分析化学(第四版-高职高专化学教材编写组)-第九章-吸光光度法课件

1、分析化学（第四版）分析化学（第四版）第九章 吸光光度法“十二五”职业教育国家规划教材第九章 吸光光度法“十二五”职业教育国家规划教材主要内容第一节 概述第二节 吸光光度法的基本原理第三节 分光光度计第四节 显色反应及显色条件的选择第五节 测量条件的选择第六节 定量分析方法及应用示例主要内容第一节 概述学习目标知识目标了解吸光光度法的分类和特点。掌握吸收定律的成立条件、表达式及物理意义。理解分光光度计的基本结构和工作原理。掌握定量分析方法和测量条件的选择。学习目标知识目标能力目标能绘制吸收曲线。能正确选择显色条件和光度测量条件。能应用吸光光度法对样品中的微量成分进行定量分析。能力目标知识回顾 前

2、面所学滴定分析和质量分析都属于化学分析法，适用于含量高于1%常量组分的测定，测定结果的相对误差可控制在0.2%以内。但不宜测定含量低于1%的微量成分。实例：含Fe约0.05%的样品 称0.2 g试样, 则mFe0.1 mg重量法 得沉淀mFe2O30.14 mg，称不准容量法 消耗VK2Cr2O70.02 mL,，测不准 光度法 结果0.048%0.052%， 满足要求知识回顾 前面所学滴定分析和质量分析都属于化学 KMnO4水溶液呈深紫色，K2CrO4溶液呈橙色，CuSO4溶液呈蓝色当这些有色物质溶液的浓度发生变化时，溶液颜色的深浅也随之改变，浓度越大，颜色越深。一、吸光光度法的分类 物质呈

3、现不同的颜色其本质是对光的选择性吸收； 颜色深浅随浓度而变化是对光的吸收程度不同。通过深入研究，人们发现：第一节 概 述 KMnO4水溶液呈深紫色，K2Cr通过比较溶液颜色的深浅来测定物质的含量的方法，称为目视比色法。目前普遍采用分光光度计测量吸光度以代替比较颜色深浅，应用分光光度计的分析方法称为分光光度法。 分光光度法根据物质对不同波长的单色光的吸收程度不同进行定性和定量分析。按照研究的波谱区域不同，可分为：分光光度法紫外分光光度法200-400nm红外分光光度法780-3.0104nm 可见分光光度法 400-780nm通过比较溶液颜色的深浅来测定物质的含量的方法，称为目视比色法吸光光度法

4、比色分析法分光光度法 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。 吸光光度法比色分析法分光光度法 吸光光度法是基于物质对 1. 灵敏度高：常用于测定试样中质量分数为（10-210-8）的微量或痕量组分。 二、吸光光度法特点 2. 准确度高：一般分光光度法的相对误差25，能够满足微量组分的测定要求。 3. 仪器简单，操作简便、快速 4. 应用广泛 几乎所有的无机离子和许多有机化合物都能直接或间接用吸光光度法测定。在化工、医药、冶金、环境保护、地质等诸多领域已成为必不可少的测试手段之一。 1. 灵敏度高：常用于测定试样中质量分数为（10-2（一）光的基本特性射线x射线紫外光红外光微

5、波无线电波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可 见 光一、物质对光的选择性吸收1.电磁波谱：光是一种电磁波第二节 吸光光度法的基本原理（一）光的基本特性射线x射线紫外光红外光微波无线电波102.可见光、单色光和互补色光可见光：人眼能感觉到的那一小段光，波长范围约400780nm 单色光：单一波长的光组成。单色光其实是一种理想的“单色”，实际上含有少量其它波长的色光复合光：由不同波长的光组合而成的光互补色光：两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合可得到白光，这两种单色光称为互补色光。2.可见光、单色光和互补色光可见光：人眼能

6、感觉到的那一小段光（二）物质对光的选择性吸收 一种物质呈现何种颜色，与入射光组成和物质本身的结构有关,而溶液呈现不同的颜色是由于溶液中的吸光质点(离子或分子)选择性地吸收某种颜色的光而引起的。 1.物质颜色的产生（二）物质对光的选择性吸收 一种物质呈现何种颜色，与入 如果对某种色光产生选择性吸收，则溶液呈现透射光的颜色，即溶液呈现的是它吸收光的互补色光的颜色。如硫酸铜溶液选择性地吸收了白色光中的黄色光，所以呈现蓝色。 如果入射光全部透过（不吸收），则溶液无色透明。常见的有下列三种情况： 当白光通过某一均匀溶液时，如果各种波长光几乎全部被吸收，则溶液呈黑色。 如果对某种色光产生选择性吸收，则溶液

7、呈现透射光的颜溶液的颜色与光吸收的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光溶液的颜色与光吸收的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表不同颜色的可见光波长及其互补光红650 760绿蓝橙610 650蓝黄580 610紫黄绿560 580红紫绿500 560红蓝绿490 500橙绿蓝480 490黄蓝450 480黄绿紫400 450互补光颜色/nm蓝绿 互补色光和各种颜色光的波长范围，可作为光度测定时选择测量波长的参考不同颜色的可见光波长及其互补光红650 760绿蓝橙61 若以不同波长的光照射某一溶液，并测量每一波长下溶液对光的吸收程度（即吸光度A），以吸光度为纵坐标，相应

8、波长为横坐标，所得A-曲线，称为吸收曲线。它更清楚地描述了物质对光的吸收情况。四种不同浓度KMnO4溶液的吸收曲线2.物质的吸收曲线 任何一种溶液对不同波长光的吸收程度是不一样的。 若以不同波长的光照射某一溶液，并测量每一波长 同一物质不同浓度的溶液，在一定波长处吸光度随溶液浓度的增加而增大 定量分析的依据 定量分析时，在max处测定A，其灵敏度最高，因此吸收曲线是吸光光度法选择测量波长的重要依据。从图中可以看出： 吸光度最大处的波长称为最大吸收波长，用max表示，例如的KMnO4溶液的 max =525nm。 同一物质不同浓度的溶液，在一定波长处吸光度随溶液浓3.物质对光产生选择性吸收的原因

9、 物质对可见光的吸收与物质分子中电子能级和分子振动、转动能级的跃迁有关。由于这些能级是量子化的，所以分子在这些能级之间的跃迁也只能吸收一定的能量。即只有当入射光的光子能量与分子内两能级之间的能量差相等时，分子才能吸收该光子，分子本身从基态被激发到激发态。不同物质的激发态和基态的能量差不同，选择性吸收光子的波长也不同，此即物质对光产生选择性吸收的原因。分子吸收光谱为带状的连续光谱。3.物质对光产生选择性吸收的原因 物质对可见光的吸收与二、光吸收的基本定律: Lambert-Beer定律当一束平行单色光，通过一均匀的溶液后，光的强度会减弱 。I0 = Ia + It入射光强度吸收光强度透过光强度二

10、、光吸收的基本定律: Lambert-Beer定律当一束平（1）透光度T （透射比）Transmittance定义透光度：T 取值为0.0 1.0全部吸收 全部透射 A = lg(1/T) = -lgT（2）吸光度A (Absorbance）A 取值为 0.0 全部透射全部吸收二者关系为：定义吸光度 ：1.透射比和吸光度（1）透光度T （透射比）Transmittance定义透2. 朗伯-比尔定律 朗伯和比尔分别研究了吸光度与液层厚度和吸光度与浓度之间的定量关系，合称朗伯-比尔定律，其数学表达式为：吸光度吸收层厚度(cm)吸光质点浓度A=lg(I0/It)=kbc 物理意义:当一束平行单色光通

11、过均匀、透明的吸光介质时，其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比吸光光度法定量分析的理论基础2. 朗伯-比尔定律 朗伯和比尔分别研究了吸光度与液层K的取值与浓度的单位有关K 比例常数入射光波长物质的性质温度3. 吸光系数当c的单位为gL-1时，比例常数用a 表示，称为质量吸光系数 Aa b 当c的单位用molL-1时，比例常数用表示,称为摩尔吸光系数 A b c a 的单位: Lg-1cm-1 的单位: Lmol-1cm-1A=kbcK的取值与浓度的单位有关K 比例常数入射光波长物质的性质温度三、偏离朗伯-比尔定律的原因 出现的现象： 在高浓度端，A与c偏离线性，呈弯曲状。 产生原因

12、：1.单色光不纯 现有仪器无法获得纯单色光，只能获得小范围的复合光。 通常选择吸光物质的最大吸收波长max为入射光的波长，以保证测定有较高的准确度和灵敏度。三、偏离朗伯-比尔定律的原因 出现的现象： 在高浓度端，A与3 .溶液本身引起的偏差1）若溶液浓度大于0.01molL-1时，粒子间的相互作用2）溶液以胶体、乳浊、悬浮状态存在时，有反射、散射作用2 .化学因素溶液中的吸光物质常因解离、缔合或产生副反应而改变其浓度，导致偏离。因此应严格控制显色剂的用量，减少或避免这类偏离。3 .溶液本身引起的偏差1）若溶液浓度大于0.01molL分光光度法的基本部件 用于测定试样吸光度的仪器称为分光光度计，

13、其基本结构由五部分构成。光源单色器样品室检测器显示一、分光光度计的基本组成部件第三节 分光光度计分光光度法的基本部件 用于测定试样吸光度的仪器称为分光光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。可见光区：钨灯，碘钨灯(3202500nm)紫外区：氢灯，氘灯(180375nm)单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置 棱镜: 玻璃3503200nm, 石英185400nm 光栅: 波长范围宽,色散均匀,分辨率高, 使用方便光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。 吸收池(比色皿)：用于盛待测及参比溶液。 可见光区：光学玻璃池 紫外区：石英池 规格：0.5，1

14、，2，3，5cm不等检测器：利用光电效应，将光能转换成电流信号。 光电池，光电管，光电倍增管信号处理及指示器：数字显示，自动扫描记录等样品室：用于放置各种类型的吸收池和相应的池架附件 吸收池(比色皿)：用于盛待测及氙灯氢灯钨灯光源吸收池氙灯氢灯钨灯光源吸收池二、分光光度计的类型 1.根据分光光度计的光源所提供波长的范围，分为可见分光光度计（波长范围400780nm）和紫外可见分光光度计(波长范围2001000nm)；2.根据光路设计分为单光束分光光度计和双光束分光光度计；3.根据测量中提供的波长数分为单波长分光光度计和双波长分光光度计。 二、分光光度计的类型 1.根据分光光度计的光源所提供波

15、可见光区的吸光光度分析，首先要利用显色反应将待测组分转变为有色物质，然后进行测定。显色剂：将待测组分转变为有色物质的化学试剂显色反应：M + R MR被测组分有色物质显色剂第四节 显色反应及显色条件的选择 可见光区的吸光光度分析，首先要利用显色反应将1.灵敏度高，大。2.选择性好，干扰少。3.显色后的物质组成恒定，化学性质稳定。4.有色物质与显色剂颜色差别大。显色剂在测定波长处无明显吸收, max 60 nm;M + R MR一、对显色反应的要求1.灵敏度高，大。M + R 影响因素二、显色条件的选择M + R MROH-M（OH）nH+HnR显色剂用量酸度温度显色时间溶剂溶液中共存离子影响因

16、素二、显色条件的选择M + 1.酸度pH 酸度对显色反应有多方面影响，合适的酸度需通过实验确定。 固定cM、cR，改变pH，配系列溶液，分别测其吸光度，绘图。1.酸度pH 酸度对显色反应有多方面影响，合适的酸度需2. 显色剂用量 为使显色反应完全，需加入过量的显色剂，但有时显色剂太多，引起副反应，用量通过实验选择。 cM、pH，改变cR，配系列溶液，分别测其吸光度，绘图。cRcRcRMo(SCN)32+ 浅红Mo(SCN)5 橙红Mo(SCN)6- 浅红Fe(SCN)n3-n2. 显色剂用量 为使显色反应完全，需加入过量的显色剂3. 显色时间 有的显色反应瞬间完成，有的需要放置一定时间。有的放

17、置时间太长不稳定，通过实验选择。4. 显色温度显色反应要在合适的温度下进行 固定cM、 cR 、 pH，改变温度和时间2550t /minA3. 显色时间 有的显色反应瞬间完成， 有时在显色反应中加入有机溶剂，可提高显色反应的灵敏度。5.溶剂6.溶液中共存离子的影响 共存离子有色或显色剂反应生成有色物质干扰测定，需设法消除或提前分离之。 有时在显色反应中加入有机溶剂，可提高显色反应的灵敏度。三、显色剂的种类无机显色剂（少用）过氧化氢钼酸铵硫氰酸盐等有机显色剂：偶氮类、三苯甲烷类等,应用广泛三、显色剂的种类无机显色剂过氧化氢有机显色剂：偶氮类、三苯甲应根据吸收曲线，一般选择最大吸收时的波长max

18、.一、入射光波长的选择有干扰A无干扰，选择 max优点：A1.非单色光影响小2.灵敏度高原则： 吸收最大，干扰最小第五节 测量条件的选择应根据吸收曲线，一般选择最大吸收时的波长max.一、入射光二、参比溶液的选择 吸光度的测量：将被测溶液盛放在吸收池中，放入分光光度计光路中。如图所示：MR吸收试样中其他成分吸收溶剂和试剂吸收吸收池对光的反射和吸收A=lg(I0/It)二、参比溶液的选择 吸光度的测量：将被测溶 目的是为了消除由于比色皿、溶剂及试剂对入射光的反射和吸收等带来的误差。A （样品） = A （MR） + A （干扰）+ A （吸收池）A （参比） = A （干扰）+ A （池）=0

19、为了使吸光度真正反映待测组分的浓度，需扣除非待测组分的影响使用参比溶液，将不含待测离子的溶液或试剂加入一比色皿中，试液放入另一比色皿中，再调节仪器，使不含待测离子溶液处于T=100%（A=0）处。A （样品）- A （参比）= A （MR）= kbc 目的是为了消除由于比色皿、溶剂及试剂对入射光 1）当试液、显色剂及所用的其它试剂在测量波长处均无吸收，仅MR有吸收，可用纯溶剂作参比溶液。 如：制备邻二氮菲（phen）Fe2+标准曲线 选择参比溶液的原则：试液的吸光度真正反映待测组分的浓度。 2）显色剂或其他试剂也有吸收，可用空白溶液作参比 例:邻二氮菲光度法测Li2CO3中的 Fe， 参比溶液

20、为不含Li2CO3样品的所有试剂。 3）待测液也有吸收，可用待测液作参比。 如：测汽水中的 Fe 1）当试液、显色剂及所用的其它试剂在测量波长处均无吸三、吸光度范围的选择 仪器光源不稳定、实验条件的偶然变动、读数精度变动等都会带来测量误差。光度分析误差化学因素仪器因素浓度测量的相对误差与T(或A)的关系：仪器读数误差对于给定的仪器，读数误差T为一常数三、吸光度范围的选择 仪器光源不稳定、实验条件的偶然变动1086420204060800.70.40.20.1AT/%Er(36.8)0.434实际工作中，应控制T在1570, A在0.20.8之间(调c, b, ) 因此，在不同的吸光度范围内仪器

21、读数对测定带来不同程度的误差。1086420204060800.70.40.20.1AT/一、定量分析方法（一）目视比色法 用眼睛观察、比较待测物质溶液颜色深浅以确定其含量的方法。 标准系列法：将标准溶液和被测溶液在相同条件下进行颜色对比， 因入射光相同（日光或灯光），吸光系数相等，因此当溶液液层厚度相同、颜色深度一样时，二者的浓度相等。第六节 定量分析方法及应用示例一、定量分析方法（一）目视比色法 用眼睛观察、比较待测比色管观察方向c4c3c2c1c1c2c3c4标准液系列法 一套直径、长度、玻璃厚度、玻璃成分都相同的平底比色管比色管观察方向c4c3c2c1c1c2c3c4标准液系列法 特点

22、：灵敏、仪器简单、操作方便 ，准确度差。常用于限界分析。 国标规定白酒中甲醇含量0.04g/100mL品红亚硫酸法测定标准系列未知样品特点：灵敏、仪器简单、操作方便 ，准确度差。常用于限界分析。（二）分光光度法1.单一组分的定量分析（1）标准曲线法 选取与被测物质含有相同组分的标准品，配制一系列不同浓度的标准溶液，按所需条件显色后，选择测定波长和适当的比色皿，分别测定它们的吸光度A。以A为纵坐标，浓度c或为横坐标，绘制吸光度与浓度的关系曲线，称为标准曲线。 0 1.0 2.0 3.0 4.0 (mg/mL)A。 。 。 。0.800.600.400.200.00（二）分光光度法1.单一组分的定

23、量分析（1）标准曲线法 在相同条件下测得试液的吸光度，从标准曲线上查出试液的浓度，再计算试样中待测组分的含量。（1）标准曲线法 0 1.0 2.0 3.0 4.0 (mg/mL)A。 。 。 。*0.800.600.400.200.00Axcx 在相同条件下测得试液的吸光度，从标准曲线上查标准曲线法准确、简便，尤其适用于批量样品的常规分析。 由于受到各种因素的影响，实验测出的各点可能不完全在一条直线上，手工绘制的标准曲线或多或少带有主观性，若根据最小二乘法原理对实验数据进行线性回归处理，确定的回归直线就会更准确。 设有n个实验点（xi，yi），其回归直线方程可表示为： y=a+bx 式中x为标

24、准溶液的浓度，y为相应的吸光度；a、b为回归系数，a表示直线的截距，b表示斜率。标准曲线法准确、简便，尤其适用于批量样品的常规分析。 由于其中： 当a和b确定之后，一元线性回归方程及回归直线就确定了，利用该方程可以求得线性范围内试样吸光度所对应的浓度。其中： 当a和b确定之后，一元线性回归方程及回归 标准曲线线性的好坏可用回归方程的线性相关系数r来表示：r越接近于1，说明线性越好，分光光度法一般要求r0.999。 标准曲线线性的好坏可用回归方程的线性相关系数（2）比较法 在实际工作中，对于个别样品的测定，有时也采用比较法。这种方法是用一个已知准确浓度的标准溶液cs，在一定条件下测定其吸光度As ，然后在相同条件下测定试液cx的吸光度Ax，当试液和标准溶液完全符合朗伯-比尔定律时：使用这种方法要求cs与cx很接近，且都符合吸收定律。（2）比较法 在实际工作中，对于个别样品的测定2、 多组分含量的测定多组分样品的吸收曲线有三种情况1）各组分吸