水分析化学第八章

34
8.3 显色反应及其影响因素
2、测吸光度： 在420 ~ 560 nm 范围内找出最大吸收波长，每换一 次波长都要调零点。
波长范围: 300 nm～1000 nm
722S 分光光度计
35
8.3 显色反应及其影响因素
3、作图：
A
0.400 0.300 0.200 0.100
C
400
600

36
43
C1
C2
A4 A3
C3
C4
C5
Cx
Ax
A2
A1
Fe(m g / L) Cx V水样
Cx
C1
C2
C3
C4
C5
（μg）
44
8.4 吸收光谱法定量的基本方法
实验14：邻二氮菲(phen)吸收光谱法测定水中铁 P435
2 原理： Fe2 3 phen Fe( phen)3
橙红色
1.90 / M A C 25.00 L
1.90 1.58 103 1.0 M 1.0 102 g / mol 25.00 1.2
10
8.1 吸收光谱
8.1.5 朗伯-比耳定律的适用范围 P282 关于 的几点讨论: A = CL
是光程为1 cm, 浓度为1 mol/L时的吸光度。L/molcm P333 习题2 是物质吸光能力的量度。可估量定量方法的灵敏度。 < 104 灵敏度较低, = 104 ～105 属中等灵敏度, > 105属高 灵敏度，测定的浓度范围可达 10－6 ～ 10－5 mol/L 。 和L在一定条件下是定值，上式可写成 A＝KC （8.6）
30
8.3 显色反应及其影响因素
（7）入射光波长的选择
I0
It
(单色光)
光源
(混合光)
单色器
比色池
光电管
检流计
如何选择入射光波长？
31
8.3 显色反应及其影响因素
吸收曲线的绘制 将可见光区不同波长的光透过某一固定浓度固定
液层厚度的有色溶液, 而后测其吸光度，以波长(λ)为
横坐标，吸光度(A)为纵坐标作图。从图中可找出最
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光电比色计
( (单色光 单色光) )
I I0 0
A lg
I It t
I0 CL It
混合光 (( 混合光 ))
光源 光源
滤光片 滤光片 I0
比色池 比色池
光电池 光电池
检流计 检流计
(单色光)
It
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光源
(混合光)
单色器
比色池
光电管
检流计
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分光光度计
8. 2
比色法和分光光度法
思考题： 1、分光光度计的主要部件及作用。P290 2、光电比色计和分光光度计的主要区别。 1cm ，溶液的浓度 3、摩尔吸光系数ε是指光程为 ________ 1mol/L 时的吸光度，其值的大小反映了溶液 为 _________ 吸光能力的的强弱 _______________________ 。
第八章 吸收光谱法
1
原子吸收光谱法
（第十章）
吸收光谱法
分子吸收光谱法
紫外-可见吸收
红外吸收 核磁共振
2
8.1 吸收光谱
8.1 吸收光谱 吸收光谱法也叫吸光光度法或分光光度法。是基 于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。具 有灵敏、准确、快速及选择性好等优点。 例：含铁量为0.001%的试样, 若1.600×10-3 mol/L K2Cr2O7 溶液滴定, 每克试样仅消耗约0.02 mL标准溶
测定意义:如果水中含有大量NH3, 说明水源在不久前被严重污
染过, 如果水中NO3-氮增加的同时, 还有NO2 -氮和氨氮, 说明
不仅曾被污染过, 现在继续被污染。如果水中NO3-氮含量很高 ，而NH3、NO2-测不出，说明水源曾被污染过，现已“自 净” 。
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测定方法：(工作曲线法)
A4
Ax
A3
液, 显然不能用滴定的方法来测定微量的铁, 而比色分
析可得到准确的结果。
3
8.1 吸收光谱
物质为什么会有颜色？ 物质是如何发光的？ 为什么物质颜色都不一样？
8.1 吸收光谱
氢原子光谱实验
日光谱 E =h
特征: 连续的 氢原子光谱
+ － H2
紫外 红外
特征: 不连续的、线状的
8.1 吸收光谱
吸收曲线
8.4 吸收光谱法定量的基本方法 8.4.1 绝对法
根据
A =ε CL
A C L
缺点：无法消除A有时偏离朗伯—比尔定律。
A
正偏离
负偏离
C
41
8.4.2 标准对照法 在测定样品的同时测定已知浓度的标准样品的A
A样品 C样品 L A标样 C标样 L
C 样品
A样品 A标样
C 标样
A
正偏离
负偏离
色光，而目前仪器所提供 的单色光是通过分光器来 完成的。
12
C
8. 2
比色法和分光光度法
8.2 比色法和分光光度法
8.2.1 比色法 ——目视比色法 、光电比色法
（1）目视比色法 P285
用眼睛观察溶液颜色的深浅来确定溶液中某种物
质的含量。其原理： 根据：A = CL 同一物质在相同条例下显色时：
能量量子化
1312 E 2 kJ / mol n
能级跃迁
E h
8.1 吸收光谱
8.1.3 溶液的颜色和物质对光的选择性吸收
所以不同元素电 子跃迁吸收不同波 长的光,溶液就显这 种 波长光的互补色
8
8.1 吸收光谱
8.1.4 吸收光谱及其表示方法 L
I0 —— 入射光强度
It —— 透射光强度 L —— 液层厚度(光程) C —— 溶液浓度 T —— 溶液的透光率 A —— 吸光度 K —— 比例常数
标样
样品
缺点：仅一份标样其可信程度不高，也无法消除A 有时偏离朗伯—比尔定律。
42
8.4.4 标准(工作)曲线法 P303
配制一系列标准溶液分别测其吸光度，其吸光度 应在要求的范围内，以标准溶液的浓度为横坐标，标 准溶液对应的吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。注意 标准溶液浓度的单位。 优点: 1、可弥补标准对照法的不足 2、曲线可长期限保存。
实验步骤: 吸收曲线的绘制
实验条件的确定 标准曲线的绘制 水样的测定
45
确定最大吸收波长
注意空白实验
思考题： 1. 分光光度分析时怎样确定显色剂的用量？ 2. 分光光度分析时怎样确定酸度、温度和显色时 间？
3. 吸光度测量时怎样确定入射光的波长？
4. 怎样作吸收曲线和标准曲线？它们在光度分析中
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8.3 显色反应及其影响因素
8.3 显色反应及其影响因素 8.3.1 显色反应的选择 P292
(1) 选择性好: 不与干扰离子反应。 (2) 灵敏度高 A = C L 若在 104 - 105 可测万分之一的含量。 (3) 生成的有色物质组成恒定, 化学性质稳定。
(4) 显色剂在测定波长处无明显吸收。
M
(待测组分)
+
R
==== MR
(有色络合物)
22
(显色剂)
8.3 显色反应及其影响因素
8.3.2 显色剂 P295
无机显色剂多为单齿配位体，形成的配合物组成 不恒定。有机显色剂大多为多齿配位体，与金属离子 形成稳定的螯合物，所以实际测定中常用有机显色剂。
23
8.3 显色反应及其影响因素
8.3.4 影响显色反应的因素P298 显色剂的用量 酸度 温度 时间 干扰的消除。
CR
CR
26
8.3 显色反应及其影响因素
(2) H+浓度的影响
为什么要控制溶液的酸度？
大多数显色剂是有机弱酸，酸度决定其电离平衡： Mo5+ + 5HSCN === [Mo(SCN)5] + 5H+ 橙红 H+对显色剂本身的颜色有影响(吡啶偶氮间苯二酚) H2R ==== H+ + HR- ==== H+ + R黄色pH=6.9 橙色pH=12.4 红色 吡啶偶氮间苯二酚与金属形成红色络合物, 所以反 应条件应控制在酸性或弱碱性下进行测定。
18
8. 2
比色法和分光光度法
8.2.2 分光光度法 P287
分光光度法与光电比色法的基本原理相同 , 所不
同的是光电比色是用滤光片获得单色光 , 而分光光度
法采用棱镜或光栅等分光器获得单色光, 分光器比滤
光片获得的单色光纯度要高的多 , 所以结果更准确。
另外，分光光度法可扩展到紫外和红外光区的测定。
A2 A1 C1 C2 C3 C4
Cx
C5
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1、氨氮的测定
氨氮是指以NH3和NH4+型体存在的氮，如果水中 含有大量氨氮，表明水在近期受到严重污染，常含有
大量的病原细菌，在卫生学上是危险的。
实验17：水中氨氮的测定(纳氏比色法) P451 清洁水中氨氮的测定: 水样加入显色剂后测其吸光 度，工作曲线上查找氨氮含量。
起什么作用？
5. 邻二氮菲吸收光谱法测水中的铁加入盐酸羟胺的
作用是_________，邻二氮菲的作用是_________。
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二、天然水中氮素化合物的测定 水中氮化物来源有三种情况：
①有机氮化物
(微生物)
NH3
若水中O2充足
NO3- 、NO2NH4+ NO2-
②地下水的硝酸盐在Fe2+的作用下 ③沼泽水中的腐殖酸可将硝酸盐还原为
27
8.3 显色反应及其影响因素
此外酸度对被测离子是否发生水解也有影响，所
以测定时H+浓度不能太小。
酸度的影响可通过绘制A--pH曲线来观察: P438 实验
A
O
a
b
pH
（3）显色温度
可通过实验找出各自适宜的温度范围，最好选择室温
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8.3 显色反应及其影响因素
（4）显色时间 显色时间影响显色反应，通常有以下四种情况：
以A为纵坐标、C为横坐标作图，得一通过原点的直线，
叫作标准曲线或工作曲线。
11
8.1 吸收光谱
A与C应为直线关系，实际测定时往往并不知道吸 光物质的真实浓度，而以吸光物质的总浓度代替， 所以有时会出现偏离直线的情况。浓度大时易出现
I0 注意： A lg CL It
偏离。
朗伯-比耳定律仅适合单
I0
C
It It T I0
朗伯定律：
I0 A lg K1L It I0 A lg K 2C It I0 A lg CL It
比耳定律：
朗伯-比耳定律：
—— 吸光系数
9
8.1 吸收光谱
L ～ cm 为单位 A = C L C ～ mol/L 为单位 ～ L/molcm 吸光系数的单位是L/molcm —— 摩尔吸光系数。 P333习题4
氨氮含量较少的工业废水：需把NH3 蒸馏出再进行
据A= CL绘制标准曲线 , 然后根据被测试样的吸光
度, 从标准曲线上查找其浓度。
A A样品
C样品
C
15
8. 2
比色法和分光光度法
C1
A4 A3 A2 A1
C2
C3
C4
C5
Cx
Ax
Cx
C1 C2 C3 C4 C5
16
8. 2
比色法和分光光度法
A lg I0 CL It
光电比色计的工作原理：
大吸收波长。
32
8.3 显色反应及其影响因素
A 吸收曲线
0.16
0.12
C1 C2
λ
0.08
0.04
0 450
500
550
600
650
C1和C2为同一物质不同浓度
33
8.3 显色反应及其影响因素
实验13 ——吸收曲线的绘制 P438 实验步骤: P439 1、 为什么加入盐酸羟胺、邻二氮菲、缓冲溶液？
I0 It
(单色光)
光源
(混合光)
滤光片
比色池
光电池
检流计
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8. 2
比色法和分光光度法
优点:
1. 用光电管或光电池来代替人的眼睛, 消除了人的主观
误差, 提高了分析的准确度。
2. 标准曲线可长期保存，目视比色的标准系列不易长
期保存。
缺点:
1. 只限于可见光区。
2. 用滤光片将复合光变成单色光，其纯度不够。
A标 A样品
C标 L C样品 L
C标 L A标 A样品 C样品 L
13
8. 2
比色法和分光光度法
目视比色方法：
1. 配制标准系列。C1 ~ C5
（标准色阶法）
2. 把样品与标准系列进行比较。
C1
C2
C3
C4
C5
CX = ？
优缺点：P286
14
8. 2
比色法和分光光度法
（2）光电比色法 P286 光电比色是用仪器来测定标准系列的吸光度, 根
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8.3 显色反应及其影响因素
（1）显色剂的用量:
M
(待测组分)
+
R
(显色剂)
==== MR
(有色络合物)
固定M的浓度，改变R的浓度CR，测吸光度A 。 即：作绘制 A — CR 曲线，见图8.13，一般可有三种 情况：
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8.3 显色反应及其影响因素
A
P441 实验14
a A
b C R A
a b
A A
A
T
A
T
T
T
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8.3 显色反应及其影响因素
（5）溶剂 P301
有些配合物在不同的溶剂中稳定性不一样例：
Fe(SCN)2+在水溶液中lgK稳 = 2.30 在90%乙醇中lgK稳 = 4.70 （6）溶液中共存离子的影响 P301 共存离子如本身有颜色或与显色剂有显色反应， 都将干扰测定。一般可选用络合、氧化还原、控制酸 度、沉淀分离、萃取分离、选择适宜的波长等方法消 除干扰。