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1、第11章 光度分析法The Photometric Analysis,学习要求,1.了解紫外可见吸光光度法的特点。2.掌握光的吸收定律及其适用范围。3.掌握紫外可见吸光光度法的测定方法。4.了解紫外可见吸光光度法仪器测量的误差及测量条件的选择，熟悉紫外可见吸光光度法的应用及有关计算,教学内容,111 概述112 光吸收的基本定律113 分光光度计114 显色反应及其影响因素115 分光光度法的灵敏度和准确度116 分光光度法的应用,光化学分析法：基于物质光化学性质而建立起来的分析方法，分为光谱分析法和非光谱分析法。光谱分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射
2、光的波长和强度来进行分析的方法。,吸收光谱分析发射光谱分析分子光谱分析原子光谱分析,11.1 概 述,1.分光光度法及其特点根据被分析物质对光具有选择性吸收的特性而建立的分析方法称吸光光度法。包括比色法和分光光度法。,11.1 概 述,目视比色法：利用溶液颜色的深浅测定有色物质的含量分光光度法：利用分光光度计进行比色分析,分光光度法的特点分光光度法主要用于微量分析，与滴定分析法、重量分析法相比，有以下特点：(1)方法灵敏度高。10-4 10-3%(2)准确度较高。相对误差为25%(3)操作简便，测定速度快。(4)应用广泛。几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用此法测定。,11.1
3、 概 述,光谱区间,可 见 光,400750 nm,方法分类：根据光的波长不同，分光光度法分为可见分光光度法、紫外分光光度法和红外光谱法等。,远红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000 m,主要用于有机化合物结构鉴定。近红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围7602500 nm,主要用于有机化合物结构鉴定。可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400760 nm，主要用于有色物质的定量分析。紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400 nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。本章讨论紫外和可见光区的分光光度法。,2.光的基本性质,波动性,粒子性,E,光的折
4、射,光的衍射,光的偏振,光的干涉,光电效应,光的波粒二象性,光的波粒二象性,光的波长越短（频率越高），其能量越大。,光是由光子流组成，光子的能量：,2.光的基本性质,单色光：单一波长的光(由具有相同能量的光子组成)复合光：由各种单色光组成，白光(太阳光)互补色光:两种光按比例混合得到白光,单色光 复合光 互补色光,物质的颜色与光有着密切的关系！,2.光的基本性质,3 物质的颜色与光的关系,完全吸收,完全透过,吸收黄色光,光谱示意,表观现象示意,复合光,光的作用方式,当复合光照射到物体上时，一部分光被吸收，而一部分光则被透射过去。即：入射光=吸收光透射光,吸收光,透射光,互补,光的互补：蓝 黄,
5、4.物质对光的选择性吸收,M+热,M+荧光或磷光,M+h M*,基态 激发态,物质对光的吸收满足Plank 条件,量子化 选择性吸收,与物质的性质及光的性质有关,5.吸收曲线（吸收光谱）,分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；用不同波长的单色光照射某溶液，测吸光度作吸光度(A)-波长()图，得吸收曲线吸光度最大处对应的波长-最大吸收波长max不同的物质，其吸收曲线形状和max不同，吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。,吸收曲线：,同种物质浓度不同时，其吸收曲线形状相似，max不变。在一定实验条件下,Ac，此特性可作为物质定量分析的依据。,在max处吸光度随浓
6、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。,1.透光比(率)与吸光度,11.2 光吸收的基本定律,单色光通过溶液,T 取值为0.0%100.0%,全部吸收,T=0.0%,全部透射,T=100.0%,入射光 I0,透射光 It,透光率:,吸光度：,2.朗伯比耳定律,11.2 光吸收的基本定律,A-lgT=K b c 式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；c：溶液中吸光物质的浓度；K：吸光系数(与c的单位有关)；当c单位为:moldm-3 时，K称为摩尔吸光系数，单位dm3mol-cm-。,11.2 光吸收的基本定
7、律,朗伯比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据应用于各种光度法的吸收测量.,T=0.0%,A=,T=100.0%,A=0.0,T,用邻菲罗啉法测定铁，已知显色的试液中Fe2+浓度为500 gdm-3，在波长510 nm处用2 cm吸收池测得A 0.198，计算摩尔吸光系数。铁原子量为55.85解：,例题11-1,某试液显色后用2.0 cm吸收池测定时T50.0%，若用1.0 cm或5.0 cm吸收池测定，T及A各为多少？,例题11-2,摩尔吸光系数 的讨论,（1）物质的特征常数；在入射光波长、温度一定时,仅与物质本身的性质有关,不随c和b改变，可作为定性鉴定的参数；（2）同一物质,波长
8、不同时值不同，最大吸收波长max处的摩尔吸光系数以max表示.max表明了该吸收物质最大的吸光能力.max越大物质的吸光能力越强，测定该物质的灵敏度越高:105,高灵敏；=(610)104,较高灵敏；2104,不灵敏。（3）在数值上等于浓度为1moldm-3、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。,1.工作原理及基本部件,11.3 分光光度计,分光光度计组件,光源,单色器,样品池,检测器,信号输出,氢灯,氘灯,185 350 nm;卤钨灯，250 2000 nm.,基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定,作用：将复合光色散成单色光,棱镜,光栅,玻璃,350 2500 nm,石英,185
9、4500 nm,平面透射光栅，反射光栅,玻璃，光学玻璃，石英,作用：将光信号转换为电信号并放大,光电管，光电倍增管，光电二极管等,表头、记录仪、屏幕、数字显示,单波长双光束分光光度计,1.显色反应和显色剂,11.4 显色反应及其影响因素,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色反应。所用的试剂称显色剂。M(被测组分)+R(显色剂)MR(有色化合物),无机显色剂，有机显色剂,Bi3+2,显色反应应满足下列要求:选择性好，干扰少或干扰易消除；灵敏度高(吸光物质的104)有色化合物的组成恒定，符合一定的化学式；有色化合物的化学性质稳定；有色化合物的与显色剂之间的颜色差别大。,|ma
10、x,R-max,MR|60 nm,11.4 显色反应及其影响因素,2.显色反应条件的确定 物质能否进行灵敏、准确的吸光度测定，决定于被测物质及显色剂的性质，同时显色反应的条件起着决定性的作用。与显色反应 M+R=MR 相关的条件有：显色剂浓度及用量溶液酸度及反应温度显色反应时间缓冲溶液种类及用量溶剂及共存干扰离子的掩蔽等。,11.4 显色反应及其影响因素,显色剂R的用量显色反应 M+R MR AMR=MR b cMR 据平衡原理,R,MR,则AMR,灵敏度 但R过量,有时会引起副反应.故,显色剂(R)用量最终应由实验来定。,显色剂用量的选择,选择显色剂的用量的目的是要将金属离子全部转为有色配合
11、物。其用量会影响测定结果准确度。,实际工作中,作 A cR 曲线,寻找适宜的cR 范围。,浅红,浅红,橙红,OH-,酸度的影响,副反应,M+nR=MRn,H+,存在型体的变化,RH=R-+H+,1,2,生成不同配比的络合物,例，磺基水杨酸 Fe 3+,pH=2 3,FeR,紫红色,pH=4 7,FeR2,橙色,pH=8 10,FeR3,黄色,溶液酸度的选择,实际工作中，作 A pH 曲线，寻找适宜 pH 范围。,显色温度的选择,作 A T 曲线,寻找适宜反应温度。,显色反应常在室温下进行。但是，有些显色反应必需加热至一定温度才能完成。例:用硅钼蓝法测硅时生成硅钼黄的反应，在室温下需要10min
12、以上才能成，而在沸水浴中，则只需30s便能完成。,反应时间的选择,有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定，并在较长时间内保持不变；有些虽能迅速完成，但络合物的颜色很快就开始褪色；有些进行很缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳定。应据实际情况，确定最合适的时间测定。,溶剂的影响,有机溶剂常降低有色化合物的离解度，从而提高了显色反应的灵敏度。例，偶氮氯膦法测Ca2+，加乙醇后，A明显增加.此外，有机溶剂还可能提高显色反应的速度。如，氯代磺酚S测Nb，在水溶液中显色需要几个小时，加丙酮后，则只需30min。,干扰及其消除方法,1 控制溶液酸度2 加入掩蔽剂(配位掩蔽剂、氧化还原掩蔽剂)3 利用参比溶
13、液消除显色剂和共存离子干扰4 选择适当的入射光波长(如图2)5 增加显色剂的用量6 预分离,(1),(2),1 灵敏度的表示方法 分光光度法用于测定微量组分，因此，显色反应的灵敏度是选择、评价方法的重要依据。越大物质的吸光能力越强，测定该物质的灵敏度越高，在max处：105 高灵敏；=(610)104 较高灵敏；2104 不灵敏。例:二乙基胺二硫代甲酸钠(铜试剂，DDTC)光度法测铜，436=12800 Lmol-1cm-1；双硫腙光度法测铜，495=158000 Lmol-1cm-1，灵敏度谁较高？,11.5 分光光度法的灵敏度和准确度,桑德尔(Sandell)灵敏度:S,在max 处、当仪
14、器的检测极限为A=0.001时，单位截面积光程内所能检测出的吸光物质的最低含量(g/cm2),S越小，灵敏度越高 一般在0.010.001g/cm2,11.5 分光光度法的灵敏度和准确度,2 分光光度法误差与准确度 光度分析法的误差来源：仪器的精度,测量方法,溶液的性质等。为了使测定结果具有较高的灵敏度和准确度，除了要注意选择和控制适当的显色反应条件外,还必须注意测量条件的选择。,测量波长的选择“吸收最大，干扰最小”吸光度范围的选择0.20.8参比溶液的选择,偏离朗伯比尔定律,对吸收定律偏离,主要原因,入射光的非单色性,吸光质点的相互作用,吸光度测量的误差,c,对吸收光谱而言，b 和 c 固定
15、，,反映了 随波长变化的情况，单一波长，固定；不同波长，不同。因此，非单色光将导致对吸光定律的偏离。,在实际工作中，入射光通常具有某一波段复合光。为了避免非单色光带来的影响，一般选用峰值波长进行测定。,1 对应的 1较小,2 对应的 2较大,非单色光引起的对吸光定律的偏离,入射光波长的选择最大吸收原则：选max的光作入射光。此时，灵敏度较高，测定时偏离朗伯-比耳定律的程度减小，其准确度也较好。“MR的吸收最大、对MR测定的干扰最小”的原则：当有干扰物质存在时，应据此来选择入射光的波长。,例 丁二酮肟比色法测钢中的镍，丁二酮肟镍max470nm，试样中的铁用酒石酸钠钾掩蔽后，在470nm也有吸收
16、，对测定有干扰。当测500nm后，干扰较小。因此，可在520nm处测定，否则，要分离铁后才能测定.,控制吸光度范围适宜的吸光度测量范围:(T:15-65%)或（）最佳的取值点:当T=36.8%或A=0.434 为使结果的测量误差较小，准确度较高，应控制A在 0.2-0.8(0.434)范围内。方法：a.选择不同厚度的吸收池。b.控制溶液浓度,如改变试样称量和改变溶液稀释度等。,ErT 关系曲线,吸光度测量的误差,吸光定律,根据误差传递公式，有,又,得,浓度测量的相对偏差,令,A=0.434,仪器测量误差最小,吸光度标尺刻度不均匀,某钢样含Ni的质量分数约为0.12%，用丁二酮肟光度法(=1.3
17、104 Lmol-1cm-1)进行测定。试样溶解后，转入100 mL容量瓶中，显色，并加水稀释至刻度。取部分试液于波长410 nm处用1.0 cm比色皿测量。如要求此时的测量误差最小，应称取试样多少克？(p337-3),解：希望仪器的相对误差最小，A=0.434,采用1 cm比色皿测定某一试液的吸光度A，如果试样的浓度为5.010-6 mol L-1时，测得A值为0.060，若改用2 cm比色皿时，应该将试样的浓度控制在什么范围时，才能使测量的误差较小。,解：希望测量的相对误差较小，A=0.20.8,参比溶液的选择在吸光度测量中,必须将溶液装入由透明材料制成的比色皿中.由于材料及溶剂对I0将产
18、生一定的反射、吸收、散射等，最终导致It减弱。参比溶液的作用：使光强度的减弱仅与溶液中待测物的浓 度有关。方 法：用光学性质及厚度相同的比色皿盛纯试剂作参比，调节仪器，使透过比色皿的A=0或T=100%。参比液选用原则：,参比液选用原则：,1.单组分含量测定标准曲线法,11.6 分光光度法的应用,a.配制一系列浓度不同的标准溶液，在最佳条件下测其吸光度A。b.作A-c图，得标准曲线(或称工作曲线)，c.用相同的方法测定被测液的吸光度Ax，从标准曲线上找出对应的被测液浓度cx。,标准对照法,11.6 分光光度法的应用,标准对照法只需一份标准溶液即可计算出试液的浓度，简单方便。,将试液和某个浓度标
19、准溶液在相同条件进行显色、定容，分别测定它们的吸光度，按下式计算被测液的浓度：,吸收系数法将试液进行显色、定容后测定它的吸光度，按下式计算被测溶液的浓度：通过文献查得被测物的吸光系数，此法在有机化合物的紫外分析中应用较广，尤其适用于无标准品可供比较测定的情况。,示差法,特点：适用于被测组分含量高的溶液，以标准溶液作空白(浓度比样品浓度稍小一些，cscx)原理：A相对=A=bcx-bcs=b c,示差光度法需要发射强度较大的光源，才能将高浓度参比液的吸光度调至零,计算：,示差法提高准确度的实质,常规法,Tx,落在测量误差较 大 的范围,Tr,Ts,Ts,落在测量误差较 小 的范围,2.多组分含量
20、测定 吸收光谱互不重叠,单向重叠,双向重叠,11.6 分光光度法的应用,a.分别在1和2处测溶液的吸光度，得X，Y两组分的含量。,b.,c.,b,c,a,3.配合物组成的测定摩尔比法(饱和法)M+n R MRn,11.6 分光光度法的应用,固定金属离子M浓度,改变配位剂R浓度，测吸光度，作A-cR/cM图,外推法得一交点,从交点向横坐标作垂线,对应的cR/cM比值即是配位比n。该法简单,快速,对离解度小、配位比高的配合物,结果满意。,摩尔连续变化法 M+n R MRn,11.6 分光光度法的应用,cM+cR=常数,cM/c 从 0 1测得-c曲线,当A达到最大时,即配合物浓度最大B,外推至B,当溶液中络合物MRn浓度最大时,cR/cM的比值为n。如f=0.5 表示M与R按1:1络合，即n=1。,cM/c,cM/c为0.33，即cM/cR=0.33/0.67，表明配合物组成比为MR=12。,
