无机与分析化学课件比色法和分光光度法

无机与分析化学课件比色法和分光光度法1第一页，共五十五页，编辑于2023年，星期日紫外-可见光光度法定性分析依据——对不同物质的溶液，其最大吸收波长不同定量分析依据——A=bc（物理意义，p343）适用范围——入射光为单色光、稀溶液偏离1高浓度（c>0.01mol·L-1）2非单色光3被测物在溶液中发生化学反应4配合物稳定性差导致解离显色反应要求1选择性好2有色螯合物组成恒定、化学性质稳定3有色螯合物与显色剂之间颜色差别大4显色条件易于控制参比液选择吸光度仅与待测物质浓度成线形关系入射光波长选择max2第二页，共五十五页，编辑于2023年，星期日§20.1概述一、分光光度法及其特点比色法：利用有色溶液颜色的深度测定该溶液的浓度。目视比色法：用肉眼直接比较样品和标准溶液的颜色深浅。分(吸)光光度法：用光电比色计或分光光度计测量溶液吸光度。分光光度法的特点：灵敏度高。10-3

－10-6mol/L。准确度高。相对误差2－5％。仪器设备简单、操作简便。应用范围广。3第三页，共五十五页，编辑于2023年，星期日二、吸收光谱光谱区的划分微波远红外近红外可见光近紫外真空紫外X-射线-射线波长1000um10um100nm10nm红620－750nm橙590－620nm黄570－590nm绿550－570nm青495－550nm蓝450－495nm紫380－450nm190－400nm4第四页，共五十五页，编辑于2023年，星期日2.可见吸收光谱光的互补色示意图白光红橙黄绿青青蓝蓝紫单色光：单一波长光复合光：复合波长光互补光：处于同一直线上的两种光。互补光按一定强度比例混合，光。溶液颜色：即得白互补光的颜色。5第五页，共五十五页，编辑于2023年，星期日吸光度：某波长的光通过含有紫外-可见光吸收的溶液后，被吸收的光的比例。吸收光谱曲线：溶液对不同波长光的吸收强度，即以入射光波长为横坐标，吸光度为纵坐标所做的一条曲线。最大吸收波长：物质对该波长的光吸收最大，即吸收光谱曲线上的最大峰值。3.吸收光谱曲线透过率：某波长的光通过含有紫外-可见光吸收的溶液后，没有被吸收（透过）的光的比例。6第六页，共五十五页，编辑于2023年，星期日4.物质吸收光的本质物质分子的运动状态分子轨道中价电子的高速旋转；原子在平衡位置的振动；分子自身的转动。分子的能量价电子能级的能量＋振动能级的能量＋转动能级的能量能级差与对应的光谱价电子能级间的能量差1-20eV，紫外-可见光的能量；振动能级间的能量差0.05-1eV，红外光的能量；转动能级间的能量差10-4-0.05eV，远红外光及微波的能量；7第七页，共五十五页，编辑于2023年，星期日吸收光谱与发射光谱分子吸收能量后受到激发，分子就从基态能级跃迁到激发态能级，因而产生吸收光谱。处于激发态的分子返回基态或能级较低的激发态，就会以光子的形式释放能量，从而产生发射光谱。紫外-可见吸收光谱分子中的价电子吸收特定波长的光（紫外-可见光）后，从基态跃迁到激发态。8第八页，共五十五页，编辑于2023年，星期日§20.2光吸收的基本定律朗伯定律：一束单色光通过吸光物质的溶液后，光的吸收程度与溶液液层厚度成正比关系。即：A为吸光度;I0为入射光强I为透过光强;T为透光度(率)k为比例常数b为液层厚度（光程长度）bI0

I9第九页，共五十五页，编辑于2023年，星期日比耳定律：一束单色光通过吸光物质的溶液后，光的吸收程度与吸光物质微粒（分子）的数目(浓度c)成正比关系。即：朗伯-比耳定律：当b单位为cm，c的单位为mol/L时的吸光系数称摩尔吸光系数（），其单位为cm-1mol-1

L。的大小与吸光物质的性质、入射波长和温度有关。10第十页，共五十五页，编辑于2023年，星期日朗伯-比耳定律的适用范围：不仅使用于溶液，也适用于均匀气态吸光物质和固态吸光物质；它是各种吸光光度法定量分析的依据。思考：摩尔吸光系数如何测定方法A=()bc11第十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期日工作曲线（标准曲线）：测定信号的大小随被测物质浓度变化的曲线，在分析化学中，要求这一曲线为直线，即测定信号与被测物浓度成正比。理想情况下工作曲线是一过原点，具有一定斜率的直线；直线的线性范围是有限的；一般的分析方法要求两个数量级以上的线性范围；未知样品中被测物的浓度应在工作曲线的线性范围内，否则测定结果不准确。12第十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期日偏离比耳定律：即工作曲线在高浓度端发生偏离。偏离比耳定律的原因：比尔定律本身的局限性。比尔定律假设了吸光分子之间无相互作用，事实上，在较高浓度下，分子间相互作用不可忽略。入射光为非单色光时的偏离。仪器的分光元件（单色器）很难得到真正的单色光，而是波长范围很窄的复合光带，而比耳定律仅在入射光为单色光时才是正确的。化学因素引起的偏离。其一是介质不均匀（胶体、乳浊液、悬浮液）而产生折射、散射和反射，使透过光强减弱（A增大）。其二是吸光分子发生化学变化而改变浓度。13第十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期日§20.3比色法和分光光度法及其仪器1.光度分析方法目视比色法：光电比色法：用光电比色计测定未知溶液和标准溶液的吸光度。分（吸）光光度法：用分光光度计测定未知溶液和标准溶液的吸光度。光电比色计用滤光片得到较窄波长范围的入射光；分光光度计用棱镜或光栅做分光元件得到单色入射光。14第十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期日2.分光光度计的基本部件光源单色器吸收池检测系统结果显示光源：在可见和近红外区使用钨灯或碘钨灯，波长范围320-2500nm；在紫外区使用氢灯或氘灯，波长范围180-375nm。使用稳压器保证光强稳定。15第十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期日单色器色散元件：将连续光谱分解为单色光的元件，如棱镜、光栅；单色器：由入射狭缝、准直透镜、色散元件、聚焦透镜和出射狭缝构成。玻璃吸收紫外光，所以玻璃棱镜仅用于350-3200nm波长范围，只能用于可见分光光度计；石英（185-4000nm）则可用于整个紫外-可见光区。光栅利用光的衍射与干涉作用，其优点是适用波长范围宽、色散均匀、分辨率高；但其缺点是各级光谱有重叠而产生相互干扰。16第十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期日吸收池（比色池、比色皿）：用无色透明、耐腐蚀的光学玻璃或石英制造。因玻璃吸收紫外光，所以玻璃吸收池只能用于可见光区。杯差：一对比色池对光吸收的差异，实验前要先校杯差。检测系统：光电转换元件（硒光电池、光电二极管）。结果显示部分：直接显示出测定结果的数值（吸光度、透过率等）。17第十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期日§20.4显色反应与显色条件的选择许多无机离子无色，即使有色的无机离子也多因吸光系数不大而无法直接进行紫外-可见分光光度测定；很多有机化合物具有较强紫外或可见光吸收，可直接测定。显色反应：将无色或吸光系数很小的被测物质与显色剂反应，使被测物转变成具有较强紫外或可见光吸收的化合物，然后进行测定。18第十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期日显色剂：能与被测物质反应，并使被测物显色的试剂。无机显色剂（如：硫氰酸盐、鉬酸铵、双氧水）与被测物生成的有色物的稳定性、灵敏度和选择性都不高，故应用较少。有机显色剂（如：磺基水杨酸、二苯硫腙）多为能与金属离子形成稳定有色配（螯）合物的有机试剂；生色基团：分子吸收紫外-可见光与其分子结构有关；紫外-可见吸收光谱涉及的电子跃迁是

n（非键轨道），n和。19第十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期日萃取光度法：当显色剂与被测物（通常是金属离子）生成的有色物在有机溶剂中有很好的溶解度时，可以让水相中生成的有色物萃取到有机相，用有机相进行光度分析。生色基团举例：碳碳三键：max=175nm，跃迁；碳碳双键：max=190nm，跃迁；苯：max=254，250，204nm，跃迁；羧基：max=204nm，n跃迁；20第二十页，共五十五页，编辑于2023年，星期日对显色反应的要求：具有较高的灵敏度。摩尔吸光系数103－105；有较好的选择性；生成的显色物质（多为螯合物）要稳定、组成要恒定；产物颜色应与被测物颜色有较大差异；显色条件应易于控制。21第二十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期日显色条件的选择：显色剂的用量.酸度。酸度可能会影响显色剂浓度、显色剂颜色、配合物组成和被测离子存在状态；显色温度；显色时间；溶剂种类。很多显色配合物只在有机溶剂中才稳定；干扰的避免与消除。22第二十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期日§20.5分光光度法仪器测量误差及其消除测定波长的选择：一般情况下选择显色配合物的最大吸收波长；为了避免干扰，有时也选择干扰小的非最大吸收波长。比色池的选择：通常使用1cm比色池；根据样品浓度和显色配合物的灵敏度高低，可以选用其他厚度的比色池。23第二十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期日参比溶液的选择：使用参比溶液的目的是为了消除池壁、溶剂、反应试剂等对入射光的反射和吸收所带来的系统误差；只有被测产物有吸收，其他反应试剂均无吸收时，可用纯溶剂做参比；显色剂或其他试剂有颜色时，用试剂空白做参比；如果干扰物质也生成类似显色产物，也可按下法制备一个参比溶液：在显色之前先将被测物掩蔽起来，只让干扰物质显色，该空白溶液做参比便可消除干扰。24第二十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期日§20.6分光光度法的应用1.应用范围既可直接用于有色物的测定，也可通过显色反应用于无色物的分析；既可用于常量分析（>1%），也可用于微量分析（0.01-1%）;既可用于无机物（阴阳离子）分析，也可用于有机物分析；既可用于定量分析，也可用于定性分析（特征吸收光谱、功能基团特征吸收峰）；可用于其他领域的研究（如化学平衡）；目前环境等领域的很多标准分析方法仍然采用光度法。25第二十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期日2.单组分测定通常在最大吸收波长下测定吸光度，采用标准曲线法定量。3.多组分的测定吸收光谱不重叠时，可在各自的最大吸收波长下分别测定。吸收光谱单向重叠，即组分1干扰组分2，而组分2不干扰组分1的测定，这时只能直接测定组分1含量，要测定组分2含量，必须先用组分1的标准溶液测定出组分1在组分2的测定波长下的摩尔吸光系数，并用已测定出的组分1的浓度，计算波长2下组分1的吸光度，并从波长2下组分1和2的总吸光度中扣除组分1的吸光度。吸光度双向重叠。需解联立方程。26第二十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期日即：•先在1处测量溶液的吸光度A1并求得X组分的浓度cx，•然后再在2处测量溶液的吸光度Ax+y2和纯组分X及Y的x2和y2值，•根据吸光度的加和性原则，可得：

Ax+y2=x2bcx+y2bcy•根据上式能求得组分Y的浓度cy。12XY27第二十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期日3.差示分光光度法分光光度法测定时，吸光度读数通常要求在0.2-0.8范围内，误差最小是A=0.434。当测定浓度比较大的样品时，由于吸光度读数超出准确读数的范围，会产生很大影响。差示分光光度法：用比样品浓度略低的标准溶液作参比代替一般情况下的试剂空白参比，使测定吸光度数值在0.2-0.8范围内。28第二十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期日A=-lgT=bcdlgT=0.4343dT/T=-bc0.4343T/T=-bccc=0.4343T/T-b/[-lgT/b][]=0.4343TTlgT要使测定结果的相对误差（c/c

）最小，对T求导数应有一极小值，即ddT[0.4343TTlgT]=0.4343T(lgT+0.4343)(TlgT)2=0lgT=-0.434或T=36.8%A=0.43429第二十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期日4.配合物组成的测定摩尔比法（饱和法）：固定金属离子浓度[M]，改变配体浓度[L]，在小于配合物组成比时，随着[L]/[M]比值的最大，形成的配合物浓度最大，溶液的吸光度增加，达到配合物组成比之后，再增加[L]，即增加[L]/[M]比值，形成的配合物浓度已基本变，从吸光度A与[L]/[M]的关系曲线即可求得配合物的摩尔组成比。A[L]/[M]12130第三十页，共五十五页，编辑于2023年，星期日思考题1：符合朗伯-比耳定律的有色溶液浓度增加，其最大吸收峰波长（1）向短波长方向移动（2）不移动，但峰值增大（3）向长波长方向移动（4）不移动，但峰值降低答：2若有色溶液浓度增加，其最大吸收峰波长位置不变，但整个峰形上移，峰值增大。思考题2：吸光光度法中，若入射光强度为I0，透过光强度为I，则I/I0，称为（1）吸光度（2）透射率（3）消光度（4）光密度答：231第三十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期日思考题3：下列选择参比液的原则，哪一条是不正确的（1）若仅为待测物显色后产物有吸收，可选用纯溶剂作参比（2）若显色剂或其他试剂有吸收，应用空白溶液作参比（3）若待测物不加显色剂时有吸收，应用不加显色剂溶液作参比（4）若待测物、显色剂、试剂均有吸收，应把待测物掩蔽后加入其余的所有试剂的溶液作参比答：4选择参比液的原则是使测得的吸光度能真实反映待测物的浓度，因此应把各种干扰因素都设法通过参比液选择消除。32第三十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期日思考题4：显色反应中，在测定波长处，显色剂选择的原则是（1）显色剂的摩尔吸光系数越大越好（2）显色剂可与多种物质反应，且产物稳定（3）显色剂的摩尔吸光系数越小越好（4）显色剂在一定波长下不能有吸收答：3显色剂的作用是使待测物显色，但本身在测定波长下，应不产生干扰，即摩尔吸光系数越小越好。思考题5：吸光光度法是基于……………..而建立起的分析方法，定性分析的基础是基于……………..不同，定量分析的基础是基于……………..。答：物质对光的选择性吸收

各物质最大吸收峰波长位置朗伯-比耳定律A=bc33第三十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期日思考题6：光度分析中，偏离朗伯-比耳定律的主要原因是……………..等。答：入射光不纯（非单色光）

溶质发生了化学变化思考题7：分光光度法选择参比液的总原则是……………..。答：使吸光度A仅与待测物质浓度成线形关系。34第三十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期日紫外-可见光光度法定性分析依据——对不同物质的溶液，其最大吸收波长不同定量分析依据——A=bc（物理意义，p343）适用范围——入射光为单色光、稀溶液偏离1高浓度（c>0.01mol·L-1）2非单色光3被测物在溶液中发生化学反应4配合物稳定性差导致解离显色反应要求1选择性好2有色螯合物组成恒定、化学性质稳定3有色螯合物与显色剂之间颜色差别大4显色条件易于控制参比液选择吸光度仅与待测物质浓度成线形关系入射光波长选择max35第三十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期日作业p4133,636第三十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期日1.MgCO3superstructureswithsuperhydrophobicityFig.1(a)–(d)TheSEMimagesofproductsobtainedunderaseriesofconditionswithdifferentconcentrationofMgCl2:(a)30mmol/L(MCH-1),(b)40mmol/L(MCH-2),(c)50mmol/L

(MCH-3),and(d)70mmol/L(MCH-4);(e)thelarge-scaleimageofMCH-1;(f)thelarge-scaleimageofMCH-3;(g)themagnifiedSEMimageofMCH-1in(a);(h)highmagnificationTEMimageofMCH-3withinsetof(h)SAEDofMCH-3crystals.(i)45○sideSEMimageofMCH-1complexstructure;(j)-(k)SEMimagesofproductsobtainedunderaseriesofconditionswithdifferentconcentrationofdextran:(j)intheabsenceofdextran(MCH-5),(k)0.5g/L(MCH-6),and(l)16g/L(MCH-7).37第三十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Fig.2XRDpatternsof(a)as-synthesizedMCH-3nesquehonitephase.ThestandarddataforMgCO3·3H2O(JCPDScard70-1433)isalsopresentedinforcomparison;and(b)theMgOsampleMgO-1(calciningMCH-3at650°Cfor2h).ThestandarddataforMgO(JCPDScard71-1176)isalsopresentedinforcomparison.38第三十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Fig.3FT-IRspectraofas-syntheticsample(a)MCH-1andMCH-3;(b)as-synthesizedMgO-1.39第三十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Fig.4(a)-(c)SEMimagesofas-synthesizedMgO-1complexnanostructures,and(d)TEMimageofMgO-1withinsetof(d)theselectedareaelectrondiffractionpattern(SAED)ofMgO-1nanostructures.40第四十页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Fig.5SEMimagesofproductsobtainedunderaseriesoftime-dependentconditions:50mmol/LofMgCl2aqueoussolutioncontaining1g/Ldextranat37°Cfordifferentreactiontimes:(a)6h

(MCH-8),(b)magnifiedSEMimagesofasingleparticlein(a),(c)12h(MCH-9),and(d)24h(MCH-10).41第四十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Scheme1.TheformationprocessoftheMgCO3·3H2Ocomplexstructures(red:magnesium,blue:carbon,green:oxygen,andyellow:hydrogen).42第四十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Fig.6Glasscoatedwithas-syntheticsamplesMCH-3methanolsolution8times,followedbyAulayerand1H,1H,2H,2H-perfluorodecyltriethoxysilanesuccessivetreatment.43第四十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期日2.HAPFigure1.(a)XRDpattern,(b)Ramanspectrumofatypicalas-synthesizedsample(HAP-9).44第四十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期日abcFigure2.(a)TEMimage(b)thecorrespondingSAEDpattern,(c)HRTEMimageoftheas-synthesizedsample(HAP-9).45第四十五页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Figure3.TheFT-IRspectrumofatypicalas-synthesizedsample(HAP-7).46第四十六页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Figure4.TheschematicpatternofthegrowthmechanismofHAPnanocrystals.47第四十七页，共五十五页，编辑于2023年，星期日abFigure5.EffectsofHAPnanocrystalsoncellviabilityofHeLacells(a)Control:controlgroup;Ca200:200g/mLCa3(PO4)2group;HAP50:50g/mLHAPgroup;HAP100:100g/mLHAPgroup;HAP200:200g/mLHAPgroup.Incomparisontothecontrolandnegativecontrol(200g/mLCa3(PO4)2group),HAPtreatedgroupshadsignificantinhibitiontoHeLacellsproliferation(p<0.001).(b)HAPgroupswithdesignedconcentrations(50g/mL,100g/mL,and200g/mL)fordifferenttimes(12h,24hand48h),respectively.HAPnanocrystalsproducedadecreaseofproliferativeactivityofHeLacells,withsignificantchangesfrom12hto48hofcellculture(*p<0.001).48第四十八页，共五十五页，编辑于2023年，星期日3.FunctionalizedgrapheneFigure1.IllustrationofthesynthesisofCGCfromGO.49第四十九页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Figure2.

(a,b)TypicalTEMimages,and(c)AFMimagesofCGC.Insetin(c)iscrosssectionanalysisofCGC.50第五十页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Figure3.(a)FT-IRspectraofCGC,graphene,andCo3O4,respectively,and(b)RamanspectraoftheCGCandgraphene,(c)XRDpatternsofCGC,graphene,andCo3O4,respectively,and(d)XPSspectrumofCGC.Theinsetin(d)isthefinespectrumofCo2p.51第五十一页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Figure4.The

I–VcurvesofCGC,graphene,andCo3O4,respectively.52第五十二页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Figure5.(a)Charge–dischargecurvesofCGC,(b)cyclicperformancesofelectrodesfabricatedbyCGCatcurrentrateof0.2C(1C=1000mAg–1,correspondingtothefulldischargein5h,arateofnCcorrespondstothefulldischargein1/nh),(c)thecharge-dischargeperformancesofCGCandCo3O4@graphiteatvariouscurrentrates,and(d)cyclicperformancesofelectrodesfabricatedbyCo3O4@graphiteandCo3O4atcurrentrateof0.2C.TheweightofCGCintheworkingelectrodewasusedtoestimatethespecificdischargecapacityofthebattery.53第五十三页，共五十五页，编辑于2023年，星期日CaoH,WangL,QiuY,WuQ,WangG,ZhangL,LiuX:Generationandgrowthmechanismofmetal(Fe,Co,Ni)nanotubearrays.Chemphyschem;2006Jul17;7(7):1500-4发件人:DanNielsen-BioMedLib<dan@bmlsearch.us>收件人:hqcao<hqcao@>日期:2010-12-215:23:19Youarereceivingthisemailbecauseyouarethecorrespondingauthorofthispublication.Notinterested?Removeyouremailaddressfromthelist.BioMedLibThursday,December2,2010"WhoisPublishinginMyDomain?"ForyourarticleCaoH,WangL,QiuY,WuQ,WangG,ZhangL,LiuX:Generationandgrowthmechanismofmetal(Fe,Co,Ni)nanotubearrays.Chemphyschem;2006Jul17;7(7):1500-4PMID:16733842thefollowingarethetop10articlespublishedonthesametopicsinceyoupublishedyours.Pleasesignuptocontinuereceivingthisservice.Thisliterature-monitoringserviceisprovidedtoyoufreeofchargebyBioMedLib.Alsopleasetryourotherservices:2."YouAreCited"isBioMedLib'scitation-notificationservice.Thisservicesendsyoulistofarticlescitingyourpublication.3."Updater"service:Yousubmitoneorafewkeywords,andthisservicewillsendyouperiodicupdatesonthemostrelevantarticlesmatchingyourquery.4."FreePDFs":Freefull-textPDFsofarticlesforyourquery.Yousubmitkeywords,andthisserviceperiodicallysendsyouarticleswithfreefull-textPDFsforyourquery.5."ArticleSummarization":Thisservicetakesyourquery(afewkeywords)andperiodicallysendsyouaconcisesummaryofthelatestandmostrelevantpublications,sothatyoucanreviewnewresearchdevelopmentsquickerandmoreefficiently.PleasefeelfreetoforwardthefollowingwebpageURLtoyourfriendsandcolleagues.ItliststheBioMedLibservices:/?&cmpgn201058=DND1201LkPE2WyofKA4&flnm2=deliveryservices.htmlPleasemakesuretoaddtheemailaddressmail@toyourAddressBook,sothatyoureceiveouremailsinyourinboxandtheydon'tendupinyourspamorjunkbox.PleasesetyourFirewalland/orSpamblockertoacceptallemailsfrom.Regards,DanNielsen54第五十四页，共五十五页，编辑于2023年，星期日Top10ArticlesPublishedintheSameDomainSinceYourPublicationCaoH,WangL,QiuY,WuQ,WangG,ZhangL,LiuX:Generationandgrowthmechanismofmetal(Fe,Co,Ni)nanotubearrays.Chemphyschem;2006Jul17;7(7):1500-4Got