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1、无机及分析化学,林政,第十章 分光光度法,10.5 吸光度测量条件的选择,10.4 显色反应和显色条件的选择,10.3 分光光度计,10.2 光吸收定律,10.1 概述,10.6 吸光光度光法的应用,10.1 概述,利用溶液颜色的深浅来测定溶液中有色物质的浓度，这种测定方法称为比色分析法。,用分光光度计进行比色分析的方法称为分光光度法。,分光光度法:可见光分光光度法,(物质吸收光波长)紫外分光光度法,红外分光光度法,吸光光度法的特点：,1、灵敏度高，下限为10-510-6 molL-1。适于微量分析。2、准确度较高，相对误差为2%5%。3、操作快速简便，易于掌握。4、应用广泛。,红 橙 黄 绿
2、 青 蓝 紫,10.1.1 光的基本性质,根据波长的不同，可分为：紫外光区：200nm 380nm 可见光区：380nm 760nm 红外光区：760nm 300m,具有同一波长的光称为单色光。,不同波长组成的光称为复合光。,生活中所见到的白光，如日光等是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等光按适当的强度比例混合而成的，在380760nm范围的一种复合光。,10.1.2 物质对光的选择性吸收,溶液的颜色是由于均匀分布在溶液中的有色化合物的质点选择性的吸收了某种颜色的光所造成的。,两种颜色的光若按适当比例混合，可以形成白光，这两种光称为互补色光。,光的互补,白光,绿蓝,蓝绿,黄绿,黄,橙,红,紫,蓝,
3、如KMnO4吸收绿色光，因此KMnO4溶液呈现紫色。,10.1.3 吸收曲线,一束平行单色光照射溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。,Io=Ia+It+Ir,若入射光强度为Io，吸收光的强度为Ia，透过光强度为It，反射光的强度为Ir，它们的关系是：,在吸光光度法中，测定时都是采用同样质量的比色皿，反射光的强度基本上是不变的，其影响可以相互抵消。空白调零,分光光度法中：Io=Ia+It,透过光强度It与入射光强度Io之比称为透光度或透光率。用 T 表示：,或,从上式可以看出：溶液的透光度愈大，说明溶液对光的吸收愈小，浓度低；相反，透光度愈小，说明溶液对光的吸收愈大
4、，浓度高。,吸光度A：,若光全部透过溶液，Io=It，A=0。若光几乎全被吸收，It 0，A=。,吸光度A也可以用来衡量溶液中吸光物质对波长为的单色光 的吸收程度，值越大，其吸收程度越大；反之亦然。,将不同波长的光透过某一固定的溶液，测量不同波长下溶液对光的吸光度，作图,（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。（KMnO4的最大=525 nm）（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，它们的吸收曲线形状和max则不同。可作为物质定性分析的依据之一。,吸收曲线的讨论,（3）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度
5、A 有差异，A 随浓度的增大而增大。此特性可作为物质定量分析的依据。,（4）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。,10.2 光的吸收定律,实验证明：若保持入射光的波长不变，溶液对光吸收的程度与溶液的浓度、液层厚度有关。,10.2.1 光的吸收定律,数学表达式：,K1：比例常数，与、c、T有关。b：溶液厚度,一、朗伯定律：当、c、T 一定时，溶液的吸光度与液层的厚度成正比。,A=K1 b,二、比尔定律,比尔定律：当、b 和 T一定时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比。,数学表达式：A=K2 c,三、朗伯比尔定律（同时考虑溶液浓度和液层
6、厚度的影响）一束平行单色光通过溶液，当和T一定时，其吸光度与溶液的浓度和液层厚度成正比。,数学表达式：A=K b c,当c用gL-1表示，b用cm表示时，K用K表示，称为吸光系数，其单位为 L(g.cm)-1，则：,四、比例系数K,1、吸光系数K,A=Kb c,c用molL-1表示，b用cm表示时，K用表示，称为摩尔吸光系数，其单位为L(mol.cm)-1。则：,2、摩尔吸光系数,A=b c,摩尔吸光系数的讨论,(1)是吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，不随浓度c和液层厚度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；,(2)同一吸光物质在不同
7、波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以 max表示。max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。,(3)max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。,最大5104 灵敏的显色反应,在吸收曲线上，与最大吸收波长相对应的摩尔吸收系数，以最大 表示。,对于微量组分的测定，一般选较大的显色反应，以提高测定的灵敏度。,【例】：有一浓度为1.0g/ml Fe2+的溶液，以邻二氮菲显色后，在比色皿厚度为 2cm、波长510nm处测得吸光度为0.380，计算（1）透光度T；(2)吸光系数K；（3）摩尔吸光系数。,解（1
8、）T10-A10-0.3800.417,3,2+,3,F,e,+,Fe2+,五、吸光度的加和性,A总=Ai=1b1c1+2b2c2+nbncn,总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。或溶液的吸光度应等于溶液中各组分的吸光度之和。（组分间没有干扰）,溶液中多组分测定,一、物理因素：1、单色光不纯，导致负偏差。,2、散射光的影响，胶体、乳浊液或悬浊液由于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通过比色皿产生正偏差。,10.2.2 有色溶液对朗伯-比尔定律的偏离,二、化学因素1、吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生负偏差，朗伯-比尔定律只适合于稀溶液（c 10-2 molL-1)。,2、平衡效应，
9、物质的离解、缔合、互变异构及化学变化引起的偏离，如：Fe(SCN)3=Fe3+3SCN-Cr2O72-+H2O=2CrO42-+2H+,10.3 分光光度计及主要部件,1光源：应有足够的发射强度而且稳定,如钨丝灯2单色器：采用棱镜或光栅获得单色光。3吸收池：比色皿，厚度有0.5、1、2、3cm等。4检测器：光电池或光电管。,722型光栅分光光度计结构示意图,分光光度计的分类以及721/722型分光光度计的使用方法见实验教材。,10.4 显色反应和显色条件的选择,在分光光度分析中，利用显色反应把待测组分X 转变为有色化合物，然后再进行测定。使试样中的被测组分与化学试剂作用生成有色化合物的反应叫显
10、色反应。mX(待测物)nR(显色剂)XmRn(有色化合物)显色反应主要有配位反应和氧化还原反应，其中绝大多数是配位反应。,10.4.1 对显色反应的要求1、灵敏度高，选择 较大的显色反应。避免共存组分干扰。2、选择性好，显色剂只与被测组分反应。3、有色物组成固定，如：Fe3+磺基水杨酸 三磺基水杨酸铁(黄色)（组成固定）Fe3+SCN-FeSCN2+、Fe(SCN)2+（组成不固定）,4、有色物稳定性高，其它离子干扰才小。如三磺基水杨酸铁的Kf=1042,F-、H3PO4 对它无干扰。,5、显色过程易于控制，而且有色化合物与显色剂之间的颜色差别应尽可能大。,10.4.2 显色反应条件的选择1、
11、显色剂用量，适当过量。适宜的用量通过实验求得,在pH23 Fe(ssal)+在pH47 Fe(ssal)22-在pH810 Fe(ssal)3在pH12 Fe(OH)3,棕橙色,沉淀,黄色,紫红色,2、溶液酸度，既要防止被测离子生成沉淀，又需防止有色配合物离解。有效的方法是加入缓冲溶液（考虑干扰）,5、溶剂，有机溶剂会降低有色物的离解度，从而提高 显色反应的灵敏度。,6、共存干扰离子的影响及消除(1)控制酸度，使干扰离子不显色。,3、温度，通过实验找出适宜的温度范围。4、时间，在颜色稳定的时间范围内进行比色测定。,(3)改变干扰离子价态，测Ni2+时，Fe2+有干扰，加入氧化剂，Fe2+Fe3
12、+.,(4)分离干扰离子，用萃取、沉淀、电解、离子交换等方法。,还可选择适当的参比溶液和入射光的波长等方法来消除共存离子的干扰。,(2)加入掩蔽剂，如用SCN-测定Co2+时，Fe3+有干扰，加入 F-，Fe3+6F-=FeF63-，Fe3+被掩蔽。,离子交换法用于Fe3+、Al3+分离时先用HCl溶液处理试液，使铁、铝分别以FeCl63-、Al3+形态存在。然后经过阳离子树脂交换柱，此时Al3+留在柱上，而FeCl63-流出柱子，从而达到分离的目的。,色谱分离法，若在充填硅胶、活性氧化铝、纤维素等载体的柱子上进行，则称为柱上色谱分离法；若用滤纸作载体，则称为纸上色谱分离法。,溶剂化合物萃取体
13、系，例如磷酸三丁酯萃取FeCl3。某些无机化合物萃取体系，例如CCl4萃取I2。,10.4.3 分光光度法常用的显色剂（一）、无机显色剂 钼酸铵法(测 P、Si、W)，过氧化氢法(测V5、Ti4)（二）有机显色剂（主要使用）1、O，O给电子螯合剂：铬天菁S（CAS）、苯基荧光酮（PF）2、O，N给电子螯合剂：偶氮胂III等,3、N，N给电子基团：邻二氮杂菲（测Fe）等4、带含硫基团的螯合剂：双硫腙（测Cu、Pb、Zn、Cd、Hg等）,10.5 测定条件的选择、选择合适波长的入射光。,（545nm）,原则：使溶液的吸光度能真正反映待测物的浓度。,在吸光度测量中，作为比较的溶液或溶剂称为参比溶液或
14、空白溶液。,选择适当的参比溶液,(1)试样、试剂、显色剂都无色时，用纯水作参比。(2)试样无色，试剂、显色剂有色，采用不加试样的空白溶液作参比。（试剂空白）(3)试样有吸收，而显色剂等无色，可采用不加显色剂的试样为参比。（试样空白）(4)均有色，有吸收，对试样加入掩蔽剂，褪色后再加显色剂等作为参比。(褪色空白),10.5.3 吸光度读数范围的选择,透光率读数的准确度是仪器精度的主要指标。测定结果的精度常用浓度的相对误差dc/c表示。,若透光率刻度的读数的绝对误差为T=1%，用不同的T代入上式，可得相应浓度测量的相对误差c/c，作图,1、T在20%65%(A=0.190.70)范围，相对误差较小
15、。,2、T=36.8%(A=0.434)，相对误差最小。,由图可见：,为了减小浓度的相对误差，提高测定的准确度，一般应控制溶液吸光度A在最适宜读数范围0.190.70。,【例】某一有色溶液在2.0cm的吸收皿中，测得透光率T1，若仪器透光度的绝对误差T0.5，计算（1）测定的浓度的相对误差c/c（2）为使测得吸光度在最适读数范围内，溶液应稀释或浓缩多少倍？（3）若浓度不变，而改变比色皿厚度（0.5cm,1.0cm，2.0cm,3.0cm）,则应选择那种厚度的吸收皿最合适，此时c/c为多少？,解（1）,（2）A=-lgT=-lg1%=2设有色溶液原始浓度为c，当b一定时，AbcKc，要使A0.2
16、0.7，则,即稀释310倍,（3）当c一定时，AbcKb,要使A0.20.7，则,b=2cm,b=0.5cm,控制吸光度在适宜的范围内(A=0.190.70)(1)控制试样的量或溶液的稀释程度来控制溶液浓度。(2)选择不同厚度的比色皿。,10.6 吸光光度法的应用10.6.1 常用方法1、目视比色法：用眼睛比较溶液颜色深浅以确定物质含量。（也叫标准色阶法）,目视比色法的原理是根据朗伯比耳定律,因为液层厚度相等：b1=b2，所以浓度相等：c1=c2,目视比色法的优点是：1、仪器简单，操作简便，适宜于大批试样分析。2、测定的灵敏度较高，适宜于稀溶液中微量元素的测定。3、复合光 白光下进行测定，因此有些显色反应不符合朗伯比耳定律时，仍可用目视法测定。,目视比色法的缺点是：1、有色溶液一般不太稳定，常常临时配制一套标准色阶，较麻烦费时。2、依靠人的眼睛来观察颜色深度，有主观误差，准确度不高，相对误差约为520%。,10.6.2 分光光度计的测量方法：1、标准曲线法 先配制一系列标准溶液，在最大吸收波长处，测出它们的吸光度，作图，同条件测未知液的吸光度，从图中查出未知液的浓度。,2、标准比较法 同条件下分别测定未知液与标准溶液的吸光度Ax和A标，根据朗伯-比尔定律，应有下式：,因为：,所以：,Ax=bcx,A标=bc标,
