分析化学 分光光度法

18
c.单色器 单色器
棱镜： 棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同分光
800
λ1
白光
600 500
λ2
入射狭缝 准直透镜 棱镜 聚焦透镜 出射狭缝
400
19
棱镜是根据光的折射原理而将复合光色散为不 棱镜是根据光的折射原理而将复合光色散为不 同波长的单色光， 同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过一个 很窄的狭缝照射到吸收池上。它由玻璃或石英制成。 很窄的狭缝照射到吸收池上。它由玻璃或石英制成。 玻璃棱镜用于可见光范围， 玻璃棱镜用于可见光范围，石英棱镜则在紫外和可 见光范围均可使用。 见光范围均可使用。
5
溶液的光吸收曲线 最大吸收波长 λmax
吸 收 强 度
λmax
λ / nm
KMnO4溶液的λmax=525nm 溶液的λ
6
物质颜色和吸收颜色的关系
10
7
物质对光的吸收引起电子能级的跃迁， 物质对光的吸收引起电子能级的跃迁，在电子能级跃 迁的同时，不可避免地伴随分子振动和转动能级的变化。 迁的同时，不可避免地伴随分子振动和转动能级的变化。
远红外光 5.0~1000μm 分子转动和低位振动 远红外光度法 ~ μ 微 ~ 波 0.1~ 100cm 分子转动 自旋方向 微波光谱法 核磁共振光谱法
3
~1000m 无线电波 1~1000m
2.物质吸收光的特性 物质吸收光的特性 可见光： 可见光：400-750nm 白光是一种复合光 复合光。 白光是一种复合光。 同一波长的光称为单色光 单色光。 同一波长的光称为单色光。
24
光电倍增管是由光电管改进而成的， 光电倍增管是由光电管改进而成的，管中有若 干个称为倍增极的附加电极。因此， 干个称为倍增极的附加电极。因此，可使光激发的 电流得以放大，一个光子约产生 个电子。 电流得以放大，一个光子约产生106～107个电子。它 的灵敏度比光电管高200多倍。适用波长范围为 多倍。 的灵敏度比光电管高 多倍 160～700 nm。光电倍增管在现代的分光光度计中被 ～ 。 广泛采用。 广泛采用。 e．显示装置 ． 显示装置的作用是把放大的信号以吸光度A或透 显示装置的作用是把放大的信号以吸光度 或透 光率T的方式显示或记录下来。 光率 的方式显示或记录下来。分光光度计常用的显 的方式显示或记录下来 示装置是检流计、微安表、数字显示记录仪。 示装置是检流计、微安表、数字显示记录仪。
λ = λmaxMR— λmaxR △
30
二. 显色剂
• 无机显色剂 • 有机显色剂 a.磺基水杨酸 磺基水杨酸----Fe3+ 磺基水杨酸 b.丁二酮肟 丁二酮肟----Ni2+ 丁二酮肟 c.1，10-邻二氮菲 ， 邻二氮菲 邻二氮菲----Fe2+ d.二苯硫腙 二苯硫腙----Cu2+ Pb2+ Zn2+ Cd2+ Hg2+ 二苯硫腙 e.偶氮胂 -----Th Zr U 偶氮胂3 偶氮胂 f.铬天青 铬天青S---- Al3+ 铬天青 g.结晶紫 结晶紫-----Ti3+ 结晶紫
25
二、分子吸收光谱----可见光吸收光谱 分子吸收光谱 可见光吸收光谱
物质对光的吸收引起电子能级的跃迁， 物质对光的吸收引起电子能级的跃迁，在电子能级跃 迁的同时，不可避免地伴随分子振动和转动能级的变化。 迁的同时，不可避免地伴随分子振动和转动能级的变化。 由电子能级跃迁而产生吸收光谱， 由电子能级跃迁而产生吸收光谱，位于紫外及可见光部分 (200-800nm)，称为紫外光谱和可见光谱。 ，称为紫外光谱和可见光谱。
26
二、分子吸收光谱----可见光吸收光谱 分子吸收光谱 可见光吸收光谱
吸收光谱曲线： 吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小 A～λ关系 ～ 关系 最大吸收波长 λ max：光吸收最大处的波长 ：
27
吸收光谱特点： 吸收光谱特点： 1.同一物质，浓度不同时，同一波长下吸光度不同，最大吸收 同一物质，浓度不同时，同一波长下吸光度不同， 同一物质 波长位置和吸收光谱形状不变。 波长位置和吸收光谱形状不变。------定性分析 定性分析 2. 同一物质，在一定波长下，随着浓度的增加，吸光度增加， 同一物质，在一定波长下，随着浓度的增加，吸光度增加， 在最大吸收波长下，吸光度最大，且随浓度增大变化最明显。 在最大吸收波长下，吸光度最大，且随浓度增大变化最明显。-----定量分析 定量分析 3. 吸光度具有加和性，可同时测定多组分。 吸光度具有加和性，可同时测定多组分。
13
140×10 −6 −1 [Cd ] = =1.25×10 mol ⋅ L 112.41 A = εbc = 0.22
2+
−6
0.22 ε= −6 2×1.25×10 4 −1 −1 = 8.8×10 L⋅ m ⋅ cm ol 112.41 −2 S= = = 0.0013µ g⋅ cm 4 ε 8.8×10
4
物质颜百度文库和吸收颜色的关系
• 物质的颜色是因物质对不同波长的光具有选择性吸 物质的颜色是因物质对不同波长的光具有选择性吸 收作用而产生， 收作用而产生，物质的颜色与吸收光的颜色互为互 补色。 补色。 • 互补色光：可以合成白光的两种对应颜色的光称为 互补色光： 互补色光。将它们按一定比例混合，可得到白光。 互补色光。将它们按一定比例混合，可得到白光。
28
三、吸光度的测量 选择物质最大吸收波长，选择合适的参比溶液，用来 选择物质最大吸收波长，选择合适的参比溶液， 调节仪器零点，消除洗手池及溶剂的影响，消除干扰。 调节仪器零点，消除洗手池及溶剂的影响，消除干扰。 参比溶液选择原则： 参比溶液选择原则： – 试液与显色剂均无色时，可用蒸馏水作参比； 试液与显色剂均无色时，可用蒸馏水作参比； – 显色剂无色，被测试液存在其它有色离子，可用不加显 显色剂无色，被测试液存在其它有色离子， 色剂的被测试液为参比； 色剂的被测试液为参比； – 显色剂有色，可不加试样的试剂空白为参比； 显色剂有色，可不加试样的试剂空白为参比； – 显色剂和被测离子均有色，可加掩蔽剂掩蔽被测试液为 显色剂和被测离子均有色， 参比。 参比。
20
光栅： 光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度
等间距条痕(600、1200、2400条/mm )。 、 等间距条痕 、 条 。 原理： 原理： 利用光通过光栅时 发生衍射和干涉现象而 分光. 分光
平面透 射光栅 透 镜
光屏
M1
M2
光栅衍射示意图
出 射 狭 缝
21
光栅是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不同 光栅是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不同 波长的单色光， 波长的单色光，然后再让所需波长的光通过狭缝照 射到吸收池上。它的分辨率比棱镜大， 射到吸收池上。它的分辨率比棱镜大，可用的波长 范围也较宽。 范围也较宽。
光谱名称 宇宙线 Y 射线
X 射线
波长范围 10-5nm 10-3nm
0.1~10nm ~
跃迁类型 核跃迁
K 和 L 层电子 中层电子
分析方法
Y 射线光谱法 X 射线光谱法 真空紫外光谱法 紫外光谱法
~ 远紫外线 10~200nm ~400nm ~400 近紫外线 200~400
价电子 ~ 可 见 光 400~750nm 近红外光 0.75~2.5μm μ 分子振动 中红外光 2.5~5.0μm ~ μ 中红外光度法 可见光度法 近红外光度法
22
c．比色皿 也称吸收池。 ． 也称吸收池。
用于盛放试液的容器。它是由无色透明、 用于盛放试液的容器。它是由无色透明、耐腐 蚀、化学性质相同、厚度相等的玻璃制成的，按其 化学性质相同、厚度相等的玻璃制成的， 厚度分为0.5 cm，1 cm，2 cm，3 cm和5 cm。在可见 厚度分为 ， ， ， 和 。 光区测量吸光度时使用玻璃吸收池，紫外区则使用 光区测量吸光度时使用玻璃吸收池， 石英吸收池。使用比色皿时应注意保持清洁、透明， 石英吸收池。使用比色皿时应注意保持清洁、透明， 避免磨损透光面。 避免磨损透光面。
14
M
※ 10.2.分光光度计及吸收光谱 分光光度计及吸收光谱
一、分光光度计
读出系统
光源
单色器
样品池
检测器
15
721分光光度计 分光光度计
16
17
分光光度计的主要部件
a．光源 （钨灯、氢灯）通常用 ～12 V钨丝灯作可 ． 钨灯、氢灯）通常用6～ 钨丝灯作可 见光区的光源，发出的连续光谱在 见光区的光源，发出的连续光谱在360—800nm范围 范围 内。光源应该稳定，即要求电源电压保持稳定。为 光源应该稳定，即要求电源电压保持稳定。 此，通常在仪器内同时配有电源稳压器。 通常在仪器内同时配有电源稳压器。 b．单色器 单色器的作用是将光源发出的连续光谱 ． 分解为单色光的装置。分为棱镜和光栅。 分解为单色光的装置。分为棱镜和光栅。
31
3.多元络合物 多元络合物 a.三元混配络合物 三元混配络合物 b.离子缔合物 离子缔合物 c.金属离子 络合剂 表面活性剂体系 金属离子—络合剂 金属离子 络合剂—表面活性剂体系 d.杂多酸 杂多酸
8
※二、光吸收的基本定律—朗伯比耳定律 朗伯比耳定律
入射光为平行单色光 db
I′ = Ia + It + Ir 0
I′ 0
Ir
Ia
b
It
I
I0 = Ia + It
定义透射比或透光 度为T 度为
It T= I0
9
1.朗伯 比耳定律 朗伯—比耳定律 朗伯
I0 A = lg = Kbc − − −定 基 量 础 I 吸光 A与 液 透射 度 溶 的 比的 关系 为 I0 1 A = lg = lg I T
11
③桑德尔灵敏度 S
桑德尔灵敏度 S就是规定仪器的检测极限为 A = 就是规定仪器的检测极限为 0.001时，单位截面积光程所能检测出来的吸光物质的 时 最低含量， 表示。 与 的关系如下： 最低含量，以 μg.cm-2 表示。S与ε 的关系如下：
S=
M
ε
12
例1.已知含 已知含Cd 2+浓度为140µg.L-1 的溶液，用双 浓度为 µ 的溶液， 已知含 硫腙法测定镉，液层厚度为 硫腙法测定镉，液层厚度为2cm, 在 λmax=520nm处测定的吸光度为 处测定的吸光度为0.22，计算摩 处测定的吸光度为 ， 及桑德尔灵敏度S。 尔吸光系数ε及桑德尔灵敏度 。
第十章 分光光度法
本 章 要 点
朗伯—比耳定律 朗伯 比耳定律 一般光度计的构造 吸光光度法进行定量分析的方法
1
10.1 物质对光的选择性吸收和光吸收基本定律
一、物质对光的选择性吸收 1.光的基本性质 光的基本性质 光是一种电磁波 光具有两象性
λγ = c E = hγ = hc / λ
2
电磁波谱范围表
29
10.3 显色反应及其影响因素
一、显色反应 1.显色反应的选择 显色反应的选择 a.选择性好，灵敏度高； 选择性好，灵敏度高； 选择性好 b.有色化合物的组成恒定； 有色化合物的组成恒定； 有色化合物的组成恒定 c.有色化合物的性质足够稳定； 有色化合物的性质足够稳定； 有色化合物的性质足够稳定 d.有色化合物与显色剂的颜色差别 对比度 要大于 有色化合物与显色剂的颜色差别(对比度 有色化合物与显色剂的颜色差别 对比度)要大于 60nm。 。
另：当溶液中存在多种吸光物质，且对同一波长的 当溶液中存在多种吸光物质， 单色光均有吸收， 单色光均有吸收，溶液的总吸光度等于各吸光物质 的吸光度之和。 的吸光度之和。
10
2.吸光系数、摩尔吸光系数与桑德尔灵敏度 吸光系数、 吸光系数 A=Kbc ① 吸光系数 a A = abc c - g.L-1; b-cm; a 称为吸光系数 称为吸光系数 ②摩尔吸光系数ε A=εbc c -mol.L-1; b-cm; ε 称为摩尔吸光系数 称为摩尔吸光系数
23
d．检测器 ．
检测器的作用是接受从比色皿发出的透射光并 转换成电信号进行测量。分为光电管和光电倍增管。 转换成电信号进行测量。分为光电管和光电倍增管。 光电管是一个真空或充有少量惰性气体的二极 管。阴极是金属做成的半圆筒，内侧涂有光敏物质， 阴极是金属做成的半圆筒，内侧涂有光敏物质， 阳极为一金属丝。光电管依其对光敏感的波长范围 阳极为一金属丝。 不同分为红敏和紫敏两种。 不同分为红敏和紫敏两种。红敏光电管是在阴极表 面涂银和氧化铯，适用波长范围为 面涂银和氧化铯，适用波长范围为625—1 000nm； ； 紫敏光电管是阴极表面涂锑和铯， 紫敏光电管是阴极表面涂锑和铯，适用波长范围为 200—625nm。 。