《無機及分析化學》教材配套PPT課件

無機及分析化學教材配套PPT課件,無機及分析化學,無機,分析化學,教材,配套,PPT,課件 第十章 吸光光度法 110.1 概述10.2 光的吸收定律朗伯比爾定律10.3 紫外可見分光光度計及測定方法10.4 顯色反應及其影響因素10.5 測量條件的選擇10.6 紫外可見分光光度法應用實例21了解物質(zhì)顏色與光的吸收關(guān)系2了解紫外可見分光光度法的儀器和測量條件 的選擇3了解顯色反應及其影響因素4熟悉紫外可見分光光度法的實際應用5掌握朗伯比爾定律及其偏離的原因6掌握紫外可見分光光度法的測定方法學習要求310.1 概述分分光光光光度度法法是基于物質(zhì)分子對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法。按物質(zhì)吸收光的波長不同，可分為可見分光光度法、紫外分光光度法及紅外分光光度法。特點：*靈敏度較高（10-510-6molL-1），適用于微量組分的測定。但相對誤差較大（25%）。*具有操作方便、儀器設備簡單、靈敏度和選擇性較好等優(yōu)點，為常規(guī)的儀器分析方法。410.1.1光的基本性質(zhì) 光是一種電磁波。所有電磁波都具有波粒二象性。光的波長、頻率與光速c的關(guān)系為：（10-1）光速在真空中等于2.9979108ms-1。光子的能量與波長的關(guān)系為：（10-2）E為光子的能量；v為頻率；h為普朗克常數(shù)，為6.62610-34JS。5電磁波譜610.1.2物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系單色光單色光:只具有一種波長的光?；旌瞎饣旌瞎?由兩種以上波長組成的光。白白光光:是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各種色光按一定比例混合而成的。物物質(zhì)質(zhì)的的顏顏色色:是由于物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性的吸收作用而產(chǎn)生的。例如：硫酸銅溶液因吸收白光中的黃色光而呈藍色；高錳酸鉀溶液因吸白光中的綠色光而呈紫色。因此，物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色和吸收的光顏色之間是互補關(guān)系。7 如果把兩種適當顏色的光按一定的強度比例混合也可以得白光，這兩種光就叫互補色光互補色光。如果吸收光在可見區(qū),吸收光的顏色與透過光的顏色為互補關(guān)系,物質(zhì)呈現(xiàn)透過物質(zhì)呈現(xiàn)透過光的顏色光的顏色。如果吸收光在紫外區(qū)，則物質(zhì)不呈現(xiàn)顏色光的互補性與物質(zhì)的顏色8吸收光譜或吸收曲線 測定某種物質(zhì)對不同波長單色光的吸收程度，以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖。KMnO4溶液對波長525nm附近的綠色光吸收最強，而對紫色光吸收最弱。光吸收程度最大處的叫做最大吸收波長，用max表示。不同濃度的KMnO4溶液所得的吸收曲線都相似，其最大吸收波長不變，只是相應的吸光度大小不同。910.2 光的吸收定律朗伯-比爾定律 10.2.1 朗伯比爾定律當一束平行的單色光照射到有色溶液時，光的一部分將被溶液吸收，一部分透過溶液，還有一部分被器皿表面所反射。設入射光強度為I0，透過光強度為I，溶液的濃度為c，液層寬度為b，經(jīng)實驗表明它們之間有下列關(guān)系：(10-3)10 是是投投射射光光強強度度與與入入射射光光強強度度之之比比，表表示示入入射射光光透透過過溶溶液液的的程程度度，稱為透光度（或透光率），以稱為透光度（或透光率），以T表示，單位為表示，單位為%：。透光度、吸光度與溶液濃度及液層寬度的關(guān)系（10-4）溶液濃度與寬度的乘積與吸光度成正比，而不是與透光度成正比。k是比例系數(shù)，與入射光波長、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)。當入射光波長和溶液溫度一定時，k代表單位濃度的有色溶液放在單位寬度的比色皿中的吸光度。當c的單位為gL-1，b的單位為cm時，k以a表示，稱為吸光系數(shù)，其單位為Lg-1cm-1，(10-5)11 如果濃度c的單位為molL-1，b的單位為cm，這時k常用 表示。稱為摩爾吸光系數(shù)，其單位為Lmol-1cm-1，它表示吸光物質(zhì)的濃度為1molL-1，溶液的寬度為1cm時，溶液對光的吸收能力。值越大，表示吸光質(zhì)點對某波長的光吸收能力愈強，光度測定的靈敏度越高。值在103以上即可進行分光光度法測定，高靈敏度的分光光度法可達到105106。于是式（9-3）可寫成為：A=bc （10-6）與a的關(guān)系為：=Ma （10-7）式中M為吸光物質(zhì)的摩爾質(zhì)量12實際測定中選用參比的重要性13例例10-1 濃度為25.0 g/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分光光度法測定，于波長600nm處，用2.0cm比色皿測得T=50.1%，求吸光系數(shù)a和摩爾吸光系數(shù)。已知M(Cu)=64.0。解解 已知T=0.501，則A=lgT=0.300，b=2.0cm,則根據(jù)朗伯比爾定律 A=abc，而=Ma=64.0gmol-13.00102 Lg-1cm-1=1.92104(Lmol-1cm-1)14例例10-2 某有色溶液，當用1cm比色皿時，其透光度為T，若改用2cm比色皿，則透光度應為多少？解解:由A=-lgT=abc可得 T=10-abc 當b1=1cm時，T1=10-ac=T 當b2=2cm時，T2=10-2ac=T215 定量分析時，通常液層厚度是相同的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關(guān)系應該是一條通過直角坐標原點的直線。但在實際工作中，往往會偏離線性而發(fā)生彎曲，見圖10-4中的虛線。若在彎曲部分進行定量，將產(chǎn)生較大的測定誤差。10.2.2 偏離朗伯一比爾定律的原因圖10-4 對比爾定律的偏離情況16 朗伯一比爾定律只對一定波長的單色光才能成立，但在實際工作中，即使質(zhì)量較好的分光光度計所得的入射光，仍然具有一定波長范圍的波帶寬度。在這種情況下，吸光度與濃度并不完全成直線關(guān)系，因而導致了對朗伯一比爾定律的偏離。所得入射光的波長范圍越窄，即“單色光”越純，則偏離越小。1.1.單色光不純所引起的偏離單色光不純所引起的偏離172.2.由于溶液本身的原因所引起的偏離由于溶液本身的原因所引起的偏離 吸光系數(shù)k與溶液的折光指數(shù)n有關(guān)。溶液濃度在0.01molL-1或更低時，n基本上是一個常數(shù)，說明朗伯一比爾定律只適用于低濃度的溶液。濃度過高會偏離朗伯一比爾定律。朗伯比爾定律是建立在均勻、非散射的溶液這個基礎(chǔ)上的。如果介質(zhì)不均勻，呈膠體、乳濁、懸浮狀態(tài)，則入射光除了被吸收外，還會有反射、散射的損失，因而實際測得的吸光度增大，導致對朗伯比爾定律的偏離。18 溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學變化也會引起偏離。其中有色化合物的離解是偏離朗伯比爾定律的主要化學因素。例如，顯色劑KSCN與Fe3+形成紅色配合物Fe(SCN)3，存在下列平衡Fe(SCN)3 Fe3+3SCN溶液稀釋時，上述平衡向右，離解度增大。所以當溶液體積增大一倍時，F(xiàn)e(SCN)3的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導致偏離朗伯比爾定律。1910.3 紫外可見分光光度計及測定方法 10.3.1 分光光度計基本構(gòu)造 光光源源：可見分光光度計都以鎢燈（3601000nm）作光源。鎢燈是612V的鎢絲燈泡，儀器裝有聚光透鏡使光線變成平行光，為保證光強度恒定不變，配有穩(wěn)壓電源。紫外可見分光光度計除有鎢燈外其光源還有氫燈，氫燈發(fā)射150400nm波長的光，適用于200 400nm波長范圍的紫外分光光度法測定。20 單單色色器器：其作用是將光源輻射的復合光分解成按波長順序排列的單色光。包括狹縫和色散元件及準直鏡三部分。色散元件用棱鏡或光柵制成。玻璃棱鏡的色散波段一般在360700nm，主要用于可見分光光度計中。石英棱鏡的色散波段一般在2001000nm，可用于紫外可見分光光度計中。光柵其特點是工作波段范圍寬，適用性強，對各種波長色散率幾乎一致。21吸收池吸收池：又稱比色皿，是由無色透明的光學玻璃或熔融石英制成，用于盛裝試液或參比溶液。玻璃吸收池：在見光范圍內(nèi)使用。石英吸收池：在紫外光范圍內(nèi)使用。吸收池，通常有0.5cm、1cm、2cm、3cm和5cm寬，可適用于不同濃度范圍的試樣測定。同一組吸收池的透光率相差應小于0.5%。22檢測器檢測器：把透過吸收池后透射光強度轉(zhuǎn)換成電訊號的裝置。檢測系統(tǒng)應具有靈敏度高、對透過光的響應時間短、且響應的線性關(guān)系好，對不同波長的光具有相同的響應可靠性。在分光光度計中常用光電管和光電倍增管等做檢測器。光電倍增管其靈敏度要比光電管約高200倍。23顯顯示示器器：顯示器是將檢測器檢測的信號顯示和記錄下來的裝置。在分光光度計中常用的是微安表、數(shù)碼顯示管等。簡單的分光光度計多用微安表。在標尺上有透光度（T）和吸光度（A）兩種刻度，由于吸光度和透光度是負對數(shù)關(guān)系，因此透光度的刻度是均勻的，而吸光度的刻度是不均勻的。24分光光度計的主要類型分光光度計的主要類型單光束型25 雙光束型26光電二極管陣列型（DAD)27n 1.標準曲線法 先配制一系列濃度不同的標準溶液，用選定的顯色劑進行顯色，在一定波長下分別測定它們的吸光度A。以A為縱坐標，濃度c為橫坐標，繪制A-c曲線，若符合朗伯比爾定律，則得到一條通過原點的直線，稱為標標準準曲曲線線。然后用完全相同的方法和步驟測定被測溶液的吸光度，便可從標準曲線上找出對應的被測溶液濃度或含量，這就是標準曲線法。在儀器、方法和條件都固定的情況下，標準曲線可以多次使用而不必重新制作，因而標準曲線法適用于大量的經(jīng)常性的工作。10.3.210.3.2分光光度測定的方法分光光度測定的方法28空白 標準溶液 試樣29 2.標準對照法(直接比較法)將試樣溶液和一個標準溶液在相同條件進行顯色、定容，分別測出它們的吸光度，按下式計算被測溶液的濃度。k標=k測 b標=b測所以 要求A與c線性關(guān)系良好，被測樣品溶液與標準溶液濃度接近，以減少測定誤差。用一份標準溶液即可計算出被測溶液的含量或濃度，方便，操作簡單。30 3吸光系數(shù)法 在沒有標準品可供比較測定的條件下，按文獻規(guī)定條件測定被測物的吸光度，從樣品的配制濃度、測定的吸光度及文獻查出的吸光系數(shù)即可計算樣品的含量，因為 則樣品含量31 例例10-410-4 已知維生素B12在361nm條件下a標=20.7Lg1cm1。精確稱取樣品30mg，加水溶解稀釋至1000mL，在波長361nm下，用1.00cm吸收池測得溶液的吸光度為0.618，計算樣品維生素B12的含量。解解：A=a樣bc則維生素B12的含量=3210.4.1 顯色反應及顯色劑：這種被測元素在某種試劑的作用下，轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應叫顯色反應，所加入試劑稱為顯色劑。常見的顯色反應大多數(shù)是生成配合物的反應，少數(shù)是氧化還原反應和增加吸光能力的生化反應。顯色劑顯色劑10.4 顯色反應及其影響因素33（1）選選選選擇擇擇擇性性性性好好好好 所用的顯色劑僅與被測組分顯色而與其它共存組分不顯色，或其它組分干擾少。（2 2）靈靈靈靈敏敏敏敏度度度度要要要要足足足足夠夠夠夠高高高高 有色化合物有大的摩爾吸光系數(shù)，一般應有104105數(shù)量級。（3）有有有有色色色色配配配配合合合合物物物物的的的的組組組組成成成成要要要要恒恒恒恒定定定定 顯色劑與被測物質(zhì)的反應要定量 進行，生成有色配合物的組成要恒定。（4）生生生生成成成成的的的的有有有有色色色色配配配配合合合合物物物物穩(wěn)穩(wěn)穩(wěn)穩(wěn)定定定定性性性性好好好好 即要求配合物有較大的穩(wěn)定常數(shù)，有色配合物不易受外界環(huán)境條件的影響，亦不受溶液中其它化學因素的影響。有較好的重現(xiàn)性，結(jié)果才準確。（5）色色色色差差差差大大大大 有色配合物與顯色劑之間的顏色差別要大，這樣試劑空白小，顯色時顏色變化才明顯。顯色反應的要求：34 10.4.2影響顯色反應的因素 顯色劑的用量顯色劑的用量顯色反應一般可表示為M+R MRM+R MR圖 10-5 吸光度和顯色劑用量曲線35 溶液的酸度溶液的酸度 許多顯色劑都是有機弱酸或有機弱堿，溶液的酸度會直接影響顯色劑的解離程度。對某些能形成逐級配合物的顯色反應，產(chǎn)物的組成會隨介質(zhì)酸度的改變而改變，從而影響溶液的顏色。另外，某些金屬離子會隨著溶液酸度的降低而發(fā)生水解，甚至產(chǎn)生沉淀，使穩(wěn)定性較低的有色配合物的解離。36顯色溫度顯色溫度 有些反應需要加熱。有些顯色劑或有色配合物在較高溫度下易分解褪色。此外溫度對光的吸收及顏色深淺也有影響，要求標準溶液和被測溶液在測定過程中溫度一致。顯色時間顯色時間 顯色反應有快慢，有的有色配合物容易褪色，因此不同的顯色反應需放置不同的時間，并在一定的時間范圍內(nèi)進行比色測定。37副反應的影響副反應的影響 例如，被測金屬離子M與顯色劑R反應，生成有色配合物MRn，此時，若M有配位效應，R有酸效應，影響M配位反應的完全程度。通常，當金屬離子有99%以上被配位時，就可認為反應基本上是完全的。共存離子的影響共存離子的影響 吸光度增加，造成正干擾。被測組分或顯色劑的濃度降低，引起負干擾。3810.5 測量條件的選擇 10.5.1分光光度法的誤差 溶液不遵守朗伯溶液不遵守朗伯比爾定律所引起的誤差比爾定律所引起的誤差 利用標準曲線的直線段來測定被測溶液的濃度，從而減少由入射光為非單色光引起的誤差；也可以利用試劑空白和確定適宜的濃度范圍來減少由溶液本身所引起的誤差。光度測量誤差光度測量誤差 吸光度與透光率是負對數(shù)關(guān)系，故吸光度的標尺刻度是不均勻的。一般來說透光率為2065（吸光度為0.2 0.7）時，濃度測量的相對誤差都不太大。這就是分光光度分析中比較適宜的吸光度范圍。39儀器誤差儀器誤差 比色皿的質(zhì)量，檢流計的靈敏度。，光源不穩(wěn)定、棱鏡的性能、安裝條件及光電管的質(zhì)量等都可以使分析產(chǎn)生誤差。操作誤差操作誤差 由分析人員所采用的實驗條件與正確的條件有差別所引起的，如顯色條件和測量條件掌握得不好等。4010.5.2分光光度法測量條件的選擇入射光波長的選擇入射光波長的選擇 以最大吸收波長max為測量的入射光波長。在此波長處，摩爾吸光系數(shù)最大，測定的靈敏度最高。若干擾物在max處也有吸收，在干擾最小的條件下選擇吸光度最大的波長。有時為了消除其它離子的干擾，也常常加入掩蔽劑。41 透光度讀數(shù)誤差T是一個常數(shù)，但在不同的讀數(shù)范圍內(nèi)所引起的濃度的相對誤差卻是不同的。因此，為了減小濃度的相對誤差，提高測量的準確度，一般應控制被測液的吸光度A在0.20.7（透光度為65%20%）。當溶液的吸光度不在此范圍時，可以通過改變稱樣量、稀釋溶液以及選擇不同厚度的比色皿來控制吸光度。吸光度讀數(shù)范圍的選擇吸光度讀數(shù)范圍的選擇42 參比溶液的選擇參比溶液的選擇原則:使試液的吸光度能真正反映待測物的濃度。利用空白試驗來消除因溶劑或器皿對入射光反射和吸收帶來的誤差。（1）純?nèi)軇┛瞻?當試液、試劑、顯色劑均為無色時，用純?nèi)軇ɑ蛘麴s水）作參比溶液。（2）試劑空白 試液無色，而試劑或顯色劑有色時，加入相同量的顯色劑和試劑,作為參比溶液。（3）試液空白 試劑和顯色劑均無色，試液中其它離子有色時，用不加顯色劑的溶液作為參比溶液。4310.6 紫外可見分光光度法應用實例應用:測量試樣微量組分 測定配合物的組成及穩(wěn)定常數(shù)、弱酸的解離常數(shù)、化學反應的速率常數(shù)、催化反應的活化能等.根據(jù)分子的紫外光譜數(shù)據(jù)判斷分子的空間構(gòu)型，確定分子結(jié)構(gòu)。4410.6.1單組分含量測定實例一：1.1,10-二氮菲測定微量鐵 該試劑能與Fe2+能形成3：1的紅色配離子：max=512nm，為1.1104 Lmol1cm1。在pH為39范圍內(nèi)，反應能迅速完成，且顯色穩(wěn)定。在鐵含量0.58ugmL1范圍內(nèi)，濃度與吸光度符合朗伯比爾定律。用pH=4.55.0的緩沖液保持其酸度，并用鹽酸羥胺還原其中的Fe3+，用標準曲線法進行測定。45 用濃硫酸和高氯酸（HClO4）處理樣品，使磷的各種形式轉(zhuǎn)變?yōu)镠3PO4，然后在HNO3介質(zhì)中，H3PO4與（NH4）2MoO4反應形成磷鉬黃雜多酸，反應如下：H3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3=(NH4)3PO412MoO3+12NH4NO3+12H2O 用適當?shù)倪€原劑如維生素C將其中的Mo(VI)還原為Mo(V)，即生成藍色的磷鉬藍，其最大吸收波長為max=660nm，用標準曲線法可測得樣品的全磷含量。實例二：磷鉬藍法測定全磷4610.6.2多組分含量測定 溶液的總吸光度等于各組分的吸光度之和：A=A1+A2+A3+An吸收峰互不重疊 A、B兩組分的吸收峰相互不重疊，則可分別在處用單組分含量測定法測定組分A和B。47A、B兩組分的吸收峰相互重疊，可分別在和處測出A、B兩組分的總吸光度A1和A2，然后根據(jù)吸光度的加和性列聯(lián)立方程：在 處:在 處:式中 分別為A和B在波長 處的摩爾吸光系數(shù) 分別為A和B在 波長 處的摩爾吸光系數(shù)吸收峰相互重疊4810.6.3配合物組成的測定固定一種組分如金屬離子M的濃度，改變配位劑R的濃度，分別測定其吸光度。以吸光度A為縱坐標，配位劑與金屬離子的濃度比值為橫坐標作圖。當金屬離子全部被配位劑配合后，再增加配位劑，其吸光度亦不會增加了，利用外推法可得一交叉點D，D點所對應的濃度比值就是配合物的配合比。物質(zhì)的量比法物質(zhì)的量比法50