第二章.可見吸收光譜分析

1、1,第二章 可見吸收光譜分析(Visible Spectrophotometry ),§2-1 概述§2-2 光吸收的基本定律§2-3 比色和分光光度法及其儀器 §2-4 顯色反應及其影響因素 §2-5 光度測量誤差和測量條件的選擇 §2-6 常用幾種定量分析方法§2-7 光度法測定配合物的組成及弱酸的離解常數(shù),2,第二章 可見吸收光譜分

2、析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述,1.光分析化學法簡介光分析化學法是根據(jù)物質發(fā)射的輻射能或輻射能與物質相互作用而建立起來的分析方法。(1) 電磁輻射和電磁波譜 電磁輻射: 是一種以巨大速度通過空間傳播的光量子流，具有波粒二相性。電磁波譜(electromagnetic spectrum): 電磁輻射按波長順序排列,稱為電磁波譜.,表2-1 電磁波譜 (ele

3、ctromagnetic spectrum) 范圍,1埃==10-10米 1 nm==10-9m 1μm==10-6m,4,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述 返,(2) 輻射能的特性吸收 AB：發(fā)射CD ：(3)分類,5,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible

4、Spectrophotometry )§2-1 概述,2. 可見吸收光譜法的定義 根據(jù)溶液中物質的分子或離子對可見光譜區(qū)輻射能的吸收以研究物質組成和結構的方法。3. 可見吸收光譜法分類 比色法、分光光度法 4. 物質對光的選擇性吸收,6,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述,(1) 物質呈現(xiàn)的顏色 ---(CuSO4

5、溶液為何是藍色的?) 可見光(400-750nm)：人眼能感覺到的光稱-. 各種顏色光波長范圍是不同的： --黃光：580-600nm； 藍光：450-480nm； 互補色光：如某兩種顏色的光按照一定比例混合，成為了白光，那這兩種光稱--。對應的兩種顏色稱互為補色.,7,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述,白光是一種混合光，它由紅、橙、黃

6、、綠、青、藍、紫等各色光按一定比例混合而成。 當一束白光照射溶液時,一些波長的光被吸收,另一些則透過. 透射光刺激人眼而感到顏色的存在. 溶液的顏色由透射光波長決定. 例: CuSO4溶液為何是藍色的? 答:因為CuSO4溶液吸收白光中的黃光,而呈現(xiàn)藍色.,表2-1 物質顏色和吸收光顏色之間的關系,,9,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1

7、 概述,(2)物質對光的選擇性吸收(CuSO4溶液為何只吸收黃色光?) 當一束光照射到某物質或其溶液時，組成該物質的分子、原子或離子與光子發(fā)生“碰撞”，光子的能量就轉移到分子、原子上，使這些粒子由最低能態(tài)（基態(tài)）躍遷到較高能態(tài)（激發(fā)態(tài)）： M + hυ → M* 這個作用叫物質對光的吸收。 分子、原子或離子具有不連續(xù)的量子化能級，僅當照射光光子的能量（hυ）與被照射物質粒子的基態(tài)和激發(fā)態(tài)能量之差相

8、當時才能發(fā)生吸收。不同的物質微粒由于結構不同而具有不同的量子化能級，其能量差也不相同。所以物質對光的吸收具有選擇性。,10,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述 返,（3）吸收曲線（吸收光譜）吸光度(A)--波長(λ)曲線稱--。 光吸收程度最大處的波長叫最大吸收波長，用λmax表示。高

9、錳酸鉀的λmax=525nm。 濃度不同時，光吸收曲線形狀不同，最大吸收波長不變，只是相應的吸光度大小不同。,11,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述 返,5. 可見吸收光譜法的特點 （1.）靈敏度高 常用于測定試樣中1%-10-3 %的微量組分，甚至可測定低至10-4 %-10-

10、5 %的痕量組分。（2.）準確度較高 相對誤差為2%-10%。如采用精密分光光度計測量，相對誤差可減少至1%-2%。（3.）應用廣泛 幾乎所有的無機離子和許多有機化合物都可直接或間接地用此法測定。 （4.）操作簡便快速，儀器設備也不復雜,12,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2-1 概述 返,

11、作業(yè)： 名詞解釋： 光吸收曲線; 最大吸收波長,13,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 2 光吸收的基本定律,A = lg(I0/I) = K b c 該公式的物理意義為：當一束平行單色光通過單一均勻的、非散射的吸光物質的理想溶液時，溶液的吸光度與溶液的濃度和液層厚度的乘積成正比。該定律適用于溶液，也適用于其他均勻非散射的吸光物質（氣體、固體），是

12、各類 吸光光度法定量分析的依據(jù)。,透光度T與吸光度A的關系：T = I / I0 A = lg(I0/I) = lg(1/T) 問： T =100% 時， A = ？,返,14,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 2 光吸收的基本定律,（二）吸光系數(shù)與摩爾吸光系數(shù) 1. 吸光系數(shù)a Ａ＝Ｋb C c - g

13、3;L-1、 b - cm，Ｋ- L·g-1·cm-1 稱吸光系數(shù)a 例1：Fe2+濃度為5.0×10-4 g·L-1的溶液,與鄰二氮雜菲反應生成配合物.該配合物在波長508 nm ,比色皿厚度為2cm時,測得A=0.190 。計算鄰二氮雜菲亞鐵的a 。(鐵:55.85)  解：根據(jù)比耳定律 A = a b c a = A/ b c = 0.190/(2&

14、#215;5.0×10-4)=190 L·g-1·cm-1,15,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 2 光吸收的基本定律,2. 摩爾吸光系數(shù)ε Ａ＝Ｋb c c - mol·L-1， b - cm ， Ｋ- L·mol-1·cm-1 稱摩爾吸

15、光系數(shù)ε Ａ＝ ε b c,16,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 2 光吸收的基本定律 返,作業(yè)：1.朗白-比爾定律的物理意義是什么？什么是透光度？什么是吸光度？二者之間的關系是什么？,17,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotomet

16、ry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器 返,§2-3-1 目視比色法定義：用眼睛去比較溶液顏色深淺以測物質含量的方法。,18,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器,§2-3-2 分光光度法 1.定義：用分光

17、光度計來測一系列標液的A，繪制標準曲線，然后根據(jù)被測試液的Ax ，從標準曲線上求得物質的濃度或含量的方法。,19,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器,2.儀器組成 光源 → 單色器 → 吸收池 →檢測系統(tǒng)（要求，種類）A 光源 作用：提供所需波長范圍內的連續(xù)光源。 要求：足夠的強度、穩(wěn)定（I 0) A

18、 = lg(I0/I) 種類：W 320-800nm的連續(xù)光譜,20,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器,B 單色器 作用：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為最容易被樣液吸收的單色光 要求：足夠的分辨力 種類：棱鏡、光柵,21,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectr

19、ophotometry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器,“單色光”的純度，一般用光譜半寬度表示（圖2-5中CD）光譜半寬度愈小，透過的單色光就愈純。,22,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2 - 3 比色和分光光度法及其儀器,。,23,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )§2

20、- 3 比色和分光光度法及其儀器,C 吸收池 ---用于盛吸收試液（可見光—玻璃；紫外光-石英）D 檢測系統(tǒng) （檢測器、檢流計）檢測器作用：將透過吸收池的光It轉換成電流測量。 要求：對It有快、靈敏的響應，產生的光電流應與 照射于其上的光強度成正比。 種類：硒光電池、光電管檢流計作用：測量產生的光電流,24,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry )&

21、#167;2 - 3 比色和分光光度法及其儀器 返,作業(yè)：光度計儀器組成、部件作用、種類、要求,25,在自來水中，加鈣色素，生成鈣－鈣色素紅色配合物，在510nm處測定吸光度，由此求出自來水中鈣含量。將待測組分轉變成可能測量的有色化合物的反應稱顯色反應。與待測組分形成有色化合物的試劑稱顯色劑（如鈣色素）。,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible

22、Spectrophotometry ) §2-4 顯色反應及其影響因素,26,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-4 顯色反應及其影響因素 返,M+R MR 一、顯色劑種類的選擇 1.選擇性好，干擾少； 2.靈敏度足夠高。 3.有色化合物的組成恒定，符合一定的化學式。 4.有色化合物的化學性質

23、應足夠穩(wěn)定，如不易受空氣中氧和二氧化碳的影響等。 5.有色化合物與顯色劑之間的顏色差別要大 顏色差別用“反襯度（對比度）” 表示Δλ ，要求Δλ≥60nm,27,二 顯色條件的選擇顯色條件：指M+R==MR這一反應相關的條件。如,顯色劑濃度及用量;酸度;溫度; 顯色時間;緩沖溶液種類及用量; 用表面活性劑的加入等等.選擇的總原則： AMR盡可能大且較恒定下面，以顯色劑用量的選擇為例來講解,第二章 可見吸收光譜

24、分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-4 顯色反應及其影響因素 返,28,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-4 顯色反應及

25、其影響因素,（一）  顯色劑R的用量理論分析： 顯色反應一般可用下式表示：  M + R MR 被測組分 顯色劑 有色化合物 據(jù)平衡原理, R↑, MR↑,則AMR↑,靈敏度↑ 但R過量,有時會引起副反應.故, 顯色劑( R ) 用量最終應由實驗來定。,29,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry

26、) §2-4 顯色反應及其影響因素,實驗結果：,30,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-4 顯色反應及其影響因素 返,作業(yè)：1.在吸光光度分析中，影響顯色反應的因素有哪些？ 2.研究新的顯色劑時，必須作哪些實驗條件研究？,31,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrop

27、hotometry ) §2-5 測量誤差和測量條件的選擇 返,一、儀器測量誤差及適宜的讀數(shù)范圍1.不同精度的光度計誤差不同；2.同一儀器不同讀數(shù)范圍產生的誤差不同。,32,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-5 測量誤差和測量條件的選擇,當△T = 0.01時：適宜的吸光度范圍:(T:15-65

28、%)或（A : 0.2-0.8）最佳的取值點:當T=36.8%或A=0.434,33,例.某鋼樣含鎳約0.12%，用丁二酮肟光度法（ε=1.3×104L·mol-1 ·cm-1）進行測定。試樣溶解后，轉入100mL容量瓶中，顯色，再加入水稀釋至刻度。取部分試液于波長470nm處用1cm吸收池進行測量，如果希望此時的測量誤差最小，應稱取試樣多少？(鎳: 58.69),第二章 可見吸收光譜分析 (V

29、isible Spectrophotometry ) §2-5 測量誤差和測量條件的選擇,34,解： A= εb C C=A/ εb 將A=0.434 b=1 ε=1.3×104 L·mol-1 ·cm-1 代入上式 C=0.434/ 1.3×104 =3.34 ×10-5 mol

30、83; L-1 設應稱取試樣 Wg， 則:W × 0.12% =100 × 10-3 × 3.34 ×10-5 ×58.69 W=0.16g,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-5 測量誤差和測量條件的選擇,35,二、入射光波長的選擇 最大吸收原則： 選λmax的光作入射

31、光。此時，靈敏度較高，測定時偏離朗伯-比耳定律的程度減小，其準確度也較好。,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-5 測量誤差和測量條件的選擇,36,三 、選擇適當?shù)膮⒈热芤?#160;    A = lg(I0/I) = K b c 參比溶液的作用：使光強度的減弱僅與溶液中待測物的濃度有關。 方 法：用光學性

32、質及厚度相同的比色皿盛純試劑作參比，調節(jié)儀器，使透過參比皿的A=0或T=100%。,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-5 測量誤差和測量條件的選擇,37,選 用 原 則：,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-5 測量誤差和測量條件的選擇,返,38,第二章 可見吸收光譜分析

33、 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法 返,1.     標準曲線法（工作曲線法）第一步：繪制吸收曲線，找出測定波長第二步：配標準系列，測繪出標準曲線第三步：在相同條件下，配制樣品，測其A第四步：在標準曲線上查出樣品濃度。,39,2. 單標準比較法 是指僅配制一

34、個標準溶液，測出標液吸光度，后，在相同條件下，配制樣品溶液，測出其吸光度，兩者相比較，即可得出樣品濃度的一種分析方法。 設配制的標液和樣液濃度分別為Cs 、Cx，測出的吸光度分別為AS、AX ，依據(jù) A = a b c 則有,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法,40,AS = as bs Cs (1)

35、 AX = ax bx Cx (2)在同一條件下測同一種物質，則有 as = ax bs = bx比較（1） （2）得：AS / AX = Cs / Cx 所以，Cx = AX Cs / AS,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法 返,41,3.標準加入法

36、 是指在相同條件下，配樣液和樣加標液，測出其吸光度，兩者相比較，即可得出樣品濃度的一種分析方法。 設配制的樣液和樣加標液的濃度為Cx 、Cs+x ，測出吸光度對應為AX、AS+x，據(jù)A = a b c 有：,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法,42,AX = ax bx Cx (1)

37、 AS+x = as+x bs+x Cs+x (2)在相同條件下測同一種物質，則有 as+x = ax bs+x = bx 比較（1） （2）得：AX / AS+x = Cx / Cs+x (3)而 Cs+x = (VxCx+VsCs)/(Vx+Vs) (4) 將（4）代入（3）得：Cx =Vs AX C

38、s / （Vx+sAx+S - AX Vx）,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法,43,本法特點： 在樣品溶液中加入一個小體積(Vs)的標準溶液，對試液的組成無大的影響，這就能使配制的樣品溶液和樣品加標溶液的組成基本保持一致，能獲得較準確的分析結果。若試樣基體復雜，且對測定有明顯干擾，可用標準加入法測定?？蒲性囼灣Ｊ?/p>

39、用此法。,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-6 幾種常用定量分析方法 返,44,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-7 配合物組成及弱酸離解常數(shù) 測定 返

40、,§2-7-1 配合物組成的測定（一）飽和法 固定金屬離子M濃度，變 配合劑（R）濃度，測得　A－－[R]/ [M] 曲線。 外推法得一交點，從交點 向橫坐標作垂線，對應的[R]/ [M]比值即是配合比?！≡摲ê唵巍⒖焖?，對離解度小的配合物，可得滿意結果,45,（二）連續(xù)變化法 在保持溶液中cR+cM=c（定值）的前提下，測Ａ-Ｃ曲線。當溶液中配合物MRn濃度最大時，cR/cM的比值為n。f=

41、0.5 表示M與R按1:1相配合，即配合比為1:1。,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-7 配合物組成及弱酸離解常數(shù) 測定,46,§2-7-2 弱酸弱堿離解常數(shù)的測定 設有一元弱酸HA離解平衡： 只要知道在某一pH下[HA]與[A-]的比值，就可計算PKa。實際測離解常數(shù)公式：測出AHA，AA和pH就可算出K

42、a,HA H+ + A-,第二章 可見吸收光譜分析 (Visible Spectrophotometry ) §2-7 配合物組成及弱酸離解常數(shù) 測定 返,47,第二章 可見吸收光譜分析(Visible Spectrophotometry ),作 業(yè):  1. 取鋼樣1.00g，

43、溶解，將其中錳氧化成高錳酸鹽，準確配制成250mL，測得其A為1.00×10-3mol·L-1KMnO4溶液A的1.5倍。計算鋼樣中錳的百分含量。（錳的原子量為54.94）2.含鐵約0.2%的試樣，用鄰二氮菲光度法（ε=1.1×10 4）測定。試樣溶解后稀釋至100mL，用1.00cm比色皿，在508nm波長下測定A。（a）為使A測量引起的濃度相對誤差最小，應當稱取試樣多少克？,48,第二章 可見吸收光譜