1、分析化學(xué)第七章吸光光度分析法1第1頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 7-1 吸光光度法基本原理 在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法,主要有: 紅外吸收光譜：分子振動光譜，吸收光波長范圍2.51000m , 主要用于有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定。 紫外吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍200400 nm（近紫外區(qū)） ，可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。 2第2頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍400750 nm ，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。吸光光度法的特點：（1）靈敏度高；（2）

2、準確度高；（3）操作簡便快速；（4）應(yīng)用廣泛。3第3頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一光的基本性質(zhì) 光是一種電磁波，具有波粒二象性。光的波動性可用波長、頻率、光速c、波數(shù)（cm-1）等參數(shù)來描述： = c ； 波數(shù) = 1/ = /c 光是由光子流組成，光子的能量： E = h = h c / （Planck常數(shù)：h=6.626 10 -34 J S ) 光的波長越短（頻率越高），其能量越大。 白光(太陽光)：由各種單色光組成的復(fù)合光 單色光：單波長的光(由具有相同能量的光子組成) 可見光區(qū)：400-750 nm 紫外光區(qū)：近紫外區(qū)200 - 400 nm 遠紫外區(qū)10

3、 - 200 nm （真空紫外區(qū)）4第4頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一一、物質(zhì)的顏色 物質(zhì)的顏色是由于物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性吸收而產(chǎn)生的。表8-1 物質(zhì)的顏色與吸收光顏色的互補關(guān)系5第5頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一6第6頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一二、物質(zhì)對光的選擇性吸收及吸收曲線M + h M *M + 熱M + 熒光或磷光基態(tài) 激發(fā)態(tài)E1 （E） E2E = E2 - E1 = h 量子化 ；選擇性吸收; 分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使其對不同波長光的吸收程度不同； 用不同波長的單色光照射，測吸光度 吸收曲線

4、與最大吸收波長 max；光的互補：藍 黃7第7頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一光吸收曲線 用不同波長的單色光照射某一物質(zhì)測定吸光度，以波長為橫坐標，以吸光度為縱坐標，繪制曲線，描述物質(zhì)對不同波長光的吸收能力。圖8-1吸收曲線8第8頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一吸收曲線的討論：（1）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長max（2）不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似max不變。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和max則不同。（3）吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。9第9頁

5、，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 （4）不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度 A 有差異，在max處吸光度A 的差異最大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。（5）在max處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。10第10頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一三、光吸收的基本定律1.朗伯比耳定律 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關(guān)系。Ab 1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間也具有類似的關(guān)系。A c

6、二者的結(jié)合稱為朗伯比耳定律，其數(shù)學(xué)表達式為：11第11頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一朗伯-比耳定律的數(shù)學(xué)表達式為： Alg（I0/I)= b c 或: Alg（I0/I)= a b c 式中A：吸光度； I0 ：入射光強度； I：透射光強度； b：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位； ：摩爾吸光系數(shù)，單位Lmol-1cm-1；溶液的濃度c單位molL-1 ； a：吸光系數(shù)，單位Lg-1cm-1 ； 溶液的濃度c單位gL-1 。 12第12頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 與a的關(guān)系為： = Ma （ M為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量） 摩爾吸光系數(shù)(

7、Lmol-1cm-1)在數(shù)值上等于濃度為1molL-1 、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。 吸光系數(shù)a(Lg-1cm-1)相當于濃度為1gL-1 ，液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。13第13頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一吸光度A 描述溶液對光的吸收程度： Alg（I0/I)透過度T 描述入射光透過溶液的程度: T = I0/It吸光度A 與透光度T 的關(guān)系: A lg T A、T、c 三者的關(guān)系如右圖所示。吸光度A具有加合性： A總= A1+ A2A1、A2分別為兩種吸光物質(zhì)的吸光度。ATATC圖8-3 A，T，C關(guān)系曲線14第14頁，共

8、61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 朗伯-比耳定律的物理意義：當平行單色光通過單一均勻的、非散射的吸光物質(zhì)溶液時,溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。 朗伯-比耳定律是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的依據(jù)。廣泛地應(yīng)用于紫外光、可見光、紅外光區(qū)的吸收測量，也適用于原子吸收測量。15第15頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一2.摩爾吸光系數(shù)的討論（1）吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)；（2）不隨濃度c和光程長度b的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時，僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測物濃度無關(guān)；（3）可作為定性鑒定的參數(shù)；（4）同一吸收物

9、質(zhì)在不同波長下的值是不同的。在最大吸收波長max處的摩爾吸光系數(shù)，常以max表示。max表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質(zhì)可能達到的最大靈敏度。 16第16頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一（5） max越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。 105：超高靈敏； =(610）104 ：高靈敏； =(26）104 ：中等靈敏； 10-2molL-1時，吸光質(zhì)點間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。朗伯-比耳定律只適用于稀溶液。 溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學(xué)平衡時，使吸光質(zhì)點的濃度發(fā)生變化，

10、影響吸光度。 (3)工作曲線不過原點 存在系統(tǒng)誤差：吸收池不完全一樣；參比溶液選擇不當?shù)取D8-4-2 工作曲線21第21頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一7-2 光度計及其基本部件一、主要部件光源單色器樣品室檢測器顯示 1光源 在整個可見光譜區(qū)可以發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命。鎢燈作為光源，其輻射波長范圍在3202500 nm。22第22頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一23第23頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 2單色器 將光源發(fā)射的復(fù)合光分解成單色光并可從中選出任一波長單色光的光學(xué)

11、系統(tǒng)。 入射狹縫：光源的光由此進入單色器； 準光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束； 色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵； 聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫； 出射狹縫。24第24頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 3. 樣品室 樣品室放置各種類型的吸收池和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。 4.檢測器 利用光電效應(yīng)將透過吸收池的光信號變成可測的電信號，常用的有光電池、光電管或光電倍增管。 5.信號顯示記錄系統(tǒng) 檢流計、數(shù)字顯示、微機進行儀器自動控制和結(jié)果處理。25第25頁，

12、共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一圖8-5 光電管示意圖圖8-6 光電倍增管示意圖26第26頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一二、分光光度計的類型簡介 1. 單光束分光光度計：簡單，價廉，適于在給定波長處測量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測器具有很高的穩(wěn)定性。27第27頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 2. 雙光束分光光度計：自動記錄，快速全波段掃描。可消除光源不穩(wěn)定、檢測器靈敏度變化等因素的影響，特別適合于結(jié)構(gòu)分析。儀器復(fù)雜，價格較高。28第28頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星

13、期一 3.雙波長分光光度計： 將不同波長的兩束單色光(1、2) 快速交替通過同一吸收池而后到達檢測器，產(chǎn)生交流信號，無需參比池。兩波長同時掃描（ = 12nm）即可獲得導(dǎo)數(shù)光譜。圖8-9 分光光度計的類型29第29頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一7-3顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇一、顯色反應(yīng)的選擇 選擇顯色劑 選擇顯色反應(yīng)時應(yīng)考慮的因素：靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測定波長處無明顯吸收，與有色物最大吸收波長之差（對比度），應(yīng)滿足 60nm。 常用配位顯色反應(yīng)或氧化還原顯色反應(yīng)對待測離子進行顯色后測定。例如：鋼中微量錳的測定，Mn2不能直接進行光度測定，可將其氧

14、化成紫紅色的Mn()，在525 nm處 30第30頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一進行測定。常用的無機顯色劑有：硫氰酸鹽、鉬酸銨、過氧化氫等幾種。有機顯色劑種類繁多：如三苯甲烷類有鉻天青S、二甲酚橙等；偶氮類有偶氮胂、PAR等。 31第31頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一二、顯色條件的選擇 1.顯色劑用量： 吸光度A與顯色劑用量 cR的關(guān)系曲線如圖12-8所 示。選擇曲線變化平坦處 作為顯色條件。2.溶液的pH值 在相同實驗條件下，分別測定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對應(yīng)的pH范圍。3.顯色時間與溫度

15、 顯色反應(yīng)一般在室溫下進行，有的反應(yīng)需加熱，應(yīng)通過實驗找出適宜的溫度范圍。圖8-10 吸光度與顯色劑用量關(guān)系曲線cRcRcRAAA32第32頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一pHA 圖8-11 吸光度與pH關(guān)系曲線三、干擾的消除 1.加入掩蔽劑選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測組分反應(yīng)；掩蔽劑本身及掩蔽劑與干擾組分的反應(yīng)產(chǎn)物不干擾待測組分的測定。 例：測定Ti4， 33第33頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 加入H3PO4掩蔽劑使Fe3+(黃色)成為Fe(PO)23-(無色)，消除Fe3+的干擾；又如用鉻天菁S光度法測定Al3+時，加入抗壞血酸

16、作掩蔽劑將Fe3+還原為Fe2+，消除Fe3+的干擾。 2.選擇適當?shù)娘@色反應(yīng)條件通過控制適宜的顯色條件，消除干擾組分的影響。 3.選擇適宜的波長避開干擾物的最大吸收，配制適當?shù)膮⒈纫海蓴_組分的影響。 34第34頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 4.提高顯色反應(yīng)的選擇性利用被測物能形成三元絡(luò)合物的特點，提高顯色反應(yīng)的選擇性。 5.分離干擾離子采用適當?shù)姆蛛x方法預(yù)先除去干擾物質(zhì)。35第35頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一7-4 吸光光度測量條件的選擇1.選擇適當?shù)娜肷洳ㄩL 一般應(yīng)該選擇max為入射光波長。但如果max處有共存組分干擾時，則

17、應(yīng)考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長。2.選擇適當?shù)膮⒈热芤?吸收池表面對入射光有反射和吸收作用；溶液的不均勻性所引起的散射；過量顯色劑、其它試劑、溶劑等引起的吸收，這些因素影響待測組分透光度或吸光度的測量。采用參36第36頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 比溶液校正的方法消除或減小這些影響。在相同的吸收池中裝入?yún)⒈热芤?又稱空白溶液)，調(diào)節(jié)儀器使透過參比池的吸光度為零(稱為工作零點)。在此條件下測得的待測溶液的吸光度才真正反映其吸光強度。37第37頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一圖8-12 吸光度測定條件的選擇曲線A為鈷絡(luò)合物的吸收

18、曲線曲線B為顯色劑的吸收曲線38第38頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 參比溶液的選擇一般遵循以下原則： 若僅待測組分與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)物在測定波長處有吸收，其它所加試劑均無吸收，用純?nèi)軇ㄋ?作參比溶液； 若顯色劑或其它所加試劑在測定波長處略有吸收，而試液本身無吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液； 若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液； 若顯色劑、試液中其它組分在測量波長處有吸收，則可在試液中加入適當掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。39第39頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40

19、分，星期一3.控制適宜的吸光度讀數(shù)范圍不同的透光度讀數(shù)，產(chǎn)生的誤差大小不同： lgT=bc微分：dlgT0.434dlnT = - 0.434T -1 dT =b dc兩式相除得：40第40頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一dc/c = （ 0.434 / TlgT ）dT 以有限值表示可得： c/c =（0.434/TlgT）T 濃度測量值的相對誤差（c/c）不僅與儀器的透光度誤差T 有關(guān)，而且與其透光度讀數(shù)T 的值也有關(guān)。 是否存在最佳讀數(shù)范圍？何值時誤差最小？41第41頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一最佳讀數(shù)范圍與最佳值 設(shè)：T =1%，

20、則可繪出溶液濃度相對誤差c/c與其透光度T 的關(guān)系曲線。如圖所示： 當：T =1%，T 在20%65%之間時，濃度相對誤差較小，最佳讀數(shù)范圍。用儀器測定時應(yīng)盡量使溶液透光度值在T %=2065% (吸光度 A =0.700.20)。可求出濃度相對誤差最小時的透光度Tmin為： Tmin36.8%, Amin0.43442第42頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一0.20.80.40.6A 0 1 2 3 4 5C/mgL-1分光光度法四、標準曲線法繪圖示例：43第43頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一7-5 吸光光度法的應(yīng)用一、示差分光光度法（示差

21、法） 普通分光光度法一般只適于測定微量組分，當待測組分含量較高時，將產(chǎn)生較大的誤差。需采用示差法。示差法需要較大的入射光強度，并采用濃度稍低于待測溶液濃度的標準溶液作參比溶液。設(shè)：待測溶液濃度為cx，標準溶液濃度為cs(cscx)。則： Ax= bcx As = bcs 44第44頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一x s =b(cxcs）=bc 測得的吸光度相當于普通法中待測溶液與標準溶液的吸光度之差。 示差法測得的吸光度與c呈直線關(guān)系。由標準曲線上查得相應(yīng)的c值，則待測溶液濃度cx： cx =cx + c 45第45頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，

22、星期一示差法標尺擴展原理： 普通法： cs的T=10%；cx的T=5% 示差法： cs 做參比，調(diào)T=100% 則： cx的T=50% ；標尺擴展10倍46第46頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 圖8-13 是不同As的溶液作參比時相對誤差函數(shù)曲線。由圖可見，隨著參比溶液濃度增加，濃度相對誤差減小。若參比溶液選擇適當，則示差法測定的準確度可與滴定法接近。二、多組分的同時測定 1.若各組分的吸收曲線互不重疊，則可在各自最大吸收波長處分別進行測定。這本質(zhì)上與單組分測定沒有區(qū)別。 2.若各組分的吸收曲線互有重疊，則可根據(jù)吸光度的加和性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。 47第

23、47頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一A1= a1bCa b1bCb A2= a2bCa b2bCb 圖8-13 相對誤差函數(shù)曲線AA1122圖8-14雙組分的吸收曲線48第48頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一7-6 紫外吸收光譜簡介一、有機化合物電子躍遷的類型 有機化合物的紫外可見吸收光譜，是其分子中外層價電子躍遷的結(jié)果（三種）：電子、電子、n電子。 分子軌道理論：一個成鍵軌道必定有一個相應(yīng)的反鍵軌道。通常外層電子均處于分子軌道的基態(tài)，即成鍵軌道或非鍵軌道上。 外層電子吸收紫外或可見輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需

24、能量大小順序為：n n 49第49頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一躍遷 所需能量最大，電子只有吸收遠紫外光的能量才能發(fā)生躍遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū)(吸收波長200nm。這類躍遷在躍遷選律上屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)一般為10100 Lmol-1 cm-1，吸收譜帶強度較弱。分子中孤對電子和鍵同時存在時發(fā)生n 躍遷。丙酮n 躍遷的為275nm max為22 Lmol-1 cm -1（溶劑環(huán)己烷)。51第51頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一紅移與藍移 有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLmax和吸收強度發(fā)生

25、變化: max向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍移 (或紫移)。吸收強度即摩爾吸光系數(shù)增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應(yīng)或減色效應(yīng)，如圖所示。52第52頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一二、影響紫外吸收光譜的因素1.溶劑的影響 溶劑極性的變化會使化合物的紫外吸收光譜形狀改變。例如，在非極性的庚烷溶劑中，苯酚在270nm處出現(xiàn)中等強度的吸收峰并有精細結(jié)構(gòu)；但在極性的乙醇溶劑中，這些精細結(jié)構(gòu)變得不明顯或消失。2.溶劑pH的影響 當被測物質(zhì)具有酸性或堿性基團時，溶劑的pH值的變化對光譜的影響較大。3.空間效應(yīng) 若存在空間阻礙，影響較大共軛體系的生成，則最大吸收波長較短

26、，吸光系數(shù)小。53第53頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一三、紫外吸收光譜法的應(yīng)用1.計算最大吸收波長2.比較吸收光譜3.同分異構(gòu)體和順反異構(gòu)的確定4.純度檢驗54第54頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一 第七章 吸光光度法思考題1朗伯-比耳定律的物理意義是什么？寫出其數(shù)學(xué)表達式。2摩爾吸光系數(shù)的物理意義是什么？其大小與哪些因素有關(guān)？在分析化學(xué)中有何意義？3什么是吸收曲線？什么是標準曲線？它們有何實際意義？4顯色反應(yīng)如何選擇？5吸光度測量條件如何選擇？6光度分析法中，參比溶液應(yīng)如何選擇？ 答案55第55頁，共61頁，2022年，5月20日，10點

27、40分，星期一1.答：當一束平行的單色光通過液層厚度為b的有色溶液時，溶液的吸光度A與液層的厚度b和溶液的濃度c成正比。即A= lg(I0 / I) = bc2.答：摩爾吸光系數(shù)在數(shù)值上等于1molL-1吸光物質(zhì)在1cm光程中的吸光度。它是吸光物質(zhì)在特定波長下的一個特征常數(shù)。其單位為L mol-1 cm-1。由于值與入射光波長有關(guān)，故表示時，應(yīng)注明所用入射光波長。在分析化學(xué)中，值的大小反應(yīng)了：（1）吸光物質(zhì)對某一特定波長光吸光能力大小的量度。值越大，該吸光物質(zhì)的吸光能力越強。（2）衡量光度分析方法靈敏度的重要指標，值越大，方法的靈敏度越高。56第56頁，共61頁，2022年，5月20日，10點

28、40分，星期一3.答：以入射光波長作橫坐標，用分光光度計測量每一波長下物質(zhì)對光的吸光度作縱坐標所繪制的曲線，稱為吸收曲線。其作用是：選擇入射光波長，在此波長下測量吸光度，則分析的靈敏度最高。因此，吸收曲線是吸光光度法中選擇測定波長的重要依據(jù)。在某特定波長下，用分光光度計測量一系列不同濃度的標準溶液的吸光度，然后以濃度為橫坐標，對應(yīng)的吸光度值為縱坐標所繪制的曲線，稱為標準曲線（亦稱工作曲線）。它是作為待測物質(zhì)定量分析的依據(jù)。如果在相同條件下測得待測試液的吸光度值，從標準曲線上就可查得待測試液的濃度，這就是標準曲線法。57第57頁，共61頁，2022年，5月20日，10點40分，星期一4.答：顯色反應(yīng)的選擇原則是：（1）選擇生成的有色物質(zhì)（MR）的較大的顯色反應(yīng)；（2）顯色劑（R）在測定波長處無吸收 ，即盡可能小；（3）反應(yīng)生成的有色物質(zhì)（MR）的組成要恒定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。5.答：吸光度測量條件包括三個主要方面： （1）入射光波長的選擇： 入射光的波長應(yīng)根據(jù)吸收曲線選擇max為宜。因在此波長處值最大，使測定具有較高的靈敏度。 （2）參比溶液的選擇： 在吸光度的測量中，由于比色皿的反射以及溶劑、試劑