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第七章吸光光度法,知识回顾,前面所学滴定分析和质量分析都属于化学分析法，适用于含量高于1常量组分的测定，测定结果的相对误差可控制在0.2以内。但不宜测定含量低于1的微量成分。,分析实例含Fe约0.05的样品,称0.2g试样,则mFe≈0.1mg,重量法mFe2O3≈0.14mg,称不准,容量法VK2Cr2O7≈0.02mL,测不准,光度法结果0.048～0.052,满足要求,KMnO4水溶液呈深紫色，K2CrO4溶液呈黄色，CuSO4溶液呈蓝色当这些有色物质溶液的浓度发生变化时，溶液颜色的深浅也随之改变，浓度越大，颜色越深----可以通过比较溶液颜色的深浅来测定物质的含量。,7-1吸光光度法概述,这种基于比较溶液颜色的深浅进行定量分析的方法，称为目视比色法。,随着近代测试仪器的发展，目前已普遍采用分光光度计进行比色分析，应用分光光度计的分析方法称为分光光度法。,通过深入研究，人们发现,吸光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。,一、吸光光度法定义,物质呈现不同的颜色其本质是对光的选择性吸收；颜色深浅随浓度而变化是对光的吸收程度不同。,1.灵敏度高常用于测定试样中质量分数为（10-2～10-8）的微量或痕量组分。,二、吸光光度法特点,2.准确度高一般分光光度法的相对误差2～5％，能够满足微量组分的测定要求。,3.仪器简单，操作简便、快速,4.应用广泛,在化工、医药、冶金、环境保护、地质等诸多领域已成为必不可少的测试手段之一。,几乎所有的无机离子和许多有机化合物都能直接或间接用吸光光度法测定。,7-2吸光光度法的基本原理,一、物质对光的选择性吸收,二、光吸收基本定律Lambert-Beer定律,三、朗伯-比尔定律的分析应用溶液浓度的测定方法,四、偏离朗伯比耳定律的原因,内容提要,1.光的基本性质,光是一种电磁波,一、物质对光的选择性吸收,电磁波谱,,2.关于光的几个术语,可见光人眼能感觉到的那一小段光，波长范围约400～760nm,单色光单一波长的光组成，单色光其实是一种理想的“单色”，实际上含有少量其它波长的色光,复合光由不同波长的光组合而成的光,互补色光两种适当颜色的单色光按一定强度比例混合可得到白光，这两种单色光称为互补色光。,图中处于对角线上的两种单色光为互补色光。例如蓝色光和黄色光、绿色光和紫红色光互补等,3.光的选择性吸收和溶液的颜色,一种物质呈现何种颜色，与入射光组成和物质本身的结构有关,而溶液呈现不同的颜色是由于溶液中的吸光质点离子或分子选择性地吸收某种颜色的光而引起的。,常见的有下列三种情况,③如果对某种色光产生选择性吸收，则溶液呈现透射光的颜色，即溶液呈现的是它吸收光的互补色光的颜色。如硫酸铜溶液选择性地吸收了白色光中的黄色光，所以呈现蓝色。,①当白光通过某一均匀溶液时，如果各种波长光几乎全部被吸收，则溶液呈黑色。,②如果入射光全部透过（不吸收），则溶液无色透明。,溶液的颜色与光吸收的关系,,,,,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,物质呈现颜色与吸收光波长的关系见下表。,不同颜色的可见光波长及其互补光,互补色光和各种颜色光的波长范围，可作为光度测定时选择测量波长的参考,4.吸收曲线,任何一种溶液对不同波长光的吸收程度是不一样的。,若以不同波长的光照射某一溶液，并测量每一波长下溶液对光的吸收程度（即吸光度A），以吸光度为纵坐标，相应波长为横坐标，所得A-λ曲线，称为吸收曲线。它更清楚地描述了物质对光的吸收情况。,四种不同浓度KMnO4溶液的吸收曲线,Cr2O72-、MnO4-的吸收曲线,③同一物质不同浓度的溶液，在一定波长处吸光度随溶液浓度的增加而增大定量分析的依据,②同一物质的吸收曲线相似，max不变；不同物质吸收曲线的形状和max均不相同，据此可作为物质定性分析的依据,定量分析时，在max处测定A，其灵敏度最高，因此吸收曲线是吸光光度法选择测量波长的重要依据。,,从图中可以看出,①吸光度最大处的波长称为最大吸收波长，用λmax表示，例如的KMnO4溶液的λmax525nm。,注意,二、光吸收基本定律Lambert-Beer定律,当一束平行单色光，通过一均匀的溶液后，光的强度会减弱。,I0IaIt,,1.透光度T（透射比）Transmittance,定义透光度,T取值为0.01.0,全部吸收全部透射,Alg1/T-lgT,2.吸光度AAbsorbance）,A取值为0.0∞,全部透射全部吸收,二者关系为,定义吸光度,3.光吸收基本定律朗伯-比尔定律,朗伯和比尔分别研究了吸光度与液层厚度和吸光度与浓度之间的定量关系，合称朗伯-比尔定律，其数学表达式为,AlgI0/Itkbc,物理意义当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质时，其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比吸光光度法定量分析的理论基础,K的取值与浓度的单位有关,4.吸光系数与摩尔吸光系数,Akbc,①当c的单位为gL-1时，比例常数用a表示，称为吸光系数A＝abρ,②当c的单位用molL-1时，比例常数用表示,称为摩尔吸光系数A＝bc,a的单位Lg-1cm-1,的单位Lmol-1cm-1,A＝bc或A＝abρ,以A为纵坐标，浓度cρ为横坐标，绘制的A-cρ曲线称为工作曲线。,三、朗伯-比尔定律的分析应用溶液浓度的测定方法,工作曲线法,测定试样中某组分含量时，先配制一系列该组分的标准溶液，按所需条件显色后，在选定的波长和吸收池厚度下，分别测定它们的吸光度A。,在相同条件下测定样品溶液的吸光度，从工作曲线上查得样品溶液的浓度，进而计算试样中待测组分的含量。,,,,,01.02.03.04.0ρmg/mL,A,。。。。,*,,0.800.600.400.200.00,Ax,cx,样品的测定,四、偏离朗伯比耳定律的原因,用标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现当溶液浓度较高时标准曲线常发生弯曲，这种现象称为对朗伯比耳定律的偏离。,引起这种偏离的因素（1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；（2）化学性因素。,1.物理性因素,吸收定律成立的前提条件之一是入射光为单色光，但实际上难以获得真正的纯单色光。,在实际工作中，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。,分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带，而复合光可导致对朗伯比耳定律的正或负偏离。,选用峰值波长，也可以得到较高的灵敏度。,2.化学性因素,溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时，使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。当溶液浓度c10-2mol/L时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。,故朗伯比耳定律只适用于稀溶液,例铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡2CrO42-＋2H＋Cr2O72-＋H2O溶液中CrO42-、Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液pH对测定有重要影响。,7-3显色反应及显色条件的选择,可见光区的吸光光度分析，首先要利用显色反应将待测组分转变为有色物质，然后进行测定。,显色剂将待测组分转变为有色物质的化学试剂,显色反应,1.灵敏度高，ε大。2.选择性好，干扰少。3.显色后的物质组成恒定，化学性质稳定。4.有色物质与显色剂颜色差别大。显色剂在测定波长处无明显吸收,Δmax60nm;,一、对显色反应的要求,影响因素,二、显色条件的选择,显色剂用量酸度温度显色时间溶剂溶液中共存离子,1.显色剂用量,为使显色反应完全，需加入过量的显色剂，但有时显色剂太多，引起副反应，用量通过实验选择。固定cM、pH，改变c（R）,cR,cR,cR,MoSCN32浅红MoSCN5橙红MoSCN6-浅红,FeSCNn3-n,2.显色反应酸度,pH,酸度对显色反应有影响，要控制合适的酸度，通过实验确定。固定cM、cR，改变pH,3.显色温度及显色时间,显色反应要在合适的温度下进行；有的显色反应瞬间完成，有的需要放置一定时间。有的放置时间太长不稳定，通过实验选择。固定cM、cR、pH，改变温度和时间,有时在显色反应中加入有机溶剂，可提高显色反应的灵敏度。,4.溶剂,5.溶液中共存离子的影响,共存离子有色或显色剂反应生成有色物质干扰测定，需设法消除或提前分离之。,二、参比溶液的选择,吸光度的测量将被测溶液盛放在吸收池中，放入分光光度计光路中。如图所示,,MR吸收试样中其他成分吸收溶剂和试剂吸收吸收池对光的反射和吸收,AlgI0/It,目的是为了消除由于比色皿、溶剂及试剂对入射光的反射和吸收等带来的误差。,A（样品）A（MR）A（干扰）A（吸收池）,A（参比）A（干扰）A（池）0,为了使吸光度真正反映待测组分的浓度，需扣除非待测组分的影响使用参比溶液,参比溶液将不含待测离子的溶液或试剂加入一比色皿中，试液放入另一比色皿中，再调节仪器，使不含待测离子溶液处于T100（A0）处，此种溶液为参比溶液。,A（样品）-A（参比）A（MR）kbc,1.当试液、显色剂及所用的其它试剂在测量波长处均无吸收，仅MR有吸收，可用纯溶剂作参比溶液。如制备邻二氮菲（phen）Fe2标准曲线,选择参比溶液的原则试液的吸光度真正反映待测组分的浓度。,2.显色剂或其他试剂也有吸收，可用空白溶液作参比例邻二氮菲光度法测Li2CO3中的Fe，参比溶液为不含Li2CO3样品的所有试剂。,3.待测液也有吸收，可用被测液作参比。如测汽水中的Fe,三、吸光度范围的选择,仪器光源不稳定、实验条件的偶然变动、读数精度变动等都会带来测量误差。,浓度测量的相对误差与T或A的关系,仪器读数误差,对于给定的仪器，读数误差ΔT为一常数,实际工作中，应控制T在15～65％,A在0.2～0.8之间调c,b,,因此，在不同的吸光度范围内仪器读数对测定带来不同程度的误差，计算结果见书p127。,7-5目视比色与分光光度计,一、光度分析的几种方法,用眼睛观察比较标准液和待测液的颜色测其含量。,,,,比色管,1.目视比色法,方法方便、灵敏，准确度差。常用于限界分析。,2.吸光光度法和分光光度计,分光光度法的基本部件,通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光波长可调,故选择性好,准确度高,单波长单光束分光光度计,0.575,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,,,721分光光度计（以后替换成本系722型）,（1）分光光度计的主要部件,光源发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。可见光区钨灯，碘钨灯320～2500nm紫外区氢灯，氘灯180～375nm单色器将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置棱镜玻璃350～3200nm,石英185～400nm光栅波长范围宽,色散均匀,分辨率高,使用方便,吸收池比色皿用于盛待测及参比溶液。可见光区光学玻璃池紫外区石英池检测器利用光电效应，将光能转换成电流信号。光电池，光电管，光电倍增管指示器低档仪器刻度显示中高档仪器数字显示，自动扫描记录,棱镜依据不同波长光通过棱镜时折射率不同,单色器,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。,原理利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光.,吸收池,光电管Phototube,h,（片）,红敏管625-1000nm蓝敏管200-625nm,数据处理,（2）分光光度计的类型,一、溶液浓度的测定,工作曲线法标准曲线,7-6光度分析应用,试样经溶解，分离干扰物质后，在试液中加入盐酸羟胺将铁全部还原为二价的铁，加入邻二氮菲显色剂，并加入HAc-NaAc缓冲溶液，pH约4.0-5.0，显色3～5min后，以试剂空白为参比溶液，于510nm处测定A值，在工作曲线上查得含量，即得到测定结果。,邻二氮菲法测定微量铁,2.钢铁中锰的分析锰是钢铁中的有益元素，以金属固溶体MnS形式存在。试液用硝酸溶解，用磷酸与三价铁配合成无色的FeHPO42-，在催化剂硝酸银作用下，以NH4S2O8为氧化剂，加热煮沸使Mn2氧化为MnO4-，于530nm下测定A，在工作曲线上查得含量。计算Mn的含量。,二、分析结果的计算例用磺基水杨酸测定某矿样中铁含量，标准曲线数据如下,称取矿样0.3866g，分解后移入100mL容量瓶，吸取5.0mL试液置于50mL容量瓶中，在与工作曲线相同的条件下显色，测得溶液的吸光度A0.250，求矿样中铁的质量分数。,解由曲线中查得吸光度为0.250时含铁量为5.0ug/mL，Fe[510-650100/5/0.3866]100％＝0.026％,
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