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1、Analytical chemistry第七章：吸光光度法第七章：吸光光度法 (Spectrophotometry)7-1 概述概述7-2 光吸收定律光吸收定律 7-3 分光光度计分光光度计7-4 显色反应及其影响因素显色反应及其影响因素7-5 光度测量误差和测量条件的选择光度测量误差和测量条件的选择7-6 吸光光度法的应用吸光光度法的应用习题习题第一页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2227.1: 概述概述一、吸光光度法一、吸光光度法基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。许多物质呈现颜
2、色，而且颜色许多物质呈现颜色，而且颜色深浅深浅与与浓度浓度有关有关 二、方法特点：二、方法特点：1、灵敏度高，能测、灵敏度高，能测c2c1是光是光谱定量的依据谱定量的依据 (3)同一物质分子运动的形式相同，结构相同，在不同同一物质分子运动的形式相同，结构相同，在不同浓度下，吸收曲线的形状相同，且浓度下，吸收曲线的形状相同，且max位置不变位置不变 (4)不同物质的吸收曲线形状不同，决定了物质的结构不同物质的吸收曲线形状不同，决定了物质的结构分析的依据分析的依据 第九页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2210(5)若选择在若选择在max处测量
3、处测量A，则灵敏度高则灵敏度高 Cr2O72- MnO4-2、物质的颜色、物质的颜色 第十页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2211 溶液呈现的颜色与吸收光颜色及波段的溶液呈现的颜色与吸收光颜色及波段的关系关系 物质的颜色吸收光 颜色波长范围( l ,nm)黄绿黄橙红紫红紫蓝绿蓝蓝绿紫蓝绿蓝蓝绿绿黄绿黄橙红400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-750 溶液呈现的颜色是其吸收光的互补光的颜色。溶液呈现的颜色是其吸收光的互补光的颜色。 第十一页，编辑于星期一：七点
4、 三十七分。Analytical chemistry2024/8/22127.2: 光吸收定律光吸收定律一、朗伯一、朗伯-比耳定律比耳定律 当一束强度为当一束强度为I0的平行单色光入射到厚度为的平行单色光入射到厚度为b的溶液上，的溶液上，一部分光被吸收（强度为一部分光被吸收（强度为Ia），剩余的光透过（强度为），剩余的光透过（强度为It）透光率透光率吸光度吸光度第十二页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry当物质对光完全透光时，当物质对光完全透光时，T=1，A=0当物质对光全部吸收时，当物质对光全部吸收时，T=0，A=朗伯朗伯-比尔定律比尔定律的数学表达式的数
5、学表达式I0IrItIa单色光垂直照射含有吸单色光垂直照射含有吸光物质的溶液时，溶液的光物质的溶液时，溶液的吸光度与吸光物质的浓度吸光度与吸光物质的浓度及液层的厚度成正比。及液层的厚度成正比。第十三页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2214其中，其中，A:吸光度，吸光度，T:透射比，透射比， K:比例常数，比例常数，b:溶液厚度，溶液厚度，c:溶液浓度溶液浓度注意：注意： 平行单色光平行单色光 均相介质均相介质 无发射、散射或光化学反应无发射、散射或光化学反应二、吸光系数、摩尔吸光系数二、吸光系数、摩尔吸光系数1、吸光系数、吸光系数a 和摩
6、尔吸光系数和摩尔吸光系数( Molar absorptivity) A= Kbc (1)当当 c= g/L时：时：b=cm； K=a = Lg-1cm-1 (2)当当 c=mol/L时：时：b=cm； K=Lmol-1cm-1 第十四页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2215 表示物表示物质的的浓度度为1mol/L,液液层厚度厚度为1cm时溶液的吸溶液的吸光度。光度。单位：位： (Lmol-1 cm-1) 影响影响值大小的因素值大小的因素 (1)入射光波长入射光波长 (2)与被测物质有关与被测物质有关 (3)温度，酸度，介质，有色物结构，温
7、度，酸度，介质，有色物结构，(4)不随不随 c或或b值变化值变化 第十五页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2216 2、桑德尔、桑德尔(Sandell)灵敏度：灵敏度： S 当仪器检测吸光度为当仪器检测吸光度为0.001时，单位截面积光程内所能时，单位截面积光程内所能检测到的吸光物质的最低含量。检测到的吸光物质的最低含量。 单位：单位：g/cm2 氯磺酚氯磺酚S测定钢中的铌测定钢中的铌 50ml容量瓶中有容量瓶中有Nb30g，用，用2cm比色池，在比色池，在650nm测测定光吸收，定光吸收，A0.43，求，求(Nb原子量原子量92.91)。
8、第十六页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2217三、吸光度三、吸光度A的加和性的加和性 若溶液中含有不止一种吸光物质，则总吸光度若溶液中含有不止一种吸光物质，则总吸光度等于各个组分吸光度之和：等于各个组分吸光度之和： A=A1+A2+.+An = 1bc1+ 2bc2 + .+nbcn第十七页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/22187.3 分光光度计分光光度计0.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示显示第十八页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical che
9、mistry2024/8/22191、光源、光源(Source)：75W钨灯，发射出钨灯，发射出360-800nm波长波长的连续光谱的连续光谱 2、单色器、单色器(Monochromator)：将连续光谱分解为按：将连续光谱分解为按波长排列的单色光波长排列的单色光 3、比色皿（吸收池）、比色皿（吸收池）：材质相同的玻璃，石英制成：材质相同的玻璃，石英制成0.5，1.0，2.0，3.0cm 4、检测器、检测器(Detector)：接受比色皿透过的光强，转换：接受比色皿透过的光强，转换为电信号，并放大显示，读取为电信号，并放大显示，读取 T，A，c 光电管：产生光电流，在电阻两端产生电压降光电管：
10、产生光电流，在电阻两端产生电压降 第十九页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/22207.4 显色反应及影响因素显色反应及影响因素一、一、 显色反应显色反应没有颜色的或颜色较浅的化合物，需要通过适当的反没有颜色的或颜色较浅的化合物，需要通过适当的反应定量生成有色化合物再测定应定量生成有色化合物再测定 显色反应。显色反应。 被测物被测物 显色剂显色剂 有色化合物有色化合物对显色反应的要求：对显色反应的要求：1、选择性好、选择性好2、灵敏度高、灵敏度高 (104)第二十页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry202
11、4/8/22213、 产物的化学组成稳定产物的化学组成稳定4、 化学性质稳定化学性质稳定5、 显色剂和产物有明显的颜色差别显色剂和产物有明显的颜色差别 ( 60nm)二、显色剂二、显色剂1、 无机显色剂无机显色剂: 过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾2、 有机显色剂：有机显色剂： （1）偶氮类：偶氮胂）偶氮类：偶氮胂III第二十一页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2222（2）三苯甲烷类）三苯甲烷类 三苯甲烷酸性染料三苯甲烷酸性染料 铬天菁铬天菁S （3）邻菲罗啉类：新亚铜灵）邻菲罗啉类：新亚铜灵 第二十二页，编辑于星期一
12、：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2223（4）肟类：丁二肟）肟类：丁二肟 三、三、 多元络合物多元络合物混配化合物混配化合物 Nb-5-Br-PADAP-酒石酸酒石酸 离子缔合物离子缔合物 AuCl4-罗丹明罗丹明B金属离子金属离子-配体配体-表面活性剂体系表面活性剂体系 Mo-水杨基荧光酮水杨基荧光酮-CTMAB 第二十三页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2224四、四、 影响显色反应的因素影响显色反应的因素1、 溶液酸度（溶液酸度（pH值及缓冲溶液）值及缓冲溶液）u 影响显色剂的平衡浓度及颜色，影
13、响显色剂的平衡浓度及颜色，u 影响待测离子的存在状态，防止沉淀影响待测离子的存在状态，防止沉淀u 影响络合物组成影响络合物组成 2、显色剂的用量、显色剂的用量稍过量，处于平台区稍过量，处于平台区 3 、显色反应时间、显色反应时间 针对不同显色反应确定显示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显色反应慢，稳定需时间；显色反应慢但不稳定第二十四页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/22254、 显色反应温度显色反应温度加热可加快反应速
14、度，导致显色剂或产物分解加热可加快反应速度，导致显色剂或产物分解5、溶剂、溶剂6、干扰离子、干扰离子 有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率消除办法：消除办法： 改变酸度，加入隐蔽剂，改变价态改变酸度，加入隐蔽剂，改变价态 选择合适参比选择合适参比 选择适当波长选择适当波长 第二十五页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/22267.5 吸光光度分析条件的选择与误差的控制吸光光度分析条件的选择与误差的控制一、测定波长选择一、测定波长选择选择原则：选择原则：“吸收最大，干扰最小吸收最大，干扰最小”灵敏度选择性第二十六页
15、，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2227二、二、 标准曲线制作标准曲线制作理论基础：朗伯理论基础：朗伯-比尔定律比尔定律 相同条件下相同条件下测定不同浓度标准溶测定不同浓度标准溶液的吸光度液的吸光度AAc 作图作图第二十七页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2228三、偏离朗伯三、偏离朗伯-比尔定律比尔定律 的原因的原因负偏离负偏离1、由于、由于非单色光非单色光引起的引起的偏离偏离 因物质对不同波长的光的吸收程度不同，而导致偏因物质对不同波长的光的吸收程度不同，而导致偏离。离。 第二十八页
16、，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2229复合光由复合光由 1和和 2组成，对于浓度不同的溶液组成，对于浓度不同的溶液a和和b,引起引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差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。大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。 第二十九页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/22302、溶液本身的、溶液本身的化学和物理因素化学和物理因素引起的引起的偏离偏离 (1)溶液介质不均匀引起的溶液介质不均匀引起的 (2)溶液中的副反应发
17、生而引起的溶液中的副反应发生而引起的 (3)反应条件影响显色反应反应条件影响显色反应 例如例如 Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H+2CrO4- 橙色橙色 黄色黄色 1max=350nm max=375nm 2max=450nm 第三十页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2231四、四、 吸光度测量的误差吸光度测量的误差第三十一页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2232T=0.368，A=0.434 测量误差最小测量误差最小为了减少测量误差，控制溶液的吸光度范围为了减少测量误差，
18、控制溶液的吸光度范围 A = 0.2 0.8T = 65 15 %五、参比溶液的选择：五、参比溶液的选择： 选合适的参比溶液，调仪器选合适的参比溶液，调仪器A =0，T=100% (1)当试液，显色液，在此波段无吸收，可用纯水作参比；当试液，显色液，在此波段无吸收，可用纯水作参比；第三十二页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2233(2)试剂有色，以试剂的空白为参比；试剂有色，以试剂的空白为参比； (3)显色剂，待测物有吸收，应掩蔽，使其不与显色剂显色剂，待测物有吸收，应掩蔽，使其不与显色剂作用作用。第三十三页，编辑于星期一：七点 三十七分。
19、Analytical chemistry2024/8/22347.6: 其它光度法其它光度法 一、目视比色法一、目视比色法对样品的粗略测定对样品的粗略测定 适合对准确度要求不太高的大批量样品的分析。适合对准确度要求不太高的大批量样品的分析。二、示差分光光度法二、示差分光光度法-高含量组分的测定高含量组分的测定 1、原理、原理： 以稍低于待测组分浓度的标准溶液作为参比溶液，然后以稍低于待测组分浓度的标准溶液作为参比溶液，然后测试液的吸光度，再从测试液的吸光度，再从A求求c，从而提高准确度。从而提高准确度。 参比液参比液 cs cx样品液样品液 第三十四页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analy
20、tical chemistry2024/8/2235用参比液调吸光度为用参比液调吸光度为“0”，此时，被测液的吸光度为此时，被测液的吸光度为吸光度的差与浓度差成正比。吸光度的差与浓度差成正比。如果标准溶液的如果标准溶液的T%=10，用此溶液做参比，调成用此溶液做参比，调成100%(A=0)，等于把仪器透光率扩等于把仪器透光率扩10倍，测量误差变小了。倍，测量误差变小了。 第三十五页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2236例例 以试剂为空白参比调以试剂为空白参比调T=100%，测某有色液，测某有色液A=1.301，假设假设T=0.003，求光
21、度，求光度测量量误差差Er=？第三十六页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2237若以若以T=10%为参比，示差光度法测该试液的为参比，示差光度法测该试液的T=？此时？此时Er又又为多少？为多少？第三十七页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2238例例12. 锌标液锌标液cZn=0.00100mol/L和含和含Zn样品各测样品各测A=0.700和和A=1.000，问两种溶液透射率相差多少？如果用，问两种溶液透射率相差多少？如果用0.00100mol/L Zn 标液作参比，试液的标液作参比，试
22、液的A=？示差法与？示差法与普通光度法相比，读数标尺放大了多少倍？普通光度法相比，读数标尺放大了多少倍？ 解：解： 1、A= - lgT，则，则T1=10-A=10-0.700=0.200=20.0% T2=10-1.000=0.1000=10.0% 故透光率相差故透光率相差10.0%第三十八页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2239 2、A相对相对=A=bc=1.000-0.700=0.300 3、则、则T相对相对=10-0.300=0.50=50% 标尺放大倍数为：标尺放大倍数为：三、光度滴定三、光度滴定 由于在选定的波长下，被滴定的溶
23、液各组分的吸光由于在选定的波长下，被滴定的溶液各组分的吸光情况不同，曲线形状不同情况不同，曲线形状不同 第三十九页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2240(a)滴定剂对选用波长的光滴定剂对选用波长的光有很大吸收，待测物和产物有很大吸收，待测物和产物不吸收，如不吸收，如MnO4-滴滴 Fe2+(b)待测物有吸收滴定待测物有吸收滴定剂和产物不吸收，如剂和产物不吸收，如EDTA滴水扬酸铁滴水扬酸铁 第四十页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2241(c)产物有吸收，滴定剂产物有吸收，滴定剂与待测
24、物无吸收，与待测物无吸收，如如NaOH滴对溴苯酚滴对溴苯酚(d)滴定剂和待测物滴定剂和待测物 有吸收，有吸收，产物产物无吸收无吸收 如如 KBrO3 -KBr滴滴 Sb3+-HCl液液 第四十一页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/22427.7: 吸光光度法的应用吸光光度法的应用 一、标准曲线法测单一组分一、标准曲线法测单一组分 1、选择合适的显色反应和显色条件、选择合适的显色反应和显色条件 2、绘出被测组分的吸收光、绘出被测组分的吸收光谱曲线谱曲线(用标液），找出最用标液），找出最大吸收波长。大吸收波长。 A 3、在、在max下测一系列标准
25、溶液的下测一系列标准溶液的A值，绘制工作值，绘制工作曲线曲线A-c第四十二页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry4、与工作曲线相同的方法，测未知物、与工作曲线相同的方法，测未知物Ax ， 从工作曲从工作曲线上查线上查cx Ax CxA二、多组分的测定二、多组分的测定第四十三页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2244A XY 1 2 为物质的特征参数，可通过配制标准溶液测得。为物质的特征参数，可通过配制标准溶液测得。解联立方程，可求得解联立方程，可求得cx, cy第四十四页，编辑于星期一：七点 三十七分。A
26、nalytical chemistry2024/8/2245三、配合物组成的测定三、配合物组成的测定 1、摩尔比法、摩尔比法 固定固定 cM，改变改变 cR，就可得一系列就可得一系列 cR/ cM值不同的溶值不同的溶液，测液，测A作图作图n第四十五页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/22462、等摩尔连续变换法、等摩尔连续变换法 cM + cR = c，改变改变 cM与与 cR的相对比值，使的相对比值，使 cM: cR =10:0，9:1，8:2.1:9，0:10 n第四十六页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemis
27、try2024/8/2247四、酸碱离解常数的测定四、酸碱离解常数的测定 例如例如一元弱酸一元弱酸 Ka 的测定的测定 先配先配 c总总= cHA +A不变而不变而pH不同的不同的HA溶液，用溶液，用pH计计测各个溶液的测各个溶液的pH值，然后在值，然后在maxHA，MaxA -用用b=1cm，测定各溶液的测定各溶液的A值：值： 第四十七页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2248在很高酸度下，弱酸全部以在很高酸度下，弱酸全部以HA的形式存在，的形式存在，在很低酸度下，弱酸全部以在很低酸度下，弱酸全部以A的形式存在的形式存在第四十八页，编辑于
28、星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2249在一定在一定pH下，测得下，测得A，再在很高酸度和很低酸度下测，再在很高酸度和很低酸度下测得得AHA和和AA-，即可计算，即可计算Ka。第四十九页，编辑于星期一：七点 三十七分。Analytical chemistry2024/8/2250五、其它应用五、其它应用1、工业分析、工业分析2、食品分析、食品分析3、药物分析、药物分析4、临床分析、临床分析5、冶金分析、冶金分析几乎所有的无机离子和相几乎所有的无机离子和相对多的有机物可以用吸光多的有机物可以用吸光光度法光度法进行分析。行分析。第五十页，编辑于星期一：七点 三十七分。
