第二十章紫外-可见吸光光度法

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点是:
1.大部分金属螯合物都呈现鲜明的颜色,摩 尔吸光系数大于104,因而测定的灵敏度很高;
2.金属螯合物都很稳定,一般离解常数都很 小,而且能抗辐射; 3.专用性强,绝大多数有机整合剂,在一定 条件下,只与少数或其一种金属离子络合,而且同 一种有机螯合剂与不同的金属离子络合时,生成具 有特征颜色的螯合物
三 吸收曲线 • 以波长为横坐标,吸光度为纵坐标作图,即可 得到一条吸光度随波长变化的曲线,称之为吸收曲 线或吸收光谱。图 20-1 是四个不同浓度的 KMnO4 溶液的光吸收曲线。从图可以看出,在可见光范围 内, KMnO4 溶液对波长 525nm 附近的绿色光有最 大吸收,而对紫色和红色光则吸收很少。光吸收程 度最大处的波长,称为最大吸收波长,常用 λ最大或 λmax表示,任何可见光区内、溶液的颜色主 要是由这个数值决定的。在正常情况下,选用不同 浓度的某种溶液,最大吸收波长也是固定不变的, 说明光的吸收与溶液中物质的结构有关。
• (4) 有色化合物的组成要恒定 , 化学性质要稳 定。有色化合物的组成若不确定,测定的再 现性就较差。有色化合物若易受空气的氧化、 日光的照射而分解,就会引入测量误差。 • (5)显色反应的条件要易于控制。如果条件要 求过于严格,难以控制,测定结果的再现性 就差。
•2.显色剂 •(1)无机显色剂 • 许多无机试剂能与金属离子起显色反应,如Cu2+ 与氨水形成深蓝色的络离子 Cu(NH4)42+,SCN-与 Fe3+ 形成红色的络合物Fe(SCN)2+或Fe(SCN)63-等。但是多 数无机显色剂的灵敏度和选择性都不高,其中性能较 好,目前还有实用价值的有硫氰酸盐、钼酸铵、氨水 和过氧化氢等。 •(2)有机显色剂 • 许多有机试剂,在一定条件下,能与金属离子生 成有色的金属螯合物(具有环状结构的络合物)。
第二十章 吸光光度法
吸光光度法(Absorption Photometry)是一种 基于物质对光的选择性吸收而建立起来的一种分 析方法。包括可见吸光光度法、紫外 -可见吸光光 度法和红外光谱法等。 吸光光度法同滴定分析法、 重量分析法相比,有以下一些特点: (一)灵敏度高 吸光光度法测定物质的浓度下 限 ( 最低浓度 ) 一般可达 1-10-3% 的微量组分。对固 体试样一般可测到10-4%。如果对被测组分事先加 以富集,灵敏度还可以提高1-2个数量级。
棱镜和透镜均由石英材料作成,反光镜 和准光镜表面镀铝。所以全部系统保证紫外 光谱通过。波长 200-320nm 范围用氢灯作光 源,波长320-1000nm范围用钨丝灯作光源波 长 200-625nm 用蓝敏光电管 (GD-5) 测量进射 光强度,波长625-1000nm用红放光电管(GD6) 测量透射光强度。吸光度和透光度刻在读 数电位差计转盘上,而电流计起示零作用。
3.介质不均匀性引起的偏离 • 朗伯-比耳定律是建立在均匀、非散射基 础上的一般规律、如果介质不均匀,呈胶体、 乳浊、悬浮状态存在,则入射光除了被吸收 之外、还会有反射、散射作用。在这种情况 下,物质的吸光度比实际的吸光度大得多, 必然要导致对朗伯-比耳定律的偏离。
(二)化学因素 1.溶液浓度过高引起的偏离 朗伯 - 比耳定律是建立在吸光质点之间没有相 互作用的前提下。但当溶液浓度较高时,吸光物 质的分子或离子间的平均距离减小,从而改变物 质对光的吸收能力,即改变物质的摩尔吸收系数。 浓度增加,相互作用增强,导致在高浓度范围内 摩尔吸收系数不恒定而使吸光度与浓度之间的线 性关系被破坏。 2. 化学变化所引起的偏离 溶液中吸光物质常因解离、缔合、形成新的化 合物或在光照射下发生互变异构等,从而破坏了 平衡浓度与分析浓度之间的正比关系,也就破坏 了吸光度 A与分析浓度之间的线性关系。产生对 朗伯-比耳定律的偏离。
二、吸光度的测量原理 • 分光光度计实际上测得的是光电流或电压,通过 转换器将测得的电流或电压转换为对应的吸光度A。 测定时,只要将待测物质推入光路,即可直接读出 吸光度值。 •测定步骤: 1.调节检测器零点,即仪器的机械零点。 2.应用不含待测组分的参比溶液调节吸光零点。 3. 待测组分吸光度的测定。
•(三)吸收池(比色皿) • 比色皿是用透明无色的光学玻璃制作的。大多 数比色皿为长方形,也有圆柱形的。一般厚度为 0.5 、 1、2和3厘米。 •(四)检测系统(又叫光电转化器) • 在光度计中,常用的是硒光电池。晒光电池和眼 睛相似,对于各种不同波长的光线,灵敏度是不同的。 对于波长为 500-600nm的光线最灵敏。而对紫外线, 红外线则不能应用。 • 光电管和光电倍增管用于较精密的分光光度计中。 具有灵敏度高、光敏范围广及不易疲劳等特点。
第四节 吸光光度法分析条件的选择
一、显色反应及其条件的选择 (一)显色反应和显色剂 1.显色反应 在分光光度分析中,将试样中被测组分转变成有 色化合物的反应叫显色反应。显色反应可分两大类, 即络合反应和氧化还原反应,而络合反应是最主要 的显色反应。与被测组分化合成有色物质的试剂称 为显色剂。同一组分常可与若干种显色剂反应,生 成若干有色化合物,其原理和灵敏度亦有差别。一 种被测组分究竞应该用哪种显色反应,可根据所需 标准加以选择。
三、分光光度计的类型 可见分光光度计、紫外 - 可见分光光度计和红外 分光光度计。 (一)单光束分光光度计 721、722、751型。 751 型 分 光 光 度 计 是 一 种 波 长 范 围 较 宽 (2001000nm) 、精密度较高的分光光度计。由光源 ( 钨丝 灯或氢灯 ) 发出的光线由反射镜反射,使光线经狭缝 的下半部,经准光镜进入单色器棱镜色散底,由准 光镜将光聚焦于狭缝上半部而射出,经液槽照射于 光电管上。由此可见,仪器用同一狭缝作入光和出 光狭缝,它们始终具有相同的宽度。
•(五)信号显示系统 • 早期使用的是检流计、微安表、电位计、数字 电压表、自动记录仪等。 • 现代的分光光度计广泛采用数字电压表、函数 记录仪、示波器及数据处理台等。 • 测量光电流的检流计常用悬镜式检流计 ( 也称作 直流复射式检流计 ) ,其灵敏度可达 10-9 安培/格。 为了保护检统计,使用中要防止震动或大电流通过。 检流计标尺上有两种刻度,等刻度的是表示百分透 光率(T%),对数刻度表示吸光度(A)。 • 根据透光率 T ,如果把入射光强度 IO 当作 IO光强 单位,透过光强度当作100光强单位中的一部分,这 一数值为百分透光度,亦称为百分透光率。
KMnO4溶液的吸收曲线 •(cKMnO4:a<b<c<d)
第二节 光吸收的基本定律
一、朗伯-比耳定律 朗伯-比耳定律 • 如果同时考虑溶液的浓度和液层的厚度都变化, 都影响物质对光的吸收,则上述两个定律可合并为 朗伯-比耳定律,即得到:logI0/I=Kbc 令:A=logI0/I 则: A=KbC • 此式为光吸收定律的数学表达式。 • 式中A称为吸光度, K是比例常数,与入射光的 波长、物质的性质和溶液的温度等因素有关。 • I/I0称为透光率,用T表示。它与A的关系为: • A=lg1/T
• 含有生色基团的有机化合物常常能与许多全 属离子化合生成性质稳定且具有特征颜色的化合 物,且灵敏度和选择性都很高,这就为用光度法 测定这些离子提供了很好的条件。 • 有机显色剂的种类很多,下面仅将应用较广 泛的几种介绍如下: 1.邻二氮菲 2.双硫腙 3. 二甲酚橙 4. 偶氮胂III 5.铬天青S
4 .虽然大部分金属螯合物难溶于水, 但可被萃取到有机溶剂中,大大发展了萃取 光度法。 5 .在显色分子中,金属所占的比率很 低,提高了测定的灵敏度。因此,有机显色 剂是光度分析中应用最多最广的显色剂,寻 找高选择性、高灵敏度的有机显色剂,是光 度分析发展和研究的重要内容。
• 在有机化合物分子中,凡是包含有共轭双键的基团如— N=N—、—N= O、—NO2 、对醌基、= C=O( 羰基) 、= C= S(硫羰基)等,一般都具有颜色,原因是这些基团中的л电子 被光激发时,只需要较小的能量,能吸收波长大于200nm的 光,因此,称这些基团为生色团;某些含有未共用电子对 的基团如胺基 —NH2 , RHN— , R2N—( 具有一对未共用电子 对),羟基-OH(具有两对末共用电子对),以及卤代基—F,— Cl,—Br,—I等,它们与生色基团上的不饱和键互相作用, 引起永久性的电荷移动,从而减小了分子的活化能促使试 剂对光的最大吸收“红移” (向长波方向移动 ) ,使试剂颜 色加深,这些基团称为助色团。
(二)准确度较高 一般吸光光度法的相对误差 为2-5%,其准确度虽不如滴定分析法及重量法,但 对微量成分来说,还是比较满意的,因为在这种情 况下,滴定分析法和重量法也不够准确了,甚至无 法进行测定。 (三)操作简便,测定速度快 (四)应用广泛 几乎所有的无机离子和有机化合 物都可直接或间接地用吸光光度法进行测定。
•选择显色反应的一般标准 :
•(1) 选择性要好。一种显色剂最好只与一种被测组分 起显色反应,这样干扰就少。或者干扰离子容易被 消除、或者显色剂与被测组分和干扰离子生成的有 色化合物的吸收峰相隔较远。 • (2)灵敏度要高。由于吸光光度法一般是测定微量组 分的,灵敏度高的显色反应有利于微量组分酌测定。 灵敏度的高低可从摩尔吸光系数值的大小来判断,κ 值大灵敏度高,否则灵敏度低。但应注意,灵敏度 高的显色反应,并不一定选择性就好,对于高含量 的组分不一定要选用灵敏度高的显色反应。 •(3)对比度要大。即如果显色剂有颜色,则有色化合 物与显色剂的最大吸收波长的差别要大,一般要求 在60nm以上。
第三节 吸光光度法的仪器
•一、基本部件 • 一般由光源、单色器(分光系统)、吸收池、检 测系统和信号显示系统等五部分组成。 • (一)光源 • 常用的光源为6-12伏低压钨丝灯,电源由温器供 给,为了保持光源强度的稳定,以获得准确的测定 果,电压必须稳定。 • (二)单色器(分光系统) • 单色器的作用从光源发出的复合光中分出所需要 的单色光。 • 单色器通常由由入射狭缝、准直镜、色散元件、 聚焦镜和出射缝组成。
3.标准曲线的绘制及应用 配制一系列已知浓度的标准溶液,在一 定条件下进行测定。然后以吸光度为纵坐标, 以浓度为横坐标作图,得到一条标准曲线, 也称做工作曲线。曲线的斜率为κb,由此可 得到摩尔吸收系数 κ;也可根据未知液的 Ax, 在标准曲线上查出未知液的浓度cx。
•二、引起偏离朗伯-比耳定律的原因 •(一)物理因素 •1.单色光不纯所引起的偏离 • 严格地讲,朗伯 - 比耳定律只对一定波长的单色 光才成立。但在实际工作中,目前用各种方法得到 的入射光并非纯的单色光,而是具有一定波长范围 的单色光。那么,在这种情况下,吸光度与浓度并 不完全成直线关系,因而导致了对朗伯—比耳定律的 偏离。 •2.非平行入射光引起的偏离 • 非平行入射光将导致光束的平均光程 b’ 大于吸 收池的厚度b,实际测得的吸光度将大于理论值。
• 对溶液来说,溶液呈现不同的颜色,是由于溶液 中的质点 ( 分子或离子 ) 选择性的吸收某种颜色的光所 引起的。如果各种颜色的光透过程度相同,这种物质 就是无色透明的。如果只让一部分波长的光透过,其 他波长的光被吸收,则溶液就呈现出透过光的颜色, 也就是溶液呈现的是与它吸收的光成互补色的颜色。 例如硫酸铜溶液因吸收了白光中的黄色光而呈蓝色; 高锰酸钾溶液因吸收了白光中的绿色光而呈现紫色。 其实,任何一种溶液.对不同波长的光的吸收程度是 不相等的。如果将某种波长的单色光依次通过一定浓 度的某一溶液,测量该溶液对各种单色光的吸收程度, 以波长为纵坐标,以吸光度为纵坐标可以得到一条曲 线,叫做吸收光谱曲线或光吸收曲线。它清楚地描述 了溶液对不同波长的光的吸收情况。
第一节 物质对光的选择性吸收
一、光的基本性质 E=hν =hc/ λ h为普朗克常数,其值为6.63×10-34J·s 二、物质对光的选择性吸收 如果我们把具有不同颜色的各种物体放 置在黑暗处,则什么颜色也看不到。可见 物质呈现的颜色与光有着密切的关系,一 种物质呈现何种颜色,是与光的组成和物 质本身的结构有关的。
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