D07分析化学 第7章

第七章 吸光光度法 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(1.6×10-3 mol·L-1)，也仅需0.02 mL即达终点，显然无法测定。 比色分析法 利用比较溶液颜色深浅来测定物质浓度的方法称为比色 比色 分析法。 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。
第七章 吸光光度法 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400～750 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。
第七章 吸光光度法 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
第七章 吸光光度法
酸度改变，将引起平衡的移动，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。
第七章 吸光光度法 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，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4.8～6.0的pH为测定范 围，一般选择中间部分pH＝5.5为宜。
第七章 吸光光度法 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,κ为 9.0×104 L·mol-1·cm-1,加入乙醇则可使κ提高到1.1×105 L·mol-1·cm-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
第七章 吸光光度法 朗伯定律 如果溶液的浓度一定，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。
第七章 吸光光度法 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：
A＝κbc ＝ κ＝M·a ＝
第七章 吸光光度法 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 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：
第七章 吸光光度法 偏离朗伯三、 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)。
第七章 吸光光度法 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
第七章 吸光光度法 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， 三元配合物 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、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
第七章 吸光光度法 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：
第七章 吸光光度法 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。
第七章 吸光光度法 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 分光光度法。 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。 吸光光度法 吸光光度法所检测组分的浓度下限可达10-5～10-6 mol·L-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， 吸光光度法使用的仪器比较简单，操作简便，测定迅速。
第七章 吸光光度法 摩尔吸光系数是物质吸光能力大小的量度。κ值大 说明显色反应的灵敏度高，κ值小则显色反应的灵敏度 低，大多数κ在104～105数量级，根据κ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 mol·L-1这样高的浓度来测定 κ，一般均在很稀浓度下实验，所得数据按下式计算：
第七章 吸光光度法 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λ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 朗伯朗伯-比尔定律 朗伯朗伯-比尔定律
第七章 吸光光度法 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；ν为光子的频率；hν为光子 能量。 当照射光的光子能量hν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)。 偏离朗伯偏离朗伯-比尔定律 在实际工作中，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：
第七章 吸光光度法 2.显色剂用量 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，否则测定结果不准确。
第七章 吸光光度法 教学指导 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 目视比色与分光光度计 吸光光度法的应用
第七章 吸光光度法 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
第七章 吸光光度法 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)2H[PMo12O40]·H2O杂多 酸。还有利用H2O2与Ti在1～2 mol·L-1H2SO4介质中，形 成的TiO[H2O2]2+黄色化合物，应用于测定矿石中的钛。