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1、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 吸光光度分析法的应用,10.1 物质对光的选择性吸收和光吸收的基本定律,吸收光谱 发射光谱 散射光谱,分子光谱 原子光谱,吸光光度法 是基于被测物质的分子 对光 具有选择吸收的特性而建立的分析方法。,光的电磁波性质,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,E：光子的能量（J, 焦耳）, ：光子的频率（Hz, 赫兹）, ：光子的波长（cm）,c：
2、光速（2.99791010 cm.s-1）,h：Plank常数（6.625610-34 J.s 焦耳. 秒）,单色光、复合光、光的互补,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。,10.1.1 物质对光的选择性吸收,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,吸收光谱,光作用于物质时，物质吸收了可见光，而显示出特征的颜色，这一过程与物质的 性质及光的性质有关。,分子基态的电子组态,物质对光的吸收,物质对光的吸收满足Plan
3、k 条件,吸收光谱 Absorption Spectrum,纯 电子能态 间跃迁,分子内电子跃迁,带状光谱,锐线光谱,物质对光的选择吸收 Selected absorption,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。,例：,A 物质,B 物质,同理，得：,1 ev = 1.610-19 J.,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。,吸收光谱的获得 A
4、bsorption Spectra,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,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。,10.1.2 光吸收的基本定律-朗伯-比尔定律,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 %,吸光度定义：,吸光度 与透光率 Absorbance and transmittance,T ： 透光率,A： 吸光度,T,T = 0.0 %,A = ,T = 100.0 %,A = 0.0,A = 0.434,T = 3
5、6.8 %,吸光系数 Absorptivity,b 吸光液层的厚度，光程，cm,c 吸光物质的浓度, g/L, mol/L,K 比例常数,入射光波长,物质的性质,温度,取值与浓度的单位相关,c：mol / L,K ,摩尔吸光系数， L mol 1 cm -1,c：g / L,K a,吸光系数， L g 1 cm -1,c：g / 100 mL,K ,比吸光系数,相互关系,Molar Absorptivity,Absorptivity,Specific extinction coefficient,桑德尔(Sandell)灵敏度： S 当仪器检测吸光度为0.001时，单位截面积光程内所能检测到的
6、吸光物质的最低含量。 单位：mg/cm2 S=M/e,氯磺酚S测定钢中的铌 50ml容量瓶中有Nb30g，用2cm比色池，在650nm测定光吸收，A0.43,求S. (Nb原子量92.91)。,3.3104 Lmol-1cm-1,有两种做法：根据A=bC,求,吸收定律与吸收光谱的关系,吸光定律,吸收光谱,三维谱图,吸光的加合性,多组分体系中，如果各组分之间无相互作用，其吸光度具有加合性，即,对吸收定律偏离,主要原因,非单色光,吸光质点的相互作用,非单色光引起的对吸光定律的偏离,设入射光由 1 和 2 两种波长组成，溶液的吸光质点对两种波长的光的吸收均遵从吸收定律,1,2,1 + 2,或,或,非
7、单色光引起的对吸光定律的偏离,对吸收光谱而言，b 和 c 固定，,反映了 随波长变化的情况，单一波长， 固定；不同波长， 不同。因此，非单色光将导致对吸光定律的偏离。,在实际工作中，入射光通常具有一定的带通。为了避免非单色光带来的影响，一般选用峰值波长进行测定。, 1 对应的 1较小, 2 对应的 2较大,选用峰值波长，也可以得到较高的灵敏度。,10.2.1 吸光分析法的仪器简介,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,作用：将复合光色散成单色光,棱镜,光栅,玻
8、璃， 350 2500 nm, 石英，185 4500 nm,平面透射光栅， 反射光栅,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,分光光度法（紫外-可见分光光度法）UV-VIS,Ultraviolet Visual Spectroscopy,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,I0,It,参比,样品,未考虑吸收池和溶剂对光子的作用,注意比较,单波长单光束分光光度计,单波长双光束分光光度计,常用光源,吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小 Al关系 最大吸收波长 lmax：光吸收最大处
9、的波长,10.2.2 吸收光谱,lmax,对比度(l):络合物最大吸收波长(lMRmax)与试剂最大吸收波(lRmax)之差,l,原子光谱为线光谱 分子光谱为带光谱,电子跃迁能级 分子振动能级 分子转动能级,吸光度的加和性,A1 = e1bc1 A2 = e2bc2 A = e1bc1+ e2bc2,根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及某些化学反应平衡常数的测定,在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各个吸光物质的吸光度之和,10.3 显色反应及影响因素,要求： a. 选择性好 b. 灵敏度高 (104) c. 产物的化学组成稳定 d. 化学性
10、质稳定 e. 反应和产物有明显的颜色差别 (l60nm),将无色或浅色的无机离子转变为有色离子或络合物的反应称为显色反应，所用的试剂称为显色剂。,10.3.1 显色反应和显色剂,a 跃迁类型 价电子跃迁：*, *; n*, n* E (h) 顺序: n* n*,有机化合物的生色原理,b 生色团和助色团 生色团: 含有*跃迁的不饱和基团 助色团: 含非键电子的杂原子基团,如-NH2, -OH, -CH3 与生色团相连时，会使吸收峰红移，吸收强度增强,络合反应,氧化还原反应,显色反应类型,离子缔合反应,成盐反应,褪色反应 Zr(IV)-偶氮胂III络合物测定草酸,吸附显色反应 达旦黄测定Mg(II
11、),Mg(OH)2吸附达旦黄呈红色,2 显色剂,无机显色剂: 过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾,有机显色剂： 偶氮类：偶氮胂III,三苯甲烷类 三苯甲烷酸性染料 铬天菁S,三苯甲烷碱性染料 结晶紫,邻菲罗啉类：新亚铜灵,肟类：丁二肟,3 多元络合物,混配化合物 V-PAR-H2O 离子缔合物 AuCl4-罗丹明B 金属离子-配体-表面活性剂体系 Mo-水杨基荧光酮-CTMAB,10.3.2 影响因素,a 溶液酸度（pH值及缓冲溶液） 影响显色剂的平衡浓度及颜色，改变l 影响待测离子的存在状态，防止沉淀 影响络合物组成,pH对苯芴酮及其络合物的颜色影响,b 显色剂的用量,稍过量，处于平台区,c 显色反
12、应时间,针对不同显色反应确定显示时间 显色反应快且稳定；显色反应快但不稳定； 显色反应慢，稳定需时间；显色反应慢但不稳定,d 显色反应温度,加热可加快反应速度，导致显色剂或产物分解,e 溶剂,f 干扰离子,有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率,消除办法： 提高酸度，加入隐蔽剂，改变价态 选择合适参比 褪色空白(铬天菁S测Al，氟化铵褪色，消除锆、镍、钴干扰) 选择适当波长,10.4 吸光光度分析及误差控制,1. 选择显色反应 2. 选择显色剂 3. 优化显色反应条件 4. 选择检测波长 5. 选择合适的浓度 6. 选择参比溶液 7. 建立标准曲线,测量条件选择,10.4.1 测定波长选择及标准曲
13、线的制作,选择原则：“吸收最大，干扰最小”,灵敏度,选择性,1 选择检测波长,2 测定浓度控制,控制浓度 吸光度A：0.20.8,减少测量误差,3 参比溶液选择,仪器调零 消除吸收池壁和溶液对入射光的反射 扣除干扰,试剂空白 试样空白 褪色空白,原则：,扣除非待测组分的吸收,以显色反应为例进行讨论,M + R = M-R,max,试液 显色剂 溶剂 吸光物质 参比液组成,无吸收,无吸收,光学透明,溶剂,基质吸收,无吸收,吸收,不加显色剂的试液,无吸收,吸收,吸收,显色剂,基质吸收,吸收,吸收,吸收,显色剂 + 试液 + 待测组分的掩蔽剂,若欲测 M-R 的吸收,max,A （样） = A （待
14、测吸光物质） + A （干扰）+ A （池）,A （参比） = A （干扰）+ A （池）,4 标准曲线制作,理论基础：朗伯-比尔定律,相同条件下 测定不同浓度标准溶液的吸光度A Ac 作图,10.4.2 对朗伯-比尔定律的偏离,非单色光引起的偏移 物理化学因素：非均匀介质及化学反应 吸光度测量的误差,1 非单色光引起的偏移,复合光由l1和l2组成，对于浓度不同的溶液a和b,引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。,非均匀介质 胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射，使实测吸光度增加，导致线性关系上弯,2 物理化学因素,离解、缔合、异构等 如：Cr2O72-
15、+H2O-=2HCrO4-=2H+2CrO42- PAR的偶氮醌腙式,化学反应,吸光度标尺刻度不均匀,10.4.3 吸光度测量的误差,A0.434 ，T36. 8% 时，测量的相对误差最小 A=0.20.8, T=1565%，相对误差4%,dc/c= dA/A=dT/TlnT,Er=dc/c100= dA/A100=dT/TlnT100,10.5.1 目视比色法,特点,利用自然光,比较吸收光的互补色光,准确度低（半定量）,不可分辨多组分,方法简便，灵敏度高,10.5 其他吸光光度法,10.5.2 示差吸光光度法 目的：提高光度分析的准确度和精密度 解决高(低)浓度组分(i.e. A在0.20.
16、8以外)问题 分类：高吸光度差示法、低吸光度差示法、 精密差示吸光度法 特点： 以标准溶液作空白 原理： A相对 = A = bcx- bc0= b c 准确度：读数标尺扩展, 相对误差减少, c0愈接近cx, 准确度提高愈显著,例：硫脲还原硫氰酸盐比色法测定钢铁中的钼。酸溶，硫酸高氯酸介质中，硫脲还原铁（III）为铁(II),除干扰，还原钼（VI）为五价，2.00mg/100ml的钼标准溶液为参比溶液，用2.00-2.30mg/100ml的钼标准溶液，绘制工作曲线和测定样品溶液的吸光度,480nm测定A。,10.5.3 双波长吸光光度法 目的：解决浑浊样品光度分析 消除背景吸收的干扰 多组分同时检测 原理：
