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1、第7章分光光度法目录n 7.1 光吸收的基本定律n 7.2 比色和分光光度法n 7.3 显色反应及其影响因素n 7.4 光度测量误差和测量条件的选择n 7.5 分光光度法的应用7.1光吸收的基本定律n 7.1.1 物质对光的选择性吸收n 1.光的基本性质n 光是一种电磁波，具有波粒二象性。n 根据波长的不同分为：n 紫 外 光 谱 区(10 400 nm)，可 见 光 谱 区(400 760 nm)和 红 外光谱区(760 3105 nm)。n 复合光：由不同波长的光组成的光。n 单色光：具有单一波长的光称。n 只 要 把 特 定 颜 色 的 两 种 光，按 一 定 比 例 混 合，可 以 得
2、 到 白 光，这两种特定颜色的光为互补光。射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm4电磁波谱可 见 光远紫外远紫外近紫外近紫外可见可见近红外近红外中红外中红外 远红外远红外（真空紫外）（真空紫外）10nm200nm200nm 380nm380nm 780nm780 nm 2.5 m2.5 m 50 m50 m 300 mn 2.物质对光的选择性吸收n 各 种 物 质 会 呈 现 不 同 的 颜 色，其 原 因 是 物 质 对 不 同 波 长 的 光选择性吸收的结果。7.1光吸收的基本定律完全吸收
3、完全透过各种光部分均匀被吸收复合光 复合光玻璃在可见光区是透明的；石英在紫外光区是透明的黑体物体选择性吸收某种光物体呈现其互补光颜色 入射光I0透射光It透明n 2.物质对光的选择性吸收n 物 质 分 子 对 可 见 光 的 吸 收 必 须 符 合 普 朗 克 条 件：只 有 当 入 射光能量与物质分子能级间的能量差E 相等时，才会被吸收。n 3.光吸收曲线n 光 吸 收 曲 线 或 吸 收 光 谱 曲 线：以 波 长 为 横 坐 标，吸 光 度A 为纵坐标，描述物质对光吸收情况的曲线。7.1光吸收的基本定律n 例：Cr2O72-、MnO4-的特征吸收光谱300 400 500 600 700
4、/nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350 最大吸收波长max：最大吸收峰对应的波长7.1光吸收的基本定律7.1.2 溶液的吸光定律 n 1.朗伯比尔定律光吸收的基本定律 n 透光度T：透过光强度It与入射光强度I0之比：n T 取值为0.0%100.0%；n 全部吸收：T=0.0%；全部透射，T=100.0%n 朗 伯-比 尔 光 吸 收 定 律：当 一 束 平 行 单 色 光 通 过 均 匀 的 样 品 时，溶液的吸光度T 与吸光物质的浓度、吸收层厚度成正比。n 公式：n 或 入射光I0透射光ItL7.1.2 溶液的吸光定律
5、n 2.吸光度（A）与透光率（T）的关系1.00.50ACA100500T%TT=0.0%A=T=100.0%A=0.0A=0.434T=36.8%吸光度适宜的取值范围：0.20.8n 表示溶液浓度为lmol/L，液层厚度为lcm 时溶液的吸光度。n：吸 光 物 质 在 一 定 条 件 下 的 特 征 常 数。值 与 物 质 的 性 质、入射光波长、温度等有关。n L：吸光液层的厚度，光程，cm。n c：吸光物质的浓度，g/L 或 mol/L。7.1.2 溶液的吸光定律 n 3.朗伯比尔定律的局限性n 定律本身的局限性：只适于稀溶液0.01mol/Ln 化 学 偏 离：被 分 析 物 质 与
6、溶 剂 发 生 缔 合、离 解、溶 剂 化 反 应，产生不同的吸收光谱n 仪器偏离：单色光不纯引起 7.1.2 溶液的吸光定律 n 4.朗伯比尔定律的适用条件n 1)单 色 光：应 选 用 max处 或 肩 峰 处 测 定，此 时 干 扰 组 分、溶剂等不吸收或有很弱的吸收n 2)吸光质点形式不变n 离 解、络 合、缔 合 会 破 坏 线 性 关 系，应 控 制 条 件(酸 度、浓度、介质等)。n 3)稀溶液：浓度增大，分子之间作用增强 7.1.2 溶液的吸光定律 n 5.朗伯比尔定律在定量分析中的应用：吸光度的测定n 除被测组分对波长为 的光有吸收外，还有其他干扰吸收：n 1)吸收池对光的反
7、射、吸收；n 2)样 品 中 样 品 基 体、显 色 剂(或 其 它 试 剂）和 共 存 组 分 对 光的吸收n 消 除 措 施：用 参 比 溶 液 调T=100%（A=0），再 测 样 品 溶 液的 吸 光 度，即 消 除 了 吸 收 池 对 光 的 吸 收、反 射，溶 剂、试 剂对光的吸收等。7.1.2 溶液的吸光定律 n 参比溶液的选择：7.1.2 溶液的吸光定律 种类溶剂空白：纯溶剂（扣除吸收池干扰）适用于样品基体、共存组分和显色剂均无色情况试剂空白：纯溶剂+显色剂+其他试剂，适用于样品基体、共存组分无色，显色剂等均有色样品空白：待测试样溶液，适用于显色剂无色，共存组分、样品基体有色空
8、白溶液：显色剂+待测试样+待测组分的掩蔽剂，适用于显色剂、样品基体、共存组分均有色7.2 比色法和分光光度法n 比色法和分光光度法特点：n 1)灵敏度高：测定下限可达10-310-6molL-1，10-4%10-5%n 2)准确度能够满足微量组分的测定要求：相对误差25%n 3)操作简便快速n 4)应用广泛7.2 比色法和分光光度法n 7.2.1目视比色法n 用 眼 睛 直 接 比 较 标 准 溶 液和 待 测 溶 液 颜 色 的 深 浅，来 确 定 被 测 物 质 含 量 的 方法 叫 目 视 比 色 法，常 用 的方法标准色阶法。n 优 点：不 需 要 特 殊 的 设 备，操 作 简 单、
9、灵 活，灵 敏 度较高等。n 缺点：准确度不高 标准系列C0 C1 C2 C3 C4 C5未知样品未知样品观察方向7.2.1目视比色法n 1.标准色阶法n 例：铂钴标准比色法测水的真色n 用氯铂酸钾与氯化钻配成标准色列，再与水样进行目视比色确定水样的色度。n 规定每升水中含有1mg 铂(以六氯铂酸的形式)和0.5mg 钴（2mg CoCl26H2O）所具有的颜色，称为1度。n 铂钴标准比色法适用于较清洁的、带有黄色色调的天然水和饮用水的测定。n 2.稀释倍数法 n 适用于受工业废水污染的地面水和工业废水颜色的测定。7.2.2 分光光度法n 1.原理 n 借 助 分 光 光 度 计 来 测 量
10、一 系 列 标 准 溶 液 的 吸 光 度，绘 制 标 准曲 线，根 据 被 测 试 液 的 吸 光 度，从 标 准 曲 线 上 求 得 被 测 物 质的浓度或含量。n 特点：n 1）入射光是纯度较高的单色光，分析结果的准确度高；n 2）可进行多组分的测定；n 3）应用范围可扩展到紫外光和红外光区n 2.分光光度计的组成 n 分类：单光束分光光度计和双光束分光光度计n 工作波长：紫外可见分光光度计，红外分光光度计n 分 光 光 度 计 由 光 源、单 色 器、吸 收 池、检 测 器 和 显 示 装 置构成。n 优点：灵敏、准确、快速及选择性好7.2.2 分光光度法n(1)光源：钨灯、氢灯、氘灯
11、。n(2)单色器：由棱镜和光栅等色散元件及狭缝和透镜等组成。n(3)吸 收 池：即 比 色 皿，用 于 盛 吸 收 试 液，由 玻 璃 或 石 英 制成 n(4)检测器：光电管、光电倍增管。n(5)显示装置：检流计、微安表、数字显示记录仪。7.2.2 分光光度法7.3 显色反应及其影响因素n 7.3.1显色反应和显色剂n 1.显色反应：将待测组分转化成有色化合物的反应。n 选择显色反应应遵循的原则：n(1)选择性好，干扰少或干扰容易消除；n(2)灵敏度高，一般 在104105 L/(molcm)之间；n(3)有色化合物的组成要恒定，化学性质要稳定；n(4)有色化合物和显色剂之间的颜色差别要大；
12、n(5)显色条件易于控制，以便提高重现性和方法的精密度。n 2.显色剂n 无机显色剂：应用较少。n 有 机 显 色 剂：有 机 显 色 剂 分 子 中 含 有 生 色 团 和 助 色 团。生 色团 是 某 些 含 不 饱 和 键 的 基 团，基 团 中 的 电 子 被 激 发 时 需 能量 较 小，可 吸 收 波 长200 nm 以 上 的 可 见 光 而 显 色。助 色 团 是含 孤 对 电 子 的 基 团，与 生 色 团 上 的 不 饱 和 键 作 用，使 颜 色 加深。n 常用的有机显色剂有偶氮类显色剂和三苯甲烷显色剂 7.3 显色反应及其影响因素7.3.2 影响显色反应的因素n 1.溶
13、 液 的 酸 度：影 响 显 色 剂 的 平 衡 浓 度 和 颜 色，影 响 被 测金属离子的存在状态，影响络合物的组成。n 2.显 色 剂 的 用 量：显 色 剂 的 加 入 量 要 适 宜，通 过 实 验 来 确 定显色剂的用量。n 3.显色反应时间：制作吸光度-时间曲线确定适宜时间。n 4.显色反应温度：大多在室温下进行。适宜温度由实验确定。n 5.溶 剂：通 过 降 低 有 色 化 合 物 的 解 离 度，提 高 显 色 反 应 的 灵敏 度。溶 剂 还 可 提 高 显 色 反 应 的 速 率，影 响 有 色 络 合 物 的溶解度和组成等。n 6.干扰及其消除方法7.4 光度测量误差和
14、测量条件的选择n 7.4.1测量条件的选择n 1.测量波长的选择n 根据吸收曲线，选择被测物质的最大吸收波长。n 2.吸光度范围的选择 n 标准溶液和被测试液的吸光度在0.20.8 范围内。n 3.参比溶液的选择n 选择参比溶液的原则：n 当试液及显色剂均无色时，以蒸馏水作参比溶液；n 当 显 色 剂 为 无 色，被 测 试 液 中 存 在 其 他 有 色 离 子 时，用不加显色剂的被测试液作参比溶液；n 当 显 色 剂 有 颜 色 时，可 选 择 不 加 试 样 溶 液 的 试 剂 空 白 作参比溶液。n 当 显 色 剂 和 试 液 均 有 颜 色 时，可 将 一 份 试 液 加 入 适 当
15、 掩蔽 剂 掩 蔽 被 测 组 分，而 显 色 剂 及 其 他 试 剂 均 按 试 液 测 定 方法加入，以此溶液作为参比溶液。n 改 变 试 剂 加 入 顺 序，使 被 测 组 分 不 发 生 显 色 反 应，可 以此溶液作为参比溶液。7.4 光度测量误差和测量条件的选择n 4.标准曲线的制作 n 以 标 准 溶 液 中 待 测 组 分 的 含 量 为 横 坐 标，吸 光 度 为 纵 坐 标作图，得到一条通过原点的直线，称为标准曲线。n 例：水中氨氮的测定纳氏试剂分光光度法n 标 准 曲 线 的 绘 制：吸 取0、0.50、1.00、3.00、5.00、7.00和10.00mL 铵 标 准
16、使 用 液（0.010 mg NH4+-N/mL）于50mL比 色 管 中，用 无 氨 水 稀 释 至 标 线，加1.0mL 酒 石 酸 钾 钠 溶液，混 匀。加1.5mL 纳 氏 试 剂，混 匀。放 置10min，在 波长420nm 处，用 光 程2cm 比 色 皿，以 无 氨 水 为 参 比，测 量吸光度。经空白校正后，绘制标准曲线。7.4 光度测量误差和测量条件的选择7.4 光度测量误差和测量条件的选择氨氮标准曲线7.4.2 对朗伯比尔定律的偏离n 1.非单色光引起的偏离n 2.由溶液本身的原因引起的偏离7.4.3 仪器的测量误差在T=15 65(A=0.8 0.2)范 围 内，测 量
17、的 相 对 误 差 变 化非常小，且与最小误差很接近。7.5 分光光度法在水质分析中的应用n 7.5.1 浊度的测定n 测定浊度的方法有分光光度法、目视比浊法等。n 分 光 光 度 法 适 用 于 饮 用 水、天 然 水 浊 度 的 测 定，最 低 检 测 浊度为3度。n 目 视 比 浊 法 适 用 于 饮 用 水 和 水 源 水 等 低 浊 度 的 水，最 低 检 测浊度为1度。n 7.5.2 废水中Cd2+的测定 双硫腙分光光度法n 双 硫 腙 分 光 光 度 法 是 利 用 镉 离 子 在 强 碱 性 条 件 下 与 双 硫 腙 生成 红 色 螯 合 物，用 三 氯 甲 烷 萃 取 分
18、离 后，于518nm 波 长 处 测其吸光度，与标准溶液比较定量。n 7.5 分光光度法在水质分析中的应用7.5 分光光度法在水质分析中的应用n 7.5.3 水中铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法n 清 洁 的 水 样 可 直 接 用 二 苯 碳 酰 二 肼 分 光 光 度 法 测 六 价 铬。如测 总 铬，用 高 锰 酸 钾 将 三 价 铬 氧 化 成 六 价 铬，再 用 二 苯 碳 酰二肼分光光度法测定。n 在 酸 性 介 质 中，六 价 铬 与 二 苯 碳 酰 二 肼(DPC)反 应，生 成 紫 红色 络 合 物，其 色 度 在 一 定 浓 度 范 围 内 与 含 量 成 正 比，于 最 大
19、吸 收 波 长540nm 处 进 行 比 色 测 定，利 用 标 准 曲 线 法 确 定 水 样 中铬的含量。n 7.5.4 水中氰化物的测定n 预 处 理：将 水 样 在 酸 性 介 质 中 进 行 蒸 馏，把 能 形 成 氰 化 氢的 氰 化 物(全 部 简 单 氰 化 物 和 部 分 络 合 氰 化 物)蒸 出，使 之与干扰组分分离。n 异烟酸一吡唑啉酮分光光度法：n 介质：中性n 异烟酸巴比妥酸分光光度法：n 介质：弱酸性7.5 分光光度法在水质分析中的应用n 7.5.5 水中含氮化合物的测定n 1.氨氮的测定(NH4+-N)：纳氏试剂分光光度法 n 2.亚硝酸盐氮(NO2-N)：N(
20、1 萘基)乙二胺分光光度法 n 3.硝 酸 盐 氮 的 测 定(NO3-N)：酚 二 磺 酸 分 光 光 度 法 和 紫 外 分光光度法 n 4.总 氮(TN)：过 硫 酸 钾 氧 化紫 外 分 光 光 度 法；分 别 测 定 有机 氮 和 无 机 氮 化 合 物（包 括 氨 氮、硝 酸 盐 氮、亚 硝 酸 盐 氮）后进行加和方法。7.5 分光光度法在水质分析中的应用n 7.5.6 水中挥发酚的测定：4氨基安替比林分光光度法方法 n 酚 类 化 合 物 在pH 值10.00.2 的 溶 液 中，在 铁 氰 化 钾 氧 化 剂的 存 在 下，4氨 基 安 替 比 林 与 酚 类 化 合 物 生 成 红 色 的 安 替比林染料可被三氯甲烷所萃取，在460nm 波长处比色定量。显色反应受苯环上取代基的种类、位置、数目等影响。显色时必须严格控制pH 值。7.5 分光光度法在水质分析中的应用