分析化学第十一章吸光光度法

第十一章吸光光度法吸光光度法（Absorptionphotometry）是一种基于物质对光的选择性吸收而建立起来的一种 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 。包括可见吸光光度法、紫外-可见吸光光度法和红外光谱法等，也叫分光光度法(spectrophotometry)、比色法。吸光光度法同滴定分析法、重量分析法相比，有以下一些特点：(一)灵敏度高吸光光度法测定物质的浓度下限(最低浓度)一般可达1-10-3%的微量组分。如果对被测组分事先加以富集，灵敏度还可以提高1-2个数量级。(二)准确度较高一般吸光光度法的相对误差为1-5%，其准确度虽不如滴定分析法及重量法，但对微量成分来说，还是比较满意的，因为在这种情况下，滴定分析法和重量法也不够准确了，甚至无法进行测定。(三)操作简便，测定速度快(批量样品测定)(四)应用广泛几乎所有的无机离子和有机化合物都可直接或间接地用吸光光度法进行测定。基于上述特点，吸光光度法被称作现代分析化学的“常规武器”。一、物质对光的选择性吸收（一）单色光和复合光光是一种电磁波,按其波长可分为不同区域：第一节吸光光度法基本原理lg射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光可见光：λ＝400－750nm光波具有波粒二象性。其波长λ、频率ν与速度c之间的关系为：E=ħν=ħc/λħ为普朗克常数，其值为6.63×10-34J·s。普朗克方程表示了光的波动性和粒子性之间的关系。显然，不同波长的光具有不同的能量，波长愈短，能量愈高；波长愈长，能量愈低。单色光理论上单色光是具有相同波长的光，但通常意义的单色光是指其波长处于很窄的某一范围的光。复合光由不同单色光组成，如阳光和白炽灯泡发出的光均为复合光。可见光λ＝400－750nm所谓可见光是指人的眼睛所能感觉到的波长范围为400~750nm的电磁波。当一束阳光(即白光)通过棱镜后就色散成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色的光，它们具有不同的波长范围。反之，这些不同颜色的光依照强度按一定的比例混合后，便又形成白光。进一步的研究表明，只需将对角线上两种颜色的光依强度按一定的比例混合就可形成白光，它们称为互补色光。阳光、白炽灯光等白光便是由一对对互补色光依强度按一定比例混合而成的。(一)  物质对光产生选择性吸收和原因在一般情况下，物质的分子都处于能量最低、最稳定的状态——基态。当用光照射某物质后，如果照射光具有的能量恰与物质的粒子从基态到激发态的能级差相等时，这一波长的光即可被分子吸收，从而使其产生能级跃迁而进入较高的能态——激发态。也就是说，并不是任一波长的光都可以被某一物质所吸收。由于不同物质的分子其组成和结构不同，它们所具有的特征能级差不同，而各物质只能吸收与它们分子内部能级差相当的一定波长的光辐射，所以不同物质对不同波长的光具有选择性吸收。二、物质对光的选择性吸收物质颜色与吸收光颜色的关系return（二） 对固体物质来说，当白光照射到物质上时，物质对于不同波长的光吸收、透过、反射、折射的程度不同而使物质呈现出不同的颜色。如果物质对各种波长的光完全吸收，则呈现黑色；如果完全反射，则呈现白色；如果对各种波长的光吸收程度差不多，则呈现灰色；如果物质选择性地吸收某些波长的光，那么，这种物质的颜色就由它所反射或透过光的颜色来决定。对溶液来说，溶液呈现不同的颜色，是由于溶液中的质点(分子或离子)选择性的吸收某种颜色的光所引起的。如果各种颜色的光透过程度相同，这种物质就是无色透明的。如果只让一部分波长的光透过，其它波长的光被吸收，则溶液就呈现出透过光的颜色，也就是溶液呈现的是与它吸收的光成互补色的颜色。例如硫酸铜溶液因吸收了白光中的黄色光而呈蓝色；高锰酸钾溶液因吸收了白光中的绿色光而呈现紫色。其实，任何一种溶液．对不同波长的光的吸收程度是不相等的。用不同波长的单色光照射某一物质测定吸光度，以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制成的曲线叫做吸收光谱曲线或光吸收曲线。它清楚地描述了溶液对不同波长的光的吸收情况。吸收曲线的特点：不同的物质因其分子结构不同而具有不同形状的吸收曲线；同一物质，浓度不同，其吸收曲线的形状和λmax的位置不变，但在同一波长下吸光度随浓度的增大而增大。吸收曲线是吸光度法选择测量波长的依据。吸收曲线图4005006000.2000.3000.4000.100Aλ在可见光，KMnO4溶液对波长525nm附近绿色光的吸收最强，而对紫色和红色的吸收很弱。λmax=525nm。对于同一物质,当它的浓度不同时,它的λmax值固定不变（据此进行物质的定性分析）,但吸光度A的大小不同,并随着其浓度的增加,吸光度A也相应成一定比例地增大（据此进行物质的定量分析）吸光度A随浓度变化在λmax处最灵敏。浓度最高浓度最低二.朗伯-比耳定律(一)、朗伯-比耳定律的数学表达式朗伯(LambertJH)和比尔(BeerA)分别于1760和1852年研究了光的吸收与溶液层的厚度及溶液浓度的定量关系，二者结合称为朗伯-比尔定律，也称为光的吸收定律。当一束强度为I0的平行单色光垂直照射到厚度为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：A=Kbc此式为朗伯—比尔定律的数学表达式。式中A称为吸光度，K是比例常数，与入射光的波长、物质的性质和溶液的温度等因素有关。I/I0称为透光率，用T表示。它与A的关系为：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当C采用不同单位时,K的数值也不同：C以g/L表示,K就以a表示,称吸收系数,这时朗伯-比耳定律变为：A＝abcC以mol/L表示,K就以κ表示,称摩尔吸光系数.这时朗伯-比耳定律就变为:A＝κbcκ的物理意义：它表示物质的量浓度为lmol/L，液层厚度为lcm时吸光物质对某波长光的吸光度。κ越大，表明用光度法测定该物质的灵敏度越高。桑德尔灵敏度吸光光度法的灵敏度除用摩尔吸收系数κ表示外，还常用桑德尔灵敏度S表示。S定义：当光度仪器的检测极限为A=0.001时，单位截面积光程内所能检出的吸光物质的最低质量（μg·cm-2）。S与κ及吸光物质摩尔质量M的关系为：可见，某物质的摩尔吸光系数k越大，其桑德尔灵敏度S越小，即该测定方法的灵敏度越高。朗伯—比尔定律的物理意义和适用范围当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度A与吸光物质的浓度c及吸收层厚度b成正比。这正是吸光光度法进行定量分析的理论依据。朗伯—比尔定律是光吸收的基本定律，适用于所有的电磁辐射与所有的吸光物质(可以是气体、固体、液体、原子、分子和离子)间的作用。但由推导过程中所确定的假设可知，朗伯—比尔定律的成立是有前提的，即(1)入射光为平行单色光且垂直照射；(2)吸光物质为均匀非散射体系；(3)吸光质点之间无相互作用；(4)辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程，无荧光和光化学现象发生。二、引起偏离朗伯-比耳定律的原因(一)物理因素1.单色光不纯所引起的偏离严格地讲，朗伯-比耳定律只对一定波长的单色光才成立。但在实际工作中，目前用各种方法得到的入射光并非纯的单色光，而是具有一定波长范围的单色光。那么，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—比耳定律的偏离。2.非平行入射光引起的偏离非平行入射光将导致光束的平均光程b’大于吸收池的厚度b，实际测得的吸光度将大于理论值。3．介质不均匀性引起的偏离朗伯-比耳定律是建立在均匀、非散射基础上的一般规律、如果介质不均匀，呈胶体、乳浊、悬浮状态存在，则入射光除了被吸收之外、还会有反射、散射作用。在这种情况下，物质表现出的吸光度比实际的吸光度大得多（因为透过光小了），必然要导致对朗伯-比耳定律的偏离。（二）化学因素1．溶液浓度过高引起的偏离朗伯-比耳定律是建立在吸光质点之间没有相互作用的前提下。但当溶液浓度较高时，吸光物质的分子或离子间的平均距离减小，相互作用增强，从而改变物质对光的吸收能力，即改变物质的摩尔吸收系数。2.化学变化所引起的偏离溶液中吸光物质发生化学反应，吸光质点的浓度不等于其分析浓度，也就破坏了吸光度A与分析浓度之间的线性关系。产生对朗伯-比耳定律的偏离。分光光度仪器的基本部件光源单色器吸收池检测系统稳压电源第二节吸光光度法的仪器分光光度计的主要部件光源：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)氙灯：紫外、可见光区均可用作光源l/nm钨灯（热辐射光源）4006008001000氙灯（气体放电光源）氢灯强度氙灯氢灯钨灯单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同.玻璃350～3200nm,石英185～4000nm入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光红紫λ1λ2800600500400光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便.光栅衍射示意图M1M2出射狭缝光屏透镜平面透射光栅吸收池(比色皿)：用于盛待测及参比溶液。可见光区：光学玻璃池紫外区：石英池检流计（指示器）：低档仪器：刻度显示中高档仪器：数字显示，自动扫描 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 检测器：利用光电效应，将光能转换成电流讯号。光电池，光电管，光电倍增管I0It吸光系数C以g/L表示AabcAκbcC以mol/L表示摩尔吸光系数κ越大，光度法测定该物质的灵敏度越高。影响κ因素：温度、波长、吸光物质性质。朗伯-比尔定律：摩尔吸光系数与桑德尔灵敏度关系：吸收系数第三节显色反应及其影响因素一、显色反应的类型及要求显色反应-----将试样中被测组分转变成有色化合物的反应。显色反应主要两大类:络合反应(为主)氧化还原反应选择显色反应的一般 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 :(1)选择性要好。一种显色剂最好只与一种被测组分起显色反应;干扰离子容易被消除;显色剂与被测组分和显色剂与干扰离子生成的有色化合物的λmax相隔较远。(2)灵敏度要高。由于吸光光度法一般是测定微量组分的，所以要选κ值大灵敏度高的。但应注意，灵敏度高的不一定选择性就好，对于高含量的组分不一定要选用灵敏度高的显色反应。(3)对比度要大。即如果显色剂有颜色，则生成的有色化合物与显色剂本身的λmax差别要大，一般要求在60nm以上。(4)有色化合物的组成要恒定,化学性质要稳定。有色化合物若易受空气的氧化、日光的照射而分解，测定的误差较大。(5)显色反应的条件要易于控制。如果条件要求过于苛刻，难以控制，测定结果的再现性就差。二、常用显色剂（自己看）三、影响显色反应的因素1.显色剂的用量显色就是将被测组分转变成有色化合物，表示：M+R=MR(被测组分)(显色剂)(有色化合物)反应在一定程度上是可逆的。根据同离子效应，应加入过量的显色剂，不能过量太多，否则会引起副反应（图11-5）。2.溶液的酸度酸度对显色反应的影响表现在以下三方面:(1)影响被测物质的存在状态大部分高价金属离子都容易水解，会产生一系列羟基络离子或多核羟基络离子，最终有可能生成沉淀。故溶液的酸度不能太低。(2)影响显色剂浓度和颜色光度分析中所用的大部分显色剂都是有机弱酸。显色反应进行时，首先是有机弱酸发生离解，其次才是络阴离子与金属离子络合。HR（显色剂）＝R-+H++M＝MR从反应式可以看出，溶液的酸度影响着显色剂的解离,也影响着显色配位反应的完全程度。还要注意：许多显色剂当溶液酸度改变时，显色剂本身就有颜色变化。如果显色剂在某一酸度时，显色络合物的颜色和其本身颜色相同就无法进行光度测定。例如pH＜6.3呈柠檬黄色二甲酚橙pH＞6.3时呈红色，二甲酚橙+金属离子=络合物呈红色。因此，二甲酚橙只有在pH＜6的酸性溶液中可作为金属离子的显色剂。如果在pH＞6的酸度下进行光度测定，就会引入很大误差。(3)酸度对络合物组成和颜色的影响对于某些逐级形成络合物的显色反应、在不同的酸度时，生成不同络合比的络合物，颜色也不同。例如铁与水杨酸的络合反应，当pH＜4[Fe3+(C7H4O3)2-]+紫色4＜pH＜9[Fe3+(C7H4O3)22-]-红色pH＞9[Fe3+(C7H4O3)32-]3-黄色所以，显色反应中控制合适的酸度很重要3.时间和温度时间：显色反应的速度有快有慢。大多数显色反应速度较慢，需要一定时间。但有些有色化合物放置一段时间后，由于空气的氧化，试剂的分解或挥发，光的照射等原因，使颜色减退。适宜的显色时间和有色溶液稳定程度，也必须通过实验来确定。实验方法是配制一份显色溶液，从加入显色剂计算时间、每隔几分钟测定一次吸光度，绘制A-t曲线，根据曲线来确定适宜的时间。温度：一般显色反应可在室温下完成。但是有些显色反应需要加热至一定的温度才能完成；也有些有色络合物在较高温度下容易分解。因此，应根据不同的情况选择适当的温度进行显色。温度对光的吸收及颜色的深浅也有一定的影响，故标样和试样的显色温度应保持一样。合适显色温度也必须通过实验确定,做A-c曲线即可求出。4.有机溶剂和表面活性剂溶剂对显色反应的影响表现在下列几方面：（1）有机溶剂降低络合物的离解度提高测定灵敏度如在Fe(SCN)3溶液中加入可与水混溶的有机试剂(如丙酮)，由于降低了Fe(SCN)3的离解度而使颜色加深提高了测定的灵酸度。（2）有机溶剂影响显色反应的速度例如，当用氯代磺酚S测定Nb时，在水溶液中显色需几小时，如果加入丙酮后,仅需30分钟。（3）表面活性剂加入可以增加有色络合物溶解度，增加有色化合物的稳定性从而提高显色反应的灵敏度。5.共存离子的干扰及消除共存离子存在时对光度测定的影响有以下几种类型：(1)与显色剂生成有色络合物。(2)干扰离子本身有颜色。(3)与显色剂结合成无色络合物消耗大量显色剂而使被测离子络合不完全。(4)共存阴离子与被测离子结合成离解度小的另一化合物而不与显色剂显色。消除干扰的方法主要有以下两种：（1）控制酸度利用各种离子与显色剂所形成络合物稳定性差异，控制酸度----就可以控制显色剂R的浓度----使某种金属离子显色另外一些金属离子不能生成有色络合物。（2）加入掩蔽剂掩蔽反应有络合反应也有氧化—还原反应。第四节吸光度的测量及误差控制一、测量波长和参比溶液的选择1.测量波长的选择必须选择溶液最大吸收波长的入射光，这样灵敏度高。如果最大波长处有干扰，应根据“吸收最大，干扰最小”原则，选用灵敏度稍低但能避免干扰的入射光（见图11-6）。2.参比溶液的选择（1）当试样、显色剂、其他试剂均无吸收时，可用蒸馏水作参比液。（2）显色剂或其他试剂有吸收时，应选择试剂空白作参比液。（3）试样中其他组分有吸收，显色剂无吸收且不与其他组分作用时，应选择试样溶液做参比二、比尔定律的偏离三、吸光光度法的测量误差光度分析法的误差来源有两方面：1.化学因素2.仪器测量误差（一）仪器测量误差任何光度计都有一定的测量误差。仪器测量误差主要:光源的发光强度不稳定，光电效应的非线性，单色器的质量差(谱带过宽)，比色皿的透光率不一致等，以上因素造成的测量误差的总和最后都表现为仪器的ΔT。对同一台光度计来说，ΔT是定值，一般ΔT=0.002-0.01之间。但固定的ΔT所造成的ΔC不是定值，是随T的不同而不同。待测溶液的透光度很小或很大时，浓度测量误差都较大；透光度T在15%~65%之间，即吸光度A在0.2~0.8之间，才能保证测量的相对误差较小；当透光度T=36.8%即A=0.434时，测量的相对误差最小。2.吸光度范围的控制控制吸光度A在0.2-0.80时，测量的准确度较高。为此可以从下列几方面想办法：（1）计算而且控制试样的称出量，含量高时，少取样，或稀释试液；含量低时，可多取样，或萃取富集。（2）如果已配成有色溶液，则可通过改变比色皿的厚度来调节吸光度大小。第五节吸光光度分析方法一、经典光度分析法（一）校准曲线法（标准曲线、工作曲线）制作A-c标准曲线（二）示差法当被测组分含量高时，常常偏离朗伯-比耳定律。即使不偏离，由于吸光度太大，也使Er偏大。如果采用示差法，就能克服这一缺点。示差法与普通光度法的主要区别:采用的参比溶液不同，示差法不是以c=0的试剂空白作参比，而是以一个浓度比试液cx稍小的标准溶液cs作参比，然后再测定试液的吸光度。以试剂空白为参比：标准溶液吸光度：As=-lgTs=κbcs未知样吸光度：Ax=-lgTx=κbcx以cs为参比测得未知样吸光度为Af实际:Af=Ax-As=κb(cx-cs)=κbΔccx=cs+Δc示差吸光光度法提高准确度的原因在普通光度法中以空白液作参比，测得Cs、Cx的T各为10%和7%，在示差法中，以Cs作参比，将其调为T=100%，则相应地7%→70%，相当于把仪器标尺扩展了10倍，这样读数误差就小，导致浓度误差也小。二、双波长分光光度法光源比色池两组分的同时测定二、络合物组成和酸碱离解常数的测定（一）络合物组成的测定（1）饱和法(又称摩尔比法)固定一种组分(通常是金属离子M)的浓度，改变络合剂(R)的浓度，得到一系列[R]/[M]比值不同的溶液，并配制相应的试剂空白作参比液，分别测定其吸光度。以吸光度A为纵坐标，[R]/[M]为横坐标作图。曲线前部分表示，络合剂R浓度不断增加，生成的络合物不断增多，吸光度逐渐增大。当金属离子M全部形成络合物后，络合剂R的浓度再增加，吸光度达到最大值而不再变化。曲线峰部分转折不明锐、是由于络合物有微小离解造成的。曲线峰两线，交于D点，由D点向横轴作垂线，交于横轴的一点，这点的比值就是络合物的配位比。（2）连续变化法(又称等摩尔系列法)此法是保持溶液中cM+cR为常数改变cM和cR的相对量配制出一系列溶液。分别测量系列溶液的吸光度A，以A对cM/(cM+cR)作图，曲线转折点对应的cR/cM值就等于络合比n。等摩尔连续变化法实用于络合比低、稳定性较高的络合物组成的测定。（二）酸碱离解常数的测定配制三种分析浓度c=[HB]+[B-]相等而pH不同的溶液。第一种溶液的pH在pKa附近，此时溶液中HB与B-共存，用1cm的吸收池在某一定的波长下，测量其吸光度：第二种溶液是pH比pKa低两个以上单位的酸性溶液，此时弱酸几乎全部以HB型体存在，在上述波长下测得吸光度第三种溶液是pH比pKa高两个以上单位的碱性溶液，此时弱酸几乎全部以B-型体存在，在上述波长下测得吸光度上式即为用分度法测定一元弱酸解离常数的基本公式。将上各式整理得：