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1、概述,吸光光度法的基本原理,显色反应及显色条件的选择,测量条件的选择,教学指导,目视比色与分光光度计,吸光光度法的应用,教学目标 学习光吸收的基本定律 掌握显色反应及显色条件的选择 掌握测量条件的选择 掌握吸光光度法的应用 重点与难点 光吸收的基本定律 显色反应及显色条件 吸光光度法的应用,概述 化学分析方法，它们适用于测定试样中含量大于1%的常量组分，但是，对于含量小于1%的微量组分不宜采用化学分析法。例如，欲测定含铁量仅为0.001%试样中的铁，若采用氧化还原滴定，即使氧化剂标准溶液浓度很稀(1.610-3 molL-1)，也仅需0.02 mL即达终点，显然无法测定。 比色分析法 利用比较
2、溶液颜色深浅来测定物质浓度的方法称为比色分析法。 许多物质都具有颜色，例如高锰酸钾在水溶液中呈深紫色，Cu(NH3) 42+配离子在水溶液中呈蓝色。对于本身没有颜色的组分也可利用显色剂使其形成有色的物质，然后用比色分析法测定。,分光光度法 若使用分光光度计进行分析测定则称为分光光度法。 吸光光度法 比色分析和分光光度分析统称为吸光光度法。 吸光光度法所检测组分的浓度下限可达10-510-6 molL-1，因而它具有较高的灵敏度，相对误差为2%5%，适合于微量组分的分析。几乎所有的无机物质和大多数有机物质都能用此方法测定。它还常用于测定配合物的配合比、配合物及酸碱物质的平衡常数等。此外，吸光光度
3、法使用的仪器比较简单，操作简便，测定迅速。,吸光光度法的基本原理 一、 物质的颜色及对光的选择性吸收 单色光 同一波长的光称为单色光。 复合光 白光为复合光，它在波长400750 nm范围内依波长从长到短的变化，而呈现红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色，这是人的视觉可以感觉到的光，故称之为可见光。,当一束白光通过某一有色溶液时，一部分波长的光被溶液吸收，另一部分波长的光则透过溶液。例如： 物质呈现的颜色是物质对不同波长的光选择性吸收的结果。,物质颜色和吸收光颜色的关系,物质吸收光的选择性 当一束光照射到某物质的溶液时，该物质的质点(分子、原子或离子)与光子发生碰撞，光子的能量就可能转移到该质
4、点上，使这些质点由最低能态(基态)跃迁到较高能态(激发态)：,式中：h为普朗克常量；为光子的频率；h为光子能量。 当照射光的光子能量h与被照射物质的分子、原子或离子由基态到激发态之间的能量之差相当时，这个波长的光才可能被吸收，所以物质对光的吸收具有选择性。,吸收曲线 如将不同波长的光照射某一固定浓度和液层厚度的溶液，并测量每一波长下溶液对光的吸收程度(用吸光度A表示)，以吸光度为纵坐标，相应波长为横坐标，绘制作图，则得到一曲线，这种描述某组分吸光度A与波长的关系曲线，称为吸收曲线。 不同浓度KMnO4溶液的吸收曲线如图所示。,二、 光吸收的基本定律 朗伯-比尔定律 朗伯-比尔定律,朗伯定律 如
5、果溶液的浓度一定，则光的吸收程度与液层厚度成正比，此关系称为朗伯定律。表达式如下：,式中：I0入射光强度； I透射光强度； A吸光度； K1比例常数； b吸收池(亦称比色皿)液层厚度。,比尔定律 如果吸收池液层厚度一定,吸光强度与物质浓度成正比,这种关系称为比尔定律，如下式：,式中：c有色物质溶液的浓度； K2 比例常数。 朗伯-比尔定律 如果同时考虑溶液的浓度及液层的厚度对光吸收的影响，则称为物质对光吸收的基本定律，即朗伯-比尔定律，数学表达式为：,物理意义： 当一束单色光平行照射并通过均匀的、非散射的吸光物质的溶液时，溶液的吸光度A与溶液浓度c和液层厚度b的乘积成正比。 吸光系数 a称为吸
6、光系数，其数值及单位随b、c所取单位的不同而不同。当b的单位用cm，c的单位用gL-1时，吸光系数的单位为Lg-1cm-1； 摩尔吸光系数 如果溶液浓度c的单位用molL-1，b的单位用cm，则吸光系数就称为摩尔吸光系数，用符号表示，单位为Lmol-1cm-1。,摩尔吸光系数是物质吸光能力大小的量度。值大说明显色反应的灵敏度高，值小则显色反应的灵敏度低，大多数在104105数量级，根据值的大小可选择适宜的显色反应体系。 显然不能直接采用c为1 molL-1这样高的浓度来测定，一般均在很稀浓度下实验，所得数据按下式计算：,Abc Ma,透射比T 在吸光光度法中，有时也用透射比T来表示物质吸收光的
7、能力大小，透射比T是透射光强度I与入射光强度I 0之比，即T I I 0。T与A之间的关系为：,三、 偏离朗伯-比尔定律的原因 工作曲线 采用吸光光度法定量分析某组分时，通常先配制一系列标准溶液，按所需条件显色后，选择测定波长和比色皿厚度，分别测定它们的吸光度A。以A为纵坐标，浓度c为横坐标，绘制浓度与吸光度的关系曲线，称为工作曲线(或称标准曲线)。,工作曲线法 当溶液中待测组分服从朗伯-比尔定律时，此曲线为通过原点的一条直线，如图所示。在相同条件下测得试液的吸光度，从工作曲线上查得试液的浓度，进而计算试样中待测组分的含量，这就是工作曲线法(也称标准曲线法)。 偏离朗伯-比尔定律 在实际工作中
8、，溶液浓度大时，所得工作曲线将呈往上或往下的弯曲形状，这种现象称为偏离朗伯-比尔定律。采用工作曲线法进行测定时，只能使用工作曲线的直线部分，若使用弯曲部分将引起较大的误差。偏离朗伯-比尔定律的主要原因是：,1、非单色光 朗伯-比尔定律只适用于单色光，实际上仪器提供的入射光是波长范围较窄的复合光，即单色光的纯度不够，由于吸光物质对不同波长的光吸收程度不同，就会发生对朗伯-比尔定律的偏离。通常选择吸光物质的最大吸收波长max为入射光的波长，以保证测定有较高的灵敏度。 2、化学因素 溶液中的吸光物质常因解离、缔合或产生副反应而改变其浓度，导致偏离。因此应严格控制显色剂的用量，减少或避免这类偏离。 3
9、、其它因素 待测试液是胶体溶液、乳浊液或有悬浮物质，使吸光介质不均匀，当入射光通过溶液时，除有一部分光被溶液吸收外，还有部分光因散射而损失，也将导致偏离朗伯-比尔定律。,显色反应及显色条件的选择 在可见光区的吸光光度分析中，首先要利用显色反应将待测组分转变为有色物质，然后进行测定。 一、 对显色反应的要求 二、 显色条件的选择 用吸光光度法测定物质的含量，要求严格控制显色反应条件，才能得到可靠的数据和准确的分析结果。 1、酸度 酸度对显色反应的影响是多方面的。由于大多数有机显色剂是弱酸(或碱)，具有酸碱的性质，在水溶液中，除了显色反应外，还有副反应存在，其平衡关系表示如下：,酸度改变，将引起平
10、衡的移动，使配位基团(R-)浓度变化，从而影响有色物质的浓度，甚至改变溶液的颜色；也可能引起待测组分M水解，使待测组分或共存组分的存在状态发生改变，甚至形成沉淀，这些情况对显色反应是不利的。因此，适宜的酸度是吸光光度法成败的关键。,酸度曲线 显色反应的适宜酸度，通常通过实验来确定。 具体方法是，将待测组分的浓度及显色剂的浓度固定，仅仅改变溶液的pH，分别测定溶液的吸光度A。以pH为横坐标，吸光度A为纵坐标，得到pH-A关系曲线，称为酸度曲线。例如，在测定铟时,用3，5-二溴水杨基荧光酮-铟-溴化三甲基十六烷基 铵三元配合物显色体系，选用六亚甲基四胺-HCl缓冲溶液控制pH，使酸度稳定在合适范围
11、，绘得如图所示的酸度曲线。在曲线上选择较为平坦的区间，从图所示应选择4.86.0的pH为测定范围，一般选择中间部分pH5.5为宜。,2.显色剂用量 为了使显色反应进行完全，需加入过量显色剂。但显色剂不是愈多愈好，有时显色剂加入太多，反而引起副反应，对测定也不利。在实际应用中，是仿照上述酸度选择的方法，绘制吸光度与显色剂用量的关系曲线，如图所示。图中出现a至b平坦部分，可在ab区间选择合适的显色剂用量。此图为 大多数情况。另外，还有些特殊情况，例如随着显色剂用量的增加，吸光度与显色剂用量的关系曲线在达到平坦区域后，出现下降趋势，甚至不出现平坦区域，这些情况都应更加严格控制显色剂用量，否则测定结果
12、不准确。,3、温度 显色反应通常在室温下进行，但有些反应必须加热才能反应完全。例如，钢铁分析中用硅钼蓝法测定硅含量，需在沸水浴中加热30 s先形成硅钼黄，然后经还原形成硅钼蓝；而且在室温下则要10 min才能显色完全。具体实验中，可绘制吸光度与温度的关系曲线来选择适宜的温度。 4、显色时间 显色反应有的可瞬间迅速完成，但有的则要放置一段时间才能反应完全。也要通过实验得到吸光度与时间的关系曲线进行选择。,5、溶剂 有时在显色体系中加入有机溶剂，可降低有色物质的解离度，从而提高显色反应的灵敏度。例如，三氯偶氮氯膦与Bi3+在H2SO4介质(或HClO4介质)中显色时,为9.0104 Lmol-1c
13、m-1,加入乙醇则可使提高到1.1105 Lmol-1cm-1，灵敏度提高22%。 6、溶液中共存离子的影响 被测试液中往往存在多种离子，若共存离子本身有色，或共存离子能与显色剂反应生成有色物质，均会影响测定的准确度。消除共存离子干扰的常用方法如下： (1) 控制溶液的酸度例如，用二苯硫腙法测定Hg2+时，Cu2+、Zn2+、Pb2+、Bi3+、Co2+、Ni2+等可能与显色剂反应,而显色，但在强酸条件下，这些干扰离子与二苯硫腙不能形成稳定的有色配合物，因此可通过调节酸度消除干扰。 (2) 加入掩蔽剂例如，用偶氮氯膦类显色剂测定Bi3+时，Fe3+有干扰，可加入NH4F使之形成FeF63-无色
14、配合物 ，消除干扰。 (3) 利用氧化还原反应，改变干扰离子的价态例如，用铬天青S测定铝时，Fe3+有干扰，加入抗坏血酸将Fe3+还原为Fe2+后，可消除干扰。 (4) 利用参比溶液消除显色剂和某些共存离子的干扰 (5) 采用适当的分离方法消除干扰。,三、 显色剂 无机显色剂：无机显色剂与金属离子生成的配合物大多不够稳定，灵敏度不高，选择性也不太好，目前在吸光光度分析中应用不多。尚有实用价值的有：硫氰酸盐用于测定铁、钼、钨、铌等元素；钼酸铵用于测定硅、磷、钒，与之形成杂多酸。如磷肥中磷的测定，利用(NH4)2MoO4与PO43-形成(NH4)2HPMo12O40H2O杂多酸。还有利用H2O2与
15、Ti在12 molL-1H2SO4介质中，形成的TiOH2O22+黄色化合物，应用于测定矿石中的钛。,有机显色剂:大多数有机显色剂能与金属离子生成稳定的螯合物。显色反应的选择性和灵敏度都较无机显色剂高，因此被广泛地应用于吸光光度分析中。,几种常用的有机显色剂,四、三元配合物 三元配合物 三元配合物是指由三种组分形成的单核或双核配合物，通常由一种中心金属离子和两种配位体形成。三元配合物比二元配合物的选择性好，灵敏度高，有的稳定性也有所提高。 三元配合物的主要类型及其主要分析特性。 1、三元混合配位配合物 由一种中心金属离子和两种配位体组成。能否形成此类三元配合物，决定于中心金属离子的电子层结构、
16、配位体的性质和体积大小等因素。若某种配位体能与多种金属离子发生配合反应生成二元配合物，当在体系中再加入另一种配位体时，受上述因素的制约，能同时与两种配位体配合的金属,离子的数目就大大减少了，因而提高了反应的选择性。例如，铌和钽性质极其相似，被称为共生元素，它们都可与连苯三酚生成二元配合物，但在草酸介质中，只有钽能与连苯三酚形成黄色的钽-连苯三酚-草酸三元配合物，铌则不能形成类似的三元配合物，提高了测钽的选择性，解决了铌存在下测定钽的难题。 2、离子缔合物 金属离子首先与配位体形成配阳离子或配阴离子，其配位数已饱和，配离子进一步与带相反电荷的离子以静电引力相结合，形成离子缔合物，又称离子对化合物。,例如:在pH310，Ag与1，10-二氮菲(phen)形成阳离子，再加入溴连苯三酚红阴离子BPR4-，形成离子缔合物
