1、1分析化学 7 吸光光度法Spectrophotometry2方法介绍n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。n比色分析法n通过目视比较颜色的深浅来测定物质的浓度。n吸光光度法n使用光度计测定的方法。3方法特点：n灵敏度高、选择性好n准确度较高n应用广泛n仪器简单、操作简便、分析快速47 吸光光度法7.1 物质对光的选择性吸收7.2 光吸收基本定律7.3 吸光光度法的仪器7.4 吸光光度法分析条件的选择7.5 光度分析的应用示例57.1 吸光光度法基本原理一、光的基本性质二、物质对光的选择性吸收6一、光的基本性质1. 光的波动性和微粒性2.
2、单色光与复合光3. 互补色光71. 光的波动性和微粒性-110scm 103 - Hz- nm- 光光速速，真真空空中中频频率率，为为单单位位以以波波长长，在在紫紫外外可可见见区区cc sJ106.625-Plank- J- 34- 常常数数，光光子子的的能能量量，hEchhE 8电磁波谱图波长/nm10-1 1 10 102 400 760 103 104 105 106 107 108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UltravioletVisible Spec
3、trophotometry长92. 单色光与复合光n单色光：具有同一波长的光n复合光：不同波长组成的光n可见光的波长大约在400760nm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。103. 互补色光n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。11二、物质对光的选择性吸收1. 物质颜色和吸收颜色的关系2. 吸收光谱图121. 物质颜色和吸收颜色的关系白光KMnO4紫色13表7-1 物质颜色和吸收颜色的关系黄黄蓝蓝橙橙绿蓝绿蓝红红蓝绿蓝绿红紫红紫绿绿紫紫黄绿黄绿蓝蓝黄黄绿蓝绿蓝橙橙蓝绿蓝绿红红142. 吸收光谱
4、图400 450 500 550 600 650 /nmA0.80.60.40.2最大吸收波长最大吸收波长 max定性分析依据15吸收光谱图400 450 500 550 600 650 /nmA0.80.40.60.2 1 2定量分析依据16KMnO4溶液的吸收光谱图171. 透光率与吸光度2. 朗伯比耳定律3. 标准曲线及偏离朗伯比耳定律的原因7.2 光吸收基本定律181. 透光率T与吸光度AI0IrIaItTIIAIITIIIIIIItttartalglg0000透光率或透光率或透射比透射比吸光度吸光度nTransmittance and Absorptivity19 0 10 20 3
5、0 40 50 60 70 80 90 100 T % 1.0 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.05 0 AAttTTTIIAIIT 10lg1lglg00透光率 T 与吸光度 A 的关系202. 朗伯比耳定律21吸光度与光程的关系光源光源检测器检测器0.00吸光度吸光度检测器检测器b样品样品光源光源0.22吸光度吸光度光源光源检测器检测器0.44吸光度吸光度b样品样品b样品样品22吸光度与浓度的关系23吸光度与浓度的关系 吸光度吸光度0.00光源光源检测器检测器 吸光度吸光度0.22光源光源检测器检测器b 吸光度吸光度0.42光源光源检测器检测器b24朗伯比耳定律
6、nLambert-Beers LawKbcA A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g L-125吸光系数、摩尔吸光系数v 吸光系数a：v 摩尔吸光系数：v关系： M aKbcA abcA cg L-1bcma=A/( b c)， Lg-1cm-1Abcc mol L1bcm =A/(b c)，Lmol-1cm-126例 1n50mL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：4-110.1901.1 10
7、 (L molcm )0.025255.85 50Abc27吸光度的加合性n多组分体系中121122.nnnAAAAbcbcbc28n标准曲线（校正曲线） Standard curve，calibrated curve，working curve3. 标准曲线及偏离LB定律的原因 A0.500.400.300.200.100 2.0 4.0 6.0 8.0 10m mg/mLKbcA 29例 2n用0.2160gNH4Fe(SO4)212H2O溶于水中稀释至500mL配制铁标准溶液，磺基水杨酸法测定微量铁，得到如下数据：铁标液体积/mL0.002.004.006.008.0010.00吸光度A
8、00.1650.3200.4800.6300.790某试液5.00mL稀释至250mL。取稀释液2.00mL，与绘制标准曲线条件相同测得A=0.500，求试液铁含量(g L-1)30n解：13Lg0500. 0105002 .48285.552160. 0标c由图看见A=0.500，对应V=6.2mL可得原试液铁含量：133Lg75. 700. 52501000. 20500. 0102 . 6c标准曲线00.10.20.30.40.50.60.70.80.90246810V/mLA31偏离L-B定律的原因A0.500.400.300.200.100 2.0 4.0 6.0 8.0 10m m
9、g/mL正偏离正偏离负偏离负偏离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32朗伯-比尔定律的适用条件1.单色光 应选用max处或肩峰处测定。2.吸光质点形式不变 离解、络合、缔合会破坏线性关系 应控制条件(酸度、浓度、介质等)。3.稀溶液 浓度增大，分子之间作用增强。337.3 吸光光度法的仪器一、目视比色法二、光度计的基本部件三、方法比较34一、目视比色法（ Colorimetry ）n用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。12481632x35目视比色法36二、分光光度计的基本部件1. 光源2. 单色器3. 吸收池4. 检测系统37分光光度计的类型n单光束n双光
10、束n双波长 38三、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。397.4 吸光光度法分析条件的选择一、显色反应与显色剂二、显色条件的选择三、吸光度测定条件的选择40一、显色反应（ Color reaction ）n待测物质，直接测定；n待测物质是，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（color reagent）。41a. 无机显色剂n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。n如用KSCN显色
11、测铁、钼、钨和铌；用钼酸铵显色测硅、磷和钒等。SCN- Fe(SCN)2+H2O2 TiOH2O22+42b. 有机显色剂n有机显色剂分子中含有生色团（chromophoric group）和助色团（auxochromic group） 。O生色团生色团：NN，NO，OC=S,N （共轭双键）（共轭双键）e： ：助色团助色团NH2，OH，X （孤对电子）（孤对电子）ne43c. 多元络合物n多元络合物n三元络合物n离子缔合物n金属离子络合剂表面活性剂体系n杂多酸44显色反应的选择：，有色物质的 k 应大于104；，干扰少，或干扰容易消除；n有色化合物的，化学性质稳定；n显色剂对光的吸收与络合物
12、的吸收有明显区别，要求两者的吸收峰波长之差。 45二、显色条件的选择1. 显色剂用量2. 酸度3. 显色温度4. 显色时间5. 溶剂和表面活性剂6. 干扰的消除461. 显色剂的用量M + R = MR（被测组分） （显色剂） （有色络合物）n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。47cA0cA0cA0123n在实际工作中根据实验结果来确定显色剂的用量。486. 干扰的消除Co2, Fe3+Co2+FeF63-Co(SCN)2 (蓝蓝)NaFSCNCo2+Fe2+,Sn4+(2)Sn2+Co(SCN)2SCN测测Co2(含含Fe
13、3+) : (掩蔽法掩蔽法)49三、吸光度测量条件的选择1.入射光波长的选择2.参比溶液的选择3.吸光度读数范围的选择501. 入射光波长的选择n“”（maximum absorption）n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。n“” n在最大吸收波长处有其他吸光物质干扰测定时选择。51A /nm0 1 2A /nm0 1 2522. 参比溶液的选择n参比溶液的作用：n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，。53参比溶液的选择n蒸馏水：试液及显色剂均无色。n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。n不加试样溶液
14、的试剂空白：显色剂有颜色。n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。543. 吸光度读数范围的选择n从仪器测量误差的角度来看，为使测量结果得到较高的准确度，一般应控制标准溶液和被测试液的吸光度在0.20.8范围内。n可通过控制溶液的浓度（如改变试样的取样量或改变显色体系的体积）或选择不同厚度的吸收池来达到目的。 55100806040200T% c1 c2 c3 T T T-透光率读数误差透光率读数误差 c c1c1 c2c2 c3c3吸光度读数范围光度计的读数误差一般为T 0.22，由于T与浓度c不是线性关系，故不同浓度时的T引起的误差不同。56当A=0.43
15、4(或透射比T=36.8%)时，测量的相对误差最小。待测溶液的透射比T在15%65%之间，或 使 吸 光 度 A 在0.20.8之间，才能保证测量的相对误差较小。0 20 40 60 80 100 T%108642108642|Er|%36.8 0.7 0.4 0.2 0.1 0 A 0.434r0.434lg(0.01)cTEcTTT577.5 光度分析的应用示例一、铁的测定二、硅钼蓝法测定微量SiO2 三、钛的测定（H2O2法）四、一元弱酸解离常数的测定单一组分多组分光度滴定解离常数络合物的组成58一、铁的测定 Fe2+NN3NNFe32+ 2Cl4HO2HN2FeHClOH2NH2Fe2
16、2223pH=5显色，max508nm，1.1104Lmol-1cm-159二、硅钼蓝法测定微量SiO2)O(Mo)OSi(MoHO2H)2Fe(NOSOH)(SOFe6HNO4FeSO)OSi(MoHO10H)OSi(MoHMoO12HSiOH52572823342342346728267284244 pH 0.52 显色，提高温度可加快硅钼黄形成，max= 810nm，通常在620660nm测定。60三、钛的测定（H2O2法）黄黄色色 )OTiO(HOHTiO222222 H2SO4介质显色，介质显色， max410nm， 720L mol-1 cm-1干扰：干扰：Fe3+H3PO4V 、
17、W、 Mo 、U有干扰，但一般样品中不存在。有干扰，但一般样品中不存在。61四、一元弱酸解离常数的测定+-HB = H + B+-aH B HBK cHB = HB + B- -HB-HBHBBBHBaHBBaa HB B H = + H H AAAccKKK在某一接近pKa时的pH溶液中 62一元弱酸解离常数的测定HB-+aB H cAKAc 溶液pH至少比pKa小两个pH单位 HBHBHBHBHBHB = AAcc或溶液pH至少比pKa大两个pH单位 -BBBBBB = = AAcc或63一元弱酸解离常数的测定HB-B p a pH - lgAAKAA-+HBaB H AAKAA64本章内容小结物质对光的选择性吸收分光光度计的结构朗伯比耳定律测量条件的选择应用及相关计算65作业p124习题： 7，18，22，23
