分析化学教案11分光光度法

'吸光光度法基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法——吸光光度法第一节　吸光光度法的基本原理一，光的吸收本质：14 分子、原子、离子具有不连续的量子化能级，仅能吸收当照射光子的能量hv与被照射粒子的E激－E基＝（hv）n因为不同物质微粒的结构不同，共有不同的量子化能级，其能量差也不相同,因此对光的吸收具有选择性。若固定某一溶液的浓度C和液层厚度b，测量不同下的A，以吸光度A对吸收波长作图，就得到－吸收曲线，即吸收光谱。初步定性分析：不同物质吸收曲线的形状与最大吸收波长不同。定量分析：不同C的同一物质在吸收峰附近的A随C↑而增大，吸收曲线是吸光光度法中选择测定波长的主要依据。二、朗白－比耳定律：14 物理含义：当一束平行单色光，通过单一均匀、非散射的吸光物质溶液时，溶液的A与溶液的浓度C，液层厚度b的积成正比。定量分析的依据。对于多组分体系，若吸光物质间无相互作用，则：A总＝A1+A2+…An即吸光度具有加和性。三、偏离朗白－比耳定律的原因：工作曲线：配制一系列标准溶液，测其A。同样方法配制试液，同样条件测Ax求出Cx。1．非单色元：目前仪器提供的入射光是较窄的光带——复合光14 2．化学因素引起的偏离　　　　　　　　　　　　　　A=Kbc　　　　　　　　　　　要求λ为单色光同时假设粒子是独立的，彼此无作用，即稀溶液。所以，高浓度时(C>0.01mol/L)，由于粒子间相互影响，使其吸光能力发生改变，因此，该定律只适用于稀溶液。（1）平衡效应：有些有色物质在溶液中发生缔合、离解，同溶剂反应，产生互变异构体，光化分解等平衡效应改变了吸收曲线的形状λmax，吸收强度等发生了变化，从而导致偏离。当用水稀释时平衡向右移动，就会使工作曲线弯曲。（2）酸效应：溶剂效应，也会使工作曲线弯曲。例：碘在CCL4呈紫色在乙醇中呈棕色。3．另外：介质的不均匀性引起的偏离：如：胶体乳（悬）浊液等，光通过体系时，一部分光因散射而损失，使透光率减小，吸光度增大，导致弯曲。 14 第二节　目视比色法和光度计的基本部件一、目视比色法：用眼睛比较溶液颜色的深浅以测定物质含量的方法，称为目视比色法。常用的目视比色法是标准系列法。这种方法就是使用一套由同种材料制成的，大小形状相同的平底玻璃管(称为比色管)，于管中分别加入一系列不同量的标准溶液和待测液，在实验条件相同的情况下，再加入等量的显色剂和其他试剂，稀释至一定刻度(比色管容量有10，25，50，100等几种)，然后从管口垂直向下观察，比较待测液与标准溶液颜色的深浅。若待测液与某一标准溶液颜色深度一致，则说明两者浓度相等，若待测液颜色介于两标准溶液之间，则取其算术平均值作为待测液浓度。目视比色法的主要缺点是准确度不高，如果待测液中存在第二种有色物质，甚至会无法进行测定。另外，由于许多有色溶液颜色不稳定，标准系列不能久存，经常需在测定时配制，比较麻烦。虽然可采用其某些稳定的有色物质(如重铬酸钾、硫酸铜和硫酸钴等)配制永久性标准系列，或利用有色塑料、有色玻璃制成永久色阶，但由于它们的颜色与试液的颜色往往有差异，也需要进行校正。尽管目视比色法存在上述缺点，但因其设备简单，操作简便，比色管内液层厚使观察颜色的灵敏度较高，且不要求有色溶液严格服从比耳定律，因而它广泛应用于准确度要求不高的常规分析中。主要缺点：准确度低多组分无法测定优点：设备简单，操作方便。二、光度法与目视法比较其优点：1．准确度高2．选择性好3．速度快，能用于多组分析。三、光度计部件：1．光源：产生复合光，常用6～12V的钨丝灯。600～1000nm钨丝灯发出的复合光波长覆盖整个可见光区。14 可见光400～750nm，为了防止电源电压微小变化引起的灯光强度变化，因此，必须有稳压装置。3．吸收池：－比色皿，盛放待测溶液，有：光学玻璃　石英玻璃0.5、1、2、3cm可见区　用于紫外区4．检测系统：①光电转换装置，把光信号转化为电信号。A：硒光电池P309　使用时注意“疲劳”。B：光电管或光电倍增管P310。②检流计：测量光电流，并将其转化为A、第三节• 显色反应及显色条件的选择将待测组分变成有色络合物的反应－显色反应。与待测组分形成有色络合物的试剂－显色剂一、显色反应的选择：（1）灵敏度高：ε大是显色反应灵敏度的重要标志。图6-5吸光度与显色剂浓度的关系曲线14 4．显色温度：升温加快显色，但温度偏高，有色物质分解，由实验来确定。总之：通过实验，分别作出A～[R]，pH，t，T曲线，找出合适的[R]，pH，t，T，即找出平坦区。5．副反应的影响6．溶剂的影响7．共存离子的影响。消除共存离子干扰的方法：（(5)选用适当的分离方法。三、显色剂(R)1．无机显色剂：无机显色剂在光度分析中应用不多，这主要是因为生成的络合物不够稳定，其灵敏度与选择度也不够高，目前，有价值的仅有硫氰酸盐、钼酸铵、H2O2等。2．有机显色剂：R大多数有机显色剂R与金属离子生成稳定的螯合物，显色反应的选择性和灵敏度都较高。在吸光光度法中应用广泛。①生色团：可吸收光子而产生跃迁的原子基因。它一般是分子中含有一个或多个某些不饱和基因(共轭体系)的有机化合物。14 ②助色团：含有孤对电子的基因，显然本身没有颜色，当它与某生色团相联时，(与其不饱和键相互作用)，能使该生色团的吸收波长位置向长波方向移动(即红移)，且光谱强度有所增大。如：胺基：—NH2　　　　R—NH—　　　　　R2N—　羟基：—OH　　—OR　　　—SH　　　　—CL等。③常用的有机显色剂：有机显色剂的类型、品种都非常多。A：偶氮类显色剂：含有偶氮基—N=N—凡含有偶氮结构的有机化合物，都是带色的。偶氮类显色剂：性质稳定，显色反应灵敏度高，选择性好，对比度较大。如：偶氮胂Ⅲ：③选择性高(比二元体系)一种配体常可与多种金属离子产生类似的络合反应，而当形成三元络合物时，就减少了形成类似络合物的可能性。如：铌、钽都可与邻苯三酚生成二元络合物，但在草酸介质中只有钽－邻苯三酚－草酸。第四节吸光度测量条件的选择14 为使光度法有较高的灵敏度与准确度。除了选择适当的显色条件外，还必须选择适当的测量条件。一、入射光波长的选择。入射光波长应根据吸收曲线，选择溶液最大吸收波长为宜。因为：此λ处ε最大，灵敏度较高，且在此波长处有一较小范围内，吸光度变化不大，不会造成对吸收定律的偏离，使得测定准确度也较高。若λmax不在仪器可测范围内，或干扰物质在此波长处有强烈吸收(如下图)，那么入射波长应选择在ε随波长改变变化不太大(且ε较大的区波)处的波长。如下图：测A应选500nm，而不选420nm。即选近平台且较大的波长。　　　　二、参比溶液的选择：选择原则：使试液的吸光度真正反映待测物的浓度。　　　在测量A时，利用参比溶液来调整仪器的零点，来消除由于吸收池器壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差。①仅MRn有色→纯溶剂作参比。M、R均无色，在水体系中，选用蒸馏水作参比。②显色剂R或其它试剂有吸收→试剂空白作参比。(即不加试样的溶液)③试样中其它组分N有吸收，但不与R反应。　A：则当R无吸收时——试样溶液作参比。　　　即：N、MRn有吸收——含N，不含MRn的作参比，即试液参比。　三、吸光度A读数范围的选择。　在不同吸光度范围内读数对测定带来不同的误差，设试液服从吸收定律。　14 　　从表6-2可知：当A=0.15～1.0或T=70%～10%　　　　　该范围为其适宜的读数范围。(有的书也有写A=0.2～0.8的)　　　因此在测定时，一般应使A在0.15～1.0之内。　　　利用控制溶液浓度或比色皿厚度的办法达到之。第五节吸光光度法的应用一．高含量组分的测定——示差法　当Cx较大时，A值常偏离A=εbc，即使不偏离，也往往由于A太高，读数误差也较大。　示差法：使用浓度稍低于试液Cx的标准溶液Cs作参比。来调整仪器，使其A=0(T=100%)，然后测试液的吸光度Ar。普通光度法：A=εbc　　Ax=εbCxAs=εbCs　　Ar=Ax－As=εbCx－εbCs=b(Cx－Cs)=εb△C即Ar与△C成正比。　　若以Cs为参比，测定一系列△C，则从工作曲线上查出△C，再根据Cx＝Cs+△C求出Cs例：Ts　As　　Tx　　Ax　　　　Ar=Ax－As　　10%　1.0　　5%　1.30　　　　0.30　　100%　0　　50%　0.3014 　　　　0.30等于说把读数标尺放大10倍。普色法　　示差法　　　　14 　关于示差法对的影响，参看有关参考书。　从图6-8可看出：以不同浓度标液作以参比，值不一样。随着参比溶液浓度的增加，也就逐渐降低。即Cs→Cx，Ts↓，↓。　　也就是说：Cs愈接近Cx愈好。但要注意，Cs愈大，T则愈低，相应的光电流就愈小，就要求光电检测装置的灵敏度足够高时，才能调节到As=0，同时，光度计的灵敏度与稳定性也要好，盛试液与参比液的比色皿的厚度与光学性能要相同。　　当参比液选择适当时，示差法测定的准确度可与重量法、滴定法相接近。二、多组分分析。　　双组分x、y，若xR与yR吸收曲线互不干扰，且分别测之。　　若xR与yR光谱有重叠，找出两个波长，使二组分的△A较大　　则：　A1=εx1bCx+εy1bCy　A2=εx2bCx+εy2bCy用x、y的纯溶液在λ1、λ2处先求出εx1、εx2εy1、εy2，代入方程，解之就可得到Cx、Cy。对于多组分，同样解联立方程组。利用计算机求解。三、络合物组成及稳定常数K的测定　　1．摩尔比法。(又称饱和法)　设金属离子M与络合剂L反应为：　　　　　14 　　从两直线的交点，往下作垂线，交点处的值，便是n，即络合比为1:n。　测稳定常数K：设n=1　求：(1)络合物的化学式；　　(2)络合物在525nm处的ε；　　(3)14 络合物的K稳。解：按表中所给数据作图：14'