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1、第十章第十章 分光光度法分光光度法第1页，此课件共62页哦第十章第十章 分光光度法分光光度法10.5 吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择10.4 显色反应和显色条件的选择显色反应和显色条件的选择10.3 分光光度计分光光度计 10.2 光吸收定律光吸收定律10.1 概述概述10.6 吸光光度光法的应用吸光光度光法的应用第2页，此课件共62页哦10.1 概述概述 利利用用溶溶液液颜颜色色的的深深浅浅来来测测定定溶溶液液中中有有色色物质的浓度，这种测定方法称为物质的浓度，这种测定方法称为比色分析法。比色分析法。用分光光度计进行比色分析的方法称用分光光度计进行比色分析的方法称为为分光光度法。分
2、光光度法。分光光度法分光光度法:可见光分光光度法可见光分光光度法,(物质吸收光波长物质吸收光波长)紫外分光光度法紫外分光光度法,红外分光光度法红外分光光度法第3页，此课件共62页哦吸光光度法的特点：吸光光度法的特点：1、灵敏度高，下限为、灵敏度高，下限为10-510-6 molL-1。适于。适于微量分析。微量分析。2、准确度较高，相对误差为、准确度较高，相对误差为2%5%。3、操作快速简便，易于掌握。、操作快速简便，易于掌握。4、应用广泛。、应用广泛。第4页，此课件共62页哦红红 橙橙 黄黄 绿绿 青青 蓝蓝 紫紫第5页，此课件共62页哦10.1.1 光的基本性质光的基本性质根据波长的不同，可
3、分为：根据波长的不同，可分为：紫外光区：紫外光区：200nm 380nm 可见光区：可见光区：380nm 760nm 红外光区：红外光区：760nm 300m第6页，此课件共62页哦具有同一波长的光称为单色光。具有同一波长的光称为单色光。不同波长组成的光称为复合光。不同波长组成的光称为复合光。生活中所见到的白光，如日光等是由红、橙、生活中所见到的白光，如日光等是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等光按适当的强度比例混黄、绿、青、蓝、紫等光按适当的强度比例混合而成的，在合而成的，在380760nm范围的一种复合光。范围的一种复合光。第7页，此课件共62页哦10.1.2 物质对光的选择性吸收物质对光的选
4、择性吸收溶液的颜色是由于均匀分布在溶液中的有色溶液的颜色是由于均匀分布在溶液中的有色化合物的质点选择性的吸收了某种颜色的光所造化合物的质点选择性的吸收了某种颜色的光所造成的。成的。第8页，此课件共62页哦 两种颜色的光若按适当比例混合，可以形成白两种颜色的光若按适当比例混合，可以形成白光，这两种光称为光，这两种光称为互补色光互补色光。光的互补光的互补白光白光绿蓝绿蓝蓝绿蓝绿黄绿黄绿黄黄橙橙红红紫紫蓝蓝 如如KMnO4吸吸收收绿绿色色光光，因因此此KMnO4溶溶液液呈呈现现紫色紫色。第9页，此课件共62页哦10.1.3 吸收曲线吸收曲线 一束平行单色光照射溶液时，光的一部一束平行单色光照射溶液时
5、，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。的表面反射。Io=Ia+It+Ir 若入射光强度为若入射光强度为Io，吸收光的强度为，吸收光的强度为Ia，透，透过光强度为过光强度为It，反射光的强度为，反射光的强度为Ir，它们的关，它们的关系是：系是：第10页，此课件共62页哦 在吸光光度法中，测定时都是采用同样在吸光光度法中，测定时都是采用同样质量的比色皿，反射光的强度基本上是不变质量的比色皿，反射光的强度基本上是不变的，其影响可以相互抵消。的，其影响可以相互抵消。空白调零空白调零第11页，此课件共62页哦分光光度法中：分光光度法中：Io=I
6、a+It 透过光强度透过光强度It与入射光强度与入射光强度Io之比称为之比称为透光透光度度或或透光率透光率。用。用 T 表示：表示：或或第12页，此课件共62页哦从上式可以看出：从上式可以看出：溶液的透光度愈大，溶液的透光度愈大，说明溶液对光的吸收愈小，浓度低；说明溶液对光的吸收愈小，浓度低；相反，透光度愈小，相反，透光度愈小，说明溶液对光的吸收愈大，浓度高。说明溶液对光的吸收愈大，浓度高。第13页，此课件共62页哦吸光度吸光度A：若光全部透过溶液，若光全部透过溶液，Io=It ，A=0。若光几乎全被吸收，若光几乎全被吸收，It 0，A =。吸光度吸光度A也可以用来衡量溶液中吸光物质对也可以用
7、来衡量溶液中吸光物质对波长为波长为的单色光的单色光 的吸收程度，值越大，其吸收程的吸收程度，值越大，其吸收程度越大；反之亦然。度越大；反之亦然。第14页，此课件共62页哦 将不同波长的光透过某一固定的溶液，测量不同将不同波长的光透过某一固定的溶液，测量不同波长下溶液对光的吸光度，作图波长下溶液对光的吸光度，作图400480560640720 nm0.40.81.21.6AKMnO4 溶液的吸收曲线溶液的吸收曲线DCBA A、B、C、D代表不代表不同浓度下的吸收曲线，吸同浓度下的吸收曲线，吸收峰不变。收峰不变。第15页，此课件共62页哦（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸）同一种物质对不
8、同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为光度最大处对应的波长称为最大吸收波长最大吸收波长max。（KMnO4的的 最大最大 =525 nm）（2）不不同同浓浓度度的的同同一一种种物物质质，其其吸吸收收曲曲线线形形状状相相似似max不不变变。而而对对于于不不同同物物质质，它它们们的的吸吸收收曲曲线线形形状状和和max则则不不同同。可可作作为为物物质质定定性性分分析析的的依依据之一。据之一。吸收曲线的讨论吸收曲线的讨论第16页，此课件共62页哦（3）不不同同浓浓度度的的同同一一种种物物质质，在在某某一一定定波波长长下下吸吸光光度度 A 有有差差异异，A 随随浓浓度度的的增增大大而而增增大大
9、。此此特性可作为物质定量分析的依据。特性可作为物质定量分析的依据。（4）在在max处处吸吸光光度度随随浓浓度度变变化化的的幅幅度度最最大大，所所以以测测定定最最灵灵敏敏。吸吸收收曲曲线线是是定定量量分分析析中中选选择择入入射光波长的重要依据。射光波长的重要依据。第17页，此课件共62页哦10.2 光的吸收定律光的吸收定律 实验证明：若保持入射光的波长不变，溶液实验证明：若保持入射光的波长不变，溶液对光吸收的程度与溶液的浓度、液层厚度有关。对光吸收的程度与溶液的浓度、液层厚度有关。10.2.1 光的吸收定律光的吸收定律第18页，此课件共62页哦数学表达式：数学表达式：K1：比例常数，与：比例常数
10、，与、c、T有关。有关。b：溶液厚度：溶液厚度一、朗伯定律一、朗伯定律：当：当 、c、T 一定时，溶液的吸光度一定时，溶液的吸光度与液层的厚度成正比。与液层的厚度成正比。A =K1 b第19页，此课件共62页哦二、比尔定律二、比尔定律比尔定律比尔定律：当当 、b 和和 T一定时，溶液的吸光度与一定时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比。溶液的浓度成正比。数学表达式：数学表达式：A =K2 c第20页，此课件共62页哦三、三、朗伯朗伯比尔定律比尔定律（同时考虑溶液浓度和液（同时考虑溶液浓度和液层厚度的影响）一束平行单色光通过溶层厚度的影响）一束平行单色光通过溶液，当液，当 和和T一定时，其吸光度与溶
11、液的浓一定时，其吸光度与溶液的浓度和液层厚度成正比。度和液层厚度成正比。数学表达式数学表达式：A=K b c第21页，此课件共62页哦 当当c用用gL-1表示，表示，b用用cm表示时，表示时，K用用K表示，称为吸光系数，其单位为表示，称为吸光系数，其单位为 L(g.cm)-1，则：，则：四、比例系数四、比例系数K1、吸光系数、吸光系数KA=Kb c第22页，此课件共62页哦 c用用molL-1表示，表示，b用用cm表示时，表示时，K用用表表示，称为摩尔吸光系数，其单位为示，称为摩尔吸光系数，其单位为L(mol.cm)-1。则：。则：2、摩尔吸光系数、摩尔吸光系数A=b c第23页，此课件共62
12、页哦摩尔吸光系数的讨论(1)是是吸收物质在一定波长和溶剂条件下吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，的特征常数，不随浓度不随浓度c和液层厚度和液层厚度b的改变的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，而改变。在温度和波长等条件一定时，仅仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；无关；第24页，此课件共62页哦(2)同一吸光物质在不同波长下的同一吸光物质在不同波长下的值是不同值是不同的。在最大吸收波长的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，处的摩尔吸光系数，常以常以 max表示。表示。max表明了该吸收物质最大表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反
13、映了光度法测定该物质可限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。能达到的最大灵敏度。第25页，此课件共62页哦 104反应灵敏度反应灵敏度低低104 5104反应灵敏度反应灵敏度中中5104 105反应灵敏度反应灵敏度极高极高(3)max越大表明该物质的吸光能力越强，用越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。光度法测定该物质的灵敏度越高。第26页，此课件共62页哦最大最大5104 灵敏的显色反应灵敏的显色反应 在在吸吸收收曲曲线线上上，与与最最大大吸吸收收波波长长相相对对应应的的摩摩尔吸收系数尔吸收系数，以，以最大最大 表示。表示。对于微量组分的测定，
14、一般选对于微量组分的测定，一般选较大的显较大的显色反应，以提高测定的灵敏度。色反应，以提高测定的灵敏度。第27页，此课件共62页哦【例例】：有有一一浓浓度度为为1.0 g/ml Fe2+的的溶溶液液，以以邻邻二二氮氮菲菲显显色色后后，在在比比色色皿皿厚厚度度为为 2cm、波波长长510nm处处测测得得吸吸光光度度为为0.380，计计算算（1）透透光光度度T；(2)吸吸光光系系数数K；（3）摩尔吸光系数）摩尔吸光系数。解解（1）T10-A10-0.3800.417 第28页，此课件共62页哦32+3NNFe+Fe2+第29页，此课件共62页哦五、吸光度的加和性A总总=Ai=1b1c1+2b2c2
15、+nbncn 总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。或溶液的吸光度应等于溶液中各组分的吸光度之或溶液的吸光度应等于溶液中各组分的吸光度之和。（组分间没有干扰）和。（组分间没有干扰）A4 A3 A2 A1第30页，此课件共62页哦溶液中多组分测定溶液中多组分测定第31页，此课件共62页哦 一、物理因素：一、物理因素：1、单色光不纯，导致负偏差。、单色光不纯，导致负偏差。CA标准工作曲线图标准工作曲线图正误差正误差负误差负误差2、散射光的影响，胶体、散射光的影响，胶体、乳浊液或悬浊液由于散射乳浊液或悬浊液由于散射的作用使吸光度增大，或的作用使吸光度增大，或
16、入射光不是垂直通过比色入射光不是垂直通过比色皿产生正偏差。皿产生正偏差。10.2.2 有色溶液对朗伯有色溶液对朗伯-比尔定律的偏离比尔定律的偏离第32页，此课件共62页哦二、化学因素二、化学因素1、吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生、吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生负偏差，负偏差，朗伯朗伯-比尔定律只适合于稀溶液比尔定律只适合于稀溶液（c 12 Fe(OH)3棕橙色棕橙色 沉淀沉淀黄色黄色紫红色紫红色2、溶液酸度、溶液酸度，既要防止被测离子生成沉淀，又需防，既要防止被测离子生成沉淀，又需防止有色配合物离解。有效的方法是加入缓冲溶液止有色配合物离解。有效的方法是加入缓冲溶液（考虑干扰）（考
17、虑干扰）第40页，此课件共62页哦5、溶剂、溶剂，有机溶剂会降低有色物的离解度，从而，有机溶剂会降低有色物的离解度，从而提高提高 显色反应的灵敏度。显色反应的灵敏度。6、共存干扰离子的影响及消除、共存干扰离子的影响及消除(1)控制酸度控制酸度，使干扰离子不显色。，使干扰离子不显色。3、温度、温度，通过实验找出适宜的温度范围。，通过实验找出适宜的温度范围。4、时间、时间，在颜色稳定的时间范围内进行比色测定。，在颜色稳定的时间范围内进行比色测定。第41页，此课件共62页哦(3)改变干扰离子价态改变干扰离子价态，测，测Ni2+时，时，Fe2+有干扰，有干扰，加入氧化剂，加入氧化剂，Fe2+Fe3+.
18、(4)分离干扰离子分离干扰离子，用萃取、沉淀、电解、离子交换，用萃取、沉淀、电解、离子交换等方法。等方法。还可选择还可选择适当的参比溶液适当的参比溶液和和入射光的波长入射光的波长等方法等方法来消除共存离子的干扰。来消除共存离子的干扰。(2)加入掩蔽剂加入掩蔽剂，如用，如用SCN-测定测定Co2+时，时，Fe3+有干有干扰，加入扰，加入 F-，Fe3+6F-=FeF63-，Fe3+被被掩蔽。掩蔽。第42页，此课件共62页哦 离子交换法用于离子交换法用于Fe3+、Al3+分离时先用分离时先用HCl溶溶液处理试液，使铁、铝分别以液处理试液，使铁、铝分别以FeCl63-、Al3+形态存形态存在。然后经
19、过阳离子树脂交换柱，此时在。然后经过阳离子树脂交换柱，此时Al3+留在柱留在柱上，而上，而FeCl63-流出柱子，从而达到分离的目的。流出柱子，从而达到分离的目的。第43页，此课件共62页哦 色谱分离法，若在充填硅胶、活性氧化色谱分离法，若在充填硅胶、活性氧化铝、纤维素等载体的柱子上进行，则称为柱铝、纤维素等载体的柱子上进行，则称为柱上色谱分离法；若用滤纸作载体，则称为纸上色谱分离法；若用滤纸作载体，则称为纸上色谱分离法。上色谱分离法。溶剂化合物萃取体系，例如磷酸三丁酯萃取溶剂化合物萃取体系，例如磷酸三丁酯萃取FeCl3。某些无机化合物萃取体系，例如某些无机化合物萃取体系，例如CCl4萃取萃取
20、I2。第44页，此课件共62页哦10.4.3 分光光度法常用的显色剂分光光度法常用的显色剂（一）、无机显色剂（一）、无机显色剂 钼酸铵法钼酸铵法(测测 P、Si、W)，过氧化氢法过氧化氢法(测测V5、Ti4)（二）有机显色剂（二）有机显色剂（主要使用）（主要使用）1、O，O给电子螯合剂：给电子螯合剂：铬天菁铬天菁S（CAS）、苯基荧光酮（）、苯基荧光酮（PF）2、O，N给电子螯合剂：给电子螯合剂：偶氮胂偶氮胂III等等第45页，此课件共62页哦3、N，N给电子基团给电子基团：邻二氮杂菲（测：邻二氮杂菲（测Fe）等）等4、带含硫基团的螯合剂：双硫腙（测、带含硫基团的螯合剂：双硫腙（测Cu、Pb、
21、Zn、Cd、Hg等）等）第46页，此课件共62页哦10.5 测定条件的选择测定条件的选择10.5.1、选择合适波长的入射光。、选择合适波长的入射光。（545nm）第47页，此课件共62页哦原则：使溶液的吸光度能真正反映待测物的浓度。原则：使溶液的吸光度能真正反映待测物的浓度。在吸光度测量中，作为比较的溶液或溶剂称在吸光度测量中，作为比较的溶液或溶剂称为参比溶液或空白溶液。为参比溶液或空白溶液。10.5.2选择适当的参比溶液选择适当的参比溶液第48页，此课件共62页哦(1)试样、试剂、显色剂都无色时，用试样、试剂、显色剂都无色时，用纯水作参纯水作参比比。(2)试样无色，试剂、显色剂有色，采用试样
22、无色，试剂、显色剂有色，采用不加试不加试样的空白溶液作参比样的空白溶液作参比。（试剂空白）（试剂空白）(3)试样有吸收，而显色剂等无色，可采用不加显试样有吸收，而显色剂等无色，可采用不加显色剂的试样为参比。色剂的试样为参比。（试样空白）（试样空白）(4)均有色，有吸收，对试样加入掩蔽剂，褪色后再均有色，有吸收，对试样加入掩蔽剂，褪色后再加显色剂等作为参比。加显色剂等作为参比。(褪色空白褪色空白)第49页，此课件共62页哦10.5.3 吸光度读数范围的选择吸光度读数范围的选择透光率读数的准确度是仪器精度的主要指标。测定结透光率读数的准确度是仪器精度的主要指标。测定结果的精度常用浓度的相对误差果的
23、精度常用浓度的相对误差dc/c表示。表示。第50页，此课件共62页哦若透光率刻度的读数的绝对误差为若透光率刻度的读数的绝对误差为T=1%，用不同的用不同的T代入上式，可得相应浓度测量的相代入上式，可得相应浓度测量的相对误差对误差c/c，作图，作图第51页，此课件共62页哦1、T在在20%65%(A=0.190.70)范围，相范围，相对误差较小。对误差较小。2、T=36.8%(A=0.434)，相对误差，相对误差最小。最小。由图可见：由图可见：为了减小浓度的相对误差，提高测定的准确为了减小浓度的相对误差，提高测定的准确度，一般应控制溶液吸光度度，一般应控制溶液吸光度A在最适宜读数范围在最适宜读数
24、范围0.190.70。0.20.40.60.81.00246810T36.8%第52页，此课件共62页哦【例】某一有色溶液在【例】某一有色溶液在2.0cm的吸收皿中，测得透光的吸收皿中，测得透光率率T1，若仪器透光度的绝对误差，若仪器透光度的绝对误差T0.5，计算计算（1）测定的浓度的相对误差）测定的浓度的相对误差c/c（2）为使测得吸光度在最适读数范围内，溶液）为使测得吸光度在最适读数范围内，溶液应稀释或浓缩多少倍？应稀释或浓缩多少倍？（3）若浓度不变，而改变比色皿厚度（）若浓度不变，而改变比色皿厚度（0.5cm,1.0cm，2.0cm,3.0cm）,则应选择那种厚度的吸则应选择那种厚度的吸
25、收皿最合适，此时收皿最合适，此时c/c为多少？为多少？第53页，此课件共62页哦解解 （1）（2）A=-lgT=-lg1%=2设有色溶液原始浓度为设有色溶液原始浓度为c，当，当b一定时，一定时，AbcK c，要使，要使A0.20.7，则，则即稀释即稀释310倍倍第54页，此课件共62页哦 （3）当）当c一定时，一定时，AbcK b,要使要使A0.20.7，则，则b=2cmb=0.5cm第55页，此课件共62页哦控制吸光度在适宜的范围内控制吸光度在适宜的范围内(A=0.190.70)(1)控制试样的量或溶液的稀释程度来控制控制试样的量或溶液的稀释程度来控制溶液浓度。溶液浓度。(2)选择不同厚度的
26、比色皿。选择不同厚度的比色皿。第56页，此课件共62页哦10.6 吸光光度法的应用吸光光度法的应用10.6.1 常用方法常用方法1、目视比色法：用眼睛比较溶液颜色深浅以确定、目视比色法：用眼睛比较溶液颜色深浅以确定物质含量。（也叫标准色阶法）物质含量。（也叫标准色阶法）1 2 3 4 5 标准系列溶液标准系列溶液待测溶液待测溶液第57页，此课件共62页哦目视比色法的原理是根据朗伯目视比色法的原理是根据朗伯比耳定律比耳定律 因为液层厚度相等：因为液层厚度相等：b1=b2，所以浓度相等：所以浓度相等：c1=c2 第58页，此课件共62页哦目视比色法的目视比色法的优点优点是：是：1、仪器简单，操作简
27、便，适宜于大批试样分析。、仪器简单，操作简便，适宜于大批试样分析。2、测测定定的的灵灵敏敏度度较较高高，适适宜宜于于稀稀溶溶液液中中微微量量元元素素的测定。的测定。3、复合光、复合光 白光下进行测定，因此有些显白光下进行测定，因此有些显色反应不符合朗伯色反应不符合朗伯比耳定律时，仍可用比耳定律时，仍可用目视法测定。目视法测定。第59页，此课件共62页哦目视比色法的目视比色法的缺点缺点是：是：1、有色溶液一般不太稳定，常常临时配制一套、有色溶液一般不太稳定，常常临时配制一套标准色阶，较麻烦费时。标准色阶，较麻烦费时。2、依靠人的眼睛来观察颜色深度，有主观误差，、依靠人的眼睛来观察颜色深度，有主观
28、误差，准确度不高，相对误差约为准确度不高，相对误差约为520%。第60页，此课件共62页哦10.6.2 分光光度计的测量方法：分光光度计的测量方法：1、标准曲线法、标准曲线法 先配制一系列标准溶液，在最大吸收波长处，测出先配制一系列标准溶液，在最大吸收波长处，测出它们的吸光度，作图，同条件测未知液的吸光度，从它们的吸光度，作图，同条件测未知液的吸光度，从图中查出未知液的浓度。图中查出未知液的浓度。cA标准工作曲线图标准工作曲线图Axcxc c1 1c c2 2c c3 3c c4 4c c5 5A A1 1A A2 2A A3 3A A4 4A A5 5第61页，此课件共62页哦2、标准比较法标准比较法 同条件下分别测定未知液与标准溶液的吸光度同条件下分别测定未知液与标准溶液的吸光度Ax和和A标标，根据朗伯，根据朗伯-比尔定律，应有下式：比尔定律，应有下式：因为：因为：所以：所以：Ax=bcxA标=bc标第62页，此课件共62页哦