吸光光度法讲稿.ppt
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1、关于吸光光度法关于吸光光度法2022/9/30第一页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30吸光光度法概述吸光光度法概述吸光光度法:基于物质对光的选择性吸收的分析方法 天津理工大学第二页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30分类:分类:比色法:比色法:以比较溶液颜色深浅,从而确定被测定组分含量的方法。比色法的准确度和精密度受视力条件影响很大,一般相对误差约在520的范围。分光光度法:分光光度法:使用分光光度计进行测量,相对误差约在25 可见分光光度法、紫外分光光度法、红外分光光度法、荧光分光光度法天津理工大学第三页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30特点:特点:(1)具有较高的灵敏度,适用于微
2、量组分的测定;(2)通常所测试液的浓度下限达10-510-6 molL-1;(3)吸光光度法测定的相对误差约为2%5%;(4)测定迅速,仪器操作简单,价格便宜,应用广泛;(5)几乎所有的无机物质和许多有机物质的微量成分都能用此法进行测定。天津理工大学第四页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30电磁辐射按波长顺序排列,称电磁辐射按波长顺序排列,称电磁波谱。光是一种电磁波,具有波动性和微粒性人眼能感觉到的光称为可见光。天津理工大学射线射线 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无线电波电波第五页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30(真空紫外真空紫外)远红外远红外中红外中红外
3、近红外近红外可见可见紫外紫外远紫外远紫外10nm200nm中层中层电子电子200nm 400nm价电价电子子400nm 750nm价电价电子子750 nm 2.5 m分子分子振动振动2.5 m 50 m分子分子振动振动50 m300 m分子分子转动转动天津理工大学第六页,讲稿共一百零六页哦2022/9/301 1 可见光的颜色和互补色:可见光的颜色和互补色:在可见光范围内,不同波长的光的颜色是不同的。平常所见的白光(日光、白炽灯光等)是一种复合光,它是由各种颜色的光按一定比例混合而得的。利用棱镜等分光器可将它分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等不同颜色的单色光。9.1 吸光光度法基本原理吸光光度
4、法基本原理 9.1.1物质对光的选择性吸收天津理工大学第七页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30白光除了可由所有波长的可见光复合得到外,还可由适当的两种颜色两种颜色的光按一定比例复合得到。能组成白光的两种颜色的光叫补色光补色光。物质的颜色与吸收光的关系:当白光照射到物质上时,如果物质对白光中某种颜色的光产生了选择性的吸收,则物质就会显示出一定的颜色。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。天津理工大学第八页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30表9-1 物质颜色与吸收光颜色的互补关系物质颜色与吸收光颜色的互补关系天津理工大学第九页,讲稿共一百零六页哦2022/9/
5、302 2 吸吸收收(absorption):当当白白光光通通过过某某一一有有色色溶溶液液时时,该该溶溶液液会会选选择择性性地地吸吸收收某某些些波波长长的的光光而而让让未未被被吸吸收收的的光光透透射射过过,透透射射光光刺刺激激人人眼眼而而使使人人感感到到颜颜色色的的存存在在,溶溶液液呈呈现现透透射射光光的的颜颜色色,亦亦即即呈呈现现的的是是它它吸吸收收光的光的互补光互补光的颜色。的颜色。例例如如,KMnO4溶溶液液选选择择吸吸收收了了白白光光中中的的绿绿色色(500560nm)光光,与与绿绿色色光光互互补补的的紫紫色色光光因因未未被被吸吸收收而透过溶液,所以而透过溶液,所以KMnO4溶液呈现溶
6、液呈现紫色紫色。天津理工大学第十页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30M +热M+荧光或磷光M +h M*基态基态 激发态激发态E1 (E)E2 E=E2 -E1不同的物质微粒由于结构不同而具不同的物质微粒由于结构不同而具有不同的量子化能级,能量差也不有不同的量子化能级,能量差也不同。同。光的互补光的互补:蓝:蓝 黄黄分子、原子或离子具有不连续的量子化能级分子、原子或离子具有不连续的量子化能级3 物质对光的吸收具有选择性物质对光的吸收具有选择性天津理工大学第十一页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30光子具有一定的能量光子具有一定的能量=h =h c/为光的能量(尔格);为光的能量(尔格);
7、为频率;为频率;为波长;为波长;h为普朗为普朗克常数;克常数;c为光速。为光速。仅当照射光的光子能量与被照射物质粒子的基态与激仅当照射光的光子能量与被照射物质粒子的基态与激发态能量之差相当时才能被吸收,不同的物质微粒由发态能量之差相当时才能被吸收,不同的物质微粒由于结构不同而具有不同的能量差,所以物质对光的吸于结构不同而具有不同的能量差,所以物质对光的吸收具有选择性。收具有选择性。天津理工大学 E=E2-E1=h 第十二页,讲稿共一百零六页哦2022/9/304 吸收曲线(吸收光谱):每一种物质对不同波长光的吸收程度是不同的,如果我们让各种不同波长的光分别通过被测物质,分别测定物质对不同波长光
8、的吸收程度,以波长为横坐标,吸收程度为纵坐标作图所得曲线。描述了物质对不同波长光的吸收能力。吸收峰和最大吸收波长max 吸收曲线上的各个峰叫吸收峰。峰越高,表示物质对相应波长的光的吸收程度越大。其中最高的那个峰叫最大吸收峰,它的最高点所对应的波长叫最大吸收波长,用max表示。天津理工大学第十三页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30物质的吸收曲线和最大吸收波长的特点:1)不同的物质,吸收曲线的形状不同,最大吸收波长不同。2)对同一物质,其浓度不同时,吸收曲线形状和最大吸收波长不变,只是吸收程度要发生变化,表现在曲线上就是曲线的高低发生变化。天津理工大学第十四页,讲稿共一百零六页哦2022/9/
9、30(4)不同浓度的同一种物质,在某一定波长下吸光度 A 有差异,在max处吸光度A 的差异最大。此特性可作为物质定量分析此特性可作为物质定量分析的依据的依据。(5)在max处吸光度随浓度变化的幅度最大,所以测定最灵敏。(3)吸收曲线可以提供物质的结构信息,并作为物质定性分析的依据之一;天津理工大学第十五页,讲稿共一百零六页哦2022/9/309.1.2 光的吸收基本定律光的吸收基本定律 朗伯朗伯-比耳(比耳(Larnbert-Beer)定律定律1.1.朗伯朗伯比耳定律比耳定律吸光度与液层厚度吸光度与液层厚度 Ab吸光度与物质浓度吸光度与物质浓度 A c A c b天津理工大学第十六页,讲稿共
10、一百零六页哦2022/9/30式中式中 A:吸光度;描述溶液对光的吸收程度;吸光度;描述溶液对光的吸收程度;b:液层厚度液层厚度(光程长度光程长度),通常以,通常以cm为单位;为单位;c:溶液的浓度,单位溶液的浓度,单位 molL-,g/L a:吸吸收系数收系数,朗伯朗伯比耳定律数学表达式比耳定律数学表达式A=a b c朗伯朗伯-比尔定律的适用条件比尔定律的适用条件1)单色光单色光:)稀溶液:稀溶液:天津理工大学第十七页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30透光度透光度T:描述入射光透过溶液的程度描述入射光透过溶液的程度 T=I/I0吸光度吸光度A与透射比与透射比T 的关系的关系:透光度透光度
11、T T吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。天津理工大学第十八页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30比例常数a 的几种表示方法:吸收定律的数学表达式中的比例常数叫“吸收系数”,它的大小可表示出吸光物质对某波长光的吸收本领(即吸收程度)。它与吸光物质的性质、入射光的波长及温度等因素有关。另外,a的值随着b和c的单位不同而不同。下面就介绍a的几种不同的表示方法。当溶液浓度c的单位为g/L,溶液液层厚度b的单位为cm时,其单位为L/gcm天津理工大学第十九页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30当溶液浓度c的单位为mol/L,液层厚度b的单位为cm时,叫“摩尔吸收系数”,用表示,其单位为L/mol
12、cm,此时:A=bc表示的是当c=1mol/L,b=1cm时,物质对波长为的光的吸光度。表示吸光物质对波长为的光的吸收能力。摩尔吸收系数越大,表示物质对波长为的光的吸收能力越强,同时在分光光度法中测定的灵敏度也越大。值可以从实验中得到。天津理工大学第二十页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30(1)吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数;(2)不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时,仅与吸收物质本身的性质有关,与待测物浓度无关;(3)同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸收系数max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力,也反映了光度法测定该物
13、质可能达到的最大灵敏度。摩尔吸收系数的讨论天津理工大学第二十一页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30(4)可作为定性鉴定的参数;(5)物质的吸光能力的度量 max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。105:超高灵敏;=(610)104:高灵敏;=104 103:中等灵敏;103 :不灵敏。(6)在数值上等于浓度为1 mol L-1、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。天津理工大学第二十二页,讲稿共一百零六页哦2022/9/309.1.3 偏离比耳定律的原因偏离比耳定律的原因1.1.现象现象 标准曲线法测定未知溶液的浓度时发现:标准曲线常发生弯曲(尤其当溶液
14、浓度较高时),这种现象称为对朗伯比耳定律的偏离。2.2.引起偏离的因素引起偏离的因素(两大类)(两大类)(1 1)物理性因素,)物理性因素,即仪器的非理想引起的;(2 2)化学性因素。)化学性因素。天津理工大学第二十三页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30物理性因素:物理性因素:难以获得真正的纯单色光难以获得真正的纯单色光。比尔定律只适用于单色光,但在实际测定中无论是用滤光片或棱镜分光,只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯比耳定律的正或负偏离。避免仪器偏离:避免仪器偏离:首先要求入射光纯度要高:应选择比较好的单色器。其次选择波长范围应在吸收曲线斜率变化小的部位。天津理工大学第二十四
15、页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30讨论:讨论:选用谱带a的复合光进行测量,得到右图的工作曲线,A与c基本呈直线关系。选用谱带b的复合光进行测量,的变化较大,则A随波长的变化较明显,得到的工作曲线明显偏离线性。天津理工大学第二十五页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30(2)(2)化学性因素化学性因素朗伯比耳定律的假定:所有的吸光粒子之间不发生相互作用;仅在稀溶液(c10-2 mol L-1时,吸光粒子间可能发生缔合等相互作用,直接影响了对光的吸收。故:朗伯比耳定律只适用于稀溶液。溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光物质的浓度发生变化。例:CrO42-+2H+
16、=Cr2O72-+H2O天津理工大学第二十六页,讲稿共一百零六页哦2022/9/309.2 光度计及其基本部件光度计及其基本部件1.1.分光光度计分光光度计天津理工大学第二十七页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30分光光度计分光光度计天津理工大学第二十八页,讲稿共一百零六页哦2022/9/309.2.1 基本组成基本组成天津理工大学第二十九页,讲稿共一百零六页哦2022/9/309.2.3 主要部件主要部件 1.1.光源光源要求:1提供足够强度和稳定的连续光2使用寿命长 可见光区可见光区:钨灯作为光源,其辐射波长范围在3202500 nm。紫外区紫外区:氢、氘灯。发射180375 nm的连续
17、光谱。天津理工大学第三十页,讲稿共一百零六页哦2022/9/302 2.单色器单色器单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置,其主要功能:产生光谱纯度高的光波且波长在紫外可见区域内任意可调。入射狭缝入射狭缝:光源的光由此进入单色器;准光装置准光装置:透镜或返射镜使入射光成为平行光束;色散元件色散元件:核心部分,起分光的作用。棱镜或光栅天津理工大学第三十一页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30棱镜有玻璃和石英两种玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是依据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光玻璃可吸收紫外光,所以玻璃棱镜只能用于350 3200
18、nm的波长范围,即只能用于可见光域内。石英棱镜可使用的波长范围较宽,可从185 4000nm,即可用于紫外、可见和紫外、可见和近红外近红外三 个光域。光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的,它可用于紫紫外、可见及红外光域,而且在整个波长区具有良外、可见及红外光域,而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力好的、几乎均匀一致的分辨能力。天津理工大学第三十二页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30光栅光栅天津理工大学第三十三页,讲稿共一百零六页哦2022/9/303 3.吸收池吸收池吸收池(比色皿)用于盛放试液。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池,可见区一般用玻璃池。天津理工
19、大学第三十四页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30吸收池要求:要求:(1)匹配性(对光的吸收和反射应一致)匹配性(对光的吸收和反射应一致)(2)吸收池经过配对测试的吸收池经过配对测试的(3)使用前后都要清洗干净使用前后都要清洗干净(4)已匹配好的吸收池不能用炉子或火焰干燥已匹配好的吸收池不能用炉子或火焰干燥(5)只能接触毛玻璃一侧只能接触毛玻璃一侧天津理工大学第三十五页,讲稿共一百零六页哦2022/9/304 4.检测系统 将光强度转换成电流来进行测量。光电检测器。要求:对测定波长范围内的光有快速、灵敏的响应,产生的光电流应与照射于检测器上的光强度成正比。(1)(1)光电管光电管天津理工大学
20、第三十六页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30(2)(2)光电二极管阵列光电二极管阵列电容器再次充电的电量与每个二极管检测到的光子数目成正比,而光子数又与光强成正比。通过测量整个波长范围内光强的变化就可得到吸收光谱。电容器充电电容器放电光照射再次充电测量周期天津理工大学第三十七页,讲稿共一百零六页哦2022/9/309.2.2分光光度计的类型:(一)单波长单光束分光光度计:0.575光源光源单色单色器器吸收吸收池池检测检测器器显显示示天津理工大学第三十八页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30这类分光光度计的特点是:结构简单,价格便宜。这类分光光度计的特点是:结构简单,价格便宜。主要适用于定
21、量分析,而不适用于作定性分析。另外,主要适用于定量分析,而不适用于作定性分析。另外,结果受电源的波动影响较大。结果受电源的波动影响较大。天津理工大学第三十九页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30(二)(二)单波长双光束分光光度计单波长双光束分光光度计比比值值光源光源单色单色器器吸收池吸收池检测器检测器显显示示光束分裂器光束分裂器天津理工大学第四十页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30光光源源单色单色器器单色单色器器检测检测器器切切光光器器狭狭缝缝吸吸收收池池(三)双波长分光光度计:(三)双波长分光光度计:天津理工大学第四十一页,讲稿共一百零六页哦2022/9/309.3 显色反应与条件的选
22、择显色反应与条件的选择在光度分析中将试样中的待测组分转变成有色化合物的在光度分析中将试样中的待测组分转变成有色化合物的反应叫显色反应。反应叫显色反应。将待测组分转变成有色化合物的试剂叫显色剂。将待测组分转变成有色化合物的试剂叫显色剂。显色反应一般分为两大类:显色反应一般分为两大类:一类是配位反应;一类是配位反应;另一类是氧化还原反应另一类是氧化还原反应在这两类反应中,用得较多的是配位反应。在这两类反应中,用得较多的是配位反应。天津理工大学第四十二页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30 配位显色反应配位显色反应 当金属离子与有机显色剂形成配合物时,通常会发生当金属离子与有机显色剂形成配合物时,
23、通常会发生电荷转移跃迁,产生很强的紫外电荷转移跃迁,产生很强的紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱氧化还原显色反应氧化还原显色反应某些元素的氧化态,如某些元素的氧化态,如Mn()、)、Cr()在可见光区在可见光区能强烈吸收,可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测能强烈吸收,可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。定。例如:钢中微量锰的测定,例如:钢中微量锰的测定,2 Mn2 5 S2O82-8 H2O=2 MnO4+10 SO42-16H+将将Mn2 氧化成紫红色的氧化成紫红色的MnO4后后,在在525 nm处进行测处进行测定。定。天津理工大学第四十三页,讲稿共一百零六页哦2022/9/309
24、.3.1 显色反应的选择:1灵敏度要高灵敏度要高:首先考虑的主要方面,:首先考虑的主要方面,在在104-105。2选择性要好:干扰较少或干扰易除去的选择性要好:干扰较少或干扰易除去的 3有色化合物的组成要恒定,化学性质稳定。有色化合物的组成要恒定,化学性质稳定。4显色剂在测定波长处无明显吸收,两种有色物最大吸收显色剂在测定波长处无明显吸收,两种有色物最大吸收波长之差:波长之差:“对比度对比度”,要求,要求 60 nm。5反应的条件要易于控制。反应的条件要易于控制。天津理工大学第四十四页,讲稿共一百零六页哦2022/9/309.3.2 显色剂显色剂无机显色剂:无机显色剂:硫氰酸盐、钼酸铵等。有机
25、显色剂:有机显色剂:种类繁多偶氮类显色剂偶氮类显色剂:性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大,应用最广泛。偶氮胂III、PAR等。三苯甲烷类三苯甲烷类:铬天青S、二甲酚橙等天津理工大学第四十五页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30控制显色条件,使显色反应完全和稳定。(一)显色剂用量:(一)显色剂用量:显色反应一般可用下式代表:显色反应一般可用下式代表:MR MR反应具有一定的可逆性,当加入反应具有一定的可逆性,当加入R的过量时,的过量时,有利于反应向右进行。有利于反应向右进行。9.3.3 显色反应条件的选择显色反应条件的选择天津理工大学第四十六页,讲稿共一百零六页哦2022/9/30
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