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1、第第2章章可见和紫外可见和紫外 吸光光度法吸光光度法 2.1可见吸光光度法概述可见吸光光度法概述 吸光光度法：吸光光度法： 基于物质对光的选性吸收的分析方法基于物质对光的选性吸收的分析方法 比色法比色法 可见分光光度法可见分光光度法 紫外分光光度法紫外分光光度法 其他其他2.1.1可见吸光光度法的特点：可见吸光光度法的特点：( (1) 1) 灵敏度高，适用于微量组分的测定。灵敏度高，适用于微量组分的测定。通通常常所所测测试试液液的的浓浓度度下下限限达达1010-5-51010-6 -6 molLmolL-1-1。(2) (2) 准准确确度度高高 微微量量组组分分的的测测定定相相对对误误差差约约
2、为为1%5%1%5%。(3) (3) 操作简单快速，价格便宜。操作简单快速，价格便宜。(4)(4)应应用用广广泛泛，几几乎乎所所有有的的无无机机物物质质和和许许多多有有机机物质的微量成分都能用此法进行测定。物质的微量成分都能用此法进行测定。 2.1.2光的基本性质光的基本性质 (1)光是一种电磁辐射。光是一种电磁辐射。M + 热热M + 荧光或磷光荧光或磷光M + h M *基态基态 激发态激发态E1 （E） E2(2)光具有能量，能量是光具有能量，能量是量子化的。量子化的。 E = E2 - E1 = h 选择性吸收：选择性吸收：分子结构的复杂性使其对分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程
3、度不同（不同波长光的吸收程度不同（ E不同）不同） 。（3 3）计算吸收）计算吸收1ev1ev能量的波长。能量的波长。（4 4）电磁电磁波的分区。可见光区波的分区。可见光区- -人的眼人的眼睛能感觉到的光（睛能感觉到的光（380-780nm).380-780nm).量子化特征能级的跃迁使物质对光产生量子化特征能级的跃迁使物质对光产生选择性吸收选择性吸收说明：说明：1 1、可见光区是分子吸收多种能级跃迁、可见光区是分子吸收多种能级跃迁的叠加：的叠加：（1 1）电子能级）电子能级（2 2）振动能级）振动能级（3 3）转动能级）转动能级2 2、电子能级的跃迁是带状光谱。、电子能级的跃迁是带状光谱。3
4、 3、分子的多种能级跃迁是范围较宽的、分子的多种能级跃迁是范围较宽的带状光谱带状光谱 。与分子的电子结构有关。与分子的电子结构有关。2.1.3 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收表表2-2物质颜色与吸收光颜色的互补关系物质颜色与吸收光颜色的互补关系2.1.4 吸收曲线：物质对不同波长光的吸收特性吸收曲线：物质对不同波长光的吸收特性的曲线。的曲线。（1 1）同一种物质同一种物质对不同波长光的对不同波长光的吸光度不同。吸吸光度不同。吸光度最大处对应光度最大处对应的波长称为的波长称为最大最大吸收波长吸收波长max。图图2-2不同物质的吸收曲线不同物质的吸收曲线（2 2）对于不同物对于不同物质，
5、它们的吸收质，它们的吸收曲线形状和曲线形状和max则不同。则不同。（3 3）不同浓度的不同浓度的同一种物质，其同一种物质，其吸收曲线形状相吸收曲线形状相似似max不变。不变。（动画）（动画）图图2-3不同浓度的吸收曲线不同浓度的吸收曲线讨论：讨论：浓度与吸收的关系。浓度与吸收的关系。（3）吸收曲线可以提供物质的）吸收曲线可以提供物质的结构信息，是物质的重要的基本结构信息，是物质的重要的基本特性之一，并作为物质定性分析特性之一，并作为物质定性分析的重要依据之一。的重要依据之一。 2.2 光的吸收基本定律光的吸收基本定律 朗伯朗伯-比耳（比耳（Larnbert-Beer）定律）定律2.2.12.2
6、.1. .朗伯定律朗伯定律 吸光度与液层厚度吸光度与液层厚度 2.2.22.2.2比耳定律比耳定律 吸光度与物质浓度吸光度与物质浓度 符号说明：符号说明：式中式中 A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b：液层厚度：液层厚度(光程长度光程长度)，通常以，通常以cm为单位；为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位：溶液的摩尔浓度，单位 molL-； ：摩尔吸收系数，单位摩尔吸收系数，单位 Lmol-cm-； ：入射光强度；：入射光强度；2.2.32.2.3朗伯朗伯比耳定律比耳定律：透过光强度；：透过光强度；或或: A = = a b c c：溶液的浓度，单位：溶液的浓
7、度，单位gL- a：吸收系数，单位：吸收系数，单位 Lg-cm- a与与 的关系为：的关系为： = M a （M为摩尔质量）为摩尔质量） （1）物质的吸光能力的度量）物质的吸光能力的度量 max越大表明该物质的吸光能力越强，用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。光度法测定该物质的灵敏度越高。 105： 超高灵敏；超高灵敏； = (610）104 ：高灵敏；：高灵敏； = 104 103 ： 中等灵敏；中等灵敏； 60 nm。2.4.3 显色剂显色剂无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵等。无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵等。有机显色剂：种类繁多、应用广泛。有机显色剂：种类繁多、应用
8、广泛。偶氮类显色剂：性质稳定、显色反应偶氮类显色剂：性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大，应灵敏度高、选择性好、对比度大，应用最广泛。例偶氮胂用最广泛。例偶氮胂IIIIII、PARPAR等。等。三苯甲烷类：铬天青三苯甲烷类：铬天青S S、二甲酚橙等、二甲酚橙等2.2.配位显色反应配位显色反应 当金属离子与有机显色剂形成配合物当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外强的紫外可见吸收光谱可见吸收光谱3.3.氧化还原显色反应氧化还原显色反应 某些元素的氧化态，某些元素的氧化态，如如Mn（）、）、Cr（）在紫外或可见光区）在
9、紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。子进行显色后测定。 2.4.2显色反应条件的选择显色反应条件的选择1.1.显色剂用量显色剂用量 吸光度吸光度A A与显色剂与显色剂用量用量c cR R的关系会出现如图所示的几的关系会出现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。种情况。选择曲线变化平坦处。2.2.反应体系的酸度反应体系的酸度在相同实验条件下在相同实验条件下，分别测定不同分别测定不同pH值值条件下显色溶液的吸条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平光度较大且恒定的平坦区所对应的坦区所对应的pH
10、范范围。围。反应体系的酸度反应体系的酸度是显色反应最重要的是显色反应最重要的条件。条件。 3.3.显色时间与温度显色时间与温度4.4.溶剂：溶剂： 适当的溶剂可使吸光度显著增大。适当的溶剂可使吸光度显著增大。（例题（例题7-87-8）2.4.4 干扰的消除干扰的消除 光度分析中，共存离子如本身有颜色，光度分析中，共存离子如本身有颜色，或与显色剂作用生成有色化合物，都将干或与显色剂作用生成有色化合物，都将干扰测定。扰测定。（1）加入配位掩蔽剂或氧化还原掩蔽剂）加入配位掩蔽剂或氧化还原掩蔽剂使干扰离子生成无色配合物或无色离子。使干扰离子生成无色配合物或无色离子。（如何消除（如何消除Fe （）离子的
11、干扰？）离子的干扰？）(2(2）选择适当的显色条件以避）选择适当的显色条件以避免干扰。例用磺基水杨酸测定免干扰。例用磺基水杨酸测定FeFe（）离子时离子时,Cu,Cu（）与试与试剂形成黄色络合物剂形成黄色络合物, , 干扰测定，干扰测定，但如控制但如控制pHpH在在2.52.5左右左右 CuCu（） 则不与试剂反应。则不与试剂反应。（3 3）分离干扰离子）分离干扰离子. .2.4.5 2.4.5 吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择1.选择适当的入射波长选择适当的入射波长 一般应该选择一般应该选择max为入射光波长。为入射光波长。如果如果max处有共存组分干扰时，则处有共存组分干扰时，则应
12、考虑选择灵敏度稍低但能避免干应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长扰的入射光波长。 如图选如图选500nm波长测定，波长测定，A的灵敏度虽有的灵敏度虽有所下降，但消所下降，但消除了除了B的干扰，的干扰，提高了测定的提高了测定的准确度和选择准确度和选择性性2 .2 .参比溶液的选择参比溶液的选择为什么需要使用参比溶液？为什么需要使用参比溶液？测得的的吸光度真正反映测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度待测溶液吸光强度。选择参比溶液所遵循的一般原则：选择参比溶液所遵循的一般原则： 若仅待测组分与显色剂反应产物在测若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其他所加试剂均无吸定波长处有吸收
13、，其他所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水收，用纯溶剂（水)作参比溶液；作参比溶液； 若显色剂或其他所加试剂在测定波若显色剂或其他所加试剂在测定波长处略有吸收长处略有吸收, ,而试液本身无吸收，用而试液本身无吸收，用“试剂空白试剂空白”(”(不加试样溶液不加试样溶液) )作参比溶作参比溶液；液； 若待测试液在测定波长处有吸收，而若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用显色剂等无吸收，则可用“试样空白试样空白”( (不加显色剂不加显色剂) )作参比溶液；作参比溶液； 若显色剂、试液中其他组分在测量波若显色剂、试液中其他组分在测量波长处有吸收长处有吸收, ,则可在试液中加入适当掩蔽则可在试
14、液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。（例题比溶液。（例题9 9）3. 吸光度读数范围的选择吸光度读数范围的选择不同的透射比读数，产生的误差大小不同的透射比读数，产生的误差大小不同：将不同：将lgT= bc微分：微分： 两式相除得：两式相除得：c/c不仅与仪器的透不仅与仪器的透射比误差射比误差T 有关，而有关，而且与其透射比读数且与其透射比读数T 的值也有关。的值也有关。是否存在最佳读数范是否存在最佳读数范围？何值时误差最围？何值时误差最小？小？最佳读数范围与最佳值最佳读数范围与最佳值: :设：设：T =1%， c/c T 关系曲线关系
15、曲线T 在在 20%65% 之间时之间时, 浓度相对误差较浓度相对误差较小小,为最佳读数范围。为最佳读数范围。浓度相对误差最小时的透射比浓度相对误差最小时的透射比Tmin为：为： Tmin 36.8%, Amin 0.434 通通过过改改变变吸吸收收池池厚厚度度或或待待测测液液浓浓度度，使使吸吸光光度度读读数数处处在在适适宜宜范范围围。普普通通分分光光光光度度法不适于高含量或极低含量物质的测定。法不适于高含量或极低含量物质的测定。例题例题1010：教材：教材p39 14p39 14题题2.5 可见吸光光度法的应用可见吸光光度法的应用2.5.2 普通分光光度法普通分光光度法1.1.单组分的测定单
16、组分的测定 A- c 标准曲线法定量测定。标准曲线法定量测定。标准曲线的制作标准曲线的制作 具体方法为具体方法为:在选择的实验条件下分在选择的实验条件下分别测量一系列不同含量的标准溶液别测量一系列不同含量的标准溶液的吸光度，的吸光度，以标准溶液中待测组分以标准溶液中待测组分的含量为横坐标，吸光度为纵坐标的含量为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到一条通过原点的直线，作图，得到一条通过原点的直线，称为标准曲线称为标准曲线，此时测量待测溶液，此时测量待测溶液的吸光度，在标准曲线上就可以查的吸光度，在标准曲线上就可以查到与之相对应的被测物质的含量。到与之相对应的被测物质的含量。 2.2.5 偏离比耳定律
17、的原因偏离比耳定律的原因1. 1. 现象现象 标准曲线法测定未知溶液的浓度时，标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯较高时），这种现象称为对朗伯比耳定律的比耳定律的偏离。偏离。2. 2. 引起偏离的因素（两大类）引起偏离的因素（两大类） （1 1）物理性因素，）物理性因素， 即仪器的非理想引起的；即仪器的非理想引起的； （2 2）化学性因素。）化学性因素。物理性因素：物理性因素：难以获得真正的纯单色光。难以获得真正的纯单色光。 分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。分光光度计只能获得近乎单色的
18、狭窄光带。复合光可导致对朗伯复合光可导致对朗伯比耳定律的正或负偏离。比耳定律的正或负偏离。 非单色光、杂散光、非平非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯行入射光都会引起对朗伯比比耳定律的偏离，最主要的是非耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。单色光作为入射光引起的偏离。 化学性因素：化学性因素：(1)朗伯朗伯比耳定律的假定：所有的吸光质比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；仅在稀溶液点之间不发生相互作用；仅在稀溶液(c10 -2 mol L-1时，吸光质点间时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收，引起负偏
19、离。光的吸收，引起负偏离。 故：朗伯故：朗伯比耳定律只适用于稀溶液。比耳定律只适用于稀溶液。 (2) 溶液中存在着离解、聚合、互变异溶液中存在着离解、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。吸光质点的浓度发生变化。 例：例： CrO42- + 2H+ = Cr2O72- + H2O（例题（例题11）2.2.多组分的同时测定多组分的同时测定 各组分的吸收曲线不重叠各组分的吸收曲线不重叠 各组分的吸收曲线互有重叠各组分的吸收曲线互有重叠根据吸光度的加合性求解联立方程组根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。得出各组分的含量。 A
20、1 = a1 bca b1bcb A2 = a2 bca b2bcb（例题（例题 教材教材p39：15）2.5.1高含量组分的测定高含量组分的测定示差法示差法设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为，标准溶液浓度为cs (cs cx)。则：则： Ax= b cx As = b cs Ar = =x s = b(cx cs ）= bc绘制绘制Ar c工作曲线，再根据工作曲线，再根据cx=cs+c计计算试样浓度。算试样浓度。示差法的浓度相对误差：示差法的浓度相对误差： 随随着着参参比比溶溶液液浓浓度度增增加加，即即Ts减小，浓度相对误差减小。减小，浓度相对误差减小。示示差差法法要要
21、求求仪仪器器光光源源有有足足够够的的发发射射强强度度或或能能增增大大光光电电流流放放大大倍倍数数，以以便便能能调调节节参参比比溶液透射比为溶液透射比为100%。示差法为什么能较准确地测定高浓度组分呢？示差法为什么能较准确地测定高浓度组分呢？普通光度法普通光度法: cs: Ts = 10%， cx : Tx=5%，示差法示差法: cs : Ts =100%， cx : Tr=50%， 透透射射比比读读数数标标尺尺扩扩大大了了十十倍倍。读读数数落落入入适适宜宜读数范围内，提高了测量的准确度。读数范围内，提高了测量的准确度。 （例题（例题13-14：教材：教材p3912、13）思考题思考题1. 1.
22、 为什么物质对光会发生选择性吸收？为什么物质对光会发生选择性吸收？2. 2. 朗朗伯伯- -比比耳耳定定律律的的物物理理意意义义是是什什么么？什什么么是是透透射射比比？什什么么是是吸吸光光度度？二二者者之之间间的的关系是什么？关系是什么？3. 3. 摩摩尔尔吸吸收收系系数数的的物物理理意意义义是是什什么么？其其大大小小和和哪哪些些因因素素有有关关？在在分分析析化化学学中中有有何何意义？意义？4. 4. 什么是吸收光谱曲线？什么是标准曲什么是吸收光谱曲线？什么是标准曲线？它们有何实际意义？利用标准曲线进线？它们有何实际意义？利用标准曲线进行定量分析时可否使用透射比行定量分析时可否使用透射比T T和浓度和浓度c c为为坐标？坐标？5. 5. 当研究一种新的显色剂时，必须作哪当研究一种新的显色剂时，必须作哪些实验条件的研究？为什么？些实验条件的研究？为什么？6. 6. 分光光度计有哪些主要部件？它们各分光光度计有哪些主要部件？它们各起什么作用？起什么作用？ 7. 7. 光度分析法误差的主要来源有哪些？光度分析法误差的主要来源有哪些？如何减免这些误差？试根据误差分类分别如何减免这些误差？试根据误差分类分别加以讨论。加以讨论。
