分析化学第10章-吸光光度法

第10章吸光光度法10-1 物质对光的选择性吸收和光吸收的基本定律10-2 分光光度计及吸收光谱10-3 显色反应及其影响因素10-4 吸光光度分析及误差控制10-5 其他吸光光度法10-6 吸光光度分析法的应用10.1 物质对光的选择性吸收和光吸收的基本定律光分析法：利用光电转换或其它电子器件测定“辐射与物质相互作用”之后的辐射强度等光学特性，进行物质定性和定量分析的方法。

三个基本组成部分：能源提供能量并与待测物质相互作用的信号发生系统；色散系统；信号检测与处理系统。

历史上，此相互作用只是局限于电磁辐射与物质的作用，这也是目前应用最为普遍的方法。

现在，光谱方法已扩展到其它各种形式的能量与物质的相互作用，如声波、粒子束（离子和电子）等与物质的作用。

光的性质及其与物质的相互作用一、光——电磁辐射1、波粒二象性光是一种电磁辐射(或电磁波)，具有波动性和粒子性。

1）光的波动性电磁辐射为正弦波(波长、频率、速度、振幅)。

与其它波(如声波)不同，电磁波不需传播介质，可在真空中传输。

2）光的粒子性当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，就会发生能量跃迁。

此时，电磁辐射不仅具有波的特征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象的发现。

光电效应（Photoelectric effect）现象：1887，Heinrich Hetz（在光照时, 两间隙间更易发生火花放电现象）解释：1905，Einstein理论，E=h证明：1916，Millikan（真空光电管）•能谱：波长很短(小于10nm)、能量大于102eV(如γ射线和X射线)的电磁波谱，粒子性比较明显，称为能谱。

——能谱分析法。

•波谱：波长大于1mm、能量小于10-3eV(如微波和无线电波)的电磁波谱，波动性比较明显，称为波谱。

——波谱分析法。

•光学光谱：波长及能量介于以上两者之间的电磁波谱，通常借助于光学仪器获得，称为光学光谱。

——光谱分析法。

•复合光：物质发出的光，是包含多种频率成分的光。

•单色光：光谱分析中，常常采用一定的方法获得只包含一种频率成分的光(单色光)来作为分析手段。

•单色性：单色光的单色性通常用光谱线的宽度(或半宽度)表示。

光谱法光谱法：以能源与物质相互作用引起原子、分子内部量子化能级之间跃迁所产生的光的吸收、发射、散射等波长与强度的变化关系为基础的光分析方法。

1、光谱产生的原理组成物质的各种不同微粒，具有各种形式的运动：分子整体的平动；分子围绕其质量中心的转动；分子中原子间的相对运动(振动)；分子中的电子相对原子核的运动。

化合物分子的总能量：电振转平总＝E E E E E E ++++02、光谱及光谱分析法的分类按照产生光谱的物质类型的不同：原子光谱、分子光谱、固体光谱按照产生光谱的方式不同：发射光谱、吸收光谱、散射光谱按照光谱的性质和形状：线光谱、带光谱、连续光谱原子光谱与分子光谱原子光谱——稀薄气体状态的原子---主要是电子能级跃迁－发射或吸收的是一些频率(或波长)不连续的辐射---一条条分立的线光谱。

原子光谱法主要有：原子发射光谱法；原子吸收光谱法；X射线光谱法。

分子光谱——气态或溶液中的分子---电子能级、振动能级和转动能级跃迁---发射或吸收的是一定频率范围的电磁辐射组成的带状光谱。

分子光谱有三个层次：转动光谱－反映分子纯转动能级跃迁引起的转动能量的变化。

分子转动能量小于0.05 eV，相当于远红外光的能量，在远红外波段。

振动光谱－反映分子纯振动能级跃迁引起的转动能量的变化。

分子振动能量为0.05-1.0 eV，位于中红外波段。

电子光谱－反映分子纯电子能级跃迁引起的转动能量的变化。

分子转动能量小于1.0-20 eV，位于可见或紫外光波段。

固体光谱——炽热的固体物质及复杂分子受激后---发射出波长范围相当广阔的连续光谱。

线光谱带光谱１、比色法基于比较待测溶液颜色的分子吸光分析法，分为目视比色和光电比色。

⏹目视比色法：通过日光照射待测溶液，用肉眼比较溶液颜色深浅，颜色越深，浓度越高，反之，浓度越低。

⏹光电比色法：用稳定的白炽灯光代替目视比色法中的日光,让光源发出的光经过合适的滤光片后，通过待测试液，再用光电池代替肉眼来检测试液对光的吸收程度(吸光度)，以确定物质的含量。

(1) 物质呈现的颜色-----(CuSO4溶液为何是蓝色的?)⏹紫外光(200-400nm)⏹可见光(400-750nm)：人眼能感觉到的光。

各种颜色光波长范围是不同的：蓝光450-480nm；黄光580-600nm；⏹红外光(750nm以上)⏹互补色光：如某两种颜色的光按照一定比例混合，成为了白光，这两种光称互补色光。

对应的两种颜色称为互补色。

⏹白光是一种混合光，它由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各色光按一定比例混合而成。

⏹当一束白光照射溶液时，一些波长的光被吸收，另一些则透过。

透射光刺激人眼而感到颜色的存在。

溶液的颜色由透射光波长决定.例：CuSO溶液为何是蓝色的?4溶液吸收白光中的黄光，而呈现蓝色。

答：因为CuSO4物质颜色和吸收光颜色的关系(2) 物质对光的选择性吸收(CuSO溶液为何只吸收黄色光?)4⏹当一束光照射到某物质或其溶液时，组成该物质的分子、原子或离子与光子发生“碰撞”，光子的能量就转移到分子、原子上，使这些粒子由最低能态（基态）跃迁到较高能态（激发态）：M + hυ→M*这个作用叫物质对光的吸收。

⏹分子、原子或离子具有不连续的量子化能级，仅当照射光光子的能量（hυ）与被照射物质粒子的基态和激发态能量之差相当时才能发生吸收。

不同的物质微粒由于结构不同而具有不同的量子化能级，其能量差也不相同。

所以物质对光的吸收具有选择性。

吸收曲线与最大吸收波长λmax①同一种物质对不同波长光的吸光度不同。

吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax②不同浓度的同一种物质，其吸不变。

而对收曲线形状相似λmax于不同物质，它们的吸收曲线形则不同。

状和λmax♥③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。

10.2 光吸收基本定律一、光吸收定律－朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律吸光光度法的理论依据，研究光吸收的最基本定律I0 = I r+ I t+ I aI0 = I t+ I a I0I rI tI aT = I t/ I0 , T: 透射比或透光度A=lg(I0/ I t)＝lg(1/T), A:吸光度朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比吸光能力与测定灵敏度的度量；k越大表明该物质的吸光max能力越强，测定的灵敏度越高。

k>105：超高灵敏C= A/k b=0.01/105=10-7mol/Lk=(6～10)×104：高灵敏C= A/k b=0.01/5 ×104= 2×10-7mol/L k<104 ：不灵敏C= A/k b =0.01/104= 10-6 mol/Lk在数值上等于浓度为1 mol/L、液层厚度为1cm时，该溶液在某一波长下的吸光度。

朗伯比尔定律一般适用于浓度较低的溶液，所以，在分析实践中，不能直接取浓度为1 mol/L的有色溶液来测定k值，而是在适当的低浓度时测定该有色溶液的吸光度，通过计算求得k值。

一定条件下，k值为常数。

摩尔吸收系数和吸收系数A ＝lg(1/T)=Kbc ，K 值随c,b 所取单位不同而不同。

则K 用ε表示，称为摩尔吸收系数单位为L ·mol -1·cm -1。

▲若c 单位：g/L b 单位：cm则K 用符号a 表示，称为吸收系数单位为L ·g -1·cm -1。

▲若c 单位：mol/L b 单位：cm例：氯磺酚法测定钢中的铌50mL容量瓶中有Nb30µg，用2cm比色池，在650nm 测定光吸收，A＝0.43，求S. (Nb原子量92.91)。

解：＝3.3×104L·mol-1·cm-1吸光度的加和性在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各个吸光物质的吸光度之和。

A1 = ε1bc1A2 = ε2bc2A= ε1bc1+ ε2bc2根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及某些化学反应平衡常数的测定。

２.浓度的限制稀溶液Beer 定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；假定只有在稀溶液(C < 10-2mol/L)时才基本符合。

当溶液浓度C>10-2mol/L 时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。

溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时，使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。

e.g. 铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：Cr Ｏ42-＋2H ＋= Cr 2Ｏ72-＋H 2ＯCr Ｏ42-、Cr 2Ｏ72-的吸光性质不同，即ε(λ)不同。

此时溶液pH 对测定有重要影响。

３.化学偏离恒定的化学环境e.g. 光吸收定律的假定：溶液必须使均相体系。

胶体、乳胶、悬浮物、沉淀等非均相体系产生的光散射会引起对朗伯-比耳定律的偏离。

４.非均相体系偏离真溶液10.3比色法和吸光光度法及其仪器目视比色法：用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。

吸光光度法：借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线，然后根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求得被测物质的浓度或含量。

目视比色法与吸光光度法的不同：吸光光度法是测量有色溶液对某一波长光的吸收情况，目视比色法是比较透过光的强度。

1.光源；4,7.9.比色池；一、吸光光度计1 分光光度计的组成单色器作用：产生单色光常用的单色器：棱镜和光栅样品池（比色皿）厚度(光程): 0.5, 1, 2, 3, 5…cm材质：玻璃比色皿－－可见光区石英比色皿－－可见、紫外光区检测器作用：接收透射光，并将光信号转化为电信号常用检测器：光电管光电倍增管光二极管阵列光电管分为红敏和紫敏，阴极表面涂银和氧化铯为红敏，适用625－1000nm波长；阴极表面涂锑和铯为紫敏，适用200－625nm波长类型：1．单光束分光光度计：特点：•使用时来回拉动吸收池→移动误差•对光源要求高•比色池配对2．双光束分光光度计：特点：•不用拉动吸收池，可以减小移动误差•对光源要求不高•可以自动扫描吸收光谱3．双波长分光光度计特点：•利用吸光度差值定量•消除干扰和吸收池不匹配引起的误差10.4 显色反应及影响因素1 显色反应没有颜色的化合物，需要通过适当的反应定量生成有色化合物再测定－－显色反应要求：a. 选择性好b. 灵敏度高(ε>104)c. 产物的化学组成稳定d. 化学性质稳定e. 反应和产物有明显的颜色差别( >60nm)褪色反应Zr(IV)-偶氮胂III络合物测定草酸吸附显色反应达旦黄测定Mg(II),Mg(OH)吸附达旦黄呈红色23 显色剂无机显色剂4 多元络合物混配化合物Nb-5-Br-PADAP-酒石酸V-PAR-H2O离子缔合物--罗丹明BAuCl4金属离子-配体-表面活性剂体系Mo-水杨基荧光酮-CTMAB。