《比色分析及分光光度法p学习资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《比色分析及分光光度法p学习资料（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式*1第 七 章比色分析及分光光度法Colorimetry and Spectrophotometry分析化学基本内容和重点要求n掌握物质对光的选择性吸收、吸光度和透光度、朗伯比尔定律及摩尔吸光系数等知识n了解比色分析和分光光度法的特点、基本原理、仪器构造和各部件的作用n学习掌握显色反应和显色条件的选择n理解掌握 分光光度法定量分析中的各种影响因素2本章内容提要n7.1 概述n7.2 物质对光的选择性吸收n7.3 光吸收基本定律n7.4 比色分析和分光光度法及其仪器3一、方法依据及分类n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
2、见及紫外光度法及红外光谱法等。n比色分析法：通过目视比较颜色的深浅来测定物质的浓度。n分光光度法：使用分光光度计测定的方法。5二、分光光度法的特点n灵敏度高、选择性好n准确度较高n应用广泛n仪器简单、操作简便、分析快速67.2 物质对光的选择性吸收n光的基本性质n物质对光的选择性吸收7一、光的基本性质1.光的波动性和微粒性：82. 电磁波谱图波长/nm 10-1 1 10 102 103 104 105 106 107 108光谱名称X射线紫外光可见光红外光微波跃迁类型内层电子中层、外层电 子外层电 子分子振动或转动分子转动分析方法X射线光谱法紫外光度法比色及可见光度法红外光谱法微波光谱法Ul
3、travioletVisible Spectrophotometry93. 单色光与复合光n单色光：具有同一波长的光n复合光：不同波长组成的光n可见光的波长大约在400760nm之间，由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成，各种光具有一定的波长范围。104. 互补光11二、物质对光的选择性吸收121. 物质颜色和吸收颜色的关系物质颜色吸收光颜色波长范围/nm黄绿紫400450黄蓝450480橙绿蓝480490红蓝绿490500紫红绿500560紫黄绿560580蓝黄580600绿蓝橙600650蓝绿红650750132. 吸收光谱图400 450 500 550 600 65
4、0 /nmA0.80.60.40.2最大吸收波长max143. 分析依据n定性分析：最大吸收波长maxn定量分析：吸光度大小400 450 500 550 600 650 /nmA0.80.40.60.212157.3 光吸收基本定律n透光率与吸光度n朗伯比尔定律n吸光系数、摩尔吸光系数n吸光度的加合性n标准曲线（校正曲线）16一、透光率与吸光度I0IrIaIt透光率或透射比吸光度nTransmittance and absorptivity17 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T% 1.0 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.05 0
5、 A透光率T与吸光度A的关系18二、朗伯比尔定律nLambert-Beers LawA吸光度K比例常数，与吸光物质的性质、入射光波长、温度等有关b液层厚度，cmc溶液的浓度，molL-1或g L-119三、吸光系数、摩尔吸光系数1.吸光系数a：2.摩尔吸光系数：3.关系： M acgL-1bcma=A/( b c)， Lg-1cm-1c mol L1bcm =A/(b c)，Lmol-1cm-120例 1n50mL比色管中，加入含有0.025mg的Fe2+溶液，加入邻二氮菲显色剂，用水稀释至50mL，用2cm比色池，在分光光度计上测得吸光度A=0.190，计算摩尔吸光系数？n解：21四、吸光度
6、的加合性n多组分体系中22nStandard curve，calibrated curve，working curve五、标准曲线（校正曲线） A0.500.400.300.200.100 2.0 4.0 6.0 8.0 10mg/mL237.4 比色分析和分光光度法及其仪器n目视比色法n分光光度法24一、目视比色法（ colorimetry ）v方法依据v方法特点12481640 x观察方向c4c3c2c1c1c2c3c4方便、灵敏，准确度差。常用于限界分析。25二、分光光度法Spectrophotometry26分光光度计n 基本部件光源单色器检测器比色皿显示装置27n光源：n在可见光和近
7、红外光区，常用钨灯或碘钨灯作光源，它们辐射3202500nm波长的光；在近紫外区，常使用氢灯或氘灯，它们能辐射180375nm波长的光。28n单色器：n棱镜用光学玻璃或石英制成。n光栅光通过光栅发生衍射和干涉现象而分光。29棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同单色器入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光红紫12800 600 50040030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 )。M1M2出射狭缝光屏透镜平面透射光栅光栅衍射示意图原理：利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光.31n吸收池：由无色透明的光学玻璃或石英制成。n检测器：硒
8、光电池、光电管或光电倍增管。n显示系统：n检流计、记录仪、数字显示器、电脑等32检测器SeAu，Ag半导体h硒光电池Ag、Au33光电管红敏管 625-1000 nm蓝敏管 200-625 nmNi环（片）碱金属光敏阴极h34光电倍增管待扫描160-700 nm1个光电子可产生106107个电子35双光束和双波长分光光度计 工作原理367.2 光度分析法的设计n显色反应n显色条件的选择n测量波长和吸光度范围的选择n参比溶液的选择n标准曲线的制作37一、显色反应nColor reactionn待测物质本身有较深的颜色，直接测定；待测物质是无色或很浅的颜色，需要选适当的试剂与被测离子反应生成有色化
9、合物再进行测定，此反应称为显色反应，所用的试剂称为显色剂（color reagent）。n按显色反应的类型来分，主要有氧化还原反应和络合反应两大类，而络合反应是最主要的。38n显色反应的选择 n选择性好，干扰少，或干扰容易消除；灵敏度高，有色物质的应大于104。n有色化合物的组成恒定，符合一定的化学式。n有色化合物的化学性质稳定，至少保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定。这就要求有色化合物不容易受外界环境条件的影响。n有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大，即显色剂对光的吸收与络合物的吸收有明显区别，要求两者的吸收峰波长之差（称为对比度）大于60 nm。 39n显色剂n无机显色剂不多，因为生成的
10、络合物不稳定，灵敏度和选择性也不高。如用KSCN显色测铁、钼、钨和铌；用钼酸铵显色测硅、磷和钒等。n有机显色剂分子中含有生色团和助色团。n生色团（chromophoric group）：某些含不饱和键的基团，如偶氮基、对醌基和羰基等。这些基团中的电子被激发时需能量较小，可吸收波长200nm以上的可见光而显色。n助色团（auxochromic group）：含孤对电子的基团，如氨基、羟基和卤代基等。这些基团与生色团上的不饱和键作用，使颜色加深。 40n有机显色剂n多元络合物n三元混配络合物n离子缔合物n金属离子络合剂表面活性剂体系n杂多酸41n有机显色剂n磺基水杨酸：OO型螯合剂，可与很多高价金
11、属离子生成稳定的螯合物，主要用于测Fe3+。n丁二酮肟：NN型螯合剂，用于测定Ni2+。n1,10-邻二氮菲：NN型螯合剂，测微量Fe2+。n二苯硫腙：含S显色剂，萃取光度测定Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+等。n偶氮胂(铀试剂)：偶氮类螯合剂，强酸性溶液中测Th()、Zr()、U()等；在弱酸性溶液中测稀土金属离子。n铬天青S：三苯甲烷类显色剂，测定Al3+。n结晶紫：三苯甲烷类碱性染料，测定Tl3+。 42n多元络合物n多元络合物是由三种或三种以上的组分所形成的络合物。目前应用较多的是由一种金属离子与两种配位体所组成的三元络合物。三元络合物在吸光光度分析中应用较普遍。1.三
12、元混配络合物：n金属离子与一种络合剂形成未饱和络合物，然后与另一种络合剂结合，形成三元混合配位络合物，简称三元混配络合物。例如，V(V)，H2O2和吡啶偶氮间苯二酚(PAR)形成1:1:1的有色络合物，可用于钒的测定，其灵敏度高，选择性好。 432. 离子缔合物：n金属离子先与络合剂生成络阴离子或络阳离子，再与带反电荷的离子生成离子缔合物。主要用于萃取光度法。 如：Ag+与1,10-邻二氮菲形成阳离子，再与溴邻苯三酚红的阴离子形成深蓝色的离子缔合物。用F-、H2O2、EDTA作掩蔽剂，可测定微量Ag+。n作为离子缔合物的阳离子，有碱性染料、1,10-邻二氮菲及其衍生物、安替比林及其衍生物、氯化
13、四苯砷(或磷、锑)等；作为阴离子，有X-，SCN-，ClO4-，无机杂多酸和某些酸性染料等。 443. 金属离子络合剂表面活性剂体系n金属离子与显色剂反应时，加入某些表面活性剂，可以形成胶束化合物，它们的吸收峰向长波方向移动（红移），而测定的灵敏度显著提高。目前，常用于这类反应的表面活性剂有溴化十六烷基吡啶、氯化十四烷基二甲基苄胺、氯化十六烷基三甲基铵、溴化十六烷基三甲基铵 、溴化羟基十二烷基三甲基铵、OP乳化剂。例如，稀土元素、二甲酚橙及溴化十六烷基吡啶反应，生成三元络合物，在pH89时呈蓝紫色，用于痕量稀土元素总量的测定。 454. 杂多酸n溶液在酸性的条件下，过量的钼酸盐与磷酸盐、硅酸盐
14、、砷酸盐等含氧的阴离子作用生成杂多酸，作为吸光光度法测定相应的磷、硅、砷等元素的基础。杂多酸法需要还原反应的酸度范围较窄，必须严格控制反应条件。很多还原剂都可应用于杂多酸法中。氯化亚锡及某些有机还原剂，例1-氨基-2-萘酚-4-磺酸加亚硫酸盐和氢醌常用于磷的测定。硫酸肼在煮沸溶液中作砷钼酸盐和磷钼酸盐的还原剂。抗坏血酸也是较好的还原剂。 46二、显色条件的选择n实验条件包括：n溶液酸度、显色剂用量、试剂加入顺序、显色时间、显色温度、有机络合物的稳定性及共存离子的干扰等。1.溶液的酸度M+HR=MR + H+n影响被测金属离子的存在状态n影响显色剂的平衡浓度和颜色n影响络合物的组成 可由pH与吸
15、光度关系曲线确定pH范围。 pHA0472. 显色剂的用量M(被测组分)+R(显色剂) =MR(有色络合物)n为使显色反应进行完全，需加入过量的显色剂。但显色剂不是越多越好。有些显色反应，显色剂加入太多，反而会引起副反应，对测定不利。在实际工作中根据实验结果来确定显色剂的用量。cA0cA0cA0123483. 显色反应时间n有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定状态，并在较长时间内保持不变;有些显色反应虽能迅速完成，但有色络合物的颜色很快开始褪色;有些显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳定。制作吸光度-时间曲线确定适宜时间。tA0tA0tA0123494. 显色反应温度n显色反应大
16、多在室温下进行。但是，有些显色反应必需加热至一定温度完成。5. 溶剂n有机溶剂降低有色化合物的解离度，提高显色反应的灵敏度。如在Fe(SCN)3的溶液中加入丙酮颜色加深。还可能提高显色反应的速率，影响有色络合物的溶解度和组成等。506.干扰及其消除方法n试样中存在干扰物质会影响被测组分的测定。例如干扰物质本身有颜色或与显色剂反应，在测量条件下也有吸收，造成正干扰。干扰物质与被测组分反应或与显色剂反应，便显色反应不完全，也会造成干扰。干扰物质在测量条件下从溶液中析出，便溶液变混浊，无法准确测定溶液的吸光度。51n为消除以上原因引起干扰，可采取方法：n控制溶液酸度n加入掩蔽剂：选取的条件是掩蔽剂不与待测离子作用，掩蔽剂以及它与干扰物质形成的络合物的颜色应不干扰待测离子的测定。n利用氧化还原反应，改变干扰离子的价态。n利用校正系数n用参比溶液消除显色剂和共存有色离子的干扰。n选择适当的波长n当溶液中存在有消耗显色剂的干扰离子时，可通过增加显色剂的用量来消除干扰。n分离：以上方法均不奏效时，采用预分离方法。 52三、测量波长和吸光度范围的选择1.测量波长的选择v“最大吸收原则”（maximum
