nullnull第6章 吸光光度法
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
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方法
(比色法、紫外及可见吸光光度法、红外光谱法等)
§7-1概述
一、吸光光度法的特点
(1)灵敏度高(可测试样中质量分数10-2~10-5甚至10-6~10-8的痕量组分)
(2)准确度较高
目视比色法,5%~20%
吸光光度法,2%~5%甚至1%-2%
(3)应用广泛(无机离子、有机物、络合物的组成、酸碱的Ka、Kb)
(4)仪器简单,操作快速、简便null二、光的基本性质
1、光是一种电磁波,具有波动性和微粒性
不同波长的光,能量不同。电磁辐射按其波长可分为不同区域(P214表6-1电磁波谱范围表(包括波长范围、跃迁类型、辐射源和分析方法)。nullE: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(2.99791010 cm.s-1)
h:Plank常数(6.625610-34 J.s 焦耳. 秒)
普朗克
公式
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null2、吸收光谱产生的原理
原子吸收光谱是由原子外层电子跃迁产生的,是线状光谱。
分子吸收光谱是由分子吸收引起的。分子内部各质点的运动能级复杂,是带光谱
△E电子=1~20 ev (紫外可见)
△E振动= 0.05~ 1ev (红外)
△E转动<0.05ev null3、光的色散与互补色光400nm 750nm
单色光:具有同一波长的光
复合光:由不同波长的光组合而成的光
互补色光:若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光,那么就称这两种单色光为互补色光,这种现象称为光的互补。
null2、溶液的颜色与光的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光三、 物质对光的选择性吸收1、物质对光的吸收具有选择性null3、吸收光谱 A~λ1.二甲基黄吸收光谱2.麦塔喇红吸收光谱四、光吸收的基本定律
1、朗伯-比尔定律
当一束平行单色光垂直照射到均匀、非散射的介质(S、l or g)时,一部分被吸收,一部分透过介质,一部分被器皿表面反射null(1)透光度与吸光度(7-1)1706年,朗伯研究发现,A∝b;1852年,比尔研究发现,A∝c
(2)朗伯-比尔定律(7-2)朗伯-比尔定律的物理意义:当一束平行单色光垂直照射到均匀、非散射的吸光物质的溶液时,溶液的吸光度与吸光物质的浓度及液层厚度成正比。null(3)A与T的关系
A=-lgT (7-3)(4)吸光度的加和性
A总=A1+A2+···+An=K1bc1+K2bC2+ ···+Knbcn (7-4)
据此可进行多组分的测定及某些化学平衡常数的测定
注:朗伯-比尔定律的数学推导参看华中师范大学等四校编《分析化学》
上册
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(第三版),277~278页null2、吸光光度分析的灵敏度(3种表示)
(1)吸光系数a
A=Kbc中,当b-cm,c-g·L-1时,K=a (L·g-1·cm-1)
A=abc
(2)摩尔吸光系数ε
b-cm,c-mol·L-1时,K=ε (L·mol-1·cm-1)
A=εbc (7-5)
ε的物理意义:表示吸光质点的浓度为1mol·L-1,液层厚度为1cm时,在一定波长下,溶液的吸光度。反映了吸光物质对光的吸收能力,反映用吸光光度法测定的灵敏度。是选择显色反应的重要依据。
一般ε≥104 灵敏 ε<103不灵敏 ε=106null例1.已知含Cd2+浓度为140μg·L-1的溶液,用双硫腙法测镉,液层厚度为2 cm,在波长λ为520 nm处,测得的吸光度为0.22,计算ε。已知MCd=112.41(3)桑德尔灵敏度(Sandell)S
S是指当仪器的检测极限为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低含量。单位μg·cm-2S与ε的关系:(μg.cm-2) (7-6)例 .同上例,求Snull五、光度分析的方法和仪器
1、目视比色法
定义:肉眼比较溶液颜色以确定物质含量
方法原理(右图)
优点:仪器简单,操作简便,灵敏度高
缺点:准确度不高,
标准
excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载
系列不能久存
2、吸光光度法
利用光电效应,测量透过光的强度,以测定物质含量的方法
方法原理(下页图示)null光源单色器吸收池检测器显示器特点:①准确度较高 ②利用吸光度的加和性进行多组分同时测定 ③测定范围广(可见、紫外)
3、分光光度计及其基本部件null单波长单光束分光光度计null分光光度计的基本部件:光源、单色器、吸收池、检测器、显示器单波长双光束分光光度计null(1)光源
要求:足够的发光强度,各波段光强分布均匀、稳定,能在较宽的光谱区内提供连续辐射。
可见区,用白炽灯光源。钨丝灯(6-12v)360-800nm 碘钨灯320-2500nm
(2)单色器
用来将光源发出的连续光谱分解为单色光
棱镜(光的折射原理)玻璃、石英
光栅(光的衍射和干涉原理)分辨率高,波长范围宽
滤光片(80年代,581-G光电比色计)
(3)吸收池(拿毛面) 玻璃-可见区;石英-紫外区
(4)检测器:将透过光转化为电信号进行测量
光电管、光电倍增管、硒光电池(72型、581-G)
(5)显示器(T/A)
nullnull小结 二、光的色散与互补色光一、公式null§7-2 光度分析法的设计
一、显色反应的选择
显色反应:将被测成分转变成有色化合物的反应
氧化还原反应;络合反应(主)
M + R ⇌ MR
待测组分 显色剂 有色
1、选择显色反应的一般标准
(1)选择性好
(2)灵敏度高ε>104
(3)有色化合物组成恒定,化学性质稳定
(4)有色化合物与显色剂间颜色差别要大(对比度大)null2、显色剂
(1)无机显色剂(应用较少)
SCN-——测Fe,Mo,W,Nb…
钼酸铵——测Si,P,V…
H2O2——测Ti…
(2)有机显色剂(7例)
生色团:某些含有不饱和键基团,如偶氮基、对醌基和羰基等,基团中的π电子被激发时,能吸收>200nm的光,一般可与金属离子形成有色化合物。
助色团:某些含孤对电子的基团,如氨基、羟基和卤代基等,能与生色团上的不饱和键作用,影响生色团对光的吸收,使颜色加深。null自学: ①了解常用显色剂及在光度分析法中的应用
②了解多元络合物的类型及应用
离子缔合物(60-70年代)
表面活性剂(90年代)(增溶、增敏、增稳)如溴化十六烷基吡啶下,Al(OH)3,BaSO4不沉淀
二、显色条件的选择
(酸度、显色剂用量、试剂顺序、显色时间、显色温度、溶剂、干扰及消除等)
1、溶液的酸度
①影响显色剂的平衡浓度和颜色
HR ⇌ H+ + R- nR- + Mn+ ⇌ MRn
②影响被测物质的存在状态
pH升高,M→M(OH)…..M(OH)n甚至↓
③影响络合物的组成及颜色null实验:固定CR、CM,改变pH测A2、显色剂的用量
一般加过量显色剂。实验:固定CM 、 pH 等条件改变CR测AACRab(1)ACRa(2)ACR(3)null3、显色反应时间 t
试液自加入显色剂等且定容后开始计时,测A,制作A-t曲线,(2)、(3)用秒表控时At-minab(1)At-mina(2)At-min(3)4、反应温度 T:固定t等条件,改变T,作 A ~ T 曲线,寻找适宜 反应温度。一般T大,t则小。ATATATATATnull5、溶剂和表面活性剂
有机溶剂可降低有色化合物的离解度
合适的表面活性剂可增溶、增敏、增稳。
6、干扰及消除
包括:正干扰(共存离子本身有色or与显色剂反应,在测量条件下有吸收)和负干扰(共存离子引起显色反应不完全)
消除干扰的方法(P227)
控制酸度、加掩蔽剂、改变离子价态、选择合适的参比液和测量波长、增加显色剂的用量、化学分离等null三、光度测量条件的选择(重点)
1、测量波长
无干扰时,在λmax处测灵敏度高
减少or消除由非单色光引起的对朗-比定律的偏离有干扰时,遵循“吸收最大,干扰最小”的原则
如:丁二酮肟光度法测钢中镍,酒石酸钠掩蔽Fe2、吸光度的读数范围 A=0.2-0.8(仪器测量误差小)
通过控制溶液浓度or选择不同厚度的吸收池达到null四、标准曲线的制作
A——c
制作依据:朗-比定律,A∝c
方法:实验条件下,测量一系列不同含量的标准溶液的A,再在相同条件下测待测物的Ax,从而求出Cx。
标准曲线有时不过原点:①参比液选择不当②吸收池厚度不等、位置不妥、透光面不洁……
作业:P238 思考题2-9,习题3,5T3、选择合适的参比溶液
用参比溶液调节仪器的零点,以消除由于吸收池、溶剂及试剂对入射光的反射和吸收带来的误差,使试液的A真正反映待测物的A。
(P228 a,b,c,d,e)
练习:P239 9Tnull§7-3光度分析法的误差
来自两方面:一是偏离朗伯-比尔定律,二是吸光度测量不准
一、对朗伯-比尔定律的偏离
A=εbc
偏离原因:主要是仪器or溶液的实际条件与定律要求不符
1、非单色光引起的偏离
2、非平行光引起的偏离,正偏离
3、介质不均匀引起的偏离,正偏离
4、由于溶液本身的化学反应引起的偏离null二、吸光度读数误差图6-10 检流计标尺上吸光度与透射比的关系
A-刻度不均匀,A越大刻度越密,读数误差△A越大
T-刻度均匀,读数误差恒定,△T约为0.2%-1%
而测量结果的准确度取决于浓度测量的相对误差
由A=εbc可导出:(dA= εbdc)(7-7)一般△T=±0.01Er最小时,d(TlgT)=0T=36.8%
A=0.434记住(此时Er≈3%)null一般要求T=15%-65%or A=0.2-0.8之间
作业:P238习题4、19T(计算题的两个类型)
§7-4 吸光光度法的应用
一、试样中微量组分的测定
(一)单组分测定
1、一般方法,A-c曲线
例2.称取钢样1.000g,溶解后将其中的锰氧化为MnO4-,准确配制100mL溶液,于λ=520nm,b=1.0cm时测得A=0.50。已知ε=2.2×103,计算钢样中Mn含量。已知MMn=54.94g.mol-1null2、示差吸光光度法
高浓度示差光度法(测高含量组分)√
低浓度示差光度法(测低含量组分)A<0.1
全示差光度法(适合各种含量组分测定)
(1)高浓度示差光度法的原理
用稍低于待测液浓度的标准溶液作参比(即c0
>△c,故示差法准确度大大提高
(二)多组分的测定
利用吸光度的加和性:分别由纯A、纯B在λA和λB处测A后计算求出nullTi和V与H2O2作用生成有色络合物,今以 50mL1.06×10-3mol.L-1的钛溶液发色后定容为100mL;25mL6.28×10-3mol.L-1的钛溶液发色后定容为100mL。另取 20.0mL含Ti和V的未知混合溶液经以上相同方法发色。这三份溶液各用厚度为1cm的吸收池在 415nm及 455nm处测得吸光度值如下:null练习:P239习题8
解: A=εbc0.645=821×1×cTi+160×1×cV
0.555=464×1×cTi+240×1×cV
cTi=5.37×10-4mol.L-1,cV=1.27×10-3mol.L-1null二、弱酸和酸碱离解常数的测定
如,一元弱酸HA,cHAmol.L-1
HA ⇌ H+ + A-
cHA= [HA] + [A-]
设液层厚度b=1cm,在某波长下测定令AHA为HA在高酸度时的吸光度,则cHA≈[HA]
AA-为HA在强碱性时的吸光度,则cHA≈[A-]代入上式整理得:null(7-9)(1)代数法:在不同pH下测A,求出pKa的平均值
(2)图解法
先配制一系列总浓度c相同而pH不同的HA溶液,分别用酸度计精确测出pH,再用光度计在酸式HA or 碱式A-有最大吸收处的波长处测出各溶液ApH直线截距为pKanull三、络合物组成的测定
1、摩尔比法(饱和法)
M + nR ⇌ MRn
固定cM,改变cR,以相应的试剂空白作参比,测A,绘制A—cR/cM曲线
外推法得一交点,对应的横坐标值n—络合比
2、等摩尔系列法(连续变化法)
固定cM+cR,连续改变cR/cM,在选定波长下测A,作A-cM/cM+cR曲线
两曲线外推交于A0,对应cR/cM=nnull络合物稳定常数的测定
A0——络合物完全未离解时的吸光度
A——络合物部分离解后的吸光度(实测)
M + R ⇌ MR
cα cα c(1-α)null练习:P24016T
解:ZrO2+ + 2R ⇌ ZrOR2讨论:如果显色剂的总浓度是2.5×10-5,该题如何计算?
作业:P238 6,15,18T(改错,应为2.0mg/L)null四、双波长吸光光度法
1951年B.chance提出
(一)基本原理设波长为λ1和λ2的两束单色光强度相等,则:∴△A∝c定量分析的依据nullYY 的存在不干扰 X 的测定(二)优点
因只用一个吸收池,不用参比液,故消除了背景吸收、光散射及两个吸收池不匹配引起的测量误差,提高了测量的选择性和准确度举例:Y 的存在下测定X null(三)λ1和λ2的选择
是方法的关键
要求:△A足够大,且△λ尽量小(提高测量精密度)1、等吸收点法(常用)
选择λ1-λ2组合的条件:
在所选的λ1,λ2处 ①待测组分的△A应足够大 ②干扰组分有相同的吸收(在λ1,λ2处)
例如测苯酚:测量波长- λ1,参比波长λ2 or λ2’ (三氯苯酚和λ1 有相同吸收的点有两个: λ2 和λ2’ ,但λ2更接近λ1→精密度好),所以,以λ2 作参比波长,消除了y对x的干扰。null练习:P240 20T(扫描图片)
分别测x、y
测 x .测量波长λ1,参比波长λ2
测 y .测量波长λ1’,参比波长λ2’
要求:干扰组分必须有吸收峰2、选有色络合物3、MR吸收光谱下端某一波长λ2(参比)以上两种情况只适于单组分
(四)应用:1、浑浊试液中组分的测定2、单组分的测定3、两组分共存时的分别测定λ1 ,λ2等吸收点法
大练习本:P133课下练习,填空,选择λλ1λ2λ1λ2null第7章吸光光度法小结
1、了解物质的颜色的产生原因及吸收光谱
2、掌握朗伯-比尔定律的数学表达式及有关计算
A=εbc=-lgT
掌握ε的物理意义,掌握灵敏度的三种表示法
3、理解吸光光度法的基本原理。
光电效应,检测透过光的强度,光度计的基本部件
4、了解选择显色反应的一般标准及显色条件的选择
5、掌握光度测量条件的选择
λ无干扰时,λmax;有干扰时,吸收最大,干扰最小
A=0.2-0.8
选择合适的参比溶液null6、理解偏离朗伯-比尔定律的原因及T与浓度测量误差的关系
当T=36.8%,or A=0.434时,浓度测量相对误差最小
7、掌握示差法的原理、计算。理解示差法能提高测量结果准确度的原因
8、理解吸光光度法测定弱酸、弱碱离解常数及络合物稳定常数的原理和方法
9、了解双波长光度法的原理及波长的选择