溶液厚度，溶液厚度，c:溶液浓度溶液浓度注意：注意： 平行单色光平行单色光 均相介质均相介质 无反射、散射或光化学反应无反射、散射或光化学反应灵敏度表示方法灵敏度表示方法摩尔吸光系数摩尔吸光系数 e eA = e e bcA = K Kbcc: mol/Le e 表示物质的浓度为表示物质的浓度为1mol/L,液层厚度为液层厚度为1cm时溶液时溶液的吸光度。单位：的吸光度。单位： (Lmol-1 cm-1) c: g/LA = abc a: 吸光系数吸光系数桑德尔桑德尔(Sandell)灵敏度：灵敏度： S 当仪器

7、检测吸光度为当仪器检测吸光度为0.001时，单位截面积光时，单位截面积光程内所能检测到的吸光物质的最低含量。程内所能检测到的吸光物质的最低含量。 单位：单位：m mg/cm2 S=M/e e 例例 已知含铁已知含铁(Fe2+)浓度为浓度为1.0ug/ml 的溶液的溶液, 用邻二氮菲光度用邻二氮菲光度法测定铁法测定铁, 吸收池厚度为吸收池厚度为2厘米厘米, 在在510nm处测得处测得A=0.38 计算摩尔吸光系数和桑德尔灵敏度。计算摩尔吸光系数和桑德尔灵敏度。已知已知 吸光度的加和性吸光度的加和性A1 = e e1bc1A2 = e e2bc2A = e e1bc1+ e e2bc2 根据吸光度

8、的加和性可以进行多组分的测定以及根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及某些化学反应平衡常数的测定某些化学反应平衡常数的测定在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各个吸光物质的吸光度之和个吸光物质的吸光度之和1 分光光度计的组成分光光度计的组成光源光源单色器单色器样品池样品池检测器检测器读出系统读出系统10.3 分光光度计及吸收光谱分光光度计及吸收光谱常用光源常用光源光源波长范围(nm)适用于氢灯185375紫外氘灯185400紫外钨灯3202500可见，近红外卤钨

9、灯2502000紫外，可见，近红外氙灯1801000紫外、可见（荧光）能斯特灯10003500红外空心阴极灯特有原子光谱激光光源特有各种谱学手段单色器单色器 作用作用:产生单色光产生单色光 常用的单色器：棱镜和光栅常用的单色器：棱镜和光栅滤光片滤光片 目前普遍使用的是国产型目前普遍使用的是国产型光电比色计，有三种配套光电比色计，有三种配套的滤光片（红色的滤光片（红色650，绿，绿色色530，蓝色，蓝色440）棱镜棱镜 光栅光栅 1000 条条/mm样品池（比色皿）样品池（比色皿） 厚度厚度(光程光程): 0.5, 1, 2, 3, 5cm 材质：玻璃比色皿可见光区材质：玻璃比色皿可见光区 石英

10、比色皿可见、石英比色皿可见、紫外光区紫外光区检测器检测器 作用：接收透射光，并将光信号转化为电信号作用：接收透射光，并将光信号转化为电信号 常用检测器：常用检测器： 光电管光电管 光电倍增管光电倍增管 光二极管阵列光二极管阵列光电管分为红敏和紫敏，阴极表面涂银和氧化铯为红敏，适光电管分为红敏和紫敏，阴极表面涂银和氧化铯为红敏，适用用6251000nm波长；阴极表面涂锑和铯为紫敏，适用波长；阴极表面涂锑和铯为紫敏，适用200625nm波长波长目视比色法目视比色法比色管比色管 光电比色法光电比色法光电比色计光电比色计 光源、滤光片、比色池、硒光电池、检流计光源、滤光片、比色池、硒光电池、检流计 分

11、光光度法与分光光度计分光光度法与分光光度计 吸收光谱曲线：吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小物质在不同波长下吸收光的强度大小 Al l关系关系最大吸收波长最大吸收波长 l lmax：光吸收最大处的波长光吸收最大处的波长l lmax对比度对比度(l l):络合物最大吸络合物最大吸收波长收波长(l lMRmax)与试剂最大与试剂最大吸收波吸收波(l lRmax)之差之差l l2 吸收光谱吸收光谱KMnO4溶液的吸收溶液的吸收曲线曲线(cKMnO4:abc104)c. 产物的化学组成稳定产物的化学组成稳定d. 化学性质稳定化学性质稳定e. 反应物和产物有明显的颜色差别反应物和产物有明显的

12、颜色差别 (对比度对比度 l l60nm)没有颜色的化合物，需要通过适当的反应定量没有颜色的化合物，需要通过适当的反应定量生成有色化合物再测定生成有色化合物再测定 显色反应显色反应1 显色反应显色反应NNN NSO3HHO3SOHH O As32AsOOOHMO络合反应络合反应氧化还原反应氧化还原反应2 显色反应类型显色反应类型NNFe2+3NHHOOCCOOH+ VO3-+ H+NNCOOHCOOHHOOCHOOC+ VO2+ H O2离子缔合反应离子缔合反应CCOOHNN(C H )22 5(C H )22 5H+O-AuCl4.成盐反应成盐反应 (CH3)2NCHSCOCCHNS(CH3

13、)2NCCOCCHNS+ AgAgS3 显色剂显色剂无机显色剂无机显色剂: 过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾NNNNSO3HHO3SOHOHAsO H32H O As32有机显色剂：有机显色剂： 偶氮类：偶氮胂偶氮类：偶氮胂III三苯甲烷类三苯甲烷类 三苯甲烷酸性染料三苯甲烷酸性染料 铬天青铬天青S-AlS-Al3+ 3+ OCH3COOHHOCClClSO3HCH3COOH 三苯甲烷碱性染料三苯甲烷碱性染料 结晶紫结晶紫-TI-TI3+3+ CN(CH3)2(H3C)2NN(CH3)2邻菲罗啉类：新亚铜灵邻菲罗啉类：新亚铜灵 NNCH3CH3肟类：丁二酮肟肟类：丁二酮肟-

14、Ni-Ni2+2+ CCCH3NNOHHOCH34 多元络合物多元络合物混配化合物混配化合物 Nb-5-Br-PADAP-酒石酸 V-PAR-H2O 离子缔合物离子缔合物 AuCl4-罗丹明B金属离子金属离子-配体配体-表面活性剂体系表面活性剂体系 Mo-水杨基荧光酮-CTMAB 5 影响因素影响因素a 溶液酸度（溶液酸度（pH值及缓冲溶液）值及缓冲溶液）u 影响显色剂的平衡浓度及颜色，改变lu 影响待测离子的存在状态，防止沉淀u 影响络合物组成配比不同形式形式 pH max(nm) 形式形式 pH max(nm)H4L+ 1.2 462-465 Sn4+ 1.0 530H3L 4.8-5.2

15、 462,490 Ga3+ 5.0 550H2L- 8.4-9.0 512HL2- 11.4-12.0 532-538pH对苯芴酮及其络合物的颜色影响对苯芴酮及其络合物的颜色影响 b 显色剂的用量显色剂的用量稍过量，处于平台区稍过量，处于平台区 c 显色反应时间显色反应时间针对不同显色反应确定显示时间 显色反应快且稳定；显色反应快但不稳定； 显色反应慢，稳定需时间；显色反应慢但不稳定d 显色反应温度显色反应温度加热可加热可加快反应速度，导致显色剂或产物分解e 溶剂溶剂f 干扰离子干扰离子 有机溶剂，降低有色化合物的解离度，提高灵敏有机溶剂，降低有色化合物的解离度，提高灵敏度；提高显色反应速率度

16、；提高显色反应速率消除办法：消除办法： 提高酸度，加入隐蔽剂，改变价态提高酸度，加入隐蔽剂，改变价态 选择合适参比选择合适参比 褪色空白褪色空白(铬天青铬天青S测测Al，氟化铵褪色，消除锆、镍、钴干扰，氟化铵褪色，消除锆、镍、钴干扰) 选择适当波长选择适当波长 10.5 光度分析法的设计光度分析法的设计1. 选择显色反应选择显色反应2. 选择显色剂选择显色剂3. 优化显色反应条件优化显色反应条件4. 选择检测波长选择检测波长5. 选择合适的浓度选择合适的浓度6. 选择参比溶液选择参比溶液7. 建立标准曲线建立标准曲线测量条件选择测量条件选择1 测定波长选择测定波长选择选择原则：选择原则：“吸收

17、最大，干扰最小吸收最大，干扰最小”灵敏度选择性2 测定浓度控制测定浓度控制控制浓度控制浓度 吸光度吸光度A：0.20.8减少测量误差减少测量误差吸光度吸光度A=0.4343 参比溶液选择参比溶液选择仪器调零仪器调零消除吸收池壁和溶剂对入射光的反射和吸收消除吸收池壁和溶剂对入射光的反射和吸收 扣除干扰扣除干扰试剂空白试剂空白(显色剂有颜色，不加试样溶液显色剂有颜色，不加试样溶液)试样空白（试样空白（显色剂无色，被测试液有其他有色离子显色剂无色，被测试液有其他有色离子）褪色空白褪色空白 （加掩蔽剂加掩蔽剂-被测组分被测组分）4 标准曲线制作标准曲线制作0123456780.000.050.100.

18、150.200.250.300.35Aconcentration理论基础：朗伯理论基础：朗伯-比尔定律比尔定律 相同条件下相同条件下测定不同浓度标准测定不同浓度标准溶液的吸光度溶液的吸光度AAc 作图作图10.6 吸光光度法的误差吸光光度法的误差非单色光引起的偏移（非单色光引起的偏移（物质对不同波长光的吸收程度不同物质对不同波长光的吸收程度不同）物理化学因素：非均匀介质及化学反应物理化学因素：非均匀介质及化学反应吸光度测量的误差吸光度测量的误差 对朗伯对朗伯-比尔定律的偏移比尔定律的偏移1 非单色光引起的偏移非单色光引起的偏移复合光由复合光由l l1和和l l2组成，对于浓度不同的溶液组成，对

19、于浓度不同的溶液a和和b,引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。 非均匀介质非均匀介质 胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射，使实测胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射，使实测吸光度增加，导致线性关系上弯吸光度增加，导致线性关系上弯2 物理化学因素物理化学因素离解、缔合、异构等离解、缔合、异构等如：如：Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H+2CrO42-化学反应化学反应吸光度标尺刻度不均匀吸光度标尺刻度不均匀3 吸光度测量的误差吸光度测量的误差A0.434 ，T36.

20、8% 时，测量的相对误差最小时，测量的相对误差最小A=0.20.8, T=1565%，相对误差，相对误差12, 则不能形成络合物则不能形成络合物而生成氢氧化铁沉淀。而生成氢氧化铁沉淀。本部分适用于稀土金属及其氧化物中铁含量的测定。本部分适用于稀土金属及其氧化物中铁含量的测定。测定范围（质量分数）：测定范围（质量分数）：0.0001%0.0050%。原理原理:试样用盐酸或硝酸溶解，在微酸性介质中，铁与硫氰试样用盐酸或硝酸溶解，在微酸性介质中，铁与硫氰酸钾、酸钾、1,10一二氮杂菲形成紫红色三元络合物，用甲基异一二氮杂菲形成紫红色三元络合物，用甲基异丁基酮萃取该络合物，于分光光度计波长丁基酮萃取该

21、络合物，于分光光度计波长520 nm处测量处测量其吸光度。其吸光度。 3 GB/T 12690.6-2003稀土金属及其氧化物中非稀土杂质化学分析方法稀土金属及其氧化物中非稀土杂质化学分析方法铁量的测定铁量的测定硫氰酸钾、硫氰酸钾、1，10-二氮杂菲分光光度法二氮杂菲分光光度法4GB/T12690.9-2003稀土金属及其氧化物中非稀土杂质化学分析方稀土金属及其氧化物中非稀土杂质化学分析方法法氯量的测定氯量的测定硝酸银比浊法硝酸银比浊法稀土金属及其氧化物中氯量的测定稀土金属及其氧化物中氯量的测定-硝酸银比浊法硝酸银比浊法.pdf方法原理方法原理 试样以硝酸溶解，在稀硝酸介质中，氯离子与银离子形试样以硝酸溶解，在稀硝酸介质中，氯离子与银离子形成氯化银胶体，氯化银胶体在溶液中成悬浮状态，在稳成氯化银胶体，氯化银胶体在溶液中成悬浮状态，在稳定剂丙三醇的存在下，于分光光度计波长定剂丙三醇的存在下，于分光光度计波长430 nm处进行处进行比浊。比浊。 5 GB/T 1 2 6 S 024一一90稀土金属及其氧化物化学分析方法稀土金属及其氧化物化学分析方法Al-CAS-CTMAB-乙醇四元体系分光光度法测定铝乙醇四元体系分光光度法测定铝方法原理方法原理