第九章-仪器分析法选介课件

第九章仪器分析法选介SelectedMethodsofModernInstrumentalAnalysis12023/8/12第九章仪器分析法选介第九章仪器分析法选介SelectedMethodso概况一点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容整体概述概况三点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容概况二点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容2概况一点击此处输入相关文本内容点击此处输入相关文本内容整体概

9.1紫外—可见分光光度法

9.2原子吸收分光光度法

9.3

电势分析法

9.4色谱分析法32023/8/12第九章仪器分析法选介9.1紫外—可见分光光度法32023/8学习要求1.掌握吸收光谱分析的基本原理和定量分析方法。了解吸收分光光度计的主要构造和应用范围。2.掌握电位分析法的基本原理、指示电极和参比电极的含义。了解各类电极的结构和机理。3.

掌握测定溶液pH值的方法。掌握直接电位法测定离子浓度及确定电位滴定终点的方法。42023/8/12第九章仪器分析法选介学习要求1.掌握吸收光谱分析的基本原理和定量分析420仪器分析的基本特点InstrumentalAnalysis——以被测物质的物理及物理化学性质为基础的分析方法多属微量分析，快速灵敏，相对误差较大，但绝对误差不大。仪器分析法的种类很多。有光谱法、色谱法、电化学分析法等。本章只介绍分光光度法、电位分析法二种常用的仪器分析法。52023/8/12第九章仪器分析法选介仪器分析的基本特点Instrumental9.1紫外—可见分光光度法

（UltravioletandVisibleSpectrophotometry）9.1.1概述9.1.2光吸收的基本定律9.1.3

显色反应及其影响因素9.1.4

紫外—可见分光光度计9.1.5

紫外—可见分光光度测定的方法9.1.6分光光度法的误差和测量条件的选择9.1.7紫外—可见分光光度法应用实例62023/8/12第九章仪器分析法选介9.1紫外—可见分光光度法

（Ultravioleta9.1.1概述

吸光光度法：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、可见及紫外吸光光度法及红外光谱法等。特点：灵敏度高：测定下限可达10－5～10－6mol/L。准确度高：满足微量组分的测定要求。简便快速：在适当条件下，不经分离可直接测定。应用广泛：无机、有机成分、农药残留、生物体内的微量成分、药物分析、环境卫生分析。72023/8/12第九章仪器分析法选介9.1.1概述吸光光度法：基于物质对光的选择性吸收而建

光是一种电磁波。所有电磁波都具有波粒二象性。光的波长、频率与光速c的关系为：

光速在真空中等于2.9979×108m·s-1。光子的能量与波长的关系为：

式中E为光子的能量；h为普朗克常数，为6.626×10-34J·S。光的基本性质82023/8/12第九章仪器分析法选介光是一种电磁波。所有电磁波都具有波粒二象性。光的波长核和自旋92023/8/12第九章仪器分析法选介核和自旋92023/8/2第九章仪器分析法选介

物质的颜色与光的关系单色光：只具有一种波长的光。混合光：由两种以上波长组成的光。白光：由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成的。互补色光：两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以得到白光，这两种光--互补色光。物质的颜色：由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产生的。102023/8/12第九章仪器分析法选介物质的颜色与光的关系单色光：只具有一种波长的光。10202硫酸铜溶液因吸收白光中的黄色光而呈蓝色；高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。物质呈现的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。112023/8/12第九章仪器分析法选介硫酸铜溶液因吸收白光中的黄色光而呈蓝色；112023/8/2KMnO4溶液122023/8/12第九章仪器分析法选介KMnO4溶液122023/8/2第九章仪器分析法选介

表9-2物质颜色和吸收光颜色的关系

物质颜色 吸收光颜色吸收光波/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

650~760白光青蓝青绿黄橙红紫蓝132023/8/12第九章仪器分析法选介表9-2物质颜色和吸收光颜色的关系白光青蓝青绿

当一束平行的单色光照射到有色溶液时，光的一部分将被溶液吸收，一部分透过溶液，还有一部分被器皿表面所反射。设入射光强度为I0，透过光强度为It，溶液的浓度为c，液层宽度为b，经实验表明它们之间有下列关系：

(9-1)1朗伯—比尔定律9.1.2光的吸收基本定律142023/8/12第九章仪器分析法选介当一束平行的单色光照射到有色溶液时，光的一部分将被溶透光度T(Transmittance)透光度定义：T

取值为0.0%~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光I0透射光It152023/8/12第九章仪器分析法选介透光度T(Transmittance)透光度定义：T透光度、吸光度与溶液浓度及液层宽度的关系

（9-2）

A

–

吸光度

T

–透光度

K-吸光系数，与入射光波长、溶液的性质及温度有关。

C—g·L-1

b—cmK—aL·g-1·cm-1——吸光系数，此时式（9-1）变为(9-3)162023/8/12第九章仪器分析法选介162023/8/2第九章仪器分析法选介C—mol·L-1b—cmK—

摩尔吸光系数L·mol-1·cm-1。它表示吸光质点的浓度为1mol·L-1，溶液的宽度为1cm时，溶液对光的吸收能力。值越大，表示吸光质点对某波长的光吸收能力愈强，故光度测定的灵敏度越高。值在103以上即可进行分光光度法测定，高灵敏度的分光光度法可达到105～106。式（9-3）可写成为：

A=bc

（9-6）与a的关系为：

=Ma

（9-7）

式中M为吸光物质的摩尔质量172023/8/12第九章仪器分析法选介C—mol·L-1b—cm172023/8/2第九朗伯—比尔定律的几种形式入射光强度透射光强度透光度吸光度摩尔吸光系数,L·mol–1·cm-1溶液厚度溶液浓度物理意义：一定温度下，一定波长的单色光通过均匀的、非散射的溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和厚度的乘积成正比。182023/8/12第九章仪器分析法选介朗伯—比尔定律的几种形式入射光强度透射光强度透光度吸光度摩尔例9-1浓度为25.0μg/50mL的Cu2+溶液，用双环已酮草酰二腙分光光度法测定，于波长600nm处，用2.0cm比色皿测得T=50.1%，求吸光系数a和摩尔吸光系数。已知M(Cu)=64.0解:已知T=0.501，则A=－lgT=0.300，

b=2.0cm, 则根据朗伯—比尔定律A=abc，而

=Ma=64.0g·mol-1×3.00×102L·g-1·cm-1=1.92×104(L·mol-1·cm-1)192023/8/12第九章仪器分析法选介例9-1浓度为25.0μg/50mL的Cu2+溶液，用双例9-2某有色溶液，当用1cm比色皿时，其透光度为T，若改用2cm比色皿，则透光度应为多少？解:由A=-lgT=abc可得

T=10-abc

当b1=1cm时，T1=10-ac=T

当b2=2cm时，T2=10-2ac=T2202023/8/12第九章仪器分析法选介例9-2某有色溶液，当用1cm比色皿时，其透光度为T，若

定量分析时，通常液层厚度是相同的，按照比尔定律，浓度与吸光度之间的关系应该是一条通过直角坐标原点的直线。但在实际工作中，往往会偏离线性而发生弯曲，见图中的虚线。2偏离朗伯一比尔定律的原因CA标准工作曲线图正误差负误差212023/8/12第九章仪器分析法选介定量分析时，通常液层厚度是相同的，按照比尔定律，浓度a单色光不纯所引起的偏离（物理方面）

朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，但在实际工作中，即使质量较好的分光光度计所得的入射光，仍然具有一定波长范围的波带宽度。在这种情况下，吸光度与浓度并不完全成直线关系，因而导致了对朗伯一比尔定律的偏离。所得入射光的波长范围越窄，即“单色光”越纯，则偏离越小。222023/8/12第九章仪器分析法选介a单色光不纯所引起的偏离（物理方面）朗伯一比尔定律b由于溶液本身的原因所引起的偏离（化学方面）

※吸光系数k与溶液的折光指数n有关。溶液浓度在0.01mol·L-1或更低时，n基本上是一个常数，浓度过高会偏离朗伯-比尔定律。

※介质不均匀。朗伯-比尔定律是建立在均匀、非散射的溶液这个基础上的。如果介质不均匀，呈胶体、乳浊、悬浮状态，则入射光除了被吸收外，还会有反射、散射的损失，因而实际测得的吸光度增大，导致对朗伯-比尔定律的偏离。232023/8/12第九章仪器分析法选介b由于溶液本身的原因所引起的偏离（化学方面）※吸光系数※溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化引起的偏离

有色化合物离解是偏离朗伯—比尔定律的主要化学因素。例如，显色剂KSCN与Fe3+形成红色配合物Fe(SCN)3，存在下列平衡：Fe(SCN)3Fe3++3SCN－溶液稀释时，上述平衡向右，离解度增大。所以当溶液体积增大一倍时，Fe(SCN)3的浓度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，导致偏离朗伯—比尔定律。242023/8/12第九章仪器分析法选介※溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化引起的偏离24202

吸收光谱(absorptionspectrum)或吸收曲线

测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。光吸收程度最大处的叫做最大吸收波长，用

max表示。不同浓度的KMnO4溶液所得的吸收曲线都相似，其最大吸收波长(525nm)不变，只是相应的吸光度大小不同。252023/8/12第九章仪器分析法选介吸收光谱(absorptionspectrum)或吸收

*KMnO4溶液对波长525nm附近的绿色光吸收最强，而对紫色光吸收最弱。光吸收程度最大处的叫做最大吸收波长，用

max表示。

*不同浓度的KMnO4溶液所得的吸收曲线都相似，其最大吸收波长不变，只是相应的吸光度大小不同。

*同一溶液在一定波长处的吸光度随浓度增大而增大，在

max处浓度的变化(△C)引起吸光度的变化(△A)最大，即比例系数κ在此处最大，测定吸光度，灵敏度最高。262023/8/12第九章仪器分析法选介*KMnO4溶液对波长525nm附近的绿色光吸收邻二氮菲亚铁的吸收曲线

max=510nm272023/8/12第九章仪器分析法选介邻二氮菲亚铁的吸收曲线max=510nm272023/8

Cr2O72-和MnO4-的吸收曲线不同的物质，吸收曲线不同，最大吸收波长不同。282023/8/12第九章仪器分析法选介Cr2O72-和MnO4-的显色反应及显色剂：

被测元素在某种试剂的作用下，转变成有色化合物的反应叫显色反应（colorreaction），所加入试剂称为显色剂(colorreagent)。常见的显色反应大多数是生成配合物的反应，少数是氧化还原反应和增加吸光能力的生化反应。9.1.3显色反应及其影响因素292023/8/12第九章仪器分析法选介显色反应及显色剂：9.1.3显色反应及其影

对显色反应的要求：

选择性好

所用的显色剂仅与被测组分显色而与其它共存组分不显色，或其它组分干扰少。

灵敏度要足够高

有色化合物有大的摩尔吸光系数，一般应有104-105数量级。

有色配合物的组成要恒定

显色剂与被测物质的反应要定量进行，生成有色配合物的组成要恒定。

生成的有色配合物稳定性好

即要求配合物有较大的稳定常数，有色配合物不易受外界环境条件的影响，亦不受溶液中其它化学因素的影响。有较好的重现性，结果才准确。

色差大

有色配合物与显色剂之间的颜色差别要大，这样试剂空白小，显色时颜色变化才明显。302023/8/12第九章仪器分析法选介对显色反应的要求：302023/8/2第九章仪器分析影响显色反应的因素

显色剂的用量

显色反应一般可表示为：

M+RMR

有色配合物MR的稳定常数越大，显色剂R的用量越多，越有利于显色反应的进行。但有时过多的显色剂反而对测定不利。在实际工作中，常根据实验结果来确定显色剂的用量。c(R)312023/8/12第九章仪器分析法选介影响显色反应的因素显色剂的用量c(R)312023/8/

溶液的酸度

许多显色剂都是有机弱酸或有机弱碱，溶液的酸度会直接影响显色剂的解离程度。对某些能形成逐级配合物的显色反应，产物的组成会随介质酸度的改变而改变，从而影响溶液的颜色。另外，某些金属离子会随着溶液酸度的降低而发生水解，甚至产生沉淀，使稳定性较低的有色配合物的解离。pHpH1<pH<pH2322023/8/12第九章仪器分析法选介溶液的酸度pHpH1<pH<pH2322023/8/显色温度

有些反应需要加热。有些显色剂或有色配合物在较高温度下易分解褪色。此外温度对光的吸收及颜色深浅也有影响，要求标准溶液和被测溶液在测定过程中温度一致。显色时间

显色反应有快有慢，有的有色配合物容易褪色，因此不同的显色反应需放置不同的时间，并在一定的时间范围内进行比色测定。AtAT332023/8/12第九章仪器分析法选介显色温度AtAT332023/8/2第九章仪器分析法选副反应的影响

被测金属离子M与显色剂R反应，生成有色配合物MRn，此时，若M有配位效应，R有酸效应，影响M配位反应的完全程度。通常，当金属离子有99%以上被配位时，就可认为反应基本上是完全的。共存离子的影响

吸光度增加，造成正干扰。被测组分或显色剂的浓度降低，引起负干扰。342023/8/12第九章仪器分析法选介副反应的影响342023/8/2第九章仪器分析法选介9.1.4紫外—可见分光光度计352023/8/12第九章仪器分析法选介9.1.4紫外—可见分光光度计352023/8紫外-可见分光光度计基本构造光源单色器样品池检测器信号输出

氢灯，150~400nm；卤钨灯，320~3200nm.基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置(比色皿)盛待测及参比溶液。光学玻璃，石英作用：将光信号转换为电信号，并放大光电管，光电倍增管，光电二极管表头P291、记录仪、屏幕、数字显示棱镜:玻璃360～700nm,石英200～1000nm光栅:波长范围宽,色散均匀,分辨性能好362023/8/12第九章仪器分析法选介紫外-可见分光光度计基本构造光源单色器样品池检测器信号输出常用的紫外—可见分光光度计

分为单波长和双波长分光光度计两类。单波长分光光度计又分为单光束和双光束分光光度计。单波长单光束分光光度计因其结构简单、使用方便而被广泛地应用于科研和生产等领域。其中最具代表性的是722型、751型分光光度计。372023/8/12第九章仪器分析法选介常用的紫外—可见分光光度计分为单波长和双波长分光单波长单光束分光光度计0.575光源单色器吸收池检测器显示382023/8/12第九章仪器分析法选介单波长单光束分光光度计0.575光源单色器吸收池检测器显示3392023/8/12第九章仪器分析法选介392023/8/2第九章仪器分析法选介721型402023/8/12第九章仪器分析法选介721型402023/8/2第九章仪器分析法选介722型412023/8/12第九章仪器分析法选介722型412023/8/2第九章仪器分析法选介单波长双光束分光光度计比值光源单色器吸收池检测器显示光束分裂器422023/8/12第九章仪器分析法选介单波长双光束分光光度计比值光源单色器吸收池检测器显示光束分裂

双波长分光光度计：

图9-9双波长分光光度计原理图

双波长分光光度计不仅可测多组分混合试样、混浊试样，而且还可测得导数光谱。测量时使用同一吸收池和同一光源，因而误差小、灵敏度高。432023/8/12第九章仪器分析法选介双波长分光光度计：图9-9双波长1配制一组浓度不同的标准溶液(c1

、c2

……)；2在一定波长下，分别测定其吸光度(A1、A2……)。3以A为纵坐标，浓度c为横坐标，绘制曲线，得到一条通过原点的直线，称为标准曲线（A-c曲线）。4用完全相同的方法和步骤测定待测溶液的吸光度Ax，从标准曲线上找出对应的浓度cx值(Ax

cx)。可多次使用，适用于大量的经常性的工作。标准曲线法9.1.5紫外－可见分光光度测定的方法442023/8/12第九章仪器分析法选介1配制一组浓度不同的标准溶液(c1、c2……)；标准1.标准曲线法CCxBlankStandardSampleSampleAAx被测物452023/8/12第九章仪器分析法选介1.标准曲线法CCxBlank2.标准对照法(直接比较法)

称相同的质量试样和标准配相同体积的溶液，在相同条件测出它们的吸光度，按下式计算被测溶液的浓度。

k标=k测

b标=b测

要求A与c线性关系良好，被测样品溶液与标准溶液浓度接近。用一份标准溶液即可计算出被测溶液的含量或浓度，方便，操作简单。462023/8/12第九章仪器分析法选介2.标准对照法(直接比较法)462023/8/2第3.吸光系数法在没有标准品可供比较测定的条件下，按文献规定条件测定被测物的吸光度，从样品的配制浓度、测定的吸光度及文献查出的吸光系数即可计算样品的含量，因为

则样品含量472023/8/12第九章仪器分析法选介3.吸光系数法472023/8/2第九章仪器分析法9.1.6紫外—可见分光光度法的误差

和测量条件的选择分光光度法的误差溶液不遵守朗伯—比尔定律所引起的误差

利用标准曲线的直线段来测定被测溶液的浓度，从而减少由入射光为非单色光引起的误差；也可以利用试剂空白和确定适宜的浓度范围来减少由溶液本身所引起的差。光度测量误差吸光度与透光率是负对数关系，故吸光度的标尺刻度是不均匀的。一般来说透光率为20％~65％(吸光度为0.2-0.7)时，浓度测量的相对误差都不太大。这就是分光光度分析中比较适宜的吸光度范围。482023/8/12第九章仪器分析法选介9.1.6紫外—可见分光光度法的误差

仪器误差比色皿的质量，检流计的灵敏度。光源不稳定、棱镜的性能、安装条件及光电管的质量等都可以使分析产生误差。操作误差由分析人员所采用的实验条件与正确的条件有差别所引起的误差。492023/8/12第九章仪器分析法选介仪器误差492023/8/2第九章仪器分析法选介

测定条件的选择入射光波长的选择以最大吸收波长λmax为测量的入射光波长。在此波长处，摩尔吸光系数Қ最大，测定的灵敏度最高。在λmax处A有一个小的平坦区，可以减小单色光不纯引起的误差。若干扰物在λmax处也有吸收，在干扰最小的条件下选择吸光度最大的波长（最大吸收、最小干扰）。有时为了消除其它离子的干扰，也常常加入掩蔽剂。502023/8/12第九章仪器分析法选介测定条件的选择502023/8/2第九章仪器分析法选

吸光度读数范围的选择透光度读数误差ΔT是一个常数，但在不同的读数范围内所引起的浓度的相对误差却是不同的。为减小浓度的相对误差，提高测量的准确度，一般应控制被测液的吸光度A在0.2～0.7(透光度为65%～20%)。可以通过改变称样量、稀释溶液以及选择不同厚度的比色皿来控制吸光度。A=0.434T=512023/8/12第九章仪器分析法选介吸光度读数范围的选择A=0.434512023/8/2第参比溶液的选择原则:使试液的吸光度能真正反映待测物的浓度。

A=A1+A2+…+Ax，

A1+A2+…=0,A=Ax

利用空白试验来消除因溶剂或器皿对入射光反射和吸收带来的误差。·纯溶剂空白

当试液、试剂、显色剂均为无色时，用纯溶剂(或蒸馏水)作参比溶液。·试剂空白

试液无色，而试剂或显色剂有色时，加入相同量的显色剂和试剂,作为参比溶液。·试液空白

试剂和显色剂均无色，试液中其它离子有色时，用不加显色剂的溶液作为参比溶液。522023/8/12第九章仪器分析法选介参比溶液的选择522023/8/2第九章仪器分析法选介9.1.7紫外—可见分光光度法应用实例应用:

测量试样微量组分。测定配合物的组成及稳定常数、弱酸的解离常数、化学反应的速率常数、催化反应的活化能等。根据分子的紫外或红外光谱数据判断分子的空间构型，确定分子结构。532023/8/12第九章仪器分析法选介9.1.7紫外—可见分光光度法应用实例应用:5320231．单组分含量测定实例一：1.1,10-二氮菲测定微量铁

该试剂能与Fe2+能形成3：1的红色配离子,λmax=512nm。在pH为3～9范围内，反应能迅速完成，显色稳定。在铁含量0.5～8μg·mL－1范围内，浓度与吸光度符合朗伯—比尔定律。用pH=4.5～5.0的缓冲液保持其酸度，并用盐酸羟胺还原其中的Fe3+，用标准曲线法进行测定。542023/8/12第九章仪器分析法选介1．单组分含量测定542023/8/2第九章仪器分析法选

实例二：磷钼蓝法测定全磷用浓硫酸和高氯酸（HClO4）处理样品，使磷的各种式转变为H3PO4，然后在HNO3介质中，H3PO4与（NH4）2MoO4反应形成磷钼黄杂多酸，反应如下：

用适当的还原剂如维生素C将其中的Mo(VI)还原为Mo(V)，即生成蓝色的磷钼蓝，其最大吸收波长为λmax=660nm，用标准曲线法可测得样品的全磷含量。3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3

(NH4)3PO4·12MoO3+12NH4NO3+12H2O552023/8/12第九章仪器分析法选介实例二：磷钼蓝法测定全磷3PO4+12(NH4)2MoO吸收峰互不重叠溶液的总吸光度等于各组分的吸光度之和：

A、B两组分的吸收峰相互不重叠，则可分别在和处用单组分含量测定法测定组分A和B。2．多组分含量测定A=A1+A2+A3+……+An562023/8/12第九章仪器分析法选介吸收峰互不重叠2．多组分含量测定A=A1+A2+A3+……+吸收峰相互重叠A、B两组分吸收峰相互重叠，可分别在和处测出A、B两组分的总吸光度A1和A2，然后根据吸光度的加和性列联立方程：在处，在处，572023/8/12第九章仪器分析法选介吸收峰相互重叠572023/8/2第九章仪器分析法选介3.配合物组成的测定

物质的量比法

固定金属离子M的浓度，改变配位剂R的浓度。当金属离子全部被配位剂配合后，再增加配位剂，其吸光度不会增加了，利用外推法可得一交叉点D，D点所对应的浓度比值就是配合物的配合比。1:13:1c(R)/c(M)A1.02.03,0

582023/8/12第九章仪器分析法选介3.配合物组成的测定

物质的量比法1:13:1c(R连续变化法设配位反应为M+nRMRncM+cR=c0（常数）配制一系列不同xM（或xR）值的溶液，溶液中配合物浓度随xM而改变，当xM（或xR）与形成的配合物组成相当时，即金属离子和配位剂物质的量之比和配合物组成一致时，配合物的浓度最大。根据与最大吸光度对应的x值，即可求出n。

592023/8/12第九章仪器分析法选介连续变化法592023/8/2第九章仪器分析法选介M:R=1:10.50.33cM/ccM/cM:R=1:2602023/8/12第九章仪器分析法选介M:R=1:10.50.33cM/ccM/cM:R=1:26以往考题1一含有0.088mgFe3+的溶液用SCN-显色后，用水稀释到50.00ml,以1.0cm的吸收池在480nm处测得吸光度为0.740，则[Fe(SCN)6]2+配合物的摩尔吸光系数为(C)A.4.2×102L·cm-1·mol-1B.4.2×102L·cm-1·g-1

C.2.35×104L·cm-1·g-1

D.2.35×104L·cm-1·mol-12以下哪个因素不是引起偏离Lambert－Beer定律的原因---(D)A.入射光不纯B．吸收物质形成新的化合物

C．溶液浓度过高D．分光光度计没有正确调零612023/8/12第九章仪器分析法选介以往考题1一含有0.088mgFe3+的溶液用SCN-显3.分光光度法分析时，加入的显色剂及其它辅助试剂在测定波长处均有一定的吸收，则参比溶液应选用-----(B)A．纯溶剂B．试剂溶液

C．试样溶液D．试液中加入掩蔽剂4

分光光度法中的显色反应，显色剂的Қ值越大越好(√)5分光光度计一般包括光源、单色器、吸收池、检测器、显示器五大部分。分光光度法测定时比较适宜的吸光度范围是

0.2~0.7

。6

在分光光度法测定中，有色溶液对光的吸收程度与溶液中吸光物质的性质、浓度、液层厚度、温度和

入射光波长等因素有关。

622023/8/12第九章仪器分析法选介3.分光光度法分析时，加入的显色剂及其它辅助试剂在622027.与物质的摩尔吸光系数有关的因素是………(B)A.物质的溶解度B.物质的性质及入射光波长

C.液层的厚度D.溶液的物质的量浓度。8.符合朗伯-比耳定律的有色溶液稀释时，其最大吸收峰的波长位置………..……（C）

A.向长波方向移动；

B.向短波方向移动；

C.不移动，但峰高值降低;D.不移动，但峰高值增大.632023/8/12第九章仪器分析法选介7.与物质的摩尔吸光系数有关的因素是………(B(6分)某化合物的醇溶液

max=240nm，其

=1.7104Lmol

1

cm

1，其摩尔质量M=314.47gmol

1，当用1cm比色皿测定时，试问配制什么样的浓度(gL

1)范围最为合适？解：分光光度法的合适吸光度范围为A=0.20~0.70；

A=

bc

(1分)当A=0.20时，c=0.20/(1.7

104L

mol

1

cm

1

1cm)=1.2

10

5mol

L

1c=1.2

10

5mol

L

1

314.47g

mol

1=3.7

10

3g

L

1(2分)

当A=0.70时，c=0.70/(1.7

104L

mol

1

cm

1

1cm)=4.1

10

5mol

L

1c=4.1

10

5mol

L

1

314.47g

mol

1=1.3

10

2g

L

1（2分）

浓度范围为c=3.7

10

3～1.3

10

2g

L

1（1分）642023/8/12第九章仪器分析法选介(6分)某化合物的醇溶液max=240nm，本节重点吸收定律：朗伯比耳定律；偏离朗伯比耳定律的原因显色反应及其影响因素：分光光度法对显色反应的要求；显色剂；显色反应的影响因素。分光光度计：基本仪器部件；分光光度测定的方法。光度法的误差及测量条件的选择。作业1，2，3,4,5，652023/8/12第九章仪器分析法选介本节重点652023/8/2第九章仪器分析法选介9.3电势分析法9.3.1概述1.

基本原理和分类电势分析法——通过测定包括待测物溶液在内的化学电池的电动势，求得溶液中待测组分活(浓)度的一种电化学分析方法。（半电池反应的电极电势与溶液中对应离子活度关系服从能斯特方程。）

662023/8/12第九章仪器分析法选介9.3电势分析法9.3.1概述1.

基本原理和参比电极：电位固定不变的电极。指示电极:电极电位随待测离子的浓度改变而改变。参比电极与指示电极组成工作电池：

参比电极‖试样溶液|指示电极测电动势，进而求得待测离子的金属电极的电位，金属电极的电位与溶液中相应金属离子活度的关系为：最终求得待测金属离子的活(浓)度。

672023/8/12第九章仪器分析法选介参比电极：电位固定不变的电极。672023/8/2第九章电势法的基本装置1-磁力搅拌器；2-搅拌子；3-指示电极；4-参比电极；5-测量仪表(离子计)682023/8/12第九章仪器分析法选介电势法的基本装置1-磁力搅拌器；682023/8/2第九章电势分析法的分类

直接电势法——通过测量电极电势(电动势)的数值，并通过电势与待测离子间的能斯特关系，求得待测离子的活（浓）度。

电位滴定法——通过测量滴定过程中电极电势的变化，进而确定滴定的终点，通过滴定反应的化学计量关系，求得待测离子的浓度。692023/8/12第九章仪器分析法选介电势分析法的分类直接电势法——通过测量电极电势2.指示电极和参比电极指示电极(indicatingelectrode）：电极电势能响应待测离子活度的电极，即电极电势随待测离子的浓度变化而变化。常用的指示电极有金属基电极(以金属得失电子为基础的半电池反应来指示相应离子活度)离子选择性膜电极(基于离子在溶液和一片被称为选择性敏感膜之间的扩散和交换)。基本要求：电极电位与试样溶液中待测离子活度之间的关系符合能斯特方程。702023/8/12第九章仪器分析法选介2.指示电极和参比电极指示电极(indicatingel金属基指示电极的特点

以金属得失电子为基础的半电池反应来指示相应离子活度。基于金属与其离子所组成的电极。例：将一根银丝插入Ag+离子溶液所构成银的指示电极，能响应溶液中Ag+离子活度：712023/8/12第九章仪器分析法选介金属基指示电极的特点以金属得失电子为基第一类金属基电极

能直接响应溶液中金属离子活度的指示电极

S——

电极反应的Nernst斜率。25

Cn=1时，S=0.0592V，

n=2时，S=0.0296V，依次类推。722023/8/12第九章仪器分析法选介第一类金属基电极能直接响应溶液中金属离子活度的指示电极第二类金属基电极由金属、该金属的难溶盐、此难溶盐的阴离子所组成的指示电极，能指示该阴离子活度。例：用银电极指示Cl-离子的活度。其半电池反应和电极电位的能斯特关系如下，

AgCl(S)+e–Ag(S)+Cl–

732023/8/12第九章仪器分析法选介第二类金属基电极由金属、该金属的难溶盐、此难溶盐的阴离子所组第二类金属基电极的电极反应和能斯特响应式可用以下通式表示：

MnXm(s)+n×me-

nM(s)+mXn–742023/8/12第九章仪器分析法选介第二类金属基电极的电极反应和能斯特响应式可用742023/8零类电极

自身并没有电子的得失而只是提供了其他电极半反应交换电子场所的金属基电极。通常是惰性的铂丝或铂片。如：电极半反应是Fe

3+

＋e－

Fe

2+

，其Nernst响应式可用以下通式表示：金属基指示电极结构简单，制作方便，是金属离子和某些阴离子的常用指示电极。752023/8/12第九章仪器分析法选介零类电极自身并没有电子的得失而只是提供了其他电极半反参比电极

参比电极:

电极电位固定不变的电极。基本要求：不受试样溶液组成变化的影响。最常用的：甘汞电极，由汞、氯化亚汞(Hg2Cl2)沉淀、

Cl–离子组成，半电池反应为：

Hg2Cl2（s）+2e-2Hg+2Cl–其电极电位为：

aCl-一定，其电极电势一定。762023/8/12第九章仪器分析法选介参比电极参比电极:电极电位固定不变的电极。762023

甘汞电极的结构示意图(a)整支电极；(b)内部电极的放大图。

1-导线；

2-塑料帽；

3-加液口；

4-内部电极；

5-氯化钾溶液；

6-多孔陶瓷。772023/8/12第九章仪器分析法选介甘汞电极的结构示意图(a)整支电极；772023/8

甘汞电极的特点(1)电极能响应Cl-

离子活度，属第二类金属基电极。固定C(Cl-)

，在确定温度下，其电位是一个定值。(2)下部的多孔陶瓷使电极内部KCl溶液与外部的试样溶液不直接接触但能形成导电回路，内压大于外部试液，外部溶液不会渗入，以保持内部的KCl浓度。(3)甘汞电极电位值因内充KCl溶液浓度不同而不同。最常用为饱和甘汞电极（saturatedcalomelelectrode,SCE），25

C时的E=0.242V。782023/8/12第九章仪器分析法选介甘汞电极的特点(1)电极能响应Cl-

离子活度，属第二

其他参比电极Ag-AgCl电极为常用参比电极。在温度较高（>80

C）的条件下使用时，Ag-AgCl电极的电位较甘汞电极稳定。25

C时，内充饱和KCl溶液的Ag-AgCl电极的电位值为0.199V。792023/8/12第九章仪器分析法选介其他参比电极Ag-AgCl电极为常用参比电极。7920239.3.2离子选择性电极

离子选择性电极（ionselectiveelectrode,ISE）是20世纪60年代后迅速发展的新型指示电极。有常规电极和微电极之分，后者在生命科学中有极其美好的应用前景。离子选择性电极有特殊响应机理——膜把两种电解隔开，离子在溶液和选择性敏感膜之间的扩散速度不同和交换而形成膜电位(membranepotential)（没有电子得失）。802023/8/12第九章仪器分析法选介9.3.2离子选择性电极离子选择性电

1.

离子选择性电极和膜电位

选择性敏感膜是对特定离子有选择性交换能力的材料。按敏感膜材料性质不同，电极可分类为：晶体电极：用晶体敏感膜制作，如氟化镧单晶制成的氟离子选择性电极，用氯化银多晶制成的氯离子选择性电极。非晶体电极：用玻璃膜和流动载体(液膜)制成的电极（前者如pH玻璃电极，后者如流动载体钙离子选择性电极)等。812023/8/12第九章仪器分析法选介1.

离子选择性电极和膜电位选择性敏感膜是2.pH玻璃电极pH玻璃电极是对溶液中的H+离子活度具有选择性响应的电极，它主要用于测量溶液的酸度。组成见图(由玻璃膜，内部溶液，内参比电极组成)。822023/8/12第九章仪器分析法选介2.pH玻璃电极pH玻璃电极是对溶液中的H+822复合式pH玻璃电极示意图

新型玻璃电极多为复合型，将指示电极和参比电极二合一，外加长脚护套，玻璃泡不易破损。

1．玻璃膜；

2.多孔陶瓷；

3.加液口；

4.内参比电极；

5.外参比电极；

6.外参比电极的参比溶液。832023/8/12第九章仪器分析法选介复合式pH玻璃电极示意图新型玻璃电极多为复合型，将指

玻璃电极的膜结构

电极的球泡形玻璃膜厚0.03~0.1mm，组成特殊(Na2O，22%；CaO，6%；SiO2，72%)

玻璃电极的特殊内部结构使玻璃膜有选择性响应。在掺有Na2O的硅氧网络结构形成部分荷负电的硅-氧骨架，可与带正电荷的Na+

离子形成离子键842023/8/12第九章仪器分析法选介玻璃电极的膜结构电极的球泡

玻璃电极膜电位的形成pH玻璃电极需水化后才能使用。水化层中的Na+与溶液中H+发生离子交换。≡SiO-Na+(表面)+H+(溶液)

≡SiO-H+(表面)+Na+（溶液）插入待测试样后，因膜外表面水化层中的H+离子活度与待测溶液中H+离子活度不同，在两相界面上因H+离子扩散迁移而建立起相间电位。852023/8/12第九章仪器分析法选介玻璃电极膜电位的形成pH玻璃电极需水化后才能使用。水

内

试E膜=E试

-E内若待测液H+离子活度较大，溶液中H+向玻璃膜外表面水化层扩散，在玻璃外表面和溶液界面形成双电层，产生相间电位。同理，在玻璃内表面也形成相应的相电位。在膜两侧形成了膜电位：

点位H+Na+

Na+H+Na+

862023/8/12第九章仪器分析法选介内

玻璃电极膜电位的表示外表面的相间电位符合Nernst方程：同理，玻璃膜的内表面也存在着因H+离子的扩散迁移而建立起相间电位：872023/8/12第九章仪器分析法选介玻璃电极膜电位的表示外表面的相间电位符合Nernst方程：

若玻璃膜内、外表面的结构完全一致，许多因素相同，则玻璃膜内、外膜表面相间电位的代数和可表示为：

因玻璃泡内装溶液的H+离子活度是固定的，则：忽略扩散电位，可看成整个玻璃膜的膜电位。882023/8/12第九章仪器分析法选介若玻璃膜内、外表面的结构完全一致，许多因素相

因玻璃电极的电位是通过电极内部的Ag-AgCl内参比电极测量的，故整个pH玻璃电极的电极电位为：可简化成：892023/8/12第九章仪器分析法选介因玻璃电极的电位是通过电极内部的Ag-AgCl内参比

玻璃电极膜电位的偏离pH大时为“碱差”：除H+外还响应K+、Na+离子，所测pH值低于实际值。pH小时为“酸差”：水分子的质子化使其活度小于1，所测pH值高于实际值。因电极玻璃膜响应H+离子的非专属性，在pH很大或很小时会出现较大的偏差：902023/8/12第九章仪器分析法选介玻璃电极膜电位的偏离pH大时为“碱差”：除H+外还响

玻璃电极的改性改变玻璃膜的成分，可改变使玻璃电极测定的选择性，成为测定其它阳离子的选择性电极。如，将玻璃膜的成分改为：Na2O，11%，Al2O3，18%，SiO2，71%，即可将玻璃电极改性为测定钠的选择性电极。912023/8/12第九章仪器分析法选介玻璃电极的改性改变玻璃膜的成分，可改变使玻璃电极测定的选择

3.

氟离子选择性电极

敏感膜：（氟化镧单晶）：掺有EuF2

的LaF3单晶切片；内参比电极：Ag-AgCl电极（管内）内参比溶液：0.1mol/LNaCl+0.1mol/LNaF混合溶液

F-用来控制膜内表面的电位，

Cl-用以固定内参比电极的电位。922023/8/12第九章仪器分析法选介3.

氟离子选择性电极敏感膜：（氟化镧单晶）：92202电极膜电位的产生

当电极浸入含F-待测试液时，溶液中的F-离子将与单晶膜上的F-离子发生交换。若试样溶液中αF-大，溶液中的F-离子迁移进入晶体膜的空穴中；若试样溶液中αF-小，晶体表面的F-离子转移到溶液，在膜晶格中留下F-点位的空穴。从而在膜和溶液相界面上形成了双电层，产生膜电位。932023/8/12第九章仪器分析法选介电极膜电位的产生当电极浸入含F-待测试液时，溶电极膜电位的表示膜电位的大小与试样溶液中F-活度关系符合能斯特方程：

与pH电极类似，结合内参比电极的电位，氟离子电极在活度为的F-离子试液的电极电位为：因此可以通过测量氟离子选择性电极的电位，测定试样溶液中F-离子的活度。942023/8/12第九章仪器分析法选介电极膜电位的表示膜电位的大小与试样溶液中F-活度关系符合能斯氟电极的应用范围测定F-离子的浓度范围一般在1～10-5mol·L-1

之间测定时溶液酸度应控制在pH5～6之间：pH<5，溶液中游离F-质子化，生成不被氟化镧单晶膜响应弱酸的HF和H2F-；

pH>6，膜表面LaF3水解生成La(OH)3↓，沉淀会使膜表面性质变化，且又增大了电极表面附近的试样溶液中F-浓度，干扰F-浓度的测定。952023/8/12第九章仪器分析法选介氟电极的应用范围测定F-离子的浓度范围一般在1～10-5m9.3.3直接电势法

直接电势法(directpotentiometry)——通过测量指示电极的电极电位，并根据电位与待测离子间的能斯特关系，求得待测离子的活(浓)度的方法。经仪器适当的电路转换，直接电位法可直接求出样品溶液的pH值及相关离子的浓度。962023/8/12第九章仪器分析法选介9.3.3直接电势法直接电势法(direct

1.

溶液pH值的测定

可用酸度计直接测定溶液的pH值，其测量电池为

饱和甘汞电极‖试样溶液∣pH玻璃电极该电池的电动势为：E=E玻璃

E甘汞代入玻璃电极电势表达式，并将甘汞电极的电势(一定条件下是常数)与K’合并，可得:972023/8/12第九章仪器分析法选介1.

溶液pH值的测定可用酸度计直接测定溶液的pH值，其pH值的实用定义

实测时都采取与标准缓冲溶液比对的方法来确定待测溶液的pH值：标准缓冲溶液昂昂昂昂昂昂待测溶液故得到pH值的实用定义：982023/8/12第九章仪器分析法选介pH值的实用定义实测时都采取与标准缓冲溶液

标准缓冲体系的pH值温度(

C)邻苯二甲酸氢钾(0.05mol·L-1)KH2PO4-Na2HPO4(各0.025mol·L-1)硼砂(0.01mol·L-1)04.0036.9849.464103.9986.9239.332204.0026.8819.225254.0086.8659.180304.0156.8539.139354.0246.8449.102992023/8/12第九章仪器分析法选介标准缓冲体系的pH值温度邻苯二甲酸氢钾KH2PO4-2.离子浓度的测定

以离子选择性电极为指示电极，甘汞电极作为参比电极，与待测溶液一起组成一个测量电池，测量其电动势以确定离子活度。

饱和甘汞电极‖试样溶液∣离子选择性电极结合前面所讨论的方法，可得

i—离子i的活度，zi—离子i的电荷数带一个正电荷，zi=1；两个正电荷，zi=2；

一个负电荷，zi=-1。其余类推。1002023/8/12第九章仪器分析法选介2.离子浓度的测定以离子选择性电极为指示电(1)标准曲线法

与分光光度法中的标准曲线法相似。（a）配制一系列已知浓度的待测物标准溶液（b）用相应的离子选择性电极和甘汞电极测定对应的电动势，（c）以测得的E值对相应的lgci

作标准曲线。（d）在相同的条件下测出待测试样溶液的E值，从标准曲线上查出待测离子的lgci值，再换算成待测离子的浓度。1012023/8/12第九章仪器分析法选介(1)标准曲线法与分光光度法中的标准曲线法相似。方法特点：要解决的问题：浓度与活度之间的差异解决的方法：不是求解

i将活度校正为浓度而是

控制体系的离子强度，从而使活度系数

i成为不随试样变化而变化的常数

不同变量标准曲线的对比

1.以活度为变量

2.以浓度为变量1022023/8/12第九章仪器分析法选介方法特点：要解决的问题：不同变量标准曲线的对比10方法原理式中是一常数，可并入K中，即可使E~lgC保持线性关系，完全可通过直线方程来定量。

标准溶液和试样溶液中均加入不干扰测定的强电解质，所加浓度一致且远高于试样溶液中的背景电解质和待测离子的浓度。使待测组份和标准溶液的活度系数保持一致。1032023/8/12第九章仪器分析法选介方法原理式中是一常数，可并入K中，

实验条件控制

除控制离子强度外，还需控制溶液酸度、掩蔽存在的干扰离子等。方法：加入由离子强度调节剂、缓冲剂、掩蔽剂所组成的混合试剂——“总离子强度调节缓冲剂”（totalionstrengthadjustmentbuffer,TISAB）例如，氟离子选择性电极测定F-离子浓度：需控制试液的pH=5.0左右(HAc­-NaAc体系)；用柠檬酸钠掩蔽试样中共存的Fe3+

、Al3+等(Fe3+

、Al3+能与F-形成配合物)。1042023/8/12第九章仪器分析法选介实验条件控制除控制离子强度外，还需控制溶方法特点（1）用一条标准曲线可以对多个试样进行定量，因此操作比较简便。（2）通过加入TISAB，可以在一定程度上消除离子强度、干扰组分等所引起的干扰。

标准曲线法适用于试样组成较为简单的大批量试样的测定。1052023/8/12第九章仪器分析法选介方法特点（1）用一条标准曲线可以对多个试样进行定量，因此操作(2)