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1、1,第七章 吸光光度分析法,7-1 吸光光度法基本原理 7-2 光度计及其基本部件 7-3 显色反应及显色条件的选择 7-4 吸光光度测量条件的选择 7-5 吸光光度法的应用 7-6 紫外吸收光谱简介 思考题,2,7-1 吸光光度法基本原理,在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法,主要有:红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000m ,主要用于有机化合物结构鉴定。紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400 nm（近紫外区） ，可用于结构鉴定和定量分析。,3,可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400750 nm ，主要用于有色物
2、质的定量分析。 吸光光度法的特点： （1）灵敏度高； （2）准确度高； （3）操作简便 快速； （4）应用广泛。,4,光的基本性质光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长、频率、光速c、波数（cm-1）等参数来描述： = c ； 波数 = 1/ = /c光是由光子流组成，光子的能量：E = h = h c / （Planck常数：h=6.626 10 -34 J S )光的波长越短（频率越高），其能量越大。白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成)可见光区：400-750 nm紫外光区：近紫外区200 - 400 nm远紫外区10 - 20
3、0 nm （真空紫外区）,5,一、物质的颜色物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的。,表8-1 物质的颜色与吸收光颜色的互补关系,6,7,二、物质对光的选择性吸收及吸收曲线,M + h M *,M + 热,M + 荧光或磷光,基态 激发态 E1 （E） E2,E = E2 - E1 = h 量子化 ；选择性吸收; 分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；用不同波长的单色光照射，测吸光度 吸收曲线与最大吸收波长 max；,光的互补：蓝 黄,8,光吸收曲线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，绘制曲线，描述物质对不同波长光的吸收能力。
4、,图8-1吸收曲线,9,吸收曲线的讨论： （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）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似max不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。 （3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。,10,（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在max处吸光度A 的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。 （5）在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。,11,三、光吸收的基本定律 1.朗伯比耳定律布格
5、(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。Ab 1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。A c 二者的结合称为朗伯比耳定律，其数学表达式为：,12,朗伯-比耳定律的数学表达式为：Alg（I0/I)= b c 或: Alg（I0/I)= a b c 式中A：吸光度；I0 ：入射光强度；I：透射光强度；b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；：摩尔吸光系数，单位Lmol-1cm-1；溶液的浓度c单位molL-1 ；a：吸光系数，单位Lg-1cm-1 ； 溶液的浓度c单位gL-1 。,13,
6、与a的关系为： = Ma （ M为物质的摩尔质量）摩尔吸光系数(Lmol-1cm-1)在数值上等于浓度为1molL-1 、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。吸光系数a(Lg-1cm-1)相当于浓度为1gL-1 ，液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。,14,吸光度A 描述溶液对光的吸收程度：Alg（I0/I) 透过度T 描述入射光透过溶液的程度:T = I0/It 吸光度A 与透光度T 的关系:A lg T A、T、c 三者的关系如右图所示。 吸光度A具有加合性： A总= A1+ A2 A1、A2分别为两种吸光物质的吸光度。,图8-3 A，T，C关系曲线,15,朗伯-比耳定
7、律的物理意义：当平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时,溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。朗伯-比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。广泛地应用于紫外光、可见光、红外光区的吸收测量，也适用于原子吸收测量。,16,2.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； （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）可作为定性鉴定的参数； （4）同一吸收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
8、力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。,17,（5） max越大表明该物质的吸光能力越强，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；=(26）104 ：中等灵敏；10-2molL-1时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。朗伯-比耳定律只适用于稀溶液。溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时，使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。(3)工作曲线不过原点存在系统误差：吸 收池不完全一样；参比 溶液选择不当等。,图8-4-2 工作曲线,22,7-2 光度计及其基本部件,一、主要部件,1光源在整个可见光谱区可以发
9、射连续光谱，具有足 够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿 命。钨灯作为光源，其辐射波长范围在 3202500 nm。,23,24,2单色器将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出任一波长单色光的光学系统。入射狭缝：光源的光由此进入单色器；准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝； 出射狭缝。,25,3. 样品室样品室放置各种类型的吸收池和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。4.检测器利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电
10、信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。5.信号显示记录系统检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。,26,图8-5 光电管示意图,图8-6 光电倍增管示意图,27,二、分光光度计的类型简介1. 单光束分光光度计：简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。,28,2. 双光束分光光度计：自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。,29,3.双波长分光光度计： 将不同波长的两束单色光(1、2) 快速交替通过同一吸收池而后到达检测器，产生交流信号，无
11、需参比池。两波长同时扫描（ = 12nm）即可获得导数光谱。,图8-9 分光光度计的类型,30,7-3显色反应及显色条件的选择,一、显色反应的选择选择显色剂选择显色反应时应考虑的因素：灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收，与有色物最大吸收波长之差（对比度），应满足 60nm。常用配位显色反应或氧化还原显色反应对待测离子进行显色后测定。例如：钢中微量锰的测定，Mn2不能直接进行光度测定，可将其氧化成紫红色的Mn()，在525 nm处,31,进行测定。 常用的无机显色剂有：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。 有机显色剂种类繁多：如三苯甲烷类有铬天青S、二甲酚橙等； 偶氮类有
12、偶氮胂、PAR等。,32,二、显色条件的选择 1.显色剂用量：吸光度A与显色 剂用量 cR的关系曲 线如图12-8所 示。 选择曲线变化平坦 处 作为显色条件。 2.溶液的pH值在相同实验条件下，分别测定不同pH值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。 3.显色时间与温度显色反应一般在室温下进行，有的反应需加热，应通过实验找出适宜的温度范围。,33,图8-11 吸光度与pH关系曲线,三、干扰的消除1.加入掩蔽剂选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。 例：测定Ti4，,34,加入H3PO4掩蔽
13、剂使Fe3+(黄色)成为Fe(PO)23-(无色)，消除Fe3+的干扰；又如用铬天菁S光度法测定Al3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将Fe3+还原为Fe2+，消除Fe3+的干扰。2.选择适当的显色反应条件 通过控制适宜的显色条件，消除干扰组分的影响。3.选择适宜的波长避开干扰物的最大吸收，配制适当的参比液，消除干扰组分的影响。,35,4.提高显色反应的选择性利用被测物能形成三元络合物的特点，提高显色反应的选择性。 5.分离干扰离子采用适当的分离方法预先除去干扰物质。,36,7-4 吸光光度测量条件的选择 1.选择适当的入射波长一般应该选择max为入射光波长。但如果max处有共存组分干扰时，则应考虑
14、选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。 2.选择适当的参比溶液吸收池表面对入射光有反射和吸收作用；溶液的不均匀性所引起的散射；过量显色剂、其它试剂、溶剂等引起的吸收，这些因素影响待测组分透光度或吸光度的测量。采用参,37,比溶液校正的方法消除或减小这些影响。在相同的吸收池中装入参比溶液(又称空白溶液)，调节仪器使透过参比池的吸光度为零(称为工作零点)。在此条件下测得的待测溶液的吸光度才真正反映其吸光强度。,38,图8-12 吸光度测定条件的选择曲线A为钴络合物的吸收曲线曲线B为显色剂的吸收曲线,39,参比溶液的选择一般遵循以下原则：若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水)作参比溶液；若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，用“试剂空白”(不加试样溶液)作参比溶液；若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用“试样空白”(不加显色剂)作参比溶液；若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。,
