水分析化学 第7章 分光光度法

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A1 = lg I0 I参比 A2 = lg I0 I 试液 I参比 A = A2 - A1 = lg I 试液
7.1.2 溶液的吸光定律

参比溶液的选择:
溶剂空白:纯溶剂(扣除吸收池干扰)适用于样品基体、共 存组分和显色剂均无色情况
种 类
试剂空白:纯溶剂+显色剂+其他试剂,适用于样品基体、共 存组分无色,显色剂等均有色
7.3 显色反应及其影响因素


2.显色剂 无机显色剂:应用较少。 有机显色剂:有机显色剂分子中含有生色团和助色团。生色 团是某些含不饱和键的基团,基团中的 π 电子被激发时需能 量较小,可吸收波长200 nm以上的可见光而显色。助色团是 含孤对电子的基团,与生色团上的不饱和键作用,使颜色加 深。 常用的有机显色剂有偶氮类显色剂和三苯甲烷显色剂
7.2.2 分光光度法



1.原理 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,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。 特点: 1)入射光是纯度较高的单色光,分析结果的准确度高; 2)可进行多组分的测定; 3)应用范围可扩展到紫外光和红外光区
7.2.2 分光光度法
2.5 m ~ 50 m
50 m ~300 m 4
7.1光吸收的基本定律

复合光 2. 物质对光的选择性吸收 各种物质会呈现不同的颜色,其原因是物质对不同波长的光 选择性吸收的结果。 完全吸收 黑体
完全透过 各种光部分 均匀被吸收
透 明
物体选择性 吸收某种光
入射光I0
透射光It
物体呈现其 互补光颜色
7.3 显色反应及其影响因素



7.3.1显色反应和显色剂 1.显色反应:将待测组分转化成有色化合物的反应。 选择显色反应应遵循的原则: (1) 选择性好,干扰少或干扰容易消除; (2) 灵敏度高,一般 在104~105 L/(mol•cm)之间; (3) 有色化合物的组成要恒定,化学性质要稳定; (4) 有色化合物和显色剂之间的颜色差别要大; (5) 显色条件易于控制,以便提高重现性和方法的精密度。


2. 分光光度计的组成 分类:单光束分光光度计和双光束分光光度计 工作波长:紫外可见分光光度计,红外分光光度计 分光光度计由光源、单色器、吸收池、检测器和显示装置 构成。 优点:灵敏、准确、快速及选择性好
7.2.2 分光光度法



(1)光源:钨灯、氢灯、氘灯。 (2)单色器:由棱镜和光栅等色散元件及狭缝和透镜等组成。 (3)吸收池:即比色皿,用于盛吸收试液,由玻璃或石英制 成 (4)检测器: 光电管、光电倍增管。 (5)显示装置:检流计、微安表、数字显示记录仪。
7.1.2 溶液的吸光定律



ε表示溶液浓度为lmol/L,液层厚度为lcm时溶液的吸光度。 ε:吸光物质在一定条件下的特征常数。ε值与物质的性质、 入射光波长、温度等有关。 L:吸光液层的厚度,光程,cm。 c:吸光物质的浓度,g/L或 mol/L。
7.1.2 溶液的吸光定律



3.朗伯比尔定律的局限性 定律本身的局限性:只适于稀溶液<0.01mol/L 化学偏离:被分析物质与溶剂发生缔合、离解、溶剂化反应, 产生不同的吸收光谱 仪器偏离:单色光不纯引起




1.标准色阶法 例:铂钴标准比色法测水的真色 用氯铂酸钾与氯化钻配成标准色列,再与水样进行目视比 色确定水样的色度。 规定每升水中含有1mg铂(以六氯铂酸的形式)和0.5mg钴 (2mg CoCl2· 6H2O)所具有的颜色,称为1度。 铂钴标准比色法适用于较清洁的、带有黄色色调的天然水 和饮用水的测定。 2. 稀释倍数法 适用于受工业废水污染的地面水和工业废水颜色的测定。
7.2 比色法和分光光度法



7.2.1目视比色法 用眼睛直接比较标准溶液 和待测溶液颜色的深浅, 来确定被测物质含量的方 法叫目视比色法,常用的 方法标准色阶法。 优点:不需要特殊的设备, 操作简单、灵活,灵敏度 较高等。 缺点:准确度不高
C0
C1
C2
C3
C4
C5
标准系列
观察方向
7.2.1目视比色法

1.朗伯-比尔定律—光吸收的基本定律 I 透光度T:透过光强度It与入射光强度I0之比: T t
L 入射光I0 透射光It
I0




T 取值为0.0% ~ 100.0%; 全部吸收:T = 0.0%;全部透射,T = 100.0 % 朗伯-比尔光吸收定律:当一束平行单色光通过均匀的样品时, 溶液的吸光度T与吸光物质的浓度、吸收层厚度成正比。 公式: It T 10cL 或 - lg T A cL I
0
7.1.2 溶液的吸光定律

2. 吸光度(A)与透光率(T)的关系
- lg T A cL
1.0 T
T 10- A 10-cL
100 A 50 T% T = 0.0 % A= ∞ T = 100.0 % A = 0.0
A
0.5
0 0 吸光度适宜的取值范围:0.2~0.8 C
T = 36.8 % A = 0.434
7.3.2 影响显色反应的因素





1.溶液的酸度:影响显色剂的平衡浓度和颜色 ,影响被测 金属离子的存在状态,影响络合物的组成 。 2.显色剂的用量:显色剂的加入量要适宜,通过实验来确定 显色剂的用量。 3.显色反应时间:制作吸光度-时间曲线确定适宜时间。 4.显色反应温度:大多在室温下进行。适宜温度由实验确定。 5.溶剂:通过降低有色化合物的解离度,提高显色反应的灵 敏度。溶剂还可提高显色反应的速率,影响有色络合物的 溶解度和组成等。 6.干扰及其消除方法
第7章分光光度法
目录



7.1 7.2 7.3 7.4 7.5
光吸收的基本定律 比色和分光光度法 显色反应及其影响因素 光度测量误差和测量条件的选择 分光光度法的应用
7.1光吸收的基本定律



7.1.1 物质对光的选择性吸收 1. 光的基本性质 光是一种电磁波,具有波粒二象性。 根据波长的不同分为: 紫外光谱区(10~400 nm),可见光谱区(400~760 nm)和红外 光谱区(760~3×105 nm)。 复合光:由不同波长的光组成的光。 单色光:具有单一波长的光称。 只要把特定颜色的两种光,按一定比例混合,可以得到白光, 这两种特定颜色的光为互补光。
7.5 分光光度法在水质分析中的应用

7.5.2 废水中Cd2+的测定 ——双硫腙分光光度法 双硫腙分光光度法是利用镉离子在强碱性条件下与双硫腙生 成红色螯合物,用三氯甲烷萃取分离后,于518nm波长处测 其吸光度,与标准溶液比较定量。

7.5 分光光度法在水质分析中的应用


7.5.3 水中铬的测定——二苯碳酰二肼分光光度法 清洁的水样可直接用二苯碳酰二肼分光光度法测六价铬。如 测总铬,用高锰酸钾将三价铬氧化成六价铬,再用二苯碳酰 二肼分光光度法测定。 在酸性介质中,六价铬与二苯碳酰二肼(DPC)反应,生成紫红 色络合物,其色度在一定浓度范围内与含量成正比,于最大 吸收波长540nm处进行比色测定,利用标准曲线法确定水样中 铬的含量。
7.4 光度测量误差和测量条件的选择



7.4.1测量条件的选择 1.测量波长的选择 根据吸收曲线,选择被测物质的最大吸收波长。 2.吸光度范围的选择 标准溶液和被测试液的吸光度在0.2~0.8范围内。 3.参比溶液的选择
7.4 光度测量误差和测量条件的选择




选择参比溶液的原则: ①当试液及显色剂均无色时,以蒸馏水作参比溶液; ②当显色剂为无色,被测试液中存在其他有色离子时,用 不加显色剂的被测试液作参比溶液; ③当显色剂有颜色时,可选择不加试样溶液的试剂空白作 参比溶液。 ④当显色剂和试液均有颜色时,可将一份试液加入适当掩 蔽剂掩蔽被测组分,而显色剂及其他试剂均按试液测定方 法加入,以此溶液作为参比溶液。 ⑤改变试剂加入顺序,使被测组分不发生显色反应,可以 此溶液作为参比溶液。
7.4 光度测量误差和测量条件的选择



4.标准曲线的制作 以标准溶液中待测组分的含量为横坐标,吸光度为纵坐标 作图,得到一条通过原点的直线,称为标准曲线。 例:水中氨氮的测定——纳氏试剂分光光度法 标准曲线的绘制:吸取 0 、 0.50 、 1.00 、 3.00 、 5.00 、 7.00 和10.00mL铵标准使用液(0.010 mg NH4+-N/mL)于50mL 比色管中,用无氨水稀释至标线,加1.0mL酒石酸钾钠溶 液,混匀。加 1.5mL 纳氏试剂,混匀。放置 10min ,在波 长420nm处,用光程2cm比色皿,以无氨水为参比,测量 吸光度。经空白校正后,绘制标准曲线。
7.1光吸收的基本定律

例:Cr2O72-、MnO4-的特征吸收光谱
1.0 Absorbance
0.8 0.6 0.4 0.2 300 350 400 500 600 700 350 Cr2O72525 545 MnO4-
/nm
最大吸收波长λmax:最大吸收峰对应的波长
7.1.2 溶液的吸光定律

5.朗伯比尔定律在定量分析中的应用:吸光度的测定
I0 A lg CL It



除被测组分对波长为的光有吸收外,还有其他干扰吸收: 1)吸收池对光的反射、吸收; 2) 样品中样品基体、显色剂 ( 或其它试剂)和共存组分对光 的吸收 消除措施:用参比溶液调 T=100% ( A=0 ),再测样品溶液 的吸光度,即消除了吸收池对光的吸收、反射,溶剂、试剂 对光的吸收等。
7.1.2 溶液的吸光定律




4.朗伯比尔定律的适用条件 1)单色光:应选用max处或肩峰处测定,此时干扰组分、溶 剂等不吸收或有很弱的吸收 2)吸光质点形式不变 离解、络合、缔合会破坏线性关系,应控制条件 (酸度、浓 度、介质等)。 3)稀溶液:浓度增大,分子之间作用增强
7.1.2 溶液的吸光定律
7.4 光度测量误差和测量条件的选择
0.12 0.1 y = 0.2797x + 0.0002 R2 = 1
氨氮质量 /mg
0.08 0.06 0.04 0.02 0 0 0.1 0.2 A420
氨氮标准曲线
0.3
0.4
7.4.2 对朗伯比尔定律的偏离

1. 非单色光引起的偏离 2. 由溶液本身的原因引起的偏离
7.4.3 仪器的测量误差
在 T=15 %~ 65 % (A=0.8 ~ 0.2) 范围内,测量的相对误差变化 非常小,且与最小误差很接近。
7.5 分光光度法在水质分析中的应用


7.5.1 浊度的测定 测定浊度的方法有分光光度法、目视比浊法等。 分光光度法适用于饮用水、天然水浊度的测定,最低检测浊 度为3度。 目视比浊法适用于饮用水和水源水等低浊度的水,最低检测 浊度为1度。
样品空白:待测试样溶液,适用于显色剂无色,共存组分、 样品基体有色 空白溶液:显色剂 + 待测试样 + 待测组分的掩蔽剂,适用于显 色剂、样品基体、共存组分均有色
7.2 比色法和分光光度法



比色法和分光光度法特点: 1)灵敏度高:测定下限可达10-3~10-6mol· L-1,10-4%~10-5% 2)准确度能够满足微量组分的测定要求:相对误差2~5% 3)操作简便快速 4)应用广泛
电磁波谱

10-2 nm 10 nm
射 线 x 射 线
102 nm 104 nm
紫 外 光 红 外 光
0.1 cm 10cm
微 波
103 cm
105 cm
无 线 电 波



远紫外
(真空紫外)
近紫外 可见பைடு நூலகம்
近红外
中红外
远红外
10nm~200nm
200nm ~380nm
380nm ~ 780nm
780 nm ~ 2.5 m
玻璃在可见光区是透明的;石英在紫外光区是透明的
7.1光吸收的基本定律

2. 物质对光的选择性吸收 物质分子对可见光的吸收必须符合普朗克条件:只有当入射 光能量与物质分子能级间的能量差△E相等时,才会被吸收。 hc E hv



3. 光吸收曲线 光吸收曲线或吸收光谱曲线:以波长为横坐标,吸光度A为 纵坐标,描述物质对光吸收情况的曲线。
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