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1、煤化学大纲 2 2 一、光的基本性质一、光的基本性质光属于电磁波中的一个波段，一般用频率光属于电磁波中的一个波段，一般用频率或波长来描述不同的光。或波长来描述不同的光。人眼能感觉到的那小波段光称人眼能感觉到的那小波段光称可见光可见光。人。人眼看不见的光还有紫外、红外、眼看不见的光还有紫外、红外、x射线等。射线等。11.1 概述概述 3 3 射射线线x射射线线紫紫外外光光红红外外光光微微波波无无线线电电波波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 见见 光光(400750nm)按波长顺序排列，得到电磁波谱按波长顺序排列，得到电
2、磁波谱。射线射线 x 射线射线紫外光紫外光可见光可见光红外光红外光微波微波无线电波无线电波能量与波长能量与波长的关系：的关系：E=h=h c 二二.物质的颜色和对光的选择性吸收物质的颜色和对光的选择性吸收若两种不同颜色的单色光按一若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。色光，这种现象称为光的互补。复合光复合光由不同波长的光组合而成的光由不同波长的光组合而成的光单一波长的光单一波长的光单色光单色光单色光、复合光、光的互补单色光、复合光、光的互补光的互补光的互补 4 4紫紫红红绿绿
3、绿绿蓝蓝橙橙蓝蓝黄黄紫紫黄黄绿绿红红蓝蓝绿绿 5 5物质对光的选择吸收物质对光的选择吸收:物质的电子结构不同，物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择性吸收。对光的选择性吸收。例：例：A 物质物质B 物质物质同理，得同理，得：1 ev=1.6 10-19 J 6 6光的选择性吸收光的选择性吸收物质显色的本质物质显色的本质完全吸收完全吸收完全透过完全透过吸收黄色光吸收黄色光光谱示意光谱示意表观现象示意表观现象示意 7 7一束白光通过某溶液，若一束白光通过某溶液，若全部透过全部透过（无吸（无吸收），溶液收），溶液无色无色。若吸收了某
4、一波段的光，。若吸收了某一波段的光，则则显示透过光的颜色显示透过光的颜色（吸收光的互补色）。（吸收光的互补色）。CuSO4吸收吸收黄光黄光呈呈蓝色蓝色；KMnO4吸收吸收绿光绿光呈呈紫红色紫红色。8 8物质所显示出来的颜色是由于该物质选择性地物质所显示出来的颜色是由于该物质选择性地吸收了该颜色的互补色吸收了该颜色的互补色。*测量某物质对测量某物质对不同不同波长单色光的吸收程度，以波长单色光的吸收程度，以波长波长()为横坐标为横坐标，吸光度吸光度(A)为纵坐标为纵坐标，绘制，绘制吸光度随波长的变化可得一曲线，此曲线即为吸光度随波长的变化可得一曲线，此曲线即为吸收曲线。吸收曲线。三、吸收曲线三、吸
5、收曲线A 9 9图为不同浓度的图为不同浓度的KMnO4吸收曲线吸收曲线由图可得出以下结论由图可得出以下结论1.1.溶液对不同波长的色光或多或少存在一定的溶液对不同波长的色光或多或少存在一定的吸收；吸收；2.2.溶液对某一波长的色光具有最大吸收，该溶液对某一波长的色光具有最大吸收，该波长称为最大吸收波长（波长称为最大吸收波长（maximum absorption wavelength max）;绘制吸收曲线的目的：寻找该物质的绘制吸收曲线的目的：寻找该物质的 maxmax。3.3.同物质同物质不同浓度不同浓度的溶液其光吸收曲线的溶液其光吸收曲线形状形状相相同，在同一波长处，浓度越大，吸光度越大。
6、同，在同一波长处，浓度越大，吸光度越大。1010Cr2O72-、MnO4-的的吸收光谱吸收光谱300400500600700/nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350 1111苯苯和和甲苯甲苯在环己烷中的吸收光谱在环己烷中的吸收光谱苯苯(254nm)甲苯甲苯(262nm)A 230 250 270 1212不同物质吸收光谱的形状以及不同物质吸收光谱的形状以及 max 不同不同定性分析的基础定性分析的基础同一物质，浓度不同时，吸收光谱的形同一物质，浓度不同时，吸收光谱的形状相同，状相同，Amax 不同不同定量分析的基础定量分析的基础
7、用用途途进行定性分析进行定性分析进行定量分析进行定量分析选择吸收波长选择吸收波长 1313 11.2 光吸收定律光吸收定律透光率透光率(透射比透射比)透光率定义：透光率定义：T 取值为取值为0.0%100.0%全部吸收全部吸收T=0.0%全部透射全部透射T=100.0%入射光入射光 I0透射光透射光 It吸光度定义：吸光度定义：1414 一、朗伯一、朗伯-比耳定律比耳定律1760年年朗伯朗伯提出：提出：c 一定，一束一定，一束平行平行的的单色单色光光通过一通过一均匀溶液均匀溶液后，溶液对光的吸收程后，溶液对光的吸收程度度A与液层的厚度与液层的厚度b成正比。成正比。A=k b 1852年比耳提出
8、：年比耳提出：b一定，一定，A和吸光物质的和吸光物质的浓度浓度c成正比。成正比。A=k c 1515合并上述两个定律为合并上述两个定律为朗伯朗伯-比尔定律：比尔定律：一束一束平行平行的的单色光单色光 垂直照射某垂直照射某一一均匀溶液均匀溶液时，时，溶液的吸光度溶液的吸光度A与溶液的浓度和液层的厚度成与溶液的浓度和液层的厚度成正比。正比。b：吸光液层的厚度，光程，：吸光液层的厚度，光程，cmc：吸光物质的浓度，：吸光物质的浓度，g/L,mol/L 1616K：比例常数：比例常数取值与浓度的单位有关取值与浓度的单位有关c：mol/LK 摩尔吸光系数摩尔吸光系数 L mol 1 cm-1 1717
9、1818的含义的含义 表示吸光物质浓度为表示吸光物质浓度为1mol/L,液层厚度液层厚度 为为1cm时溶液的吸光度。时溶液的吸光度。值越大，溶液的吸光能力越强，值越大，溶液的吸光能力越强，显色反应的灵敏度越高。显色反应的灵敏度越高。值是选择显色反应的重要依据。值是选择显色反应的重要依据。影响影响 值大小的主要因素：值大小的主要因素：a)物质的种类物质的种类不同物质其不同物质其 值不同。定性依据。值不同。定性依据。b)入射光的波长入射光的波长同一物质在不同波长下测定，同一物质在不同波长下测定，c)其其 值不同。值不同。c)温度和其它条件温度和其它条件酸度、时间、共存离子干酸度、时间、共存离子干d
10、)扰等。扰等。1919吸光度吸光度A、透射比、透射比T与浓度与浓度c 的关系的关系AT(%)cA=kbc1.00.80.60.40.2100 80 60 40 20 2020朗伯朗伯-比尔定律的适用条件比尔定律的适用条件单色光单色光 应选用应选用 max处或肩峰处测定处或肩峰处测定.稀溶液稀溶液 浓度增大，分子之间作用增强浓度增大，分子之间作用增强.吸光质点形式不变吸光质点形式不变 离解、络合、缔合会破坏线性关系离解、络合、缔合会破坏线性关系,应控制条件应控制条件(酸度、浓度、介质等酸度、浓度、介质等).2121实际分析中，经常出实际分析中，经常出现工作曲线现工作曲线不呈直线不呈直线的情况，这
11、种情况称的情况，这种情况称为偏离了朗伯为偏离了朗伯-比尔定比尔定律。若在曲线弯曲部律。若在曲线弯曲部分进行定量，将会引分进行定量，将会引起较大的误差。起较大的误差。AC正偏离正偏离负偏离负偏离标准曲线标准曲线 二、对朗伯二、对朗伯-比耳定律的偏离比耳定律的偏离 2222a 非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离*朗伯朗伯-比尔定律只适用于单色光比尔定律只适用于单色光。但由于单色器色散能力的限制和出口狭缝需要但由于单色器色散能力的限制和出口狭缝需要保持一定的宽度，所以目前各种分光光度计得保持一定的宽度，所以目前各种分光光度计得到的到的入射光实际上都是具有某一波段的复合光入射光实际上都是具有某一波段
12、的复合光。由于物质对不同波长光的吸收程度的不同，因由于物质对不同波长光的吸收程度的不同，因而导致对朗伯比尔定律的偏离而导致对朗伯比尔定律的偏离。偏离原因偏离原因 2323*克服非单色光引起的偏离的措施克服非单色光引起的偏离的措施使用使用比较好的单色器比较好的单色器，从而获得纯度较高的，从而获得纯度较高的 “单色光单色光”。入射光波长选择入射光波长选择 maxmax，保证测定有较高的灵敏，保证测定有较高的灵敏度，此处的吸收曲线较为平坦，在此最大吸收度，此处的吸收曲线较为平坦，在此最大吸收波长附近各波长的光的波长附近各波长的光的值大体相等，由于非单值大体相等，由于非单色光引起的偏离要比在其他波长处
13、小得多。色光引起的偏离要比在其他波长处小得多。测定时应选择测定时应选择适当的浓度范围适当的浓度范围，使吸光度读，使吸光度读数在标准曲线的线性范围内。数在标准曲线的线性范围内。2424b b 溶液本身化学和物理因素引起的偏离溶液本身化学和物理因素引起的偏离 介质不匀引起的偏离介质不匀引起的偏离 朗伯朗伯比耳定律除了要求入射光为单色光外，比耳定律除了要求入射光为单色光外，还还假设吸收粒子是独立的，彼此之间无相互作假设吸收粒子是独立的，彼此之间无相互作用用。如果被测试样是胶体、乳浊液、悬浮液时，。如果被测试样是胶体、乳浊液、悬浮液时，入射光透过时，除吸收外，还有一部分因散射入射光透过时，除吸收外，还
14、有一部分因散射而损失，故透过率而损失，故透过率T T较小，一般认为，较小，一般认为，比耳定比耳定律仅适用于稀溶液，律仅适用于稀溶液，c0.01mol.Lc0.01mol.L-1-1。2525由于溶液本身化学反应引起的偏离由于溶液本身化学反应引起的偏离溶液因解离、络合、缔合等反应，改变了吸光溶液因解离、络合、缔合等反应，改变了吸光物质的浓度，因而引起偏离。物质的浓度，因而引起偏离。如如K2Cr2O7在水溶液中有下列平衡：在水溶液中有下列平衡：橙色橙色黄色黄色如果溶液被稀释或增大溶液的如果溶液被稀释或增大溶液的pH，Cr2O72就就转变成转变成CrO42 ，吸光质点发生变化，从而引起，吸光质点发生
15、变化，从而引起偏离比耳定律。偏离比耳定律。Cr2O72 H2O 2HCr2O7 2H+2CrO42 2626一、目视比色法一、目视比色法 用眼睛辨别颜色深浅以确定物质颜色的方法。用眼睛辨别颜色深浅以确定物质颜色的方法。11.3 光度分析方法和仪器光度分析方法和仪器 2727标准系列标准系列标准系列标准系列未知样品未知样品未知样品未知样品观察方向观察方向方便、灵敏，准确度差方便、灵敏，准确度差.常用于限界分析常用于限界分析.二、吸光光度法二、吸光光度法 借助分光光度计借助分光光度计测定一系列测定一系列标准标准溶液溶液的的A，绘制，绘制A-C曲线，测得曲线，测得未知未知液液的的Ax，从标准，从标准
16、曲线上查得未知曲线上查得未知液的浓度液的浓度Cx。2828 0 1.0 2.0 3.0 4.0 c(mg/mL)A。*0.800.600.400.200.00Axcx 目视比色法与吸光光度法在原理上的区别：目视比色法与吸光光度法在原理上的区别：吸光光度法吸光光度法测定溶液对测定溶液对光的吸收光的吸收情况；情况；目目视比色法视比色法比较比较透过光透过光的强度。如：分光光的强度。如：分光光度计测定高锰酸钾对黄光的吸收情况。度计测定高锰酸钾对黄光的吸收情况。2929 3030*分光光度计：分光光度计：主要部件：光源、单色器、吸收池、检测器、主要部件：光源、单色器、吸收池、检测器、读数指示器读数指示器
17、0.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示显示分光光度计的主要部件分光光度计的主要部件*a光源光源（light source）：作用：产生一定强度的光辐射。作用：产生一定强度的光辐射。可见光区：可见光区：钨灯钨灯、碘钨灯碘钨灯(3202500nm)紫外区：紫外区：氢灯，氘灯氢灯，氘灯(180375nm)氙灯氙灯：紫外、可见光区紫外、可见光区均可用作光源均可用作光源要求：产生的光辐射强度要恒定。要求：产生的光辐射强度要恒定。3131氙灯氙灯氢灯氢灯钨灯钨灯 3232棱镜：棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同依据不同波长光通过棱镜时折射率不同.玻璃玻璃3503200nm,石英石
18、英1854000 nm入射狭缝入射狭缝准直透镜准直透镜棱镜棱镜聚焦透镜聚焦透镜出射狭缝出射狭缝白光白光红红紫紫1 12 2800 600 500400*b 单色器单色器 monochromator作用：将复合光分解为单色光。作用：将复合光分解为单色光。部件：棱镜（部件：棱镜（prism）或光栅（）或光栅（grating）。3333光栅：光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间等宽度等间距距条痕条痕(600、1200、2400条条/mm)。利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。波长范围宽波长范围宽,色散均匀色散均匀
19、,分辨性能好分辨性能好,使用方便使用方便.光栅衍射示意图光栅衍射示意图M1M2出出射射狭狭缝缝光屏光屏透透镜镜平面透平面透射光栅射光栅 3434 c.比比色色皿皿(coloritrough)也也称称吸吸收收池池。用用于于盛放试液的容器。盛放试液的容器。它它是是由由无无色色透透明明、耐耐腐腐蚀蚀、化化学学性性质质相相同同、厚厚度度相相等等的的玻玻璃璃制制成成的的，按按其其厚厚度度分分为为0.5 cm，l cm，2 cm，3 cm和和5 cm。在在可见光区可见光区测量吸光度时使用测量吸光度时使用玻璃吸收池玻璃吸收池，紫紫外外区区则则使使用用石石英英吸吸收收池池。使使用用比比色色皿皿时时应应注意保持
20、清洁、透明，避免磨损透光面。注意保持清洁、透明，避免磨损透光面。3535 d.d.检测器检测器 detector 接受从比色皿发出的透射光并转换成电信接受从比色皿发出的透射光并转换成电信号进行测量。号进行测量。e.e.显示装置显示装置 把放大的信号以吸光度把放大的信号以吸光度A或透射比或透射比T的光的光度分析法的设计方式显示或记录下来。度分析法的设计方式显示或记录下来。分光光度计常用的显示装置是数字显示分光光度计常用的显示装置是数字显示记录仪。记录仪。3636此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢