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1、分析化学 分光光度法1第1页，本讲稿共71页10.1 物物质对光的光的选择性吸收和光吸收基本定律性吸收和光吸收基本定律 一、物一、物质对光的光的选择性吸收性吸收 1.光的基本性光的基本性质 光是一种光是一种电磁波磁波 光具有两象性光具有两象性2第2页，本讲稿共71页电磁波磁波谱范范围表表3第3页，本讲稿共71页2.物物质吸收光的特性吸收光的特性可可见光：光：400-750nm白光是一种白光是一种复合光。复合光。同一波同一波长的光称的光称为单色光色光。4第4页，本讲稿共71页物物质颜色和吸收色和吸收颜色的关系色的关系物物质的的颜色色是因物是因物质对不同波不同波长的光具有的光具有选择性吸收作性吸收
2、作用而用而产生，物生，物质的的颜色与吸收光的色与吸收光的颜色互色互为互互补色。色。互互补色光色光：可以合成白光的两种：可以合成白光的两种对应颜色的光称色的光称为互互补色光。色光。将它将它们按一定比例混合，可得到白光。按一定比例混合，可得到白光。5第5页，本讲稿共71页溶液的光吸收曲溶液的光吸收曲线最大吸收波最大吸收波长 maxKMnO4溶液的溶液的 max=525nm max /nm吸吸收收强强度度6第6页，本讲稿共71页物物质颜色和吸收色和吸收颜色的关系色的关系107第7页，本讲稿共71页 物质对光的吸收引起电子能级的跃迁，在电子能级跃物质对光的吸收引起电子能级的跃迁，在电子能级跃迁的同时，
3、不可避免地伴随分子振动和转动能级的变化。迁的同时，不可避免地伴随分子振动和转动能级的变化。8第8页，本讲稿共71页二、光吸收的基本定律二、光吸收的基本定律朗伯比耳定律朗伯比耳定律入射光入射光为平行平行单色光色光ItbdbI定义透射比或透光定义透射比或透光度为度为T9第9页，本讲稿共71页1.朗伯朗伯比耳定律比耳定律另：当溶液中存在多种吸光物质，且对同一波长的单色另：当溶液中存在多种吸光物质，且对同一波长的单色光均有吸收，溶液的总吸光度等于各吸光物质的吸光度光均有吸收，溶液的总吸光度等于各吸光物质的吸光度之和。之和。10第10页，本讲稿共71页2.吸光系数、摩吸光系数、摩尔吸光系数与桑德吸光系数
4、与桑德尔灵敏度灵敏度 吸光系数吸光系数 a A=Kbc A=abc c-g.L-1;b-cm;a 称称为吸光系数吸光系数 摩摩尔吸光系数吸光系数 A=b c c-mol.L-1;b-cm;称称为摩摩尔吸光系数吸光系数11第11页，本讲稿共71页桑德桑德尔灵敏度灵敏度 S 桑德桑德尔灵敏度灵敏度 S就是就是规定定仪器的器的检测极限极限为 A=0.001时，单位截面位截面积光程所能光程所能检测出来的吸光物出来的吸光物质的最低含量，以的最低含量，以 g.cm-2 表示。表示。S与与 的关系如下：的关系如下：12第12页，本讲稿共71页例例1.已知含已知含Cd 2+浓度度为140 g.L-1 的溶液，
5、用的溶液，用双硫双硫腙法法测定定镉，液，液层厚度厚度为2cm,在在 max=520nm处测定的吸光度定的吸光度为0.22，计算摩算摩尔吸光系数吸光系数 及桑德及桑德尔灵敏度灵敏度S。13第13页，本讲稿共71页14第14页，本讲稿共71页光源光源单色器单色器样品池样品池检测器检测器读出系统读出系统一、分光光度计一、分光光度计 10.2.分光光度分光光度计及吸收光及吸收光谱15第15页，本讲稿共71页721分光光度计分光光度计16第16页，本讲稿共71页17第17页，本讲稿共71页分光光度分光光度计的主要部件的主要部件 a光源光源（钨灯、灯、氢灯）通常用灯）通常用612 V钨丝灯作可灯作可 见光
6、区光区的光源，的光源，发出的出的连续光光谱在在360800nm范范围内。光源内。光源应该稳定，即要求定，即要求电源源电压保持保持稳定。定。为此，通常在此，通常在仪器器内同内同时配有配有电源源稳压器。器。b单色器色器 单色器的作用是将光源色器的作用是将光源发出的出的连续光光谱分解分解为单色光的装置。分色光的装置。分为棱棱镜和光和光栅。18第18页，本讲稿共71页棱镜：棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同分光依据不同波长光通过棱镜时折射率不同分光c.单色器单色器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 50040019第
7、19页，本讲稿共71页 棱棱镜是根据光的折射原理而将复合光色散是根据光的折射原理而将复合光色散为不同波不同波长的的单色光，然后再色光，然后再让所需波所需波长的光通的光通过一个很窄的狭一个很窄的狭缝照射到照射到吸收池上。它由玻璃或石英制成。玻璃棱吸收池上。它由玻璃或石英制成。玻璃棱镜用于可用于可见光范光范围，石英棱石英棱镜则在紫外和可在紫外和可见光范光范围均可使用。均可使用。20第20页，本讲稿共71页光栅：光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕痕(600、1200、2400条条/mm)。M1M2出出射射狭狭缝缝光屏光屏透透镜镜平面透平面
8、透射光栅射光栅光栅衍射示意图光栅衍射示意图原理原理：利用光通过光栅时利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分发生衍射和干涉现象而分光光.21第21页，本讲稿共71页 光光栅是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不同波不同波长的的单色光，然后再色光，然后再让所需波所需波长的光通的光通过狭狭缝照射到吸收照射到吸收池上。它的分辨率比棱池上。它的分辨率比棱镜大，可用的波大，可用的波长范范围也也较宽。22第22页，本讲稿共71页c比色皿比色皿 也称吸收池。也称吸收池。用于盛放用于盛放试液的容器。它是由无色透明、耐腐液的容器。它是由无色透明、耐腐蚀、化学性化学性质相同、厚
9、度相等的玻璃制成的，按其厚度分相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分为0.5 cm，1 cm，2 cm，3 cm和和5 cm。在可。在可见光区光区测量吸量吸光度光度时使用玻璃吸收池，紫外区使用玻璃吸收池，紫外区则使用石英吸收池。使使用石英吸收池。使用比色皿用比色皿时应注意保持清注意保持清洁、透明，避免磨、透明，避免磨损透光面。透光面。23第23页，本讲稿共71页d检测器器 检测器的作用是接受从比色皿器的作用是接受从比色皿发出的透射光并出的透射光并转换成成电信号信号进行行测量。分量。分为光光电管和光管和光电倍增管。倍增管。光光电管是一个真空或充有少量惰性气体的二极管。阴极是管是一个真空或充有少量
10、惰性气体的二极管。阴极是金属做成的半金属做成的半圆筒，内筒，内侧涂有光敏物涂有光敏物质，阳极，阳极为一金属一金属丝。光光电管依其管依其对光敏感的波光敏感的波长范范围不同分不同分为红敏和紫敏两种。敏和紫敏两种。红敏光敏光电管是在阴极表面涂管是在阴极表面涂银和氧化和氧化铯，适用波，适用波长范范围为6251 000nm；紫敏光；紫敏光电管是阴极表面涂管是阴极表面涂锑和和铯，适用波，适用波长范范围为200625nm。24第24页，本讲稿共71页 光光电倍增管是由光倍增管是由光电管改管改进而成的，管中有若干个而成的，管中有若干个称称为倍增极的附加倍增极的附加电极。因此，可使光激极。因此，可使光激发的的电
11、流得以流得以放大，一个光子放大，一个光子约产生生106107个个电子。它的灵敏度比子。它的灵敏度比光光电管高管高200多倍。适用波多倍。适用波长范范围为160700 nm。光。光电倍增管在倍增管在现代的分光光度代的分光光度计中被广泛采用。中被广泛采用。e显示装置示装置 显示装置的作用是把放大的信号以吸光度示装置的作用是把放大的信号以吸光度A或透光或透光率率T的方式的方式显示或示或记录下来。分光光度下来。分光光度计常用的常用的显示装置是示装置是检流流计、微安表、数字、微安表、数字显示示记录仪。25第25页，本讲稿共71页 物质对光的吸收引起电子能级的跃迁，在电子能级跃物质对光的吸收引起电子能级的
12、跃迁，在电子能级跃迁的同时，不可避免地伴随分子振动和转动能级的变化。迁的同时，不可避免地伴随分子振动和转动能级的变化。由电子能级跃迁而产生吸收光谱，位于紫外及可见光部分由电子能级跃迁而产生吸收光谱，位于紫外及可见光部分(200-800nm)，称为紫外光谱和可见光谱。，称为紫外光谱和可见光谱。二、分子吸收光二、分子吸收光谱-可可见光吸收光光吸收光谱26第26页，本讲稿共71页吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小 A关系关系最大吸收波长最大吸收波长 max：光吸收最大处的波长：光吸收最大处的波长二、分子吸收光二、分子吸收光谱-可可见光吸收光光
13、吸收光谱27第27页，本讲稿共71页吸收光谱特点：吸收光谱特点：1.同一物质，浓度不同时，同一波长下吸光度不同，最大吸收同一物质，浓度不同时，同一波长下吸光度不同，最大吸收 波长位置和吸收光谱形状不变。波长位置和吸收光谱形状不变。-定性分析定性分析 2.同一物质，在一定波长下，随着浓度的增加，吸光度增加，同一物质，在一定波长下，随着浓度的增加，吸光度增加，在最大吸收波长下，吸光度最大，且随浓度增大变化最明显。在最大吸收波长下，吸光度最大，且随浓度增大变化最明显。-定量分析定量分析 3.吸光度具有加和性，可同时测定多组分。吸光度具有加和性，可同时测定多组分。28第28页，本讲稿共71页三、吸光度
14、的测量三、吸光度的测量 选择物质最大吸收波长，选择合适的参比溶液，用来调节仪器零点，选择物质最大吸收波长，选择合适的参比溶液，用来调节仪器零点，消除洗手池及溶剂的影响，消除干扰。消除洗手池及溶剂的影响，消除干扰。参比溶液选择原则：参比溶液选择原则：试液与液与显色色剂均无色均无色时，可用蒸，可用蒸馏水作参比；水作参比；显色色剂无色，被无色，被测试液存在其它有色离子，可用不加液存在其它有色离子，可用不加显色色剂的被的被测试液液为参比；参比；显色色剂有色，可不加有色，可不加试样的的试剂空白空白为参比；参比；显色色剂和被和被测离子均有色，可加掩蔽离子均有色，可加掩蔽剂掩蔽被掩蔽被测试液液为参比。参比。
15、29第29页，本讲稿共71页10.3 显色反色反应及其影响因素及其影响因素一、一、显色反色反应1.显色反色反应的的选择a.选择性好，灵敏度高；性好，灵敏度高；b.有色化合物的有色化合物的组成恒定；成恒定；c.有色化合物的性有色化合物的性质足足够稳定；定；d.有色化合物与有色化合物与显色色剂的的颜色差色差别(对比度比度)要大于要大于60nm。=maxR maxMR 30第30页，本讲稿共71页二二.显色色剂无机无机显色色剂有机有机显色色剂a.磺基水磺基水杨酸酸-Fe3+b.丁二丁二酮肟-Ni2+c.1，10-邻二氮菲二氮菲-Fe2+d.二苯硫二苯硫腙-Cu2+Pb2+Zn2+Cd2+Hg2+e.
16、偶氮偶氮胂3-Th Zr Uf.铬天青天青S-Al3+g.结晶紫晶紫-Ti3+31第31页，本讲稿共71页3.多元多元络合物合物 a.三元混配三元混配络合物合物 b.离子离子缔合物合物 c.金属离子金属离子络合合剂表面活性表面活性剂体系体系 d.杂多酸多酸32第32页，本讲稿共71页三三.影响影响显色反色反应的因素的因素1.溶液酸度溶液酸度a.影响影响显色色剂的平衡的平衡浓度和度和颜色色b.影响金属离子的存在状影响金属离子的存在状态c.影响影响络合物的合物的组成成pHA33第33页，本讲稿共71页2.显色色剂用量用量 M(被被测组分分)+R(显色剂显色剂)=MR(有色有色络合物合物)c试液吸光
17、度与显色剂浓度的关系试液吸光度与显色剂浓度的关系AAAccab34第34页，本讲稿共71页3.显色反色反应时间 一般从加入一般从加入显色色剂起起计算算时间。4.显色反色反应温度温度5.溶溶剂 有机溶有机溶剂降低有色化合物的解离度；降低有色化合物的解离度；提高提高显色反色反应的速率；的速率；影响有色影响有色络合物的溶解度和合物的溶解度和组成。成。35第35页，本讲稿共71页10.4 吸光光度分析及吸光光度分析及误差控制差控制一一.入射光波入射光波长的的选择和和标准曲准曲线的制作的制作1.波波长选择 遵守最大吸收原遵守最大吸收原则。即。即选择被被测物物质的最大吸收波的最大吸收波长的的光作光作为入射
18、光。入射光。遵守吸收最大，干遵守吸收最大，干扰最小的原最小的原则。36第36页，本讲稿共71页2、标准曲准曲线的制作的制作1）作吸收光作吸收光谱曲曲线，求出最大吸收，求出最大吸收波波长 max，2）作待作待测组分的分的标准曲准曲线，根根据据A=Kbc=K c3）测出出待待测组分的吸光度分的吸光度值A，在，在标准曲准曲线中中查出出对应的的浓度度c。c未知物的未知物的吸光度吸光度未知物的未知物的浓度浓度37第37页，本讲稿共71页二、二、对朗伯朗伯比耳定律的偏离比耳定律的偏离1.非非单色光引起的偏离色光引起的偏离abA2A1A3A4 1 2 3A正偏离正偏离负偏离负偏离Ac标准曲线标准曲线非单色光
19、的影响非单色光的影响38第38页，本讲稿共71页 2.介介质不均匀性引起的偏离不均匀性引起的偏离3.由于溶液中的化学反由于溶液中的化学反应引起的偏离引起的偏离a.离解离解b.络合合c.缔合合39第39页，本讲稿共71页4.干干扰及其消除方法及其消除方法a.控制溶液酸度控制溶液酸度b.加入掩蔽加入掩蔽剂c.利用氧化利用氧化还原反原反应d.利用校正系数利用校正系数e.利用参比溶液利用参比溶液f.选择适当的波适当的波长g.增加增加显色色剂用量用量h.采用适当的分离方法采用适当的分离方法40第40页，本讲稿共71页吸光度与透射比的关系吸光度与透射比的关系0201030405060708090100透射
20、比透射比T%吸光度吸光度A1.01.00.70.70 00.10.10.20.20.30.30.40.40.50.50.60.6 三、吸光度三、吸光度测量的量的误差差1.51.541第41页，本讲稿共71页 由于由于c与与A成正比，成正比，则测量的量的绝对误差差dc与与dA也成正也成正比；而相比；而相对误差相等。差相等。42第42页，本讲稿共71页透射比在什么范透射比在什么范围具有具有较小的小的测量量误差差43第43页，本讲稿共71页相相对标准偏差与透光率的关系准偏差与透光率的关系00.20.40.60.81.01086420.368相对标准偏差相对标准偏差/%相对标准偏差与透光率的关系相对标
21、准偏差与透光率的关系T当透光率当透光率为15-65%或或吸光度吸光度为0.2-0.8时，浓度度测量的相量的相对标准准偏差偏差较小小44第44页，本讲稿共71页吸光度吸光度为0.434时仪器器测量量误差最小？差最小？45第45页，本讲稿共71页根据朗伯比根据朗伯比尔定律定律 控制适当的吸光度范控制适当的吸光度范围（0.2-0.8）控制溶液控制溶液浓度度选择不同厚度的比色皿不同厚度的比色皿46第46页，本讲稿共71页一、目一、目视比色法比色法 用眼睛用眼睛观察、比察、比较溶液溶液颜色深度以确定色深度以确定物物质含量的方法称含量的方法称为目目视比色法。比色法。标准系列标准系列样品样品KMnO4溶液溶
22、液10.5 其他吸光光度法其他吸光光度法47第47页，本讲稿共71页 其其优点是点是仪器器简单，操作，操作简便，适宜于便，适宜于大批大批试样的分析；灵敏度高；的分析；灵敏度高；在复合光在复合光白白光下光下进行行测定，故某些定，故某些显色反色反应不符合朗伯不符合朗伯比比尔定律定律时，仍可用，仍可用该法法进行行测定。其主定。其主要缺点是准确度不高，要缺点是准确度不高，标准系列不能久存，准系列不能久存，需要在需要在测定定时临时配制。配制。48第48页，本讲稿共71页 吸光光度法与目吸光光度法与目视比色法在原理上并不比色法在原理上并不完全一完全一样。吸光光度法是比。吸光光度法是比较有色溶液有色溶液对某
23、一某一波波长光的吸收情况，目光的吸收情况，目视比色法比色法则是比是比较透透过光的光的强度。例如，度。例如，测定溶液中定溶液中KMnO4的含量的含量时，吸光光度法，吸光光度法测量的是量的是KMnO4溶液溶液对黄黄绿色光的吸收情况，目色光的吸收情况，目视比色法比色法则是比是比较KMnO4溶液透溶液透过红紫色光的紫色光的强度。度。49第49页，本讲稿共71页 吸光光度法的特点是：因入射光是吸光光度法的特点是：因入射光是纯度度较高的高的单色光，故使偏离朗伯色光，故使偏离朗伯比比尔定律的情况大定律的情况大为减少，减少，标准准曲曲线直直线部分的范部分的范围更大，分析更大，分析结果的准确度果的准确度较高。高
24、。因可任意因可任意选取某种波取某种波长的的单色光，故利用吸光度的加和色光，故利用吸光度的加和性，可同性，可同时测定溶液中两种或两种以上的定溶液中两种或两种以上的组分。由于入射光分。由于入射光的波的波长范范围扩大了，大了，许多无色物多无色物质，只要它，只要它们在紫外或在紫外或红外外光区域内有吸收峰，都可以用吸光光度法光区域内有吸收峰，都可以用吸光光度法进行行测定。定。50第50页，本讲稿共71页二、示差分光光度法二、示差分光光度法1.示差法的原理示差法的原理51第51页，本讲稿共71页2.示差法的示差法的误差差1010202030304040505060607070808090901001000
25、 0X X一般法一般法T1=7%示差法示差法T2=70%52第52页，本讲稿共71页 在示差吸光光度法中在示差吸光光度法中测量的是两个溶液的量的是两个溶液的浓度度差差 如果如果测量量误差差为x%普通普通测量法的量法的结果果为：示差示差测量法的量法的结果果为：53第53页，本讲稿共71页三、双波三、双波长吸光光度法吸光光度法1.双波双波长吸光光度法的原理吸光光度法的原理54第54页，本讲稿共71页55第55页，本讲稿共71页c.两组分共存时分别测定两组分共存时分别测定选择参比波长和测选择参比波长和测定波长的条件是：定波长的条件是：待测组分在两波长待测组分在两波长处的吸光度之差要处的吸光度之差要足
26、够大，干扰组分足够大，干扰组分在两波长处的吸光在两波长处的吸光度应相等。度应相等。56第56页，本讲稿共71页四四.导数吸光光度法导数吸光光度法 目的：提高分辨率目的：提高分辨率 去除背景干扰去除背景干扰 原理：原理：57第57页，本讲稿共71页10.6 吸光光度法的吸光光度法的应用用一、痕量金属分析一、痕量金属分析二、二、临床分析床分析三、食品分析三、食品分析58第58页，本讲稿共71页四、其它四、其它应用用1.弱酸弱碱离解常数的弱酸弱碱离解常数的测定定对一元弱酸一元弱酸HL59第59页，本讲稿共71页60第60页，本讲稿共71页61第61页，本讲稿共71页2.络合物合物组成的成的测定定1）
27、.饱和法和法固定金属离子固定金属离子M浓度；改度；改变络合合剂R的的浓度度得到一系列得到一系列R/M比比值不同的溶液；不同的溶液；分分别测其吸光度其吸光度交点交点处向横坐向横坐标作垂作垂线ACDA最大最大R/M062第62页，本讲稿共71页2）.连续变化法化法保持溶液中保持溶液中 CR+CM=C(定定值)；改改变CR和和 CM的相的相对量，制量，制备一系列溶液，一系列溶液，测量其吸光度；量其吸光度；当溶液中的当溶液中的络合物合物MRn浓度最大度最大时，CR/CM的比的比值为n。63第63页，本讲稿共71页连续变化法化法ABAB、f1.00.80.60.40.2064第64页，本讲稿共71页络合
28、物的离解度及合物的离解度及稳定常数定常数 MR =M +R总浓度总浓度 c平衡浓度平衡浓度 c(1-)c c 65第65页，本讲稿共71页 朗伯比耳定律：朗伯比耳定律：A=abc。其中符号。其中符号c代代表表b代表代表当当c的单位为的单位为mol/L，b的单位为的单位为cm,则则a以符号表示，并称为以符号表示，并称为有色物质的浓度有色物质的浓度光通过有色溶液的厚度光通过有色溶液的厚度 摩尔吸收系数摩尔吸收系数。66第66页，本讲稿共71页 符合朗伯比尔定律的某有色溶液当浓符合朗伯比尔定律的某有色溶液当浓度为度为C gmol-1时，透光度为时，透光度为T0、吸光度为、吸光度为A0；若浓度减小一倍
29、，则此溶液的透光度为若浓度减小一倍，则此溶液的透光度为，吸光度为，吸光度为 。T01/20.5A067第67页，本讲稿共71页3.在吸光光度法中，在吸光光度法中，选择入射光波入射光波长的原的原则是：是：吸收最大，干扰最小。吸收最大，干扰最小。68第68页，本讲稿共71页 4吸光光度法中，宜选用的吸光度读数范吸光光度法中，宜选用的吸光度读数范围是围是 。A0.1-0.2;B0.3-0.4;C0.2-0.8;D0.8-1.0;E1.0以上。以上。C69第69页，本讲稿共71页 5.以下以下说法法错误的是（的是（）。）。A有色溶液的吸收峰和最大吸收波有色溶液的吸收峰和最大吸收波长均随均随浓度增加而增度增加而增大大B分光光度分光光度计检测器，直接器，直接测定的是透射光的定的是透射光的强度度C比色分析中比比色分析中比较适宜的吸光度范适宜的吸光度范围是是0.151.0D比色分析中用空白溶液作参比可消除系比色分析中用空白溶液作参比可消除系统误差差A70第70页，本讲稿共71页HomeworkHomeworkP 3372.3.8.71第71页，本讲稿共71页