摩尔吸光系数课件

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1、河北农大化学系 臧晓欢,第10章 吸光光度法,10.1 物质对光的选择性吸收和光吸收的基 本定律 10.2 分光光度计及吸收光谱 10.3 显色反应及影响因素 10.4 吸光光度分析及误差控制 10.5 其他吸光光度法 10.6 吸光光度法的应用,河北农大化学系 臧晓欢,化学分析与仪器分析方法比较,化学分析(Chemical analysis)： 常量组分(1%), Er 0.1%0.2% 依据化学反应, 使用玻璃仪器,仪器分析(Instrumental analysis)： 微量组分(1%), Er 1%5% 依据物理或物理化学性质, 需要特殊的仪器,例: 含Fe约0.05%的样品, 称0.

2、2g, 则m(Fe)0.1mg,重量法 m(Fe2O3)0.14mg, 称不准,滴定法 V(K2Cr2O7)0.02mL, 测不准,光度法 结果0.048%0.052%, 满足要求,准确度高,灵敏度高,河北农大化学系 臧晓欢,10.1 物质对光的选择性吸收和光吸收的基本定律,10.1.1 物质对光的选择性吸收,吸光光度法是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10-510-6mol/L） 准确度高（满足微量组分的测定要求：RE:25(12) 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

3、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）。,河北农大化学系 臧晓欢,河北农大化学系 臧晓欢,光的基本性质,光的电磁波性质,近紫外：200-400nm 人眼所能感觉到的波长范围400-750nm 近红外：7502500nm,河北农大化学系 臧晓欢,可见光,色散,红,橙,黄,绿,青,青蓝,蓝,紫,650-750 nm,600-650 nm,580-600 nm,500-580 nm,490-500 nm,480-490 nm,450-480 nm,400-450 nm,单色光:单一波长的光,复合光:由不同波长的光组合而成的光,河北农大化学系 臧晓欢,单色光、复合光、光的互补,

4、单色光,复合光,光的互补,单一波长的光,由不同波长的光组合而成的光,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。,物质对光的吸收,物质的颜色与光的关系,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,河北农大化学系 臧晓欢,物质对光的选择性吸收,吸收(absorption):一种物质呈现何种颜色，是与入射光的组成和物质本身的结构有关。溶液呈现不同的颜色是由溶液中的质点（离子或分子）对不同波长的光具有选择性吸收而引起的。当白光通过某一有色溶液时，该溶液会选择性地吸收某些波长(wavelength)的光而让未被吸收的光透

5、射过，即溶液呈现透射光的颜色，亦即呈现的是它吸收光的互补光的颜色。例如，KMnO4溶液选择吸收了白光中的绿色(500560nm)光，与绿色光互补的紫色光因未被吸收而透过溶液，所以KMnO4溶液呈现紫色。,河北农大化学系 臧晓欢,吸收光谱产生的原理,物质分子内部六种运动形式： （1）电子相对于原子核的运动Ee； （2）原子核在其平衡位置附近的相对振动Ev； （3）分子本身绕其重心的转动Er； （4）原子的核能En； （5）分子的平动能Et； （6）基团间的内旋转能Ei。,河北农大化学系 臧晓欢,分子吸收光谱 -带状光谱(molecular absorption spectrum - Band s

6、pectrum) 由电子能级跃迁而产生吸收光谱Ee能量差在120(eV)，是紫外及可见分光光度法(UV/Vis Spectrophotometry) 由分子振动能级Ev (能量差约0.05l eV)和转动能级Er (能量差小于0.05 eV)的跃迁而产生的吸收光谱，为红外吸收光谱(Infrared Spectrophotometry) 。用于分子结构的研究。,河北农大化学系 臧晓欢,分子的能级,三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量Ee(120eV) Ev (0.051eV) Er (0.0050.05eV),在紫外光的照射下， En不变，Et和Ei较小。所以，体系吸收能量而发生跃迁时：

7、E=Ee+Ev+Er,河北农大化学系 臧晓欢,电子能级的跃迁,当用可见光或紫外光照射分子时，价电子可以跃迁产生吸收光谱，在电子能级变化的同时，不可避免地伴随分子振动和转动的能级变化。因此他包含了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带。,河北农大化学系 臧晓欢,分子内电子跃迁,带状光谱,分子吸收光谱 -带状光谱 (molecular absorption spectrum - Band spectrum),河北农大化学系 臧晓欢,纯 电子能态 间跃迁,锐线光谱,原子吸收光谱Atomic absorption spectrum 由原子外层电子选择性地吸收某些波长的电磁波而引起的，为线状光

8、谱(Line spectrum)。,河北农大化学系 臧晓欢,吸收光谱的获得Absorption Spectra,测量某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（A）为纵坐标，绘制吸光度随波长的变化可得一曲线，此曲线即为吸收光谱。,(a) 联苯（己烷溶剂）；,一些典型的紫外光谱,(b) 苯（己烷溶剂）；,(c) 苯蒸汽；,(d) Na蒸汽。,河北农大化学系 臧晓欢,河北农大化学系 臧晓欢,吸收曲线(absorption spectrum)的讨论：,1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长(max) 2）同一物质不同浓度的溶液，光吸收曲线形状

9、相似，其最大吸收波长不变；但在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增大。这个特性可作为物质定量分析的依据。在实际测定时，只有在max处测定吸光度，其灵敏度最高，因此，吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长的依据。 3）不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相同。光吸收曲线与物质特性有关，故据此可作为物质定性分析的依据。,河北农大化学系 臧晓欢,定性分析与定量分析的基础,定性分析基础,定量分析基础,物质对光的选择吸收物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础,在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。,河北农大化学系 臧晓欢,10.1.2光的吸收基本定

10、律Lambert-Beer law,透光率 （透射比）Transmittance,透光率定义：,T 取值为0.0 % 100.0 %,全部吸收,T = 0.0 %,全部透射,T = 100.0 %,河北农大化学系 臧晓欢,(1) Lambert-Beer law 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。如图所示，设入射光强度为I0 ,吸收光强度为Ia，透过光强度为It，反射光强度为Ir。,I0,Ir,It,光吸收的基本定律,朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比 比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比

11、,河北农大化学系 臧晓欢,Lambert-Beer law,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,其物理意义：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。,河北农大化学系 臧晓欢,2）吸光系数(Absorptivity),当c的单位用g(100mL)-1表示时，用 表示，A bc， 叫做比消光系数,河北农大化学系 臧晓欢,3）吸光度(A)、透光率(T)与浓度(c)的关系,河北农大化学系 臧晓欢,吸收定律与吸收光谱的关系,吸光定律,吸收光谱,河北农大化学系 臧晓欢,河北农大化

12、学系 臧晓欢,吸光度与光程的关系 A = bc,河北农大化学系 臧晓欢,河北农大化学系 臧晓欢,吸光度与浓度的关系 A = bc,河北农大化学系 臧晓欢,摩尔吸光系数()的讨论,1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，可作为定性鉴定的参数； 2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时,仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关； 3）同一吸光物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以max表示。max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。,河北农大化学系 臧晓欢,4）max越大表明该物质的吸

13、光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。 105：超高灵敏； =(610）104 ：高灵敏； 2104 ：不灵敏。 5）在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。 Lambert-Beer law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,河北农大化学系 臧晓欢,例 有一浓度为1.0g mL1的Fe2+溶液，以邻二氮菲显色后，用分光光度计测定，比色皿厚度为2.0cm，在波长510nm处测得吸光度A=0.380

14、，计算该显色反应的吸光系数a和摩尔吸光系数。,解：已知 b=2.0cm A=0.380 铁的摩尔质量 M =55.85 g mol1 (1) Fe2+的浓度用g L1表示时，c=1.0103 g L1 吸光系数a =,=1.9102 L g1 cm1,河北农大化学系 臧晓欢,(2) Fe2+的浓度用mol L1表示时，,摩尔吸光系数,例 有一浓度为1.0g mL1的Fe2+溶液，以邻二氮菲显色后，用分光光度计测定，比色皿厚度为2.0cm，在波长510nm处测得吸光度A=0.380，计算该显色反应的吸光系数a和摩尔吸光系数。,河北农大化学系 臧晓欢,例:某有色溶液在2.00cm比色皿中，测得透光

15、率T=50.0%，若改用1.00cm比色皿时，其T1和A1各为多少？,解：有色溶液在2.00cm比色皿中的吸光度为： A = lgT = lg0.500 = 0.301,根据朗伯比尔定律，吸光度与液层厚度成正比，则改用1.00cm比色皿时，其A1和T1各为：,A1 = 1/2A=0.150 由于A1 = lgT1 则 T1 =10-0.15 = 0.708=70.8%,河北农大化学系 臧晓欢,(4).吸光度A具有加和性。,溶液中有几种吸光物质，彼此间不发生化学反应，则可：,河北农大化学系 臧晓欢,(5). Sandell(桑德尔)灵敏度 (S) 定义：截面积为1cm2的液层在一定波长或波段处，

16、测得吸光度为0.001时所含物质的量。 用S表示，单位：gcm-2 A= bc=0.001 bc 0.001/ ,S小灵敏度高; 相同的物质, M小则灵敏度高.,河北农大化学系 臧晓欢,解：,河北农大化学系 臧晓欢,10.2.1 分光光度计的组成,10.2 分光光度计,河北农大化学系 臧晓欢,常用光源,河北农大化学系 臧晓欢,紫外-可见分光光度计组件,光源,单色器,样品池,检测器,信号输出,氢灯，氘灯，185 350 nm； 卤钨灯，250 2000 nm.,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)用于盛待测及参比溶液。玻璃，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，光导摄像管（多道分析器）,表头、记录仪、屏幕、数字显示,棱镜:玻璃3503200nm, 石英1854000nm 光栅:波长范围宽, 色散均匀,分辨性能好, 使用方便,河北农大化学系 臧晓欢,分光光度计的主要部件,1. 光源