朗伯比尔定律ppt课件.ppt
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1、Company LogoCompany Logo第七章第七章 吸光光度法吸光光度法主讲教师:鲁主讲教师:鲁 静静 光学分析法概述主要主要内内容容1 基本原理2 显色反应及显色条件的选择 3 测量条件的选择4 目视比色与分光光度计5 吸光光度法应用 62一、电磁辐射的基本特性一、电磁辐射的基本特性一.电磁辐射的二象性(波动性和微粒性) 光是一种电磁波,具有光是一种电磁波,具有波动性波动性。电磁波可以用周期。电磁波可以用周期T(s)、频率、频率? (Hz)、波长、波长(nm)和波数和波数(cm-1)等参数描述。它们之间的关系)等参数描述。它们之间的关系为:为: ? =1/T=c/ =1/= ?/c
2、 光具有光具有微粒性微粒性,光是由光子组成的,光子具有能量,其能量与频,光是由光子组成的,光子具有能量,其能量与频率或波长的关系为:率或波长的关系为: E=h ?=h c / 由以上公式可知:由以上公式可知: 不同波长的光能量不同,波长越长,能量越小,不同波长的光能量不同,波长越长,能量越小,波长越短,能量越大。波长越短,能量越大。第一节第一节. .光学分析法概述光学分析法概述V= ?3波谱名称波长范围分 析 方 法 射 线0.0050.17 nm中子活化分析,莫斯鲍尔谱法X 射 线0.110 nmX射线光谱法远 紫 外10200 nm真空紫外光谱法近 紫 外200380 nm紫外光谱法可 见
3、 光380750 nm比色法,可见吸光光度法近 红 外0.752.5 m红外光谱法中 红 外2.550 m红外光谱法远 红 外501000 m红外光谱法微 波11000 mm微波光谱法射 频11000 m核磁共振光谱法二、电磁辐射区二、电磁辐射区4v吸光光度法:基于物质对上述区间光的吸收而建吸光光度法:基于物质对上述区间光的吸收而建立起来的分析方法。立起来的分析方法。5 比色分析法比色分析法:利用比较待测溶液本身颜色或者加入试剂后呈现的颜:利用比较待测溶液本身颜色或者加入试剂后呈现的颜色的深浅来测定溶液中待测物质的浓度的方法。色的深浅来测定溶液中待测物质的浓度的方法。 目视比色法目视比色法 光
4、电比色法光电比色法 吸光光度法吸光光度法:应用分光光度计,根据物质对不同波长单色光的吸收:应用分光光度计,根据物质对不同波长单色光的吸收程度不同而对物质进行定性和定量分析的方法,也叫分光光度程度不同而对物质进行定性和定量分析的方法,也叫分光光度法。 可见分光光度法(380-750nm) 紫外分光光度法(200-380nm) 红外分光光度法(3103-3104nm) 6吸光光度法的特点吸光光度法的特点具有较高的灵敏度,适用于微量分析具有较高的灵敏度,适用于微量分析1准确度较高,一般相对误差为准确度较高,一般相对误差为25%。2分析速度快,设备简单,操作简便。分析速度快,设备简单,操作简便。3应用
5、广泛,也适用于化学平衡研究应用广泛,也适用于化学平衡研究47v 问题问题1:硫酸铜溶液时什么颜色的?:硫酸铜溶液时什么颜色的?v 问题问题2:蓝色的硫酸铜溶液放在钠光灯下呈现什么颜色?:蓝色的硫酸铜溶液放在钠光灯下呈现什么颜色?v 问题问题3:放在暗处,会有什么现象?:放在暗处,会有什么现象? 溶液的溶液的颜颜色色Diagram 2Diagram3Diagram 2Diagram 3光照及光照及组组成成物物质质本本质质第二节第二节.吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理8一一.单色光、复合光和互补光单色光、复合光和互补光 单色光单色光:具有相同波长的光。:具有相同波长的光。 复合光复合光:含有多
6、种波长的含有多种波长的的光。例如:阳光和白炽灯发出的光。例如:阳光和白炽灯发出 的光均为复合光的光均为复合光。 可见光可见光:指人的眼睛所能感觉到的光,包括的波长范围为:指人的眼睛所能感觉到的光,包括的波长范围为:380750nm。 互补光互补光:将两中适当颜色的光按一定的强度比例混合,如:将两中适当颜色的光按一定的强度比例混合,如果能形成白光,则这两种光称为互补光。果能形成白光,则这两种光称为互补光。9红650 760绿蓝橙600 650蓝黄580 600紫黄绿560 580红紫绿500 560红蓝绿490 500橙绿蓝480 490黄蓝450 480黄绿紫400 450互补光颜色/nm蓝绿
7、不同颜色的可见光波长范围及其互补光:不同颜色的可见光波长范围及其互补光:10白光白光青蓝青蓝青青绿绿黄黄橙橙红红紫紫蓝蓝1.物质颜色的产生物质颜色的产生 物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的。性吸收而产生的。二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收11 一种物质呈现何种颜色,与入射光组成和物质本身的结构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有关,而溶液呈现不同的颜色是由于溶液中的吸光质点而溶液呈现不同的颜色是由于溶液中的吸光质点(离子离子或分子或分子)选择性地吸收某种颜色的光而引起的。选择性地吸收某种颜色的光
8、而引起的。 当白光通过某一均匀溶液时,如果各种波长光几乎当白光通过某一均匀溶液时,如果各种波长光几乎全全部被吸部被吸收收,则溶液呈黑色。,则溶液呈黑色。如果入射光如果入射光全部透过全部透过(不吸收),则溶液无色透明。(不吸收),则溶液无色透明。如果对某种色光产生如果对某种色光产生选择性吸收选择性吸收,则溶液呈现透射光的颜,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。色,即溶液呈现的是它吸收光的互补色光的颜色。12溶液的颜色与光吸收的关系溶液的颜色与光吸收的关系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13例如:例如: 硫酸铜
9、溶液选择性地吸收了白色光中的黄色光,所以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。(?)呈现蓝色。(?) KMnO4溶液能选择吸收了白光中的绿光,与绿色光溶液能选择吸收了白光中的绿光,与绿色光互补的紫色光因未被吸收而透过溶液,所以互补的紫色光因未被吸收而透过溶液,所以KMnO4溶液溶液呈现紫色。呈现紫色。练习:练习: K2Cr2O4 是什么颜色的?为什么?是什么颜色的?为什么? 某溶液呈现红色,是因为什么?某溶液呈现红色,是因为什么? 14152.物质的吸收光谱曲线物质的吸收光谱曲线用不同波长用不同波长(400-750nm)的光,照射某一吸光物质的溶液;的光,照射某一吸光物质的溶
10、液;测吸光度测吸光度(A),以波长,以波长 为横坐标,吸光度为横坐标,吸光度A为纵坐标得到的为纵坐标得到的一条曲线,直观地表示出物质对光的吸收特征。它反映某溶一条曲线,直观地表示出物质对光的吸收特征。它反映某溶液对不同波长单色光的吸收程度。在最大吸收波长处测定吸液对不同波长单色光的吸收程度。在最大吸收波长处测定吸光度,则灵敏度最高。光度,则灵敏度最高。 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 定性分析定性分析的的基础。基础。 同一物质,浓度不同时,吸收光谱的形状相同,同一物质,浓度不同时,吸收光谱的形状相同,Amax 不不同同定量分析定量分析的基础。的基础。16
11、KMnO4 的吸收曲线的吸收曲线17吸收曲线吸收曲线(absorption spectrum)的讨论的讨论1)同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长的波长称为最大吸收波长( max)2)同一物质不同浓度的溶液,同一物质不同浓度的溶液,光吸收曲线形状相似,其最大吸光吸收曲线形状相似,其最大吸收波长不变;但收波长不变;但在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增大。这个特性可作为物质定量分析的依据。在实际测定时,增大。这个特性可作为物质定量分析的依据。在实际测定时,只有在只有
12、在max处测定吸光度,其灵敏度最高,因此,吸收曲线处测定吸光度,其灵敏度最高,因此,吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长的依据。是吸光光度法中选择测量波长的依据。3)不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相同。光吸收不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相同。光吸收曲线与物质特性有关,故据此可作为物质定性分析的依据。曲线与物质特性有关,故据此可作为物质定性分析的依据。183.分子吸收光谱产生的机理分子吸收光谱产生的机理v 紫外紫外-可见吸收光谱产生的机理:可见吸收光谱产生的机理:v 光子作用于物质分子时,如果光子的能量与物质分子光子作用于物质分子时,如果光子的能量与物质分子的电子能级间的能级
13、差满足:的电子能级间的能级差满足:v E=h ? v 光子将能量传递给物质分子,分子获得能量可发生电光子将能量传递给物质分子,分子获得能量可发生电子能级的跃迁。在光吸收过程中基于分子中电子能级的跃子能级的跃迁。在光吸收过程中基于分子中电子能级的跃迁而产生的光谱,称为紫外迁而产生的光谱,称为紫外-可见吸收光谱(或电子光可见吸收光谱(或电子光谱)。谱)。19三、光吸收的基本定律三、光吸收的基本定律1.透射比和吸光度透射比和吸光度 当一束平行单色光,通过一均匀的溶液后,光的强度当一束平行单色光,通过一均匀的溶液后,光的强度会减弱会减弱 。I0 = Ia + It入射光强度入射光强度吸收光强度吸收光强
14、度透过光强度透过光强度20透光度透光度T (透射比)(透射比)Transmittance定义透光度:定义透光度:0IITtT 取值为取值为0.0 1.0全部吸收全部吸收 全部透射全部透射 A = lg(1/T) = -lgT吸光度吸光度A (Absorbance)A 取值为取值为 0.0 全部透射全部透射全部吸收全部吸收二者关系为二者关系为:定义吸光度定义吸光度 :tIIA0lg21朗伯朗伯-比尔比尔定律定律A=Kbc如果吸收池的液层厚度一如果吸收池的液层厚度一定,则吸光度与溶液浓度定,则吸光度与溶液浓度成正比:成正比: A=K2c 如果溶液的浓度一定,光如果溶液的浓度一定,光的吸收程度与液层
15、的厚度的吸收程度与液层的厚度成正比:成正比: A=K1b朗伯定律朗伯定律1760比尔定律比尔定律185222 朗伯朗伯- -比尔定律:比尔定律: 当一束平行单色光通过均匀的,透明的吸光物质的稀溶液时,当一束平行单色光通过均匀的,透明的吸光物质的稀溶液时,溶液的吸光度与吸光物质浓度和液层厚度乘积成正比,即溶液的吸光度与吸光物质浓度和液层厚度乘积成正比,即 A= bc 式中比例常数式中比例常数与吸光物质的本性,入射光波长及温度等因与吸光物质的本性,入射光波长及温度等因素有关。素有关。c c为吸光物质浓度,为吸光物质浓度,b b为透光液层厚度。为透光液层厚度。 K K可用可用a a(吸光系数)或(吸
16、光系数)或(摩尔吸光系数)表示。(摩尔吸光系数)表示。 朗伯朗伯- -比尔定律是紫外比尔定律是紫外- -可见分光光度法的理论基础。可见分光光度法的理论基础。2.朗伯朗伯-比尔定律比尔定律23v 朗伯朗伯比尔定律不仅适用于溶液,也适用于均匀的气体、比尔定律不仅适用于溶液,也适用于均匀的气体、固体状态,是各类光吸收的基本定律,也是各类分光光度固体状态,是各类光吸收的基本定律,也是各类分光光度法进行定量分析的依据。法进行定量分析的依据。v 朗伯朗伯-比尔定律的比尔定律的应用应用条件:条件:v 1) 必须使用必须使用单色光:应选用单色光:应选用 max处测定;处测定;v 2) 吸收发生在均匀的介质吸收
17、发生在均匀的介质;v 3) 吸收过程中,吸收物质互相不发生作吸收过程中,吸收物质互相不发生作用。24比例常数的取值与浓度的单位有关比例常数的取值与浓度的单位有关A = kb c当当c的单位用的单位用molL-1时,时,用用表示表示,称为摩尔吸光系数称为摩尔吸光系数 A b c a 的单位的单位: Lg-1cm-1 的单位的单位: Lmol-1cm-1=MaM物质的摩尔质量物质的摩尔质量当当c的单位为的单位为gL-1时,时,用用a 表示,称为质量吸光系数表示,称为质量吸光系数 Aa b 3.吸光系数吸光系数25v 摩尔吸光系数的物理意义:摩尔吸光系数的物理意义:v 单位浓度的溶液(单位浓度的溶液
18、(1mol/L)液层厚度为)液层厚度为1cm时,时,在一定波长下物质对光的吸收程度。在一定波长下物质对光的吸收程度。v (1)吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数。)吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数。v (2)不随浓度)不随浓度c和液层厚度和液层厚度b的改变而改变。的改变而改变。v 在温度和波长等条件一定时,在温度和波长等条件一定时,仅与吸收物质本身的性仅与吸收物质本身的性质有关,与待测物浓度无关;质有关,与待测物浓度无关;v (3)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的。在最值是不同的。在最大吸收波长大吸收波长max处的摩尔吸光系数,常以处的摩尔吸光系数
19、,常以max表示表示 v max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力表明了该吸收物质最大限度的吸光能力。26v a或或反映吸光物质对光的吸收能力,也反映用吸光光度分反映吸光物质对光的吸收能力,也反映用吸光光度分析法的灵敏度。析法的灵敏度。越大,表示改物质对某波长的光的吸收越大,表示改物质对某波长的光的吸收能力越强,测定的灵敏度也就越高。因此测定时,为了提能力越强,测定的灵敏度也就越高。因此测定时,为了提高分析灵敏度,通常选择摩尔吸光系数大的有色化合物进高分析灵敏度,通常选择摩尔吸光系数大的有色化合物进行测定,选择具有最大行测定,选择具有最大值波长的光做入射光。值波长的光做入射光。v 例如,用铜试
20、剂测定钢,例如,用铜试剂测定钢,436=12800;而用双硫腙测;而用双硫腙测定铜,定铜,495=158000,灵敏度较前者高很多。,灵敏度较前者高很多。v 例题讲解例题讲解273.吸光度的加和性吸光度的加和性 朗伯朗伯-比尔定律不仅适用于紫外光、可见光,比尔定律不仅适用于紫外光、可见光,也适用红外光;在同一波长下,各组分吸光度具也适用红外光;在同一波长下,各组分吸光度具有加和性有加和性 A=A1+A2+An28吸光度吸光度(A)、透光率、透光率(T)与浓度与浓度(c)的关系的关系ATc= 10-kbcTA=kbc线性关系线性关系指数关系指数关系=10-kbcTA=kbc29v4.4.偏离吸收
21、定律的主要因素偏离吸收定律的主要因素 在实际工作中,经常发现标准曲线向浓度轴弯曲的情在实际工作中,经常发现标准曲线向浓度轴弯曲的情况,称为偏离朗伯况,称为偏离朗伯-比比尔尔定律。引起偏离的原因较多,有定律。引起偏离的原因较多,有来自仪器方面的,有来自溶液方面的。来自仪器方面的,有来自溶液方面的。30v (1)入射光)入射光非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离v 朗伯朗伯-比耳定律只适用于单色光,但所用的入射光多比耳定律只适用于单色光,但所用的入射光多是复合光,因而导致对朗伯是复合光,因而导致对朗伯-比比尔尔定律的偏离。定律的偏离。v 设检测器(光电池或光电管)对两种波长的光的灵敏设检测器(光电
22、池或光电管)对两种波长的光的灵敏度相同,则可以证明:度相同,则可以证明:1与与2 相差愈大,吸收池愈厚,则相差愈大,吸收池愈厚,则偏离愈严重。偏离愈严重。v 入射光的波长范围窄,偏离朗伯入射光的波长范围窄,偏离朗伯-比比尔尔定律的程度小。定律的程度小。选择最大吸收波长的入射光,不仅有较高的灵敏度,偏离选择最大吸收波长的入射光,不仅有较高的灵敏度,偏离朗伯朗伯-比比尔尔定律的程度较小。定律的程度较小。31v (2)溶液的化学和物理因素引起的偏离溶液的化学和物理因素引起的偏离v 由于介质不均匀性引起的偏离:当被测试液是胶体由于介质不均匀性引起的偏离:当被测试液是胶体溶液、乳浊液或悬浮物质时,部分入
23、射光还因散射现象而溶液、乳浊液或悬浮物质时,部分入射光还因散射现象而损失,导致实测吸光度增加,产生正偏差。损失,导致实测吸光度增加,产生正偏差。 v 由于溶液中的化学反应引起的偏离:由于溶液中的化学反应引起的偏离:溶液中的吸光溶液中的吸光物质常因离解、缔合、形成新化合物或互变异构等化学变物质常因离解、缔合、形成新化合物或互变异构等化学变化而改变其浓度,导致偏离朗伯化而改变其浓度,导致偏离朗伯-比比尔尔定律。定律。v (3 3)比尔定律的局限性引起的偏离比尔定律的局限性引起的偏离v 比尔定律有个局限性,只适用于浓度小于比尔定律有个局限性,只适用于浓度小于0.01mol/l的稀溶液。的稀溶液。32
24、第三节第三节 显色反应及显色条件的选择显色反应及显色条件的选择一、显色反应及要求一、显色反应及要求 1.显色反应:显色反应:在在分光分光光度分析中光度分析中,将试样中的待测组分将试样中的待测组分转变成有色化合物的反应叫转变成有色化合物的反应叫显色反应显色反应。 显色反应一般分为两大类:一类是配位反应;另一类是氧显色反应一般分为两大类:一类是配位反应;另一类是氧化还原反应。化还原反应。Fe3 SCN = FeSCN;Mn2 5e 4H2O = MnO4 8H在这两类反应中,用得较多的是在这两类反应中,用得较多的是配位反应配位反应。33灵敏度高。对显对显色反色反应应的要求:的要求:1选择性好,干扰
25、少。 2 生成的有色化合物组成恒定,化学性质稳定。 3 有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大。 4 显色条件要易于控制,以保证有较好的再现性。 534二二.显色条件的选择显色条件的选择影响因素影响因素M + R MROH-M(OH)nH+HnR酸度酸度显色剂用量显色剂用量温度温度显色时间显色时间溶剂溶剂溶液中共存离子溶液中共存离子35酸度对显色反应的主要影响:酸度对显色反应的主要影响:1 1)当酸度不同时,同种金属离子与同种显色剂反应可以生成不)当酸度不同时,同种金属离子与同种显色剂反应可以生成不同配位数的不同颜色的配合物。如同配位数的不同颜色的配合物。如Fe3+Fe3+和水杨酸和水杨酸 PH
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