分光光度法分析化学

分光光度法分析化学第1页，课件共82页，创作于2023年2月10.1概述10.2吸光光度法基本原理10.3分光光度计10.4显色反应及影响因素10.5光度分析法的设计10.6吸光光度法的误差10.7常用的吸光光度法10.8吸光光度法的应用第2页，课件共82页，创作于2023年2月吸光光度法：分子光谱分析法的一种，又称分光光度法，属于分子吸收光谱分析方法基于外层电子跃迁10.1概述吸收光谱发射光谱散射光谱分子光谱原子光谱第3页，课件共82页，创作于2023年2月10.2吸光光度法基本原理1

吸收光谱产生的原因光:一种电磁波,波粒二象性光谱名称波长范围X射线0.1~10nm远紫外光10~200nm近紫外光200~400nm可见光400~750nm近红外光0.75~2.5um中红外光2.5~5.0um远红外光5.0~1000um微波0.1~100cm无线电波1～1000m当光子的能量与分子的E匹配时，就会吸收光子

E=hu=hc/l第4页，课件共82页，创作于2023年2月a跃迁类型

价电子跃迁：σ→σ*,π→π*;n→σ*,n→π*

E(h)顺序:n→π*<π→π*<n→σ*<σ→σ*

有机化合物的生色原理b生色团和助色团

生色团:含有π→π*跃迁的不饱和基团助色团:含非键电子的杂原子基团,如-NH2,-OH,-CH3…

与生色团相连时，会使吸收峰红移，吸收强度增强第5页，课件共82页，创作于2023年2月物质的颜色吸收光颜色波长范围(l,nm)黄绿黄橙红紫红紫蓝绿蓝蓝绿紫蓝绿蓝蓝绿绿黄绿黄橙红400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-7502

物质颜色和其吸收光关系互补色第6页，课件共82页，创作于2023年2月吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小

A～l关系最大吸收波长lmax：光吸收最大处的波长3一些基本名词和概念lmax对比度(Δl):络合物最大吸收波长(lMRmax)与试剂最大吸收波(lRmax)之差Δl第7页，课件共82页，创作于2023年2月原子光谱为线光谱分子光谱为带光谱电子跃迁能级分子振动能级分子转动能级第8页，课件共82页，创作于2023年2月4朗伯-比尔定律光吸收定律－朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律吸光光度法的理论依据，研究光吸收的最基本定律I0=Ir+It+IaI0=It+IaI0IrItIa

T=It/I0,T:透射比或透光度

A=lg(I0/It)＝lg(1/T),A:吸光度朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比第9页，课件共82页，创作于2023年2月当一束平行单色光垂直照射到样品溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度及光程（溶液的厚度）成正比关系－－－朗伯比尔定律－－－光吸收定律数学表达：A＝lg(1/T)=Kbc其中，A:吸光度，T:透射比，

K:比例常数，b:溶液厚度，c:溶液浓度注意：平行单色光均相介质无发射、散射或光化学反应第10页，课件共82页，创作于2023年2月摩尔吸光系数e灵敏度表示方法A=e

bcA=Kbcc:mol/Le

表示物质的浓度为1mol/L,液层厚度为1cm时溶液的吸光度。单位：

(L•mol-1•cm-1)c:g/LA=abca:吸光系数第11页，课件共82页，创作于2023年2月桑德尔(Sandell)灵敏度：S

当仪器检测吸光度为0.001时，单位截面积光程内所能检测到的吸光物质的最低含量。单位：mg/cm2

S=M/e

第12页，课件共82页，创作于2023年2月氯磺酚S测定钢中的铌

50ml容量瓶中有Nb30μg，用2cm比色池，在650nm测定光吸收，A＝0.43,求S.(Nb原子量92.91)。有两种做法：根据A=εbC,求ε＝3.3×104L·mol-1·cm-1

第13页，课件共82页，创作于2023年2月吸光度的加和性A1=e1bc1A2=e2bc2A

=e1bc1+e2bc2

根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及某些化学反应平衡常数的测定在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各个吸光物质的吸光度之和第14页，课件共82页，创作于2023年2月1分光光度计的组成光源单色器样品池检测器读出系统10.3吸光光度计第15页，课件共82页，创作于2023年2月常用光源光源波长范围(nm)适用于氢灯185~375紫外氘灯185~400紫外钨灯320~2500可见，近红外卤钨灯250~2000紫外，可见，近红外氙灯180~1000紫外、可见（荧光）能斯特灯1000~3500红外空心阴极灯特有原子光谱激光光源特有各种谱学手段第16页，课件共82页，创作于2023年2月单色器作用:产生单色光常用的单色器：棱镜和光栅样品池（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、紫外光区第17页，课件共82页，创作于2023年2月检测器

作用：接收透射光，并将光信号转化为电信号常用检测器：光电管光电倍增管光二极管阵列光电管分为红敏和紫敏，阴极表面涂银和氧化铯为红敏，适用625－1000nm波长；阴极表面涂锑和铯为紫敏，适用200－625nm波长第18页，课件共82页，创作于2023年2月目视比色法—比色管光电比色法—光电比色计

光源、滤光片、比色池、硒光电池、检流计分光光度法与分光光度计

722型分光光度计光学系统图1.光源；2.滤光片；3,8聚光镜4,7.狭缝；5.准直镜；6.光栅9.比色池；10.光电管第19页，课件共82页，创作于2023年2月10.4显色反应及影响因素要求：a.选择性好b.灵敏度高(ε>104)c.产物的化学组成稳定d.化学性质稳定e.反应和产物有明显的颜色差别(l>60nm)没有颜色的化合物，需要通过适当的反应定量生成有色化合物再测定－－显色反应1显色反应第20页，课件共82页，创作于2023年2月络合反应氧化还原反应2显色反应类型第21页，课件共82页，创作于2023年2月离子缔合反应成盐反应第22页，课件共82页，创作于2023年2月褪色反应

Zr(IV)-偶氮胂III络合物测定草酸吸附显色反应

达旦黄测定Mg(II),Mg(OH)2吸附达旦黄呈红色第23页，课件共82页，创作于2023年2月3显色剂无机显色剂:

过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾有机显色剂：偶氮类：偶氮胂III第24页，课件共82页，创作于2023年2月三苯甲烷类三苯甲烷酸性染料铬天菁S三苯甲烷碱性染料结晶紫第25页，课件共82页，创作于2023年2月邻菲罗啉类：新亚铜灵肟类：丁二肟第26页，课件共82页，创作于2023年2月4多元络合物混配化合物

Nb-5-Br-PADAP-酒石酸

V-PAR-H2O离子缔合物

AuCl4--罗丹明B金属离子-配体-表面活性剂体系

Mo-水杨基荧光酮-CTMAB第27页，课件共82页，创作于2023年2月5影响因素a溶液酸度（pH值及缓冲溶液）影响显色剂的平衡浓度及颜色，改变Δl

影响待测离子的存在状态，防止沉淀影响络合物组成形式pHλmax(nm)形式pHλmax(nm)H4L+1.2462-465Sn4+1.0530H3L4.8-5.2462,490Ga3+5.0550H2L-8.4-9.0512HL2-11.4-12.0532-538pH对苯芴酮及其络合物的颜色影响第28页，课件共82页，创作于2023年2月b显色剂的用量稍过量，处于平台区c显色反应时间针对不同显色反应确定显示时间显色反应快且稳定；显色反应快但不稳定；显色反应慢，稳定需时间；显色反应慢但不稳定d显色反应温度加热可加快反应速度，导致显色剂或产物分解第29页，课件共82页，创作于2023年2月e溶剂f干扰离子有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率消除办法：提高酸度，加入隐蔽剂，改变价态选择合适参比

褪色空白(铬天菁S测Al，氟化铵褪色，消除锆、镍、钴干扰)

选择适当波长第30页，课件共82页，创作于2023年2月10.5光度分析法的设计1.选择显色反应2.选择显色剂3.优化显色反应条件4.选择检测波长5.选择合适的浓度6.选择参比溶液7.建立标准曲线测量条件选择第31页，课件共82页，创作于2023年2月1测定波长选择选择原则：“吸收最大，干扰最小”灵敏度选择性第32页，课件共82页，创作于2023年2月2测定浓度控制控制浓度吸光度A：0.2～0.8减少测量误差第33页，课件共82页，创作于2023年2月3参比溶液选择仪器调零消除吸收池壁和溶液对入射光的反射扣除干扰试剂空白试样空白褪色空白第34页，课件共82页，创作于2023年2月4标准曲线制作理论基础：朗伯-比尔定律相同条件下测定不同浓度标准溶液的吸光度AA～c作图第35页，课件共82页，创作于2023年2月10.6吸光光度法的误差非单色光引起的偏移物理化学因素：非均匀介质及化学反应吸光度测量的误差

对朗伯-比尔定律的偏移第36页，课件共82页，创作于2023年2月1非单色光引起的偏移复合光由l1和l2组成，对于浓度不同的溶液a和b,引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。第37页，课件共82页，创作于2023年2月非均匀介质

胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射，使实测吸光度增加，导致线性关系上弯2物理化学因素离解、缔合、异构等如：Cr2O72-+H2O-=2HCrO4-=2H++2CrO42-PAR的偶氮－醌腙式化学反应第38页，课件共82页，创作于2023年2月吸光度标尺刻度不均匀3吸光度测量的误差A＝0.434

，T＝36.8%

时，测量的相对误差最小A=0.2~0.8,T=15~65%，相对误差<4%

dc/c=dA/A=dT/TlnT

Er=dc/c×100％=dA/A×100％=dT/TlnT×100％第39页，课件共82页，创作于2023年2月令ST=0.01,计算T不同值时的Sc/c，当TlnT对T进行微分时，其值为零时，Sc/c最小，此时T=0.368。第40页，课件共82页，创作于2023年2月1.示差吸光光度法目的：提高光度分析的准确度和精密度解决高(低)浓度组分(i.e.A在0.2~0.8以外)问题分类：高吸光度差示法、低吸光度差示法、 精密差示吸光度法特点：以标准溶液作空白原理：A相对

=A=bcx-bc0=bc准确度：读数标尺扩展,相对误差减少,

c0愈接近cx,准确度提高愈显著10.7常用的吸光光度法第41页，课件共82页，创作于2023年2月例：硫脲还原－硫氰酸盐比色法测定钢铁中的钼。酸溶，硫酸－高氯酸介质中，硫脲还原铁（III）为铁(II),除干扰，还原钼（VI）为五价，2.00mg/100ml的钼标准溶液为参比溶液，用2.00-2.30mg/100ml的钼标准溶液，绘制工作曲线和测定样品溶液的吸光度,480nm测定A。第42页，课件共82页，创作于2023年2月2.双波长吸光光度法目的：解决浑浊样品光度分析消除背景吸收的干扰多组分同时检测原理：

A=Al1-Al2=（l1-l2）bc

波长对的选择：a.等吸光度点法，b.系数倍率法3.导数吸光光度法第43页，课件共82页，创作于2023年2月选l1为参比波长,l2为测量波长得Al1=xl1bcx+

yl1bcyAl2=

xl2bcx+

yl2bcyΔA=Al2-Al1=(

xλ2bcx+

yl2bcy)-(

xl1bcx+

yl1bcy)在等吸光度的位置(G,F),

yl2＝

yl1，则上式成为

ΔA=(

xl2-

xl1）bcxΔA与cx成正比,可用于测定例,苯酚与2,4,6-三氯苯酚(y)混合物中苯酚(x)的双波长分光光度法测定。第44页，课件共82页，创作于2023年2月3.导数吸光光度法目的：提高分辨率去除背景干扰

原理：dnA/dln~l

第45页，课件共82页，创作于2023年2月10.8吸光光度法的应用1测定弱酸和弱碱的离解常数

AHB和AB-分别为有机弱酸HB在强酸和强碱性时的吸光度，它们此时分别全部以[HB]或[B-]形式存在。HB＝H++B-

[H+][B-]Ka

=

[HB]pKa=pH+lg

[HB][B-]A=AHB+AB-pKa=pH+lg

AB--AA-AHBlg

AB--AA-AHB对pH作图即可求得pKa

第46页，课件共82页，创作于2023年2月2络合物组成确定

饱和法（摩尔比法）制备一系列含钌3.0×10-5mol/L(固定不变)和不同浓度（小于12.0×10-5mol/L）的PDT溶液，按实验条件，485nm测定吸光度,作图。PDT:Ru=2:1第47页，课件共82页，创作于2023年2月等摩尔连续变化法固定[M]+[L],改变[M],获得一系列吸光度值，吸光度最大的值所对应的[M]与[L]的比值，即获得M:L比值。Co(III)与3，5－二氯－PADAT的比值为1:2第48页，课件共82页，创作于2023年2月平衡移动法固定[M],不断改变[L]，以lg[MLn]/[M]为纵坐标，lg[L]为横坐标，作图，斜率n即是络合物中L:M的比值；纵轴上的截距lgK是络合物的稳定常数。lgK+nlg[L]=lg([MLn]/[M])

[MLn]

K

=

[M][L]nlgK+nlg[L]=lgA/(Amax-A)第49页，课件共82页，创作于2023年2月3分析应用

痕量金属分析临床分析食品分析第50页，课件共82页，创作于2023年2月9.1重量法概述9.2沉淀溶解度及影响因素9.3沉淀的类型和沉淀形成过程9.4影响沉淀纯度的主要因素9.5沉淀条件的选择9.6有机沉淀剂第51页，课件共82页，创作于2023年2月9.1重量分析法概述分离称量通过称量物质质量来测定被测组分含量第52页，课件共82页，创作于2023年2月a.沉淀法

P，S，Si，Ni等测定 b.气化法(挥发法)

例小麦干小麦,减轻的重量即含水量 或干燥剂吸水增重c.电解法例Cu2+Cu称量白金网增重105℃烘至恒重+2ePt电极上1分类与特点第53页，课件共82页，创作于2023年2月特点优点：Er:0.1～0.2％，准，不需标准溶液。缺点：慢，耗时，繁琐。

(S，Si,Ni的仲裁分析仍用重量法）第54页，课件共82页，创作于2023年2月沉淀重量分析法：利用沉淀反应，将被测组分以沉淀形式从溶液中分离出来，转化为称量形式，通过称量其质量测定含量的方法

2沉淀重量法的分析过程和要求沉淀形式沉淀剂滤洗、烘(烧)被测物称量形式滤,洗,800℃灼烧

SO42-

BaSO4

BaSO4BaCl2Al3+Al2O3滤洗1200℃灼烧200℃烘干第55页，课件共82页，创作于2023年2月对沉淀形的要求沉淀的s小,溶解损失应<0.2mg,定量沉淀沉淀的纯度高便于过滤和洗涤(晶形好)

易于转化为称量形式确定的化学组成,恒定---定量基础稳定---量准确摩尔质量大---减少称量误差对称量形的要求第56页，课件共82页，创作于2023年2月1溶解度与溶度积和条件溶度积MA(固)

MA(水)

M++A-

K0sp=aM+·aA-活度积常数,只与T有关9.2沉淀溶解度及影响因素溶解度:s=s0+[M+]=s0+[A-]aMA(水)aMA(固)=aMA(水)=s0s0固有溶解度(分子溶解度)Ksp=[M+][A-]=

溶度积常数,只与T,I有关K0spgM+gA-第57页，课件共82页，创作于2023年2月K´sp=[M+´][A-´]=[M+]M+[A-]

A-=Ksp

M+

A-----条件溶度积,与副反应有关MmAn？K´sp≥

Ksp≥

K0spMA2:

K´sp=[M´][A´]2=Ksp

MA2

MA(固)

M++A-

OH-LMOH

●●●ML●●●H+HA●●●[M+´][A-´]第58页，课件共82页，创作于2023年2月a同离子效应—减小溶解度沉淀重量法加过量沉淀剂，使被测离子沉淀完全例:测SO42-若加入过量Ba2+,[Ba2+]=0.10mol/Ls=[SO42-]=Ksp/[Ba2+]=1.1×10-10/0.10=1.1×10-9mol/L

溶解损失

mBaSO4=1.1×10-9×0.2×233.4=0.000051mg可挥发性沉淀剂过量50%～100%非挥发性沉淀剂过量20%～30%2影响溶解度的因素BaSO4在水中溶解度：s=Ksp1/2=1.0×10-5mol/L第59页，课件共82页，创作于2023年2月b盐效应—增大溶解度沉淀重量法中，用I=0.1时的Ksp计算;计算难溶盐在纯水中的溶解度用K0sps/s01.61.41.21.00.0010.0050.01

cKNO3

/(mol·L-1)BaSO4AgClKsp=[M+][A-]=

与I有关K0spgM+gA-第60页，课件共82页，创作于2023年2月c酸效应—增大溶解度例CaC2O4在纯水及pH为2.00溶液中的溶解度CaC2O4

Ca2++C2O42-

ssKsp=2.0×10-9H2C2O4pKa1=1.22pKa2=4.19在纯水中s=[Ca2+]=[C2O42-]=Ksp1/2=4.5×10-5mol/L影响弱酸阴离子An-MA(固)

Mn++An-

H+HA●●●[A-´]aA(H)K´sp=[M+][A-´]=Ksp

A(H)第61页，课件共82页，创作于2023年2月在pH=2.0的酸性溶液中CaC2O4

Ca2++C2O42-

ssHC2O4-,H2C2O4K´sp=

[Ca2+][C2O42-]=s2=Ksp

aC2O42-(H)H+

aC2O42-(H)=1+b1[H+]+b2[H+]2

=1.85×102s=K´sp1/2=6.1×10-4mol/L第62页，课件共82页，创作于2023年2月若pH=4.0，过量H2C2O4(c=0.10mol/L)

求sCaC2O4Ca2＋沉淀完全,是KMnO4法间接测定Ca2+时的沉淀条件

aC2O42-(H)=1+b1[H+]+b2[H+]2

=2.55K´sp=Ksp

aC2O42-(H)=5.10×10-9酸效应＋同离子效应CaC2O4

Ca2++C2O42-

s0.10mol/LHC2O4-,H2C2O4H+s=[Ca2+]=K´sp/[C2O42-]=5.1×10-10mol/L第63页，课件共82页，创作于2023年2月

Ag2S

2Ag++S2-

2ss/as(H)Ag2S在纯水中的sKsp＝810-51,H2SpKa1=7.1pKa2=12.9pH=7.0,as(H)=2.5107Ksp=Ksp

as(H)=[Ag+]2cs2-=(2s)2s=4s3s=1.110-14mol/L第64页，课件共82页，创作于2023年2月d络合效应—增大溶解度MA(固)

Mn++An-

L-ML●●●aM(L)影响金属阳离子Mn-K´sp=[M+´][A-]=Ksp

M(L)第65页，课件共82页，创作于2023年2月络合效应＋同离子效应Ksp=[Ag][Cl-]=[Ag+][Cl-]Ag(Cl)=Ksp(1+[Cl-]1+[Cl-]22+…Ag++Cl-

AgClCl-AgCl,AgCl2-,…s=[Ag]=Ksp/[Cl-]=Ksp(1/[Cl-]+1+[Cl-]

2+…AgCl在NaCl溶液中的溶解度s

最小同离子效应络合作用pCl=2.4pCl5432101086420sAgCl-pCl曲线sx106mol/L第66页，课件共82页，创作于2023年2月e影响s的其他因素温度:T↑，

s↑

溶解热不同,影响不同,室温过滤可减少损失溶剂:

相似者相溶,加入有机溶剂，s↓颗粒大小:

小颗粒溶解度大,陈化可得大晶体形成胶束：s↑,加入热电解质可破坏胶体沉淀析出时形态第67页，课件共82页，创作于2023年2月9.3沉淀类型和形成过程1沉淀类型晶形沉淀无定形沉淀颗粒直径0.1～1m凝乳状沉淀胶体沉淀颗粒直径0.02～0.1m颗粒直径<0.02mFe(OH)3AgClCaC2O4，BaSO4第68页，课件共82页，创作于2023年2月2沉淀形成过程均相成核：构晶离子自发形成晶核如BaSO4，8个构晶离子形成一个晶核异相成核：溶液中的微小颗粒作为晶种成核过程均相成核异相成核长大过程凝聚定向排列构晶离子晶核沉淀颗粒无定形沉淀晶形沉淀第69页，课件共82页，创作于2023年2月成核过程均相成核异相成核长大过程凝聚定向排列构晶离子晶核沉淀颗粒无定形沉淀晶形沉淀成核过程长大过程沉淀类型异相成核作用n凝聚>n定向无定形沉淀均相成核作用n定向>n凝聚晶形沉淀第70页，课件共82页，创作于2023年2月VonWeimarn经验公式聚集速度(分散度)相对过饱和度s:

晶核的溶解度Q：加入沉淀剂瞬间溶质的总浓度Q-s：过饱和度K：常数，与沉淀的性质、温度、介质等有关n=KQ-s

s第71页，课件共82页，创作于2023年2月后沉淀主沉淀形成后，“诱导”本难沉淀的杂质沉淀下来

缩短沉淀与母液共置的时间表面吸附共沉淀是胶体沉淀不纯的主要原因，洗涤吸留、包夹共沉淀是晶形沉淀不纯的主要原因，陈化、重结晶混晶共沉淀预先将杂质分离除去9.4影响沉淀纯度的主要因素共沉淀第72页，课件共82页，创作于2023年2月沉淀条件对沉淀纯度的影响沉淀条件表面吸附混晶吸留或包夹后沉淀稀释溶液＋0＋0慢沉淀＋不定＋－搅拌＋0＋0陈化＋不定＋－加热＋不定