无机分析教案3第19章

1、第十九章吸光光度法（教案撰写：）一、教学内容：第十九章 吸光光度法二、教学目的:1.了解吸光光度法的特点；2.掌握光吸收定律的基本内容；3.了解影响显色反应的；4.熟悉吸光光度法的误差来源及消除的方法；5.掌握吸光光度法定量测定的原理与应用。三、教学重点：比耳定律的意义及其应用，测量误差与测定条件的选择。四、学习难点：偏离比耳定律的原因，光度计的读数误差五、教学方法：重点讲授+仪器讲解+课堂。教学进程：新课导入：吸光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法，包括比色法、可见及紫外分光光度法及红外光谱法等。本章主要 可见光区的吸光光度法。第十九章 吸光光度法第一节 概述一、吸光光度法

2、的基本属性吸光光度法：利用待测物对光的选择性吸收这一特性而建立起来的分析方法，包括分子吸光分析和原子吸光分析两大类。有色溶液颜色的深浅（或吸光度大小）与其中吸光物质的浓度有关，浓度越大，其颜色越深（或吸光度越大）。利用此特性可进行定量分析。通过测定有色溶液中吸光物质对单色光的吸光度并依据 -比耳定律来测定待测物的分析方法，则称做 法或吸光光度法。本章主要 可见光区的吸光光度法。二、吸光光度法的特点吸光光度法主要用于测定试样中微量组分的含量，它属于仪器分析的内容。与化学分析法相比，吸光光度法具有如下特点：1.灵敏度高 吸光光度法可不经富集直接测定质量分数低至10-7 的微量组分，浓度的测定下限可

3、达 0.11mgL-1。准确度高 通常吸光光度法的相对误差为 2%5%。操作简便，测定快速应用广泛 大部分金属元素和众多的有机化合物都可用吸光光度法进定。第二节 吸光光度法的基本原理一、光的基本性质光的波动性光的粒子性单色光与复合光单色光：具有单一波长的光。备注：复合光：几种单色光的混合物。可见光区：波长范围约为 400750nm。二、溶液对光的选择性吸收与吸收曲线1.光的互补作用与互补色光如果将两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合起来可以得到白光，则这两种单色光具有互补作用，它们互称为互补色光。可见光区的互补色图所示，图中各直线两端的单色光混合起来可形成白光，它们互为互补色光。2.物质的

4、颜色与对光的选择性吸收溶液所呈现的颜色是被吸收光的互补色光的颜色。例如黄色和蓝色是互补色光，CuSO4 溶液能选择性地吸收白光中的黄色光（即蓝色光的互补色光），因而呈现出蓝色；又如紫红色光和绿色光是互补色光，KMnO4 水溶液能吸收绿色光因而显紫红色。3.吸光度 A 和透光率 T图中是一束波长为的平行单色光通过一有色溶液时被吸收的示意图。I0为入射光的强度，It为透过光的强度，溶液的液层厚度为 b，阴影部分为一个无限小的、厚度为db的薄液层。I t透光率： T =I 0吸光度： A = -lgT备注：4.吸收曲线当依次将各种波长的单色光通过某一有色溶液时，测量每一波长下有色溶液对该波长光的吸光

5、度 A，然后以波长为横坐标，以相应的吸光度为纵坐标作图，所得的曲线称为该溶液中吸光物质的吸收曲线。图中是四种不同浓度的 KMnO4 溶液的吸收曲线。KMnO4溶液的吸收曲线KMnO4溶液对 525nm的单色光（绿色光）的吸收程度最大，此波长称为该物质的最大吸收波长，记作max 或最大，在吸收曲线上表现为最高吸收峰处所对应的波长。不同浓度的KMnO4溶液的吸收曲线的形状相似，max不变，其值与KMnO4溶液的浓度无关。吸光物质的吸收曲线的特征性可作为物质定性分析的依据。同一物质不同浓度的溶液，在一定波长处的吸光度 A 值随浓度的增大而增大。吸收曲线的此性质是吸光光度定量分析的基础。三、光的吸收定

6、律-比耳定律是光吸收的基本定律。其数学表示式为I 0A = lg= KbcI t其物理意义为：一定温度下波长为的单色光通过均匀的某吸收溶液时，该溶液的吸光度与溶液中吸光物质的浓度和光通过的液层厚度成正比。-比耳定律是各类吸光光度法进行定量分析的依据。四、 -比耳定律的应用条件1吸光系数a当浓度c以g L-1为，液层厚度b以cm为时，比例系数K用a表示，称为吸光系数，其为Lg-1cm-1。此时比耳定律表示为：A=abc备注：2.摩尔吸光系数 当浓度c以molL-1为 ，液层厚度b以 cm为 时，比例系数K用表示，称为摩尔吸光系数，其 为 Lmol-1cm-1。此时 比耳定律表示为A=bc摩尔吸光

7、系数表示吸光物质对某一波长的单色光的吸收能力，的值越大，则吸收能力越强。它与吸光物质的分子结构有关，而与 c 和 b 的数值无关。例 1 K2CrO4的碱性溶液在 372nm处有最大吸收。现有 310-5molL-1的K CrO 碱性溶液，在 372nm处用 1cm吸收池测得其透光率24为 71.6%。求： 1该溶液的吸光度？K2CrO4溶液在 372nm处的摩尔吸收系数？若改用 3cm 的吸收池，求该溶液的透光率？解 1. A=-lgT=-lg0.716=0.1452.= A=0.145=4.83103bc1cm 3 105 mol L1Lmol-1cm-13.此时 A=30.145=0.4

8、35,由 A=-lgT 可计算出 T=0.367。例 2 Fe2+浓度为 5mgL-1的溶液 1mL,用 1，10-二氮菲显色后，定容为 10mL，取此溶液用 2cm吸收池在 580nm波长处测得吸光度 A=0.190，计算其摩尔吸光系数和吸光系数a。解 已知Fe2+的摩尔质量为 55.85gmol-1，则5 103 g L1 1103 Lc(Fe2+)=8.9510-6 molL-155.85g mol1 10 103 L= A 0.190=1.06104 Lmol-1cm-1bc2 cm 8.95 10-6 mol L11.06 104 L mol1 cm1a = 1.90 102 L g

9、1cm1M55.85 g mol1五、吸光度的加合性一定的温度下，让一束强度为I0的某单色光依次通过n个液层厚度不等、吸光物质不同的有色溶液，若其透过光的强度依次为I1 ， I2In，见图依据光吸收的基本定律，总吸光度 A 为：A=lgI0/In= A1+ A2+An ;备注：故A=Ai= A1+ A2+An=1b1c1+2b2c2+该式的物理意义是总吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。吸光度具有加合性是吸光光度法中测量吸光度、使用参比溶液和进行多组分测定的理论依据。第三节 显色反应一、对显色反应的要求1.显色反应的灵敏度要高，其摩尔吸光系数应比较大。同时应考虑共存组分的干扰情况，即显色反应的

10、选择性要好。2.有色化合物的组成要恒定，化学性质要稳定。3.对比度要大，即有色化合物与显色剂之间的颜色差别应尽可能大。一般要求有色化合物与显色剂的最大吸收波长之差应大于 60nm。4.显色过程要易于控制。二、影响显色反应的显色反应的酸度控制溶液酸度的有效方法是加入适宜的缓冲溶液。选择缓冲溶液时不仅要考虑其缓冲范围和缓冲容量，还应考虑缓冲溶液的阴、阳离子可能对显色所产生的干扰作用。显色剂的用量为保证显色反应定量进行，一般需要加入过量的显色剂，但其用量不是越多越好。显色温度适宜的显色温度范围一般通过实验确定。显色时间应在显色溶液吸光度最大的时间内完成测定。溶剂的影响共存干扰离子的影响和消除方法三、

11、常用的显色剂无机显色剂有机显色剂第四节 吸光光度法的测定方法和仪器一、目视比色法与吸光光度法目视比色法用眼睛观察比较溶液颜色的深浅，以确定物质含量的分析方法称为目视比色法。法利用光电效应通过光电计和检流计测量有色溶液的吸光度来测定试样中吸光物质的方法叫法。吸光光度法吸光光度法与 法的基本原理相同，主要区别在于获得单色光的方式不同。 法是采用滤光片获得波长范围较宽的单色光；而吸光光度法则是用分光能力强得多的棱镜或光栅等分光装置（称为单色器），经过分光可获取波长范围很窄的单色光（其光谱半宽度减小至约 5nm 或更小）。备注：二、吸光光度法的定量测定方法 1.标准比较法在相同条件下，分别测量出试样溶

12、液cx和标准溶液cs的吸光度 Ax和As，依据 - 定律有：Ax=bcx ；As=bcs。两等式相除，即可求得试样溶液的浓度为： cx=csAx/As使用标准比较法时，所用标准溶液的浓度，应与试样溶液的浓度相近，这样可以避免产生较大的测量误差。标准曲配制一系列浓度不同的标准溶液（一般 58 个），在选定的波长下分别测量各标准溶液的吸光度。然后以标准溶液的浓度为横坐标，以相应的吸光度为纵坐标作图，绘制工作曲线或标准曲线。在相同条件下测定试样溶液的吸光度后，即可从标准曲线上查得待测组分的浓度。标准曲 可有效地减小偶然误差的影响，测定结果比较可靠。在固定分析仪器和测定方法时，标准曲线可多次使用，因此

13、该法适合于对同一对象的大批量试样的分析。标准加入法（1）两点比较法标准加入法的基本原理：取一份试液cx，测得其吸光度为Ax；另取一等量试液，加入一定量的含待测组分的标准溶液，使被测组分的浓度增加ck，在相同的条件下测定其吸光度为Ax+k。按照 定律，有：A =bc ,A =b(c +c );联合两式可推出： c ck Axxxx+kxkxA- Axkx(2)标准加入工作曲同时取若干份试液，分别加入不同量的含待测组分的标准溶液，使待测组分的浓度依次增加 0、ck 、2ck 、3ck 、4ck，并在相同的条件下测定各溶液的吸光度。由光的吸收定律可知：Ax+k=b（cx+ck）= bcx+bck=A

14、x+bck若以标准加入后待测组分增加的浓度ck为横坐标，标准加入后溶液的吸光度为纵坐标作图， 一条直线。该直线在纵坐标上的截距恰巧为Ax；利用外推法可推得该直线与横坐标的交点，此交点到原点的距离在数值上恰巧等于试样溶液中被测组分的浓度（若Ax+k=b（cx+ck）=0，则必须cx=-ck）。见下图：标准加入法工作曲线备注：三、分光光度计分光光度计的基本结构：光源、单色器、吸收池、检测器和显示系统等组成。光源 光源的作用是提供有一定强度且稳定的复合光。单色器 单色器也叫分光系统，它的作用是把光源发射出的连续光谱分解成纯度很高的单色光。吸收池 吸收比色皿，用于盛放参比溶液和待测液。检测器 将透过比

15、色皿的光转换成电流并测量出其大小的装置称为检测器。显示系统 显示器的作用是把放大了的电信号以适当的方式显示或下来。常用的分光光度计：按其光路系统可大致分为单光束、双光束、单波长、双波长以及它们的各种组合方式等。721 型分光光度计第五节 吸光光度法的测量误差和测量条件的选择一、有色溶液偏离-比耳定律所引入的误差引起偏离光吸收定律的原因很多，基本上可分为物理和化学两大类。物理(1)单色光不纯 (2)散射光的影响化学(1)吸光质点的相互作用 (2)平衡效应二、仪器本身引入的误差仪器的性能不好杂散光的影响三、测量吸光度的误差所引起的浓度测量的误差由于透光率标尺的刻度是均匀的，所以T 值与 T 本身的

16、大小无关，可视为一常数。一般分光光度计的 dT 约为0.020.01。吸光光度法的目的是通过吸光度测量来确定被测组分的浓度，因此其测量误差不是指 d T 的大小，而是指吸光度的测量误差所导致的浓度测量的误差。备注：通过推导，得它们两者之间的关系：d c d A 0.4343d T cAT lgT假若 dT=0.01，由上式可计算出不同 T 值时 dc/c 之值。以 T 为横坐标，相应的 dc/c 为纵坐标作图，下图的曲线。浓度测量的相对误差与透光率的关系由上图可以看出，当 T 值较大或较小时，浓度测量的相对误差迅速增大。因此只有当 T 在 15%65%（或 A 在 0.80.2）范围时，浓度测

17、量的相对误差比较合理，能满足吸光光度法的误差要求（4%以下）。上图的曲线上有一最低点，此处浓度的测量误差取得最小值。对上式求导( d A) 0.4343d T (lge lgT )即可求得其极值。可以推出：A(T lgT )2只有（dA/A） = 0, dA/A 才可能取得极值, 此时浓度的测量误差为最小值。要满足此条件，必须 lge+lgT=0。即：-lgT=lge=A=0.4343；或 T=36.8%即当透光率 T=36.8%，或吸光度 A=0.4343 时,浓度的测量才有最小的相对误差。四、测量吸光度条件的选择选择适当的入射光波长 (1)在吸光光度法中一般选择吸光物质的最大吸收波长作为入

18、射光的波长，因为在最大吸收波长处进量，不仅灵敏度高，而且可减少非单色光引起的对定律的偏离。(2)但是如果在最大吸收波长处，共存的其它吸光组分（如显色剂同存离子的有色化合物等）也有吸收，就会产生干扰。此时，应选择其它能避开干扰组分的入射光波长作为测量波长。控制吸光度值在适宜的范围内 可从以下两方面加以控制，以使被测溶液的吸光度值处在 0.20.8 范围内。备注：(1)通过改变试样的量，或采用稀释、浓缩和富集等来控制待测液的浓度。(2)选择适宜厚度的比色皿。 3.选择恰当的参比溶液“溶剂空白”“试剂空白”“试样空白”第六节 吸光光度法的应用一、多组分含量的测定对于含多组分的溶液，如果各种成分的吸收

19、曲线不相 ，就可在各个组分的最大吸收波长处测量各自的吸光度，按光的吸收定律和单一组分一样测定。如果各个组分的吸收曲线相互 ，可利用吸光度的加合性原理来进 定。以测定两组分的混合物为例来加以说明。两组分的吸收曲线 示意图假定两组分的吸收光谱曲线相互 ，如上图所示。先分别用两组分的标准溶液在它们的最大吸收波长1和2处测量相应的吸光度，并计算各组分在这两个波长处的摩尔吸收系数1、x，2、x,1、y和2、y。然后分别在波长1和2处，测量混合试液（设待测组分的浓度分别为cx和cy）的吸光度A1、x+y 和A2、x+y。根据吸光度的加合性原理：A1、x+y=1、xbcx+1、ybcy A2、x+y=2、x

20、bcx+2、ybcy联解上两式的方程组，即可同时求得混合溶液的cx和cy之值。二、示差吸光光度法1.基本原理示差吸光光度法与普通光度法的主要区别在于：普通光度法一般以试剂空白作参比溶液，而示差法则采用浓度稍低于试样溶液的标准溶液作参比溶液，调节透光率为 100%。设有浓度为c1和c2的有色溶液，用试剂空白作参比溶液测得吸光度为A1和A2。根据 - 定律，有：A1=Kbc1；A2=Kbc2；两式相减：A2-A1=A=Kb（c2-c1）=Kbc此式表明，当 b 一定时，两溶液的吸光度差与其浓度差成正比例。若c2c1，以c1为参比溶液（用它调节透光率T=100%），测量c2的吸光度A2，此时有：A2

21、= Kb（c2-c1）=Kbc备注：此式表明，当b一定时，若以浓度为c1的标准溶液作参比溶液测定c2的吸光度，则所测得的吸光度值与两溶液的浓度差成正比例。这就是示差法的基本原理。用示差法测定未知试液时，可根据A2=Kbc，按常规吸光光度法进行。，若以空白溶液作参比溶液，c1和c2的透光率分别为 10%和 5%，超出透光率的准确测量范围；如若以c1为参比溶液,即将c1的透光率由 10%放大为 100%，则c2的透光率就相应变为 50%，该数值已落于较准确的透光率测量范围内。示差光度法标尺扩展原理上述的示差法也称为高浓度示差法，适合于测定高浓度组分，其应用较为普遍。同样，还可以采用浓度较大的标准溶

22、液作参比溶液进行示差法测量，称为低浓度示差法。2.示差法定量分析的方法 (1)标准曲配制一系列不同浓度的标准溶液如c1、c2、c3，以浓度最低者（如c1）为参比溶液，调节T=100%，然后测量其它各标准溶液的吸光度， 一系列吸光度值An。以An对相应的cn作图，所得的曲线即为示差法工作曲线。未知液在同样条件下测得其吸光度为Ax，从工作曲线上可查得相应的cx，由于参比溶液c1的溶液是已知的，则未知液的溶液cx为：cx=cx+c(2)两点比较法以c1为参比溶液，测得浓度为cs的标准溶液的吸光度为As，未知液在同样条件下测得其吸光度为Ax，则：cx/cs=Ax/As；可推出：c c c c cs Ax xx11As例： 用磺基水杨酸法测量试样中含铁量。称取 0.482g试样溶解后定容到 100mL。另配制两份标准铁溶液，浓度分别为 0.500 和 0.600gL-1。按同样条件显色后，以 0.500gL-1的标准溶液作参比溶液，调节T=100%，测得另一标准溶液和未知液的吸光度分别为 0.480 和 0.283。计算试样的质量分数是多少？解：由示差法的