第9章-吸光光度法

分析化学第九章吸光光度法

Spectrophotometry返回基本内容和重点要求掌握物质对光的选择性吸收、吸光度和透光度、朗伯—比耳定律及摩尔吸光系数等知识；了解比色分析和分光光度法的特点、基本原理、仪器构造和各部件的作用；学习显色反应和显色条件的选择；理解分光光度法定量分析中的各种影响因素。返回第九章吸光光度法§9.1吸光光度法基本原理§9.2目视比色法及光度计的基本部件§9.3显色反应及显色条件的选择§9.4吸光度测量条件的选择§9.5吸光光度法的应用示例返回§9.1

吸光光度法基本原理一、方法依据及分类二、方法特点三、光的基本性质四、物质对光的选择性吸收五、光的吸收基本定律——朗伯－比耳定律六、偏离比耳定律的原因返回一、方法依据及分类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、可见及紫外光度法及红外光谱法等。比色分析法通过目视比较颜色的深浅来测定物质的浓度。吸光光度法使用光度计测定的方法。返回二、方法特点灵敏度高、选择性好准确度较高应用广泛仪器简单、操作简便、分析快速返回三、光的基本性质光的波动性和微粒性电磁波谱图单色光与复合光互补色光返回1.光的波动性和微粒性返回2.电磁波谱图波长/nm10-1110102400760103104105106107108光谱名称X－射线紫外光可见光红外光微波跃迁类型内层电子中层、外层电子外层电子分子振动或转动分子转动分析方法X－射线光谱法紫外光度法比色及可见光度法红外光谱法微波光谱法Ultraviolet－VisibleSpectrophotometry返回3.单色光与复合光单色光：具有同一波长的光复合光：不同波长组成的光可见光的波长大约在400～760nm之间，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成，各种光具有一定的波长范围。返回4.互补色光如果把适当颜色的两种色光按一定强度比例混合，可以组成白光，这两种色光称为互补色光。返回四、物质对光的选择性吸收物质颜色和吸收颜色的关系双原子分子能级示意图吸收光谱图分析依据返回1.物质颜色和吸收颜色的关系白光KMnO4紫色返回表9-1物质颜色和吸收颜色的关系物质颜色吸收光颜色波长范围/nm黄绿紫400～450黄蓝450～480橙绿蓝480～490红蓝绿490～500紫红绿500～560紫黄绿560～580蓝黄580～600绿蓝橙600～650蓝绿红650～750返回152.双原子分子能级示意图AV''43210V'43210BJ'420返回3.吸收光谱图400450500550600650/nmA0.80.60.40.2最大吸收波长max返回4.分析依据定性分析：最大吸收波长max定量分析：吸光度大小400450500550600650/nmA0.80.40.60.212返回五、光的吸收基本定律

——朗伯－比耳定律透光率与吸光度朗伯－比耳定律吸光系数、摩尔吸光系数吸光度的加合性返回1.透光率T与吸光度AI0IrIaIt透光率或透射比吸光度TransmittanceandAbsorptivity返回

0102030405060708090100T%

1.00.70.60.50.40.3

0.20.10.050A∞透光率T与吸光度A的关系返回2.朗伯—比耳定律Lambert-Beer’sLawA－吸光度K－比例常数，与吸光物质的性质、入射光波长、温度等有关b－液层厚度，cmc－溶液的浓度，molL-1或gL-1返回3.吸光系数、摩尔吸光系数吸光系数a：摩尔吸光系数：关系：

＝Mac－gL-1b－cma=A/(bc)，L·g-1·cm-1c

－molL－1b－cm=A/(bc)，L·mol-1·cm-1返回例150mL比色管中，加入含有0.025mg的Fe2+溶液，加入邻二氮菲显色剂，用水稀释至50mL，用2cm比色池，在分光光度计上测得吸光度A=0.190，计算摩尔吸光系数？解：返回4.吸光度的加合性多组分体系中返回六、偏离比耳定律的原因标准曲线（校正曲线）非单色光引起的偏离化学因素引起的偏离介质不均匀引起的偏离返回Standardcurve，calibratedcurve，workingcurve1.标准曲线（校正曲线）A0.500.400.300.200.1002.04.06.08.010mg/mL返回A0.500.400.300.200.1002.04.06.08.010mg/mL正偏离负偏离返回2.非单色光引起的偏离目前各种分光光度计得到的入射光实际上都是具有某一波段的复合光，物质对不同波长光的吸收程度的不同，因而导致对朗伯－比耳定律的偏离。克服非单色光引起的偏离的措施：使用比较好的单色器；人射光波长选择在被测物质的最大吸收处；测定时应选择适当的浓度范围。返回3.化学因素引起的偏离溶液中的吸光物质常因解离、络合、缔合、形成新化合物或互变异构等化学变化而改变其浓度，因而导致偏离朗伯—比耳定律。在分析测定中，要控制溶液的条件，使被测组分以一种形式存在，以克服化学因素所引起的对朗伯－比耳定律的偏离。返回4.介质不均匀引起的偏离溶液不均匀时，入射光通过溶液后，有一部分因散射现象而损失，使透射比减少，实测吸光度增加，使标准曲线偏离直线向吸光度轴弯曲（正偏离）。在光度法中应避免溶液产生胶体或混浊。返回§9.2目视比色法及光度计的基本部件一、目视比色法二、光度计的基本部件三、方法比较返回一、目视比色法（Colorimetry

）方法依据用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。12481632x返回方法特点优点仪器简单、操作简便，适宜于大批试样的分析。灵敏度高，因为是在复合光－白光下进行测定，故某些显色反应不符合朗伯－比耳定律时，仍可用该法进行测定。缺点准确度不高，标准系列不能久存，需要在测定时临时配制。返回二、光度计的基本部件光源单色器吸收池检测系统返回1.光源在可见光和近红外光区，常用钨灯或碘钨灯作光源，它们辐射320－2500nm波长的光；在近紫外区，常使用氢灯或氘灯，它们能辐射180－375nm波长的光。光源单色器检测系统吸收池返回2.单色器滤光片－由有色玻璃片制成，只允许和它颜色相同的光通过，得到的是近似的单色光。棱镜－用光学玻璃或石英制成，光通过棱镜发生折射而色散。光栅－光通过光栅发生衍射和干涉现象而分光。光源单色器检测系统吸收池返回3.吸收池也称比色皿，用于盛吸收溶液；由无色透明的光学玻璃或石英制成；液层厚度为0.5、1、2、3cm等的一套长方形或圆柱形比色皿。光源单色器检测系统吸收池返回4.检测系统硒光电池或光电管作检测器，检流计作读数装置。另可配置记录仪、数字显示器及计算机等。光源单色器检测系统吸收池返回双光束紫外分光光度计三、方法比较方法比较目视比色法吸光光度法分光装置无棱镜或光栅检测系统肉眼光电管或光电倍增管特点不需仪器、操作简便、准确度差。入射光单色性强、灵敏度高、准确度好。返回§9.3显色反应及显色条件的选择一、显色反应二、显色反应的选择三、显色条件的选择四、显色剂返回一、显色反应（Colorreaction）待测物质本身有较深的颜色，直接测定；待测物质是无色或很浅的颜色，需要选适当的试剂与被测离子反应生成有色化合物再进行测定，此反应称为显色反应，所用的试剂称为显色剂（colorreagent）。按显色反应的类型来分，主要有氧化还原反应和络合反应两大类，而络合反应是最主要的。返回二、显色反应的选择灵敏度高，有色物质的ε应大于104；选择性好，干扰少，或干扰容易消除；有色化合物的组成恒定，化学性质稳定，至少保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定；显色剂在测定波长处无明显吸收，即显色剂对光的吸收与络合物的吸收有明显区别，要求两者的吸收峰波长之差Δλ（称为对比度）大于60nm。返回三、显色条件的选择显色剂用量酸度显色温度显色时间干扰的消除溶剂返回1.显色剂的用量M+R=MR（被测组分）（显色剂）（有色络合物）为使显色反应进行完全，需加入过量的显色剂。但有些显色反应，显色剂加入太多，反而会引起副反应，对测定不利。在实际工作中根据实验结果来确定显色剂的用量。返回cA0cA0cA0123返回2.酸度M+HR=MR+H+影响显色剂的平衡浓度和颜色影响被测金属离子的存在状态影响络合物的组成制作pH与吸光度关系曲线确定pH范围。pHA0返回3.显色温度显色反应大多在室温下进行，有些显色反应需加热至一定温度完成；有些有色物质温度偏高时易分解；制作温度与吸光度关系曲线确定显色温度范围。返回4.显色时间有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定状态，并在较长时间内保持不变；有些显色反应虽能迅速完成，但有色络合物的颜色很快开始褪色；有些显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳定；制作吸光度-时间曲线确定适宜时间。返回tA0tA0tA0123返回5.干扰的消除干扰物质本身有颜色或与显色剂反应，在测量条件下也有吸收，造成正干扰；干扰物质与被测组分反应或与显色剂反应，便显色反应不完全，也会造成干扰；干扰物质在测量条件下从溶液中析出，便溶液变混浊，无法准确测定溶液的吸光度。返回干扰的消除加入络合掩蔽剂或氧化还原掩蔽剂，使干扰离子形成无色络合物或无色离子；选择适当的显色条件以避免干扰；选择适当的光度测量条件；分离干扰离子。返回6.溶剂有机溶剂降低有色化合物的解离度，提高显色反应的灵敏度。如在Fe(SCN)3的溶液中加入丙酮颜色加深；还可能提高显色反应的速率，影响有色络合物的溶解度和组成等。返回四、显色剂无机显色剂有机显色剂多元络合物返回1.无机显色剂无机显色剂不多，因为生成的络合物不稳定，灵敏度和选择性也不高，目前应用不多。如用KSCN显色测铁、钼、钨和铌；用钼酸铵显色测硅、磷和钒等。返回2.有机显色剂有机显色剂分子中含有生色团和助色团。生色团（chromophoricgroup）：含不饱和键的基团，如偶氮基、对醌基和羰基等。这些基团中的π电子被激发时需能量较小，可吸收波长200nm以上的可见光而显色。助色团（auxochromicgroup）：含孤对电子的基团，如氨基、羟基和卤代基等。助色团与生色团的不饱和键作用，使颜色加深。返回常用有机显色剂磺基水杨酸：OO型螯合剂，可与很多高价金属离子生成稳定的螯合物，主要用于测Fe3+。丁二酮肟：NN型螯合剂，用于测定Ni2+。1,10-邻二氮菲：NN型螯合剂，测微量Fe2+。返回二苯硫腙：含S显色剂，萃取光度测定Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等。偶氮胂Ⅲ(铀试剂Ⅲ)：偶氮类螯合剂，强酸性溶液中测Th(Ⅳ)、Zr(Ⅳ)、U(Ⅳ)等；在弱酸性溶液中测稀土金属离子。铬天青S：三苯甲烷类显色剂，测定Al3+。结晶紫：三苯甲烷类碱性染料，测定Tl3+。返回上一页下一页退出3.多元络合物多元络合物三元络合物离子缔合物金属离子－络合剂－表面活性剂体系杂多酸返回多元络合物由三种或三种以上的组分所形成的络合物。目前应用较多的是由一种金属离子与两种配位体所组成的三元络合物。三元络合物在吸光光度分析中应用较普遍。返回三元混配络合物金属离子与一种络合剂形成未饱和络合物，然后与另一种络合剂结合，形成三元混合配位络合物，简称三元混配络合物。例如，V(V)，H2O2和吡啶偶氮间苯二酚(PAR)形成1:1:1的有色络合物，可用于钒的测定，其灵敏度高，选择性好。返回离子缔合物金属离子先与络合剂生成络阴离子或络阳离子，再与带反电荷的离子生成离子缔合物。主要用于萃取光度法。如：Ag+与1,10-邻二氮菲形成阳离子，再与溴邻苯三酚红的阴离子形成深蓝色的离子缔合物。用F-、H2O2、EDTA作掩蔽剂，可测定微量Ag+。作为离子缔合物的阳离子，有碱性染料、邻二氮菲及其衍生物、安替比林及其衍生物、氯化四苯砷(或磷、锑)等；作为阴离子，有X-，SCN-，ClO4-，无机杂多酸和某些酸性染料等。返回金属离子－络合剂－表面活性剂体系金属离子与显色剂反应时，加入某些表面活性剂，可以形成胶束化合物，它们的吸收峰向长波方向移动（红移），而测定的灵敏度显著提高。目前，常用于这类反应的表面活性剂有溴化十六烷基吡啶、氯化十四烷基二甲基苄胺、氯化十六烷基三甲基铵、溴化十六烷基三甲基铵、溴化羟基十二烷基三甲基铵、OP乳化剂。例如，稀土元素、二甲酚橙及溴化十六烷基吡啶反应，生成三元络合物，在pH8~9时呈蓝紫色，用于痕量稀土元素总量的测定。返回杂多酸溶液在酸性的条件下，过量的钼酸盐与磷酸盐、硅酸盐、砷酸盐等含氧的阴离子作用生成杂多酸，作为吸光光度法测定相应的磷、硅、砷等元素的基础。杂多酸法需要还原反应的酸度范围较窄，必须严格控制反应条件。很多还原剂都可应用于杂多酸法中。氯化亚锡及某些有机还原剂，例1-氨基-2-萘酚-4-磺酸加亚硫酸盐和氢醌常用于磷的测定。硫酸肼在煮沸溶液中作砷钼酸盐和磷钼酸盐的还原剂。抗坏血酸也是较好的还原剂。返回§9.4吸光度测量条件的选择一、入射光波长的选择二、参比溶液的选择三、吸光度读数范围的选择返回一、入射光波长的选择“最大吸收原则”（maximumabsorption）不仅灵敏度高，且能减少或消除由非单色光引起的对朗伯-比耳定律的偏离。“吸收最大、干扰最小”在最大吸收波长处有其他吸光物质干扰测定时选择。返回A/nm012A/nm012返回二、参比溶液的选择参比溶液的作用：调节仪器零点，消除由吸收池壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差，扣除干扰。参比溶液的选择：蒸馏水：试液及显色剂均无色。不加显色剂的被测试液：显色剂为无色，被测试液中存在其他有色离子。不加试样溶液的试剂空白：显色剂有颜色。一份试液加适当掩蔽剂掩蔽被测组分，使之不再与显色剂作用，然后加入显色剂。返回三、吸光度读数范围的选择从仪器测量误差的角度来看，