分光光度法

cVM Ni 100％ 0.12% ms
解得 ms＝0.16 g
二、多组分的测定
原理：A＝A1＋A2＋A3＋……An (A有加和性) 1. 吸收光谱不重叠 按单组分测定法
λ1下：Ax＝εx b cx λ2下：Ay＝ εy b cy
2.吸收光谱重叠
λ1下：A1＝εx1bcx＋εy1bcy λ2下：A2＝εx2bcx＋εy2bcy
二、测定条件的选择
1. 吸光度A读数范围的选择 T/％： 20～70 A： 0.70 ～ 0.15
若不满足，则由A=εbc 调c、b
① 调节c
a. 稀释 b. 控制试样量
② 调节b 例：若b=1 cm时，T％=90, 则b等于0.5 cm和3 cm 的比色皿哪个更合适？ √
2. 入射光的波长的选择
第七章 吸光光度法 (Light Absorption Method)
仪器分析及分类
1. 定义:借助仪器测定物质的物理化学性质 2. 分类
① 光学分析法√ ② 电化学分析法√ ③ 色谱法√ ④ 质谱、核磁共振波谱分析法 ⑤ 电子探针、离子探针微区分析法 ⑥ 专业用扫描、透射电镜等
7－1 概述
一、吸光光度法的特点 1.定义： 基于有色物质对光的选择性吸收而建立的分析方法 单色光
3. 参比溶液的选择 ① 选择目的意义
I0
M+R=MR R 试剂 其它物质
Ia
It
消除共存组分(试剂)的干扰，使
吸光度仅与待测物质的浓度有关 ② 选择方法
Ir
比色皿
采用性质相同的比色皿装参比液，人为调节光量 调节器，使透过参比皿的A为0，即T＝100% 实质：以透过参比皿的光强度作为入射光强度
③ 选择原则 M(待测组分)＋R(显色剂)＝MR(显色物质)
I3 I2
I1
吸收510 nm 兰绿色光 透过600 nm 橙红色光
510 λ(nm) 邻二氮杂菲铁的吸收曲线 ② 用途 a. 对物质初步定性
b.查找最大吸收波长(即测定波长) ——吸收曲线是选择测定波长的重要依据
二、光吸收定律 (确定待测组分含量) I0=Ia + Ir + It
I0
Ia
It
T: 透光率
以分光光Baidu Nhomakorabea法测定，何以参比？
解：R＝KIO4，不吸收，而Co3+,Mn2+有吸收，
∴ 相当于c，参比液：不加R
例2.用铬天青S比色法测定钢中Al3+时，应以何为参比？
解：R：铬天青S(CAS,黄色) CAS-Al(红色)
Ni2+、Cr3+等有吸收
∴ 属于d. 应加入掩蔽剂NH4F，掩蔽Al3+
7－6 吸光光度法的应用
二、显色反应条件的选择 （1）显色剂用量； （2）溶液酸度； （3）时间和温度； （4）溶剂； （5）共存离子干扰
7－5 测定条件的选择
一、仪器测量误差
1. 来源(了解) ① 光源发出的光不稳定 ② 单色光不纯 ③ 比色皿的透光率不一致 ④ 光电效应非线性 ⑤ T与A的标尺不准确
2. 测定结果误差
② 准确度较高：RE<2～5％
③ 操作简便，仪器设备简单
④ 应用广泛，主要用于微量组分的测定
7－2 吸光光度法的原理
一、物质的颜色及其对光的选择性吸收 1. 光的性质 ① 波动性： c ＝ ν λ
紫外 紫 兰 青 绿 黄 橙 红 红外 400nm 780nm
紫外吸光光度法 可见吸光光度法 红外吸光光度法
a. 除了MR外，其余均不吸收
参比液：去离子水(纯溶剂)
b. 试样无吸收，R与其它试剂有吸收 空白试液(不加试样M)
c. R不吸收，其它物质有吸收 不加R的试样溶液 d. R、试剂、其它物质均吸收 将试样掩蔽后，再加入 试剂、显色剂作参比
例1. 测定金属Co中Mn时，在H++KIO4下使
Mn2+→MnO4-,
解方程求cx，cy
A1 ，A2 ，εx1，εy1，εx2，εy2 可测
例2. 欲测定Ti、V（令其与H2O2反应），各称Ti，V 5.0 mg， 加入KClO4和H2O2处理成100 mL溶液作 为标准溶液，再称试样1.00 g 以相同的处理方法制备成 100 mL的试样溶液，已知b＝1cm，在λ1＝410nm， λ2＝460nm下测得各溶液的吸光度列于下表，
微量组分的测定√
多组分的测定√
高含量组分的测定√
研究化学平衡、配位平衡及组成的测定
依据：A＝－lg T＝K· b· c
一、微量组分的测定
例1.钢样含Ni 0.12％，显色剂为丁二酮肟，稀释到 100 mL，λ＝470 nm，ε＝1.3 ×104 L· mol-1· cm-1， b＝1 cm，希望测定误差最小，问试样重 ms＝？ 已知：MNi＝58.69 解：A＝ εbc ＝ 0.434 时，测定误差最小 ε＝ 1.3 ×104 L· mol-1· cm-1 ，b＝1 cm 可求c
c c
A k ' c
k ' c
c c
Α lg T
dA = -0.434d ln T 0.434 =dT T
dA 0.434 dT A T lg T
Α c 0.434 T Α c TlgT
作图
T/％ 10 20 40 60 80 c /％ 2.5 1.8 1.5 1.8 2.0 c
例：某一溶液，含Fe2+47.0 mg/L，取该溶液5.0 mL，
加入邻二氮杂菲稀释至100 mL，在λ＝508 nm，b
＝1.0 cm条件下，测得A＝0.467，试计算a,ε
5.0 c 47.0 10 2.35 103 g L-1 解： 100
3
A abc A 0.467 1 1 a 198.7 L g cm bc 1 2.35 103
② 粒子性：E=h· ν
③ 可见光 ④ 复合光
⑤ 单色光
2.物质的颜色：实际是透过该物质的光的颜色
白光 透过
I0
吸收 Ia
绿
It
I 0 ＝ I t+ I a
黄
橙
赤 紫
青 青兰 兰
黄
互补光
兰
黄 + 兰 = 白光
3.吸光物质对光的选择性吸收及其本质 当用不同波长的混合光照射物质分子时，不同 结构的分子只选择性地吸收一定波长的光，其
符合朗－比定律 不符合朗－比定律
A
ε 1ε 2ε 3ε
4
A
A
B
λ
在谱带M中，A随λ的变化变化不大（平坦）， 符合朗－比定律，所以应在最大波长处测定
2. 介质不均匀（胶体、乳液、悬浊液） 或溶液的浓度偏高（离子氛）引起的偏离 3. 化学变化引起的偏离
7－3
一、构造及作用
分光光度计
光源——单色器——试样室——检测器——检流计 ↓ 吸收池或比色皿 检测系统 1. 光源 提供复合光(连续，具有一定强度，稳定) 2. 单色器：提供单色光 组成：色散元件(如棱镜)＋狭缝＋透镜等光学元件
测定时：I0＝I0´＋I0´´ It＝I1＋I2
I0 I'0 I 0 '' I'0 I 0 '' 总吸光度A lg lg lg It I1 I 2 I'0 101bc I 0'' 10 2bc
当1 2时，A bc 当1 2时，A bc
+显色剂
待测组分
显色反应
有色化合物 定量
有一定程度吸收
即根据被测定的物质对光的吸收程度确定物质的含量
2. 分类
目视比色法：比色管 10-3 10-2 10-1……mol· L-1
仪器分光光度法 ： 光电比色法 分光光度法: 以光栅或棱镜为单色器， 并通过狭缝获得单色光
3. 特点
① 灵敏度高：微量测定 10-5～10-6 mol· L-1
6. 检验(作图) A －c标准系列
A
三、偏离朗－比定律的原因 1. 单色光不纯——物理原因
2. 介质不均匀或溶液浓度太高
3. 化学变化
化学原因
1. 非单色光引起的偏离
当入射光仅由两种波长的光组成时
I '0 1下，A' lg 1bc I 1＝I'0 10 1bc I1 I 0 '' 2 下，A'' lg 2 bc I 2＝I 0'' 10 2bc I2
5.检流计 1.光源
2.单色器
光量子 调节器
3.吸收池 4.检测器
7-4 显色反应及其条件
一、 显色反应和显色剂 1、显色反应：氧化还原、络合 选择显色反应和显色剂时应注意的问题： 选择性好；灵敏度高；对比度大（60 nm)； 有色化合物稳定；条件易控制。 2、显色剂，包括无机显色剂和有机显色剂 生色团、助色团定义
M a 55.845 198.7 11096.4 L mol 1 cm1
注意： 1） c是待测物质的浓度，而非显色物质的浓度 （M同样） 2） ε和a有量纲 3） 若已知T％，则A＝－lgT 5. 朗－比定律的应用条件 ① 各类吸光光度法的定量依据 ② 稀溶液(c<0.01mol· L-1) ③ 均匀介质 ④ 入射光为单色光 ⑤ 显色物质稳定，无化学变化
It T I0
Ir
A: 吸光度，表示溶 液对光的吸收程度
I0 It A = lg = -lg = - lg T It I0
若比色皿性质相同，Ir视为不变： I0=Ia+It
I0 当溶液为无色透明时，I0=It A lg 0 It 当溶液颜色越深，It越小，A越大
1. 朗伯定律(1760年) 对同一有色溶液： 液层厚度b↑，则物质对光的吸收Ia↑，∴ A↑
A＝－lgT＝k1•b
即 λ、c、T一定时，A∝b 2. 比耳定律(1852年) 当液层厚度一定时，有色物质的量↑，即溶液的浓 度c↑，对光的吸收↑ A＝－lgT＝k2•c 即 λ、b、T一定时，A∝c
3. 朗伯－比耳定律→光吸收定律 A＝－lgT＝k•b· c k—比例系数 与 ①入射光λ ②物质的性质 有关 ③温度T
单色光的纯度
①棱镜的色散率 ②出射狭缝的宽度， 一般5－10 nm单色光
3. 试样室：放臵比色皿 比色皿也是吸收池，内盛待测溶液，能透光 形状：长方体 规格：0.5，1，2，3 cm 放臵：透光面垂直于光束方向 拿：毛玻璃面，使用3/4体积左右 洗：HCl＋乙醇浸泡，去离子水洗净 擦：滤纸吸，擦镜纸擦 4.检测器 ① 硒光电池
1. 铁片，2. 半导体， 3.金属薄片，4.透射光
② 光电管
阳极 石英窗
e
90 V 放大器 R 阴极
入射光束
i
记录器
5. 检流计
∞ 1.0 0.7 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.05 0
A
T/%
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
二. 72型分光光度计示意图及分析流程
c ( )' 0 c
0.434 则T( )' 0 TlgT
c /% c
3
2
T 0.368
此时，A 0.434
△c/c min＝1.4% 当△T = 0.5%时，
1 0 20 40
△c/c 最小
60 80 100
T/%
c / c T 关系曲线
T落在20% ~ 70%（吸光度读数A在0.70 ~ 0.15）范围 内，浓度测量的相对误差较小，约为1.5% ~ 2.0%
① 无干扰时，据吸收曲线找λmax即可
原因: a.ε大，灵敏度高
b. 此处一般较平坦，ε随λ变化小 ② 有干扰时，本着吸收最大，干扰最小的原则， 且尽量选择ε随λ变化较小的区域。
A
Co－R 干扰 R
显色剂 无吸收
钴配合物的吸收曲线
所以选择500 nm为测定波长，在此波长下显色 剂无吸收，且钴配合物有一吸收平台。虽然灵敏 度有所下降，但可以消除显色剂的干扰
它波长的光（吸收光的互补色光）会透过。 M(基态) + hν → M*(激发态)
激发态(三)
激发态(二) Δ E3 激发态(一)
即：
物质对光的
Δ E2
吸收是有选
Δ E1
基态
择性的
分子、原子、离子
事实上物质对光的吸收是在一定范围内均有吸收
4.物质的吸收曲线：A—λ ① 定义：
描述物质对不同波长光的吸收能力的特征曲线 A
在1cm光程中的吸光度， ε ↑，吸光能力↑ ③ε的作用 ⅰ 吸光能力定性的参数 ⅱ 灵敏度的判据：ε↑，灵敏度↑ 104～105，灵敏度高 102～103，可用吸光光度法测量 <102，不可 ④ε的影响因素：波长（温度，吸光物质一定时）
A ⑤ε的测定 bc M a ⑥ε与a的关系
A k bc
4. 吸光系数a 摩尔吸光系数ε A:无量纲 b:cm c:mol· L-1或g· L-1 ① 定义 当b→cm，c→g·L-1时，则k a 单位：L· g-1· cm-1 当b→cm，c→mol·L-1时，则k ε 单位：L· mol-1· cm-1
② ε的含义 ⅰ 特征常数 ⅱ 数值上，等于浓度为1 mol· L-1 吸光物质