第九吸光光法演示文稿

第九吸光光度法演示文稿当前1页，总共35页。优选第九吸光光度法当前2页，总共35页。吸光光度法(AbsorpionPhotometry)：是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。是分子光谱分析法的一种，又称分光光度法,简称光度法。吸光光度法主要有以下特点：灵敏度高。用于测定含量在1—10-3%的微量组分，甚至可以测定低至10-4—10-5%的痕量组分。仪器设备简单，操作简便、快速。准确度较高。一般吸光光度法的相对误差为2-5%，若使用精密仪器，误差可降至1-2%，完全能够满足微量组分的测定要求。应用广泛。可测定绝大多数无机离子和许多有机物；既能用于定量分析，也可用于有机化合物定性分析，还可以测定某些物理化学常数及配合物的组成。当前3页，总共35页。一、光的基本性质光是一种电磁波，具有波粒二象性,不同波长的光具有不同的能量，波长越短，能量越高，反之亦然。通常意义的单色光是指其波长处于某一范围的光；而复合光则由不同的单色光组成，例如阳光和白炽灯泡发出的光均为复合光。光按照波长的长短顺序范围排列成谱就得到电磁波谱或波谱，常用的波长范围为:§9.1物质对光的选择性吸收UVVISIR200～400nm400～750nm760nm～300mm当前4页，总共35页。电磁波谱的波长范围很宽，其中较窄的一段可见光谱在分析化学得到了最为广泛的应用，其波长范围在400～750nm。当一束白光通过棱镜后就色散成红、橙、黄、绿、青、青蓝、蓝紫八种颜色的光，它们具有不同的波长范围。当前5页，总共35页。二、物质对光的选择性吸收（一）物质对光产生选择性吸收的原因主要与物质的分子内部具有一系列的不连续的特征能级有关：E=

E电子＋E振动＋E转动。当光照射物质分子时，分子中的电子会吸收光能hn

，由基态越迁至激发态。若光能量hn恰好等于物质分子的能级差DE

，则光被分子吸收，电子由基态越迁至激发态。DE=E激发态-E基态=hn

由于不同物质分子的结构不同，其分子内部的能级差不一样，导致不同物质对不同波长光的吸收具有选择性。当前6页，总共35页。（二）物质的颜色与光吸收的关系当物质（分子或离子）吸收了相当可见能量的电磁波后，就会表现出被人眼所能观察到的颜色。物质之所以具有不同的颜色，这是它们对不同波长的可见光具有选择性吸收的结果。物质呈现的颜色与它所吸收的颜色（波长）有一定关系。例如，当白光通过硫酸铜溶液时，铜离子选择性的吸收了部分黄色光，使透过光中蓝色光不能完全互补，所以溶液显蓝色。关系如图10-1中所示。从下表也可以直观看出。当前7页，总共35页。溶液颜色即为透射光颜色，与吸收光互补。溶液颜色吸收光颜色λ/nm黄绿黄橙红紫红紫蓝青蓝青紫蓝青蓝青绿黄绿黄橙红400～450450～480480～490490～500500～560560～580580～600600～650650～750当前8页，总共35页。溶液颜色的深浅，取决于溶液吸收光的量，即取决于吸光物质的浓度，浓度越大，吸收越多，溶液颜色越深。比色分析：通过目视比较溶液颜色深浅来确定溶液中吸光物质含量的方法。光电比色分析：利用仪器代替目视比较溶液颜色深浅来确定溶液中吸光物质含量的方法。光度分析：单色器和检测器改进后的光电比色计。灵敏度和准确度大为提高。当前9页，总共35页。（三）吸收曲线（吸收光谱）让不同波长的单色光依次照射某一吸光物质，并测量该物质在每一波长处对光吸收程度的大小（A），以波长（l）为横坐标，以吸光度（A）为纵坐标，即可以得到一条吸光度随波长变化的曲线，称之为吸收曲线或吸收光谱，它能够准确地描述物质对各种不同波长吸收情况。吸收曲线中吸光度最大值处称为最大吸收峰，对应的波长称为最大吸收波长lmax。当前10页，总共35页。吸收曲线的形状和lmax的位置取决于物质的分子结构，不同的物质因其分子结构不同而具有各自特征的吸收曲线，据此可进行定性分析。对于同一物质，浓度不同，其吸收曲线的形状和lmax的位置不变，但在同一波长下，吸光度（A）随浓度的增大而增大，据此可进行定量分析。在lmax处测量吸光度的灵敏度最高，在没有其它干扰的情况下一般选择为lmax测量波长。因此，吸收曲线是吸光光度法选择波长的依据。当前11页，总共35页。下图是KMnO4溶液吸收曲线，它选择性的吸收了525nm附近的绿青色光，而对绿青色光的互补色光400nm附近的紫色光几乎不吸收，所以KMnO4溶液显紫红色，即KMnO4溶液的lmax为525nm。KMnO4溶液的吸收曲线（CKMnO4：a<b<c<d）当前12页，总共35页。一、朗白—比尔定律布格（Bouguer）和朗白（Lambert）先后在1729年和1760年阐明了物质对光的吸收程度和吸收层厚度的关系；1852年比尔（Beer）又提出了物质对光的吸收程度和吸光物质浓度之间也有类似的关系；二者归一为光吸收基本定律：布格—朗白—比尔定律，简称朗白—比尔(Lambert-Beer)定律。

§9.2光吸收的基本定律当前13页，总共35页。I0：入射光强度；It：透过光强度；b：吸收层厚度A：吸光度；T：透光度（透射比）；K：吸光系数透射比T＝It/I0又称%透光率C：溶液浓度当前14页，总共35页。（一）朗白—比尔定律的物理意义当一束平行的单色光垂直通过一均匀的非散射的吸光物质时，其吸光度A与吸光物的浓度C及吸收层厚度b成正比—吸光光度法定量分析的理论依据。朗白—比尔定律是光吸收的基本定律，适用于所有电磁辐射和所有的吸光物质（分子、原子）和离子的气、液、固）。应用前提：入射光为平行单色光且垂直照射。吸光物质是均匀非散射体系。吸光物质质点间无相互作用。辐射与物质之间仅为简单光吸收过程，无荧光和光化学反应发生。当前15页，总共35页。（二）吸收系数和桑德尔灵敏度吸收系数朗白—比尔定律A=Kbc中的系数K因浓度c所取的单位不同，有两种表示方式。吸收系数a：物质的组成和分子量不知时采用。当b为cm，吸光物质C为g·L-1时，K用a表示，单位为L·g-1·cm-1，此时A=Kbc=abc摩尔吸收系数k（读卡帕）

当b为cm，吸光物质C为mol·L-1时，K用k表示，单位为L·mol-1·cm-1，此时A=Kbc=kbc

摩尔吸光系数的物理意义:当吸光物质的浓度为1mol·L-1时，b为1cm时，吸光物质对某波长光的吸光度值。由于浓度单位为mol·L-1故其应用更广泛。当前16页，总共35页。摩尔吸光系数k值一般通过实验由k=A/bc求得。摩尔吸光系数的大小取决于入射光的波长，波长不同，k亦不同。在这些不同的k之中,lmax下的kmax是一个重要的特征参数，它反应了该吸光物质吸光能力可能达到的最高度，所以k常用来衡量光度法灵敏度的高低，kmax越大，灵敏度越高。一般认为kmax>104L·mol-1·cm-1

的方法是较灵敏的。桑德尔（Sandell）灵敏度S定义：当光度仪器的检测极限为A=0.001时，单位截面积光程内所能检出的吸光物质的最低质量，单位为g·cm-2。由于此时仪器的信号检测能力已经确定，则S仅与物质的吸光能力有关，即仅与k有关：当前17页，总共35页。A=0.001=kbc，bc=0.001/kb的单位为cm，C的单位为mol·L-1，即mol/103cm3，故bC的单位为mol/103cm2，若再乘以吸光物质的摩尔质量M（g/mol），则为103cm2截面积光程中所含物质的质量（g），所以单位截面积光程中所含物质的质量（mg）为：所以，k越大，S越小，即该方法的灵敏度越高。对于比较灵敏的显色反应，S一般在0.01～0.001mg·cm-2之间。有极少数显色反应的k值达到了106数量级。当前18页，总共35页。（三）标准曲线的绘制标准曲线即校准曲线，又称工作曲线。是以吸光度A为纵轴，浓度C为横轴绘制的一条曲线。首先在一定条件下配制一系列具有不同浓度吸光物质的标准溶液，称为标准系列，然后测得它们相应的吸光度值，作A～C曲线，为工作曲线或标准曲线。在遵循朗白—比尔定律的浓度范围内应为一条直线。同时可知直线的斜率就等于kb，又因为b是定值，故可以求出k值，这样求得的k值是通过测定多个标准溶液而得到的平均值，所以更可靠。当前19页，总共35页。A～C标准曲线及其偏离（A=kbc）当前20页，总共35页。二、引起偏离朗白—比尔定律的因素(一)物理因素非单色光引起的偏离入射光不纯。单色光实际是有一定的波长范围的平行光，假设入射光是由1和2组成，其强度分别为I01和I02，透射光强度分别为It1和It2，摩尔吸光系数为k1，k2,当通过的吸光物质的浓度为C，液层厚度为b时。It1It2I01I0212当前21页，总共35页。对于1：A1=lg(I01/It1)=k1bC，故：It1=I01·10-k1bC对于2：A2=lg(I02/It2)=k2bC，故：It2=I02·10-k2bC由于：I0=I01＋I02，It=It1＋It2；所以：A总=lg[(I01+I02)/(It1+It2)]=lg[(I01+I02)/(I01×10-k1bC+I02×10-k2bC)]若

k1=k2=k，则A总=kbC，服从朗白—比尔定律。即1≈2，则k1≈k2，可近似认为入射光为单色光。若1≠2，则k1≠k2，A，C间不成正比。1，2间相差越大，偏离越严重。解决方法：采用性能较好的单色器，以获得波长范围窄的入射光。当前22页，总共35页。非平行入射光引起的偏离（正偏离）非平行光不能保证入射光垂直入射，将导致光束平均光程b´大于吸收池厚度b，实际测得的吸光度值将大于理论值。介质不均匀引起的偏离（正偏离）朗白—比尔定律要求测量溶液是均匀非散射的，若溶液不均匀会有部分光因散射而损失，使测量的吸光度偏高，产生正偏离。当前23页，总共35页。(二)化学因素溶液浓度过高引起的偏离溶液浓度过高会使吸光物质分子间距离缩短，相互作用加强，导致在高浓度范围内的k不恒定，A与C的线性关系被破坏。因此，朗白—比尔定律只适合于稀溶液。化学反应引起的偏离由于吸光物质的离解，缔合，新化合物生成或互变异构等影响，使测量浓度C与A不再成线性关系。当前24页，总共35页。§9.3吸光光度法的仪器目视比色——光电比色计——分光光度计采用了性能更好的单色器和检测器，使灵敏度和准确度大为提高。一、分光光度计的组成光源单色器样品池检测器读出系统提供单色光当前25页，总共35页。光源采用6～12V的低压钨丝灯做光源，复合波长约在（360）400～2500nm之间，在UV区用氢灯或氘灯做光源，波长在185～375之间，配以稳压电源。单色器（分光系统）滤色片(20～50nm)：颜色与被测液互为补色。玻璃棱镜(360～3600nm)：可见分光光度计。石英棱镜(200～4000nm)：紫外可见分光光度计。光栅：衍射和干涉原理分光，波长范围宽，分辨率高，单色光纯度高。当前26页，总共35页。吸收池（比色皿）厚度(光程):0.5，1，2，3，5…cm

材质：玻璃比色皿——可见光区石英比色皿——可见、紫外光区检测系统硒光电池：300～800nm(500～600nm时最灵敏)；连续照射后易疲劳，使灵敏度降低。光电管和光电倍增管：红敏（阴极面为银和氧化铯）625～1000nm；蓝敏光电管（阴极面为锑铯）160～700nm.广泛应用。二极管阵列检测器：高档检测器。当前27页，总共35页。信号显示系统作用是检测光电流大小，并以一定的方式显示或记录下来。过去是指针式读数，现在是数显。二、吸光度的测量步骤调节检测器零点：T=0（或A=∞）用空白或试剂空白（参比溶液）调节T=100%或A=0，工作零点。待测组分吸光度测定。绘制标准（工作）曲线（定量）。内插法从工作曲线上求得待测组分含量。当前28页，总共35页。三、分光光度计类型根据波长范围分为:VIS，VIS—UV，IR（FIR）分光光度计。根据仪器结构：单光束，双光束，双波长三种类型。书中p287有详细介绍。当前29页，总共35页。可见光光度分析首先是使被测组分变成有色溶液，然后进行吸光度测量。所以分析条件包括显色和测量两部分。一、显色反应及其条件选择(一)显色反应和显色剂显色反应大多数显色反应是利用配位反应显色（包括无机显色和有机显色），少量是利用氧化还原反应（如MnO4-）。§9.4光度法分析条件的选择