第九章_吸光光度法.

第九章吸光光度法9.1吸光光度法概述9.2显色反应及其影响因素9.3吸光光度法分析及误差控制9.4吸光光度法的应用9.1吸光光度法概述仪器分析法光学分析法电化学分析法色谱化学分析法容量分析法：酸碱滴定法，配位滴定法，氧化还原滴定法，沉淀滴定重量分析法化学分析(Chemicalanalysis)：常量组分(1%),Er0.1%～0.2%依据化学反应,使用玻璃仪器仪器分析(Instrumentalanalysis)：微量组分(1%),Er1%～5%依据物理或物理化学性质,需要特殊的仪器准确度高灵敏度高1、光的基本性质射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光电磁辐射谱一、物质对光的选择性吸收光的波粒二象性波动性粒子性E光的折射光的衍射光的偏振光的干涉光电效应hchEE：光子的能量（J,焦耳）：光子的频率（Hz,赫兹）：光子的波长（cm）c：光速（2.99791010cm.s-1）h：Plank常数（6.625610-34J.s焦耳.秒）吸收光谱的产生：电磁辐射作用于粒子，粒子选择性地吸收某些频率的辐射能，并从低能级跃迁至高能级：M+hvM*（量子化）基态E1激发态E2吸收E2．吸收光谱产生的原理吸收光谱原子吸收光谱分子吸收光谱Atomicabsorptionspectrummolecularabsorptionspectrum分子内能量E=E电子+E振+E转=Ee+Ev+Er当△E=E光子=hv时，才会产生跃迁★由于分子结构的复杂造成了分子光谱比较复杂：同一电子能级中由几个振动能级；而在同一振动能级中又有几个转动能级。★在电子能级变化时，不可避免地伴随有分子振动和转动能级的变化，因此分子光谱比原子光谱复杂得多，成带状光谱。吸收光谱以λ为横坐标，被吸收能（A）为纵坐标，所绘制的谱图称之“吸收光谱”。①物质对光具选择性吸收λmax或各吸收峰(谷)的λ值—鉴定不同物质(定性)②对同一物质，当C不同时，λmax不变，在λmax处：A∝C——测定物质含量（定量）；③在λmax处，测量吸光度A的灵敏度最高——波长选择依据3、物质的颜色（光的互补性）：单色光：由单一波长的光组成。复合光：由不同波长的光组成。如：日光、白炽灯光(白光)。互补光：将两种适当颜色的光单色光按一定强度比例混合而得到白光，这两种光称之互补光。蓝绿红650-760绿蓝橙610-650蓝黄580-610紫黄绿560-580红紫绿500-560红蓝绿490-500橙绿蓝480-490黄蓝450-480黄绿紫400-450互补光颜色/nm蓝绿红650-760绿蓝橙610-650蓝黄580-610紫黄绿560-580红紫绿500-560红蓝绿490-500橙绿蓝480-490黄蓝450-480黄绿紫400-450互补光颜色/nm物质的颜色：本性，可见光完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意兰色白色黑色物质颜色是物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的。吸收光的互补光的颜色是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立的分析方法。比色法、可见及紫外吸光光度法及红外光谱法等。4、吸光光度法：灵敏度高：测定下限可达10－5～10－6mol/L准确度能够满足微量组分的测定要求：相对误差2～5％（1～2％）操作简便快速应用广泛二、光吸收的基本定律---朗伯-比尔定律当一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一部分被器皿的表面反射。设入射光强度为I'0，吸收光强度为Ia，透过光强度为It，反射光强度为Ir。rtaIIII'0taIII0透过光强度It与入射光强度Io之比称为透射比或透光率（度）0IITt透光率（度）Transmittance吸光度（A）AbsorbanceTIIAt1lglg0溶液的透射率（T）愈大，表示它对光的吸收(A)愈小;相反，透射率愈小，表示它对光的吸收愈大。吸光度与透光率AKcbTlgT：透光率A：吸光度1.00.50ACA100500T%TKbcAT1010T=0.0%A=∞T=100.0%A=0.0A=0.434T=36.8%当一束强度为I0的平行单色光垂直照射到长度为b的液层、浓度为c的溶液时，由于溶液中吸光质点(分子或离子)的吸收，通过溶液后光的强度减弱为I：KbcIIAolgTIIAo1lglg朗伯-比尔定律I0b朗伯-比尔定律表明：当一束单色光通过含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。这是进行定量分析的理论基础。比例常数K与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。KbcIIAolg摩尔吸收系数和桑德尔灵敏度★摩尔吸收系数当浓度c用mol·L-1，液层厚度b用cm为单位表示，则K用符号ε来表示。ε称为摩尔吸收系数，单位为L·mol-l·m-1，它表示物质的量浓度为lmol·L-1，液层厚度为lcm时溶液的吸光度。bcAKbcIIAolg★桑德尔(Sandell)灵敏度或称(灵敏度指数)用S来表示。S是指当仪器的检测极限A=0.001时，单位截面积光程内所能检测出来的吸光物质的最小含量，其单位为μg·cm-2，MMbcMbcMSbcA33610001.0101010001001.0MS吸光度的加和性：当某一波长的单色光通过一种含有多种吸光物质的溶液时，溶液的总吸光度应等于各吸光物质的吸光度之和。这一规律称吸光度的加和性。利用这一性质，可进行多组分测定及某些化学反应平衡常数测定。.........2211321bcbcAAAA三、分光光度计1、光源(Lightsource)：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。可见光区：钨灯，碘钨灯(320～2500nm)紫外区：氢灯，氘灯(180～375nm)光源单色器样品池检测器显示装置★吸光光度计基本部件2.单色器(monochromator)：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。棱镜:玻璃350～3200nm,石英185～4000nm光栅:波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便光源单色器样品池检测器显示装置★吸光光度计基本部件3.吸收池(cell):用于盛待测及参比溶液。玻璃—能吸收UV光，仅适用于可见光区石英—不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）光源单色器样品池检测器显示装置★吸光光度计基本部件4、检测器(detector)：利用光电效应，将光能转成电流讯号。光电池，光电管，光电倍增管★吸光光度计基本部件光源单色器样品池检测器显示装置光电管光电倍增管（160-700nm）1个光电子可产生106～107个电子5、指示器(display)刻度显示、数字显示，自动扫描记录、计算机★吸光光度计基本部件光源单色器样品池检测器显示装置200～800数显光电倍增管玻璃、石英光栅氘灯753325～850数显光电倍增管玻璃、石英光栅钨灯724180～860数显光电管玻璃光栅钨灯722360～700检流计硒光电池玻璃玻璃棱镜钨灯721420～700检流计硒光电池玻璃玻璃棱镜钨灯72工作范围(nm)显示器检测器比色皿单色器光源仪器型号200～800数显光电倍增管玻璃、石英光栅氘灯753325～850数显光电倍增管玻璃、石英光栅钨灯724180～860数显光电管玻璃光栅钨灯722360～700检流计硒光电池玻璃玻璃棱镜钨灯721420～700检流计硒光电池玻璃玻璃棱镜钨灯72工作范围(nm)显示器检测器比色皿单色器光源仪器型号双光束单光束按入射光束数量分红外用于有机物的结构分析可见用于无机物和有机物的测定紫外用于无机物和有机物的测定按工作波长分双光束单光束按入射光束数量分红外用于有机物的结构分析可见用于无机物和有机物的测定紫外用于无机物和有机物的测定按工作波长分分光光度计内部光的传播途径9.2显色反应及其影响因素一、显色反应选用适当的试剂将待测离子转化为有色物质的反应，称之“显色反应”，所用试剂称之“显色剂”。如：被测离子显色剂有色物络合反应螯合反应氧化还原反应23FeSCNSCNFe333FeRFe磺基水杨酸22284AgMnSOMnO二、显色反应的选择性（符合的条件）（1）灵敏度高、选择性好（ε104）；（2）有色络合物组成恒定，符合一定的化学式；（3）有色络合物性质稳定；（4）有色络合物与显色剂间颜色差别足够大（即显色剂在测定波长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：“对比度”，要求△60nm）；（5）显色反应条件易于控制（以保证测定结果良好的重现性）。三、显色条件的选择P3211、溶液酸度2、显色剂用量3、显色反应的温度4、显色反应时间5、溶剂6、共存离子的影响9.3吸光光度分析及误差控制1、测量波长的选择和标准曲线制作1）测量波长的选择“最大吸收原则”；当有干扰时：“吸收最大，干扰最小”。515655钍-偶氮砷IIIA络合物试剂515655钍-偶氮砷IIIA络合物试剂络合物试剂415500钴-亚硝基红盐A络合物试剂415500钴-亚硝基红盐A络合物试剂2）标准曲线的制作在确定的测定波长和实验条件下，测定一系列含量不同的标准溶液的吸光度，A-CbcA02468101214161820220510152025AC实际工作中常出现标准曲线不成直线（发生弯曲）的现象，特别是溶剂液浓度较高时（＞0.01mol/L），常发生向C轴的弯曲(负偏离)；有时会发生向A轴弯曲（正偏离），此现象称之对朗伯－比尔定律的偏离。2、对朗伯－比尔定律的偏离1)非单色光的影响Beer定律应用的重要前提——入射光为单色光101Iλ1Iλ1022Iλ2Iλ2bcIIcbIITA10lglg0002010201020102010201212112110101010IIIIIIIIIIIITbcbcbcbc）（结论：•选择较纯单色光（Δλ↓，单色性↑）•选λmax作为测定波长（Δ↓，S↑且成线性）偏离线性关系越严重与）（定律不成线性关系，偏离与成线性关系cABeercAbcA21211212）介质不均匀引起的偏离朗伯－比耳定律要求吸光物质的溶液是均匀的。如果溶液不均匀，例如产生胶体、乳浊液或悬浊液，当λ射光通过不均匀溶液时，除了被吸光物质所吸收，还将有部分光强因散射等而损失，使透光率减小，即吸光度增大，导致工作曲线向吸光度轴弯曲偏离。oraootIIITＩ＝ＩＩ＝实oaoIIIIIT0理假设入射光强为Ｉ。吸收光强为Ｉa，透射光强为Ｉ，损失的散射光强为Ir，则Ｉo=Ia+Ir+I实际测得的透光率如果没有发生散射，Ir=0，Ia不变，则理想的透光率可见Ｔ实＜Ｔ理，或Ａ实＞Ａ理故在光度法中应避免溶液产生胶体或混浊3）溶液本身的化学反应引起的偏离朗伯-比耳定律除要求吸收粒子是独立的，彼此之间无相互作用，因此稀溶液能很好地服从该定律。在高浓度时(通常＞0.01mol·L－1)由于吸收组分粒子间的平均距离减小，粒子间的相互作用增强，可使它们的吸光能力发生改变。吸光度与浓度间的关系就偏离线性关系，浓度越大，相互作用越强，偏离就越大。溶液中的吸光物质常因条件变化而形成新的化合物或改变吸光物质的浓度，如吸光组分的缔合、离解，互变异构，配合物的逐级形成，以及与溶剂的相互作用等，都将导致偏离比耳定律。因此必须根据吸光物质的性质，严格控制显色反应条件，以期获得较好的测定结果。3、吸光光度测量的误差透光率的读数误差。光度计的读数标尺上透射比T的刻度是均匀的，故透射比的读数误差ΔT（绝对误差）与T本身的大小无关，对于一台给定仪器它基本上是常数，一般在ΔT＝±0.01。吸光度的读数误差与A值有关%100l