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1、20.1 概 述,20.1.1 光度分析法的特点 20.1.2 物质对光的选择性吸收,20.1.1 光度分析法的特点,有色物质颜色的深浅和浓度有关，利用比较溶液颜色深浅来测定含量的分析方法称为比色分析法。目视比色称为比色法；利用分光光度计测试，称为分光光度法。光度分析法特点：(1)具有较高的灵敏度。一般物质可测到10-310-6 molL-1(2)有一定的准确度。相对误差为2%5%(3)操作简便、快速，选择性好，仪器设备简单。(4)应用广泛。,20.1.2 物质对光的选择性吸收,在可见光区(400760nm)不同波长的光具有不同的颜色。溶液呈现一定的颜色是对光选择性吸收的结果。当一束白光通过一
2、有色溶液时，某些波长的光被溶液吸收，另一些波长的光则透过，溶液的颜色由透过光决定。透射光与吸收光又可组成白光，这两种光称为互补色光。,如CuSO4溶液呈蓝色就是吸收了白光中黄光。,如果将不同波长的光通过一固定浓度和厚度的有色溶液，测量每一波长下有色溶液对光的吸收程度（吸光度A），然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得一曲线，称吸收曲线。,图中、三条曲线，代表同一被测物质含量由高到低的吸收曲线。,邻二氮杂菲亚铁溶液的吸收曲线,（1）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max（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似，max不变。而对于不同物质，它们的
3、吸收曲线形状和max则不同。（3）在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。,20.2 光吸收的基本吸收定律,20.2.1 朗伯-比尔定律20.2.2 吸光度的加和性20.2.3 对朗伯-比尔定律的偏离,20.2.1 朗伯-比尔定律,当一束平行的单色光通过均匀、透明的有色溶液时，如溶液的浓度越大、液层厚度越大，则光强度的减弱越显著。,I0：入射光强度；It：透射光强度,“A”称为吸光度，量纲为1。溶液对光的吸收程度越大，则透射光强度越小，A越大。,吸光度测量中，也用透光度T表示,透过光强度越大，T值越大。,b：液层的厚度 cm；c：溶液
4、的浓度 gL-1K：吸光系数 L g-1 cm-1如“c”的单位：molL-1，此时的吸光系数称为摩尔吸光系数 k,k：摩尔吸光系数 L mol-1 cm-1,式中M为摩尔质量,k 是吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数。在温度和波长等条件一定时，k 仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关。k 是吸光物质吸光能力的量度，k 值越大，光度法测定该物质的灵敏度越高。由实验结果计算时，常以被测物质的总浓度代替吸光物质的浓度，这样计算的 k 值实际上是表观摩尔吸光系数。,分光光度分析的灵敏度还可以用桑德尔灵敏度S表示。S是指当仪器的检测极限为A=0.001时，单位截面积光程内所能检测出来的吸
5、光物质的最低含量，其单位为g cm-2。S=M/k,例20-1：已知含Fe2+浓度为1.0mgL-1的溶液，用邻二氮菲光度法测定铁(Fe2+与邻二氮菲反应，生成橙红色配合物)。使用厚度为2 cm的吸收池，在波长510nm处测得 吸光度A=0.390。计算该配合物的 摩尔吸光系数。解：已知铁的相对原子质量为 55.85。,例：用双硫腙光度法测定Pb2+。Pb2+的浓度为0.08mg/50mL，用2 cm比色皿在520 nm下测得 T=53%，求 k。解：已知铅的相对原子质量为 207.2,20.2.2 吸光度的加和性,在含有多组分的体系中，若各组分对同一波长的光都有吸光作用，且各组分的吸光物质彼
6、此不发生作用，则测得的吸光度等于各组分的吸光度之和。A=A1+A2+A3,20.2.3 对朗伯-比尔定律的偏离,1.比尔定律的局限性2.非单色入射光引起的偏离 3.由于溶液本身发生化学变化的原因 引起的偏离,1.比尔定律的局限性,通常在用分光光度法进行分析时，多采用标准工作曲线法。即固定液层厚度、入射光的波长，测定一系列不同浓度标准溶液的吸光度，此时A与c应成直线关系。,在实际工作上，特别是在浓度较高时，常出现标准曲线不为直线，即偏离了朗伯比尔定律。,比尔定律是一个有限制性的定律，它假设入射光为单色光，吸收粒子间没有干扰。因此仅在稀溶液中才适用。在高浓度时，由于吸光物质微粒间相互影响，从而改变
7、了它对光的吸收能力，使吸光度与浓度的线性关系发生偏离。,2.非单色光引起的偏离,比尔定律假设入射光为单色光，但是目前仪器所能提供的入射光不是严格的单色光，是由波长范围较窄的光带组成的复合光。A=k b c，k 在一定波长下是一常数，如入射光不为单色光，则k不为常数，A 与c 不成直线关系。,在最大吸收波长附近通常有一个吸收强度相差较小的区域，如入射光在此范围内，因k 变化较小，引起的偏离也较小，A与c基本上呈直线关系。,3.由于溶液本身发生化学变化 的原因引起的偏离,由于被测物质在溶液中发生缔合、离解或溶剂化、互变异构、配合物的逐级形成等化学因素，造成对比耳定律的偏离。Cr2O72-+H2O
8、2CrO42-+2H+,橙色,黄色,应控制条件，使溶液中仅存在Cr2O72-或CrO42-，这样，c与A 之间才成直线,20.3 比色法和分光光度法及其仪器,20.3.1 目视比色法 20.3.2 分光光度计的基本部件20.3.3 常用的几种分光光度计,20.3.1 目视比色法,目视比色法是一种用眼睛辨别溶液颜色的深浅，以确定带测组分含量的方法。常用标准系列法，在一套等体积的比色管中，加入不同体积的标准溶液，分别加入等量显色剂及其它试剂，待测液在同样条件下显色。稀释至刻度，摇匀。比较待测液和标准色阶溶液的颜色深浅，确定待测液的浓度。目视比色法仪器简单，操作简便，但准确度较差。,20.3.2 分
9、光光度计的基本部件,1.光源 作用：发出所需波长范围内的连续光谱。要求具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区常用钨灯、或碘钨灯，波长范围：3202500 nm,2.单色器 作用：将光源发出的连续光谱分解为单色光。单色器由棱镜和光栅等色散元件及狭缝和透镜组成。入射狭缝：光源的光由此进入单色器；准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；出射狭缝。,3.吸收池作用：用于盛放试样溶液。也叫比色皿。吸收池主要有石英和玻璃两种。在紫外区须采用石英吸收池，可见区一般用玻璃吸收池。吸
10、收池大多是长方形的，一般仪器都配有一套厚度为0.5、1、2、3cm的吸收池。吸收池放置的位置应使透光面垂直于光束方向。,4.检测系统作用：将光强度转化为电流进行测量。光电转换器对测定波长范围内的光有快速灵敏的响应，产生的电流应与光电转换器上的光强度成正比。常用的光电转换器有硒光电池、光电管。5.读数指示器作用：把光电流或放大的信号以适当的方式显示或记录下来。,20.3.3 常用的几种分光光度计,72型、722型、751型等。,20.4 显色反应及显色条件的选择,20.4.1 对显色反应的要求 20.4.2 显色反应条件的选择,20.4.1 对显色反应的要求,将待测组分转化为有色化合物的反应叫显
11、色反应。显色反应有配位反应和氧化还原反应。1.灵敏度高 因为光度法一般用于测定微量组分含量，故通常选择灵敏度高的显色反应。生成的有色化合物摩尔吸光系数大，灵敏度高，通常 k 值达104105，认为灵敏度较高。2.选择性好 即显色剂只与一种或少数几种物质反应而显色。3.有色化合物组成固定，化学性质稳定 4.显色剂在测定波长处无明显吸收,20.4.2 显色反应条件的选择,1显色剂的用量 通常显色反应可用下式表示：M(被测离子)+HR(显色剂)MR+H+,从平衡角度看，显色剂过量越多，越有利于有色配合物的形成。但显色剂过量太多，有时会引起副反应，故有一适宜用量，通常由实验确定。,固定其它条件，改变显
12、色剂的浓度，测A，作A c R曲线，选择原则：选择曲线上平坦部分,(a)适合进行光度分析(对显色剂浓度控制不严格)(b)只能选择较窄的显色剂浓度范围(c)必须严格控制显色剂浓度。,2.酸度 酸度对显色反应的影响是多方面的：H+浓度大，不利于有色配合物的形成；酸度还影响有些显色剂的颜色；某些被测组分与显色剂能形成不同组成的配合物；金属离子在酸度下降时会水解。适宜的酸度范围由实验确定：固定其它条件，改变pH值测A，作A pH曲线，选择曲线平坦部分对应的pH值作为测量条件。,吸光度与pH关系曲线,3显色时的温度和时间 多数显色反应在室温下能很快进行，有些反应需要加热。多数显色反应须经一定时间才能完成
13、，有些有色物质放置时受到空气和光的作用，颜色会减弱。适宜显色时间可通过实验确定。,(1)随着时间的增加，有色化合物的浓度增大，A增大。反应完成后，A保持不变。,(2)有色化合物性质不太稳定，随着放置时间的增加，在日光，空气的的作用下，有色化合物分解，浓度下降，A降低。,4.溶剂的影响 许多有色配合物在水中解离度较大，而在有机溶剂中解离度较小。有些配合物易溶于有机溶剂。5.干扰物质的影响及消除 干扰离子本身有颜色或与显色剂作用显色等，都将干扰测定。消除干扰的方法有：(1)加掩蔽剂(2)选择适当的显色条件 如通过控制酸度，使干扰离子不作用(3)选择适当的测量条件 如波长、参比溶液等(4)分离干扰离
14、子,20.5 分光光度法仪器测量误差及其消除,20.5.1入射光波长的选择20.5.2 光度计读数范围的选择 20.5.3 参比溶液的选择20.5.4 溶液浓度的测定,20.5.1入射光波长的选择,入射光波长应根据吸收光谱曲线选择。1)在一般情况下选择最大吸收波长作为入射光的波长，因此时k 最大，测定的灵敏度高；2)如干扰物在待测物的最大吸收波长处有强烈的吸收，则选择非最大吸收波长作为入射光的波长，这时灵敏度虽有下降，但却消除了干扰。,曲线A为钴络合物的吸收曲线曲线B为显色剂的吸收曲线,吸光度测定条件的选择,20.5.2 光度计读数范围的选择,任何光度计都有一定的测量误差，误差来源于：入射光源
15、不稳定；吸收池玻璃厚薄不均匀；池壁不够平行、表面有水迹、油污或划痕等；光电池不灵敏、疲劳现象及检流计刻度不准等。以上因素造成测量误差的总和，表现为透光度读数误差T。T与c之间是对数关系，同样的T对不同浓度造成的c不同。在不同的吸光度范围内读数，引入的浓度测量误差是不同的，因此必须选择合适的吸光度读数范围。,根据朗伯-比尔定律：,或,求微分：,两式相除：,以有限值表示：,浓度的相对误差；,T：透光度读数的绝对误差,何时浓度的相对误差最小？,T=0.368或A=0.434时，浓度的相对误差最小。,一般分光光度计的T在0.2%1%之间，如果为 0.5%，根据上式计算不同A或T%时浓度的相对误差。如图
16、18-9、表18-29(p351)。,T%：1070A：1.0 0.15，浓度的测量误差较小。而A过高或过低，因读数造成的浓度的相对误差都是很大的。,为了减小测量的相对误差可采取如下措施：(1)控制溶液的浓度，如改变试样的称出量或改变稀释度等。(2)如溶液已显色，则可选择合适厚度的比色皿，使吸光度在上述范围内。,20.5.3 参比溶液的选择,参比溶液用来调节仪器的零点，以消除吸收池壁及溶剂等对入射光的反射和吸收带来的影响，使测得的吸光度能真正反映被测物质的含量。选择参比溶液的原则：(1)如果仅所测物质有吸收，显色剂及其它试剂均无吸收，可用纯溶剂作参比，如蒸馏水；(2)如显色剂和其他试剂略有吸收
17、，则应用不含被测组分的试剂溶液（空白溶液）作参比溶液；,(3)如果试样中其他组分有吸收，但不与显色剂作用，当显色剂无吸收时，可用试样溶液（不加显色剂）作参比；当显色剂也略有吸收，或干扰离子也与显色剂作用且产物有吸收，可在试液中加掩蔽剂，掩蔽待测组分，再加显色剂，以此溶液作参比。,20.5.4 溶液浓度的测定,1.工作曲线法 配制一系列不同浓度的被测组分的标准溶液，在选定的max和最佳操作条件下，测得吸光度，作工作曲线（A c），为一直线，也叫标准曲线。在完全相同条件下，测得试样溶液的吸光度，从工作曲线上查得相应浓度。,2.比较法 同一波长的光，通过两个厚度相同而浓度不同的溶液，则浓度之比等于吸
18、光度之比。A标=kbc标 A试=kbc试,20.6 分光光度法的某些应用,20.6.1 单组分的测定20.6.2 多组分的测定20.6.3 光度滴定20.6.4 酸碱解离常数的测定20.6.5 配合物组成的测定,20.6.1 单组分的测定,试样中某组分的测定常采用工作曲线法。微量磷的测定常采用光度法。,20.6.2 多组分的测定,对于多组分体系来说，如各吸光物质间没有相互作用，这时体系总的吸光度等于各组分吸光度之和：A总=A1+A2+An=k1bc1+k2bc2+knbcn（1）吸收光谱互不重叠,1时测X组分2时测Y组分,（2）吸收光谱单向重叠,A1=kx1bcX+kY1bcYA2=kY2bcY,(3)吸收光谱双向重叠,A1=kx1bcX+kY1bcYA2=kx2bcX+kY2bcY,精品课件！,精品课件！,例：取钢试样1.00g，溶解于酸中，将其中锰氧化成高锰酸盐，准确配制成250mL，测得其吸光度为1.0010-3 molL-1 KMnO4溶液的吸光度的1.5倍。计算钢中锰的百分含量。解：c=1.5 1.0010-3=1.5010-3 molL-1,
