无机和分析化学可见光分光光度法公开课一等奖优质课大赛微课获奖课件

1、第10章 可见光分光光度法 10.1 基本原理10.2 可见光分光光度法10.3可见光分光光度法应用第1页概 述吸光光度法是以物质对光选择性吸收为基础分析方法。所用仪器为分光光度计（又称为分光光度法）。依据物质所吸收光波长范围不一样，吸光光度法又有紫外、可见及红外分光光度分析法。本章重点讨论可见分光光度法。第2页10.1 可见光分光光度法基本原理10.1.1 物质对光选择性吸收与物质颜色10.1.2 光吸收基本定律10.1.3 偏离朗伯-比尔定律原因*第3页10.1.1 物质对光选择性吸收与物质颜色人眼能感觉波长在400750nm，为可见光区。光波是一个电磁波。电磁波包含无线电波、微波、红外光

2、、可见光、紫外光、X射线、射线等。可见光只是电磁波中一个很小波段。不一样波长可见光使人们感觉为不一样颜色。含有单一波长光称为单色光。白光（日光）：是由各种单色光组成复合光，当日光经过三棱镜时被分解为七色光（光色散）：第4页手机辐射有害健康手机和脑瘤之间有联络别太“牵挂”手机了。06月16日 星期一 13:09 但最近美国纽约时报网站登载“教授关于手机和肿瘤之间辩论死灰复燃”文章，不禁又让人揪心起来；参议员爱德华肯尼迪被诊疗患有脑癌，教授们一致认为使用手机和这种脑瘤之间有联络。别认为现在还没有发觉脑瘤，就说明天下太平，“从开始频繁地使用手机到被诊疗为脑肿瘤，大约需要10至。”神经外科教授这么预测

3、。 /dlkate/blog/item/e6e98f1f047d60cda6866901.html第5页在可见光中有色光互补关系若两种颜色光按适当强度百分比混合后组成白光，则这两种有色光称为互补色。如图所表示，成直线关系两种光可混合组成白光。物质之所以展现不一样颜色，是与它对互补色光选择性吸收相关。第6页（1）物质对光选择性吸收当光束照射到某物质或溶液时，一些波长光被溶液吸收。另一些波长光不被吸收，产生反射、散射或透过溶液。溶液颜色由透过光波长所决定。溶液对光作用若被照射是均匀溶液，则光散射能够忽略。第7页比如：KMnO4溶液强烈地吸收黄绿色光，对其它颜色光吸收极少或不吸收，所以溶液展现紫红色

4、。（黄绿色与紫红色互补）又如：CuSO4溶液强烈地吸收黄色光，所以溶液展现蓝色。 若溶液对白光中各种颜色光都不吸收，则溶液为透明无色;反之则呈黑色。光互补：蓝 黄第8页对于固体物质:当日光（复合光）照射到物质上时，假如物质对各种波长光完全吸收则展现黑色；假如完全反射则展现白色；假如对各种波长光均匀吸收则展现灰色。各种物质颜色（透过光）与吸收光颜色互补关系列于下表中：第9页物质颜色（互补色）吸 收 光颜 色波 长（nm）物质颜色与吸收光颜色和波长关系黄绿紫400450黄蓝450480橙绿蓝480490红蓝绿490500紫红绿500560紫黄绿560580蓝黄580600绿蓝橙600650蓝绿红6

5、50750第10页（2）吸收曲线E = E2 - E1 = h ：量子化 、选择性吸收；用不一样波长单色光照射，测其吸光度A;以波长为横坐标, A为纵坐标作出吸收曲线；找到最大吸收波长 max。M + 热M + 荧光或磷光M + h M *基态 激发态E1 （E） E2邻菲罗啉络铁()离子吸收曲线第11页吸收曲线特点：同一个物质对不一样波长光吸光度不一样。吸光度最大处对应波长称为最大吸收波长max不一样浓度同一个物质，其吸收曲线形状相同max不变（图中：c1 c2 c3 c4）。不一样物质，它们吸收曲线形状和max则都不一样。c1c2c4c3第12页a.不一样浓度同一个物质，在某一定波长下吸光

6、度 A 有差异，在max=508nm处吸光度A 差异最大。此特征可作为物质定量分析主要依据。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长依据b.在max处吸光度随浓度改变幅度最大，所以测定最灵敏。图10-3 邻菲罗啉络铁()离子 不一样浓度时吸收曲线第13页10.1.2 光吸收定律 （1）朗伯比耳定律 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年说明了光吸收程度和吸收层厚度关系。Ab 1852年比耳(Beer)又提出了光吸收程度和吸收物浓度之间也含有类似关系。Ac I0:入射光强度；It:透过光强度第14页二者结合称为：朗伯比耳定律，其数学表示式为： Alg（I0/It)=

7、 b c 式中A：吸光度,描述溶液对光吸收程度； b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位； c：溶液摩尔浓度，单位molL； ：摩尔吸光系数，单位Lmolcm； 或: Alg（I0/It)= a b c c：溶液浓度，单位gL a：吸光系数，单位Lgcm a与关系为：a =/M （M为摩尔质量） 第15页透光度(透光率)T描述入射光透过溶液程度 T = ItI0吸光度A与透光度T关系:Ab c lg T 朗伯比耳定律是吸光光度法理论基础和定量测定依据。广泛地应用于紫外光、可见光、红外光区吸收测量。第16页（2）摩尔吸光系数特征吸收物质在一定波长和溶剂条件下特征常数，不随浓度c和光程长度b改

8、变而改变。 在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身性质相关。 可作为定性判定参数。 同一吸收物质在不一样波长下值是不一样。在最大吸收波长max处摩尔吸光系数，常以max表示。max表明了该吸收物质最大程度吸光能力，也反应了光度法测定该物质可能到达最大灵敏度。 第17页max越大表明该物质吸光能力越强，用光度法测定该物质灵敏度越高。105：超高灵敏； =(610）104 ：高灵敏； 2104 ：不灵敏。在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下吸光度A(通常依据低浓度时A间接求得)。吸光系数a(Lg-1cm-1）相当于浓度为1g/L，液层厚度为1cm时该溶液在某一波

9、长下吸光度。Ab c 或 A /b c第18页 浓度为25.5g/50ml Cu2+ 溶液，用双环己酮草酰二腙光度法测定，在波长600nm处用2cm比色皿测量A=0.297，计算摩尔吸光系数。=1.9104（Lmol-1cm-1）解： 已知Cu原子量为63.55，Cu2+=8.010-6（molL-1）=例：第19页例题一有色化合物0.0010%水溶液在2cm比色皿中测得透射比为52.2%。已知它在520nm处摩尔吸光系数为2.24103L/(molcm)。求此化合物摩尔质量。解：A = -lgT = bc = b(0.00101000/100)/ Mr= b0.010/ Mr M r = b

10、0.010/(-lgT )=2.241030.0102 / (-lg0.522) = 159 (g/mol) 第20页10.1.3 偏离朗伯比耳定律原因* 标准曲线法测定未知溶液浓度时，发觉：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯比耳定律偏离。引发这种偏离原因（两大类）：一类是物理性原因：由仪器精度不够引发。另一类是化学性原因：溶液发生相互作用引发 。图10-4 标准曲线对比耳定律偏离第21页 朗伯比耳定律前提条件之一是入射光为单色光。分光光度计只能取得近乎单色狭窄光带。难以取得真正纯单色光。复合光可造成对比耳定律正或负偏离。 非单色光、杂散光、非平行入射光都会引发对朗

11、伯比耳定律偏离。但主要还是非单色光作为入射光引发偏离。 （1）物理性原因非单色光引发偏离第22页非单色光作为入射光引发偏离图10-5 复合光对比耳定律影响在图上A-c曲线上部(高浓度区)则弯曲愈严重。故朗伯比耳定律只适合用于稀溶液。预防非单色光引发偏离办法：首先应选择比很好单色器。另外还应将入射波长选定在待测物质最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。第23页（2） 化学性原因 朗伯比耳定律假定：全部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，直接影响了对光吸收。 故：朗伯比耳定律只适合用于稀溶液。 当溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配

12、合物形成等化学平衡时，也会使吸光质点浓度发生改变，影响吸光度。第24页 例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在以下平衡： CrO42- 2H = Cr2O72- H2O（黄色） （橙色） 碱性溶液中测CrO42-或酸性溶液中测Cr2O72-均可取得较满意结果。若改变溶液酸度会造成平衡移动，发生偏离比耳定律。第25页10.2 可见分光光度法10.2.1分光光度计基本部件10.2.2显色反应及影响原因*10.2.3 吸光度测量条件选择第26页 10.2.1 分光光度计基本部件（1） 光源光源单色器吸收池检测显示系统在整个紫外光区或可见光谱区能够发射连续光谱，含有足够辐射强度、很好稳定性、较长使用寿命。可见

13、光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在3202500 nm。第27页（2）单色器入射狭缝：光源光由此进入单色器；准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：棱镜或光栅；可将复合光分解成单色光；聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；出射狭缝：单色光由此射入样品室吸收池 检测显示系统。将光源发射复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光光学系统。吸收池光源第28页（3）吸收池样品室：吸收池（比色皿）和对应池架附件。吸收池：石英池（紫外区）和玻璃池（可见区）。（4）检测系统 硒光电池 光电管 指示器利用光电效应将透过吸收池光信号变成可测电信号。用（硒）光电池（72

14、）、光电管或光电倍增管（721、751）、（5）结果显示统计系统是把放大信号以A或T方式显示或统计下来装置。有：检流计、微安表、数字显示统计仪、微机等进行仪器自动控制和结果处理。图10-7 吸光度与透光率标尺刻度第29页1. 72型1.稳压电源开关 2.波长调整器 3.光路闸门 4.单色器光源开关 5.比色皿定位装置 6.光亮调整器 7.检流计电源开关 8.零点调整器 9.灵敏度调整器 10.比色皿架 72型光度计安装示意图第30页1.指示灯 2.电源开关 3.灵敏度选择按钮 4.比色皿座定位拉杆 5.透光率100电位器旋钮 6.透光率0电位器旋钮 7.波长调整旋钮 8.波长示窗 9.光密度（

15、透光率）表 10.比色皿暗箱盖 721型分光光度计2. 721型第31页3. 751型第32页附： 几个惯用分光光度计分光光度计国产型号工作范围/nm光 源单色器接收器应 用可见分光光度计72型721型420700360700钨灯钨灯玻璃棱镜玻璃棱镜硒光电池光电管无机物和有机物含量测定紫外-可见和近红外分光光度计751型或WFD-8型2001000氢灯及钨灯石英棱镜或光栅光电管或光电倍增管无机物和有机物含量测定;有机物结构分析红外分光光度计WFD-3型76040000硅碳棒岩盐真空热电偶有机物结构分析第33页10.2.2 显色反应及其影响原因*（1）显色反应及其选择（2）显色剂（3）显色反应条

16、件选择第34页（1）显色反应及其选择显色反应：将待测物转变成有色化合物反应。比如：钢中微量锰测定，Mn2不能直接进行光度测定 2Mn25S2O82-8H2O = 2MnO4-+ 10SO42-16H+生成紫红色MnO4-在525 nm处能够进行光度测定。配位显色反应: 当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强紫外可见吸收光谱。氧化还原显色反应:氧化剂：过二硫酸根第35页大显色剂显色反应灵敏度高显色剂显色条件最大（nm）氨铜试剂（DDTC）双环己铜草酰双腙（BCO）双硫腙pH5.79.2CCl4萃取pH8.99.6 0.1mol/L酸度CCl4萃取6204365955

17、331.21021.31041.61045.0104Cu2+显色剂及其配合物值选择显色反应时应考虑原因： （1.1）灵敏度高：=104105第36页（1.2）选择性高：选择干扰小或易除去干扰显色剂（1.3）显色剂在测定波优点无显著吸收两种有色物最大吸收波长之差： = 称为“对比度”;要求 60nm。（1.4）生成有色化合物组成恒定 化学性质稳定能够确保最少在测定过程中吸光度基本保持不变，不然将影响吸光度测定准确性及重现性。第37页(2) 显色剂(2.1)无机显色剂：硫氰酸盐(测Fe,Mo,W)、钼酸铵(测P,Si,W)、过氧化氢(测Ti,V)等几个。(2.2)有机显色剂：种类繁多(偶氮类、三苯

18、甲烷类等)有机显色剂中含有生色团和助色团。生色团 (含不饱和键基团,能吸收波长大于200nm光)如：偶氮基（-N=N-），羰基（C=O），硫羰基（C=S），亚硝基（-N=O）等。助色团（含有孤对电子基团，与生色团上不饱和键相互作用，能够使颜色加深）如：胺基（-NH2 、RNH-或R2N-）、羟基（-OH）等第38页偶氮类显色剂(ON型) ：本身是有色物质，生成配合物后,颜色发生显著改变；含有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，应用最广泛。如：偶氮胂（测Th,Zr,U）、PAR（测Ag,Hg,Ga,U）4-(2-吡啶偶氮)-间苯二酚三苯甲烷类(OO型螯合显色剂)：铬天青S (C

19、AS)主要测Al; pH55.8时显色;mxa=530nm,=5.9104）等。第39页其它有机显色剂丁二酮肟(DMG)(NN型螯合显色剂):主要测Ni4+，在NaOH碱性中,有氧化剂 (过硫酸铵)存在时, 生成可溶性红色络合物;mxa=470nm, =1.3104邻二氮杂菲(Phen ;1,10-二氮菲;邻菲罗啉) (NN型螯合显色剂):主要测Fe2+, pH56时生成稳定桔红色Fe(Phen)3 2+;mxa=508nm, =1.110412456378910第40页(3)显色条件选择（3.1）显色剂用量显色反应式: M(待测物)R(显色剂)=MR(有色配合物) 吸光度A与显色剂用量CR关

20、系会出现如图所表示几个情况:选择曲线a或b中改变平坦处。第41页（3.2）反应体系酸度M + HR MR + H+ （显色剂）（有色配合物） 在相同试验条件下，分别测定不一样pH值条件下显色溶液吸光度。（3.3）显色反应温度： 试验确定，普通尽可能采取在室温下进行。（3.4）显色时间：试验确定，在显色反应完全和有色配合物稳定时间内完成。（3.5）溶剂： 普通尽可能采取水相测定。选图中A较大且平坦区对应pH范围。图10-9 吸光度与pH 关系第42页（3.6）共存离子干扰消除加入掩蔽剂选择掩蔽剂标准是：掩蔽剂不能与待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分反应产物不干扰待测组分测定。 例：测定T

21、i4，可加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+(黄色)成为Fe(PO)23-(无色)，消除Fe3+干扰；又如：用铬天菁S光度法测定Al3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将Fe3+还原为Fe2+，消除Fe3+干扰。选择适当显色反应条件分离干扰离子第43页10.2.3 吸光度测量条件选择（1）入射光波长选择（2） 参比溶液选择（3）吸光度读数范围选择与误差第44页（1）入射光波长选择普通应该选择max为入射光波长。但假如max处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能防止干扰入射光波长。c1c2c4c3第45页如:显色剂与钴配合物在420nm处都有最大吸收。图10-10 吸收曲线ABA-钴配合物吸收曲线B-

22、显色剂吸收曲线 若用此波长测定钴，则未反应显色剂会发生干扰而降低测定准确度。所以，选择500nm波长测定很好，在此波长下显色剂不发生吸收，而钴配合物则有一吸收平台。 用此波长测定，灵敏度虽有所下降，却能够消除干扰，从而提升了测定准确度和选择性。第46页测某有色物吸收光谱以下列图所表示，你认为选择那一个波长测定较适当？说明理由。 标准上选择A-曲线上 A 最大处a所对应波长；例：解：但 a 处波长范围很窄，A易随改变而产生较大误差，工作条件难于控制准确一致，将影响测定结果精密度和准确度。采取b 处波长测定则易于控制工作条件，从而减小测量误差。ab第47页（2） 参比溶液选择 为使测得A能真正反应

23、待测溶液吸光强度,需要使用参比溶液。 参比溶液选择普通有以下几个情况：纯溶剂（水)作参比若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波优点有吸收，其它所加试剂均无吸收时选取。 空白溶液(不加试样溶液)作参比若显色剂或其它所加试剂在测定波优点略有吸收，而试液本身无吸收时选取。 第48页试样溶液(不加显色剂)作参比若待测试液在测定波优点有吸收，而显色剂等无吸收时选取。 将试液中待测组分掩蔽后再加显色剂作为参比若显色剂、试液中其它组分在测量波优点有吸收时选取。另外浓度测量值相对误差与其透光度读数T值也相关。第49页（3）吸光度读数范围选择与误差在不一样吸光度(光密度)范围内，读数对测定带来误差不一样，普通读数

24、在标尺两端误差较大（参见标尺刻度图）。 普通在T=7010 (A=0.151. 0)范围内，浓度测量相对误差较小。第50页控制适宜吸光度不一样透光度读数，产生误差大小不一样： A= -lgT=bc 或 lgT = -bc 微分：d(lgT)0.434d(lnT)= 0.434dT/T = -b dc两式相除得： dc/c =( 0.434/TlgT )dT 以有限值表示可得： c/c =(0.434/TlgT)T (10-6) 浓度测量值相对误差（c/c）不但与仪器透光度误差T相关（普通:0.2% 2 %），而且与其透光度读数T 值也相关。第51页若:仪器透光度读数误差T= 0.5(半格读数误

25、差)由图可知：在T=7010 (A=0.151. 0)范围内，浓度测量相对误差约为 1.42.2;最小误差为1.4时T=36.8%( A=0.434)。图10-11 c/c-T关系 (误差曲线)第52页设：T=1%(1格读数误差*)，则可绘出溶液浓度相对误差c/c与其透光度T 关系曲线。 当T =1%，T%=2065(A=0.700.20)之间时，浓度相对误差较小。当:Tmin36.8%, Amin0.434 时浓度相对误差最小为2.72%即:c/c与仪器透光度读数误差T相关。在实际应用中，应参考仪器使用说明书。第53页仪器T与c/c关系Tc/c较小范围1.42.2c/c最小值T= 0.5(半

26、格读数误差)T=7010 (A=0.151. 0)1.4T=36.8%( A=0.434)T=1%(1格读数误差)T%=2065(A=0.700.20)2.72%Tmin36.8%（Amin0.434）第54页课堂练习1：某显色剂与Co()形成有色络合物,在max=598nm处测得吸光度A为0.58,则透射比T=？某显色剂与Cu()形成有色络合物,在max=540 nm处测得透射比T=70.0%,其吸光度A=？若使用仪器测量误差(T)为0.5%,上述两结果由仪器测量引发浓度相对误差分别为多少？第55页解： (a) A=-lgT, 则 T=10-A=10-0.58=26.3% (b) A=-lg

27、T=-lg0.70=0.155 第56页10.3 可见光分光光度法应用10.3.1 高含量组分测定10.3.2 多组分分析第57页10.3.1 高含量组分测定（1*）微量组分测定（标准曲线法）通常采取 A-c 标准曲线法定量测定。 吸光光度法主要用于微量单组分和多组分含量测定，也能够用于高含量组分和痕量组分测定、研究化学平衡和配合物组成等。 配制一系列不一样浓度(c)被测组分标准溶液，在选定max 和最正确操作条件下，测得各自吸光度(A)。第58页以 A-c 作图得一直线（标准曲线）:在完全相同条件下，测得试样吸光度Ax，然后从标准曲线上查得对应浓度cx。标准工作曲线cx第59页采取标准曲线法

28、时必须注意：（1）使用标准溶液浓度范围应该使A与c之间保持直线关系。普通使A在0.151. 0之间为宜，最好参考仪器使用说明书，以确保足够准确度。（2）须用不含被测元素空白溶液作参比，用于仪器调零，方便从试样吸光度中扣除本底空白值。（3）全部操作条件（光源、单色器、检测器等）在整个分析过程中必须保持恒定。第60页（2） 高含量组分测定（示差法） 普通分光光度法普通只适于测定微量组分，当待测组分含量较高(或较低)时，将产生较大误差。需采取示差法。 示差法需要较大入射光强度，并采取浓度稍低于待测溶液浓度标准溶液作参比溶液调整仪器透光度为100（A=0）。然后测定试液吸光度，该吸光度为相对吸光度Ar

29、，对应透光度为相对透光度Tr。第61页测得吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液吸光度之差。 示差法测得吸光度与c呈直线关系。由标准曲线查得对应C值，则可知待测溶液浓度cx ：设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为cs(cs cx)。则： Ax= b cx As = b cs x s=b(cx cs ）=bc cx = cs + c 示差法工作曲线第62页 示差法标尺扩展原理：普通法： csT=10%；cxT=5%示差法： cs 做参比，调T=100%则 cxTr,x= 50% ；标尺扩展10倍第63页试样浓度高(低)：选稍低(高)浓度标准液作参比第64页用不一样Ts溶液作参比时，将其浓度相对

30、误差分别作出误差曲线不一样Ts溶液作参比时误差曲线由图可见：伴随参比溶液浓度增加(即Ts减小)，浓度相对误差也就减小。（假定仪器透光度读数绝对误差T=0.5）。如图所表示：第65页以纯试剂调整透光率满度时(T=100%)，测出某试液Tx=5%，假定仪器T=0.5%，问：测定相对误差(c/c)是多少？ 若以Ts=10%标准液调满度，该试液Tr=？测定相对误差(cx/cx )是多少?解：见华东理科大学，成都科技大合编 分析化学第四版325页例：第66页课堂练习2：欲测定某有机胺摩尔质量,先用苦味酸(M=229g/mol)处理,得到苦味酸胺(系1:1加合物)。今称取此苦味酸胺0.0300 g,溶于乙

31、醇并配制成1L溶液, 用1.00cm比色皿,于其最大吸收波长380nm处测得吸光度为0.800已知苦味酸胺在380nm处摩尔吸光系数 =1.3104L/(molcm) 。试求该有机胺摩尔质量。 第67页解：已知：配制苦味酸胺 0.0300 g /L，苦味酸胺在380nm处 = 1.3104 L/(molcm) A= 0.800 ， b= 1.00cm。 c = A/ b = 0.800 /1.31041.00 = 6.1510 -5 (mol/L) M(苦味酸胺) = 0.0300 (g /L)/ 6.1510-5 (mol/L) = 488 (g/mol) 又：苦味酸M=229g/mol， 则：该有机胺摩尔质量M = 488 - 229 =259 (g/mol