Chap紫外可见分光光度法ppt课件.ppt

'Chap.11吸光光度法AbsorptionSpectrophotometry可见光1 本章内容§11.1吸光光度法基本原理§11.2吸光光度法仪器§11.3显色反应及其影响因素§11.4吸光度的测量及误差控制§11.5吸光光度分析方法§11.6吸光光度法的应用实例2 吸光光度法基本概念和特点吸光光度法：是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。发展阶段：目视比色法、光电比色法、分光光度法。分类：可见分光光度法、紫外光谱法、红外光谱法。3 吸光光度法的特点（1）灵敏度高：测定下限可达10-5～10-6mol·L-1；10-4%～10-5%（2）作为微量分析方法，准确度较高：能够满足微量组分(<1%)的测定要求：Er：1%～5%（3）仪器设备简单，操作简便快速（4）应用广泛4 一、物质对光的选择性吸收§11.1吸光光度法基本原理（一）单色光与复合光1、光的波粒二象性光是一种电磁波，具有波粒二象性。5 c－真空中光速：~3.0×108m/s－波长：1m=10-6m,1nm=10-9m,1Å=10-10m－频率，单位：赫兹Hz次/秒n－折射率，真空中为1：=c；波数=1/=/c光的传播速度:（1）光的波动性6 h－普朗克(Planck)常数6.626×10-34J·s－频率E－光量子具有的能量单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)1eV=1.602×10－19J（2）光的微粒性光是由光子流组成，光子的能量：7 结论：一定波长的光具有一定的能量，波长越长(频率越低)，光量子的能量越低。光具有波粒二象性8 光谱区间射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光400～750nm0.1nm～10nm~750nm~0.1cm0.1mm～1m1m～1000m10nm~200nm200~400nm远紫外近紫外（真空紫外）9 2、单色光与复合光单色光复合光单一波长的光由不同波长的光组合而成的光白光青蓝青绿黄橙红紫蓝互补色10 1.吸收光与透射光当复合光照射到物体上时，一部分光被吸收，而另一部分光则被透射过去。即：入射光=吸收光＋透射光吸收光透射光互补（二）物质对光的选择性吸收11 物质的颜色与光的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意光的作用方式表观现象示意复合光12 不同颜色的可见光波长及其互补光蓝黄紫红绿紫黄绿绿蓝橙红蓝绿/nm颜色互补光400-450紫黄绿450-480蓝黄480-490绿蓝橙490-500蓝绿红500-560绿红紫560-580黄绿紫580-600黄蓝600-650橙绿蓝650-760红蓝绿13 2.吸收光谱(AbsorptionSpectra)用不同波长的单色光照射，测吸光度—吸收曲线紫外可见吸收光谱：分子价电子能级跃迁。电子跃迁的同时，伴随着振动能级、转动能级的跃迁。带状光谱。14 Ac增大定性分析基础物质对光的选择性吸收定量分析基础在一定实验条件下,A∝cABA最大吸收波长max3.吸收曲线15 300400500600700/nm5451.00.80.60.40.2AbsorbanceMnO4-的吸收光谱16 （1）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的ΔΕ所决定，反映了分子内部能级分布状况——定性分析基础（2）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比——定量分析基础同一种物质不同浓度下，其吸收曲线形状相似λmax不变。在λmax处吸光度A随浓度变化的幅度最大。所以测定最灵敏。此特性可作为定量分析时选择入射光波长的重要依据。Lambert-Beer定律吸收曲线的讨论：17 1.透光率(透射比,Transmittance)透光率定义:T取值为0.0%~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光强度I0透射光强度It一束平行单色光二、朗伯-比尔定律（一）朗伯-比尔定律的数学表达式18 2.吸光度(Absorbance)T=0.0%A=∞T=100.0%A=0.0溶液的T越大，说明对光的吸收越小，浓度低；T越小，溶液对光的吸收越大，浓度高1.00.50AcA100500T%TA,T,C三者的关系19 K--吸光系数b--吸光液层的厚度(光程)，cmc--吸光物质的浓度，g/L,mol/L当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质时，吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比.Lambert-Beer定律3、朗伯-比尔定律20 吸光度与光程的关系A=Kbc0.10b0.202b0.00光源检测器显示器参比朗伯定律(1760)21 吸光度与浓度的关系A=Kbc0.10c0.202c0.00光源检测器显示器参比比尔定律(1852)22 KKa吸光系数，L·g–1·cm-1c：mol/Lc：g/Lc：g/100mLK比吸光系数,100mL·g-1·cm-1吸光系数(K)入射光波长物质的性质温度与浓度无关,取值与浓度的单位相关摩尔吸光系数，L·mol–1·cm-123 4.朗伯-比尔定律的适用条件单色光应选用max处或肩峰处测定.稀溶液浓度增大，分子之间作用增强.吸光质点形式不变离解、络合、缔合会破坏线性关系,应控制条件(酸度、浓度、介质等).24 溶液浓度的测定A＝bc工作曲线法(校准曲线)外标法5.朗伯-比尔定律的分析应用01.02.03.04.0c(mg/mL)A。。。。*0.800.600.400.200.00Axcx25 6.摩尔吸光系数ε的讨论摩尔吸光系数ε(L·mol-1·cm-1)在数值上等于浓度为1mol/L,液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数在温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；同一吸光物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，以εmax表示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质可能达到的最大灵敏度。26 吸光光度法的灵敏度的表示方法>105超高灵敏度=(6～10）×104高灵敏=(2～6)×104中等灵敏度;<2×104不灵敏.（1）越大,灵敏度越高27 A=bc=0.001bc＝0.001/变换单位:bcmcmol/L=bcM106g/1000cm2定义：当产生吸光度为0.001时，单位截面积(1cm2)的液层内所能检测出的吸光物质的最低含量。用S表示，单位：g·cm-2S小灵敏度高；相同的物质，M小则灵敏度高。（2）Sandell(桑德尔)灵敏度(S)28 例1邻二氮菲光度法测铁:(Fe)=1.0mg/L,b=2cm,A=0.38,计算，S解：c(Fe)=1.0mg/L=1.0×10-3g/L/55.85g/mol=1.8×10-5mol/LS=M/=55.85/1.1×104=0.0051(g/cm2)29 （二）朗伯比尔定律的推导（自学）1.吸光度的加合性在多组分体系中如果各吸光物质之间无相互作用这时体系总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。2.朗伯比尔定律建立的前提条件（1）入射光为平行单色光且垂直照射；（2）吸光物质为均匀非散射体系；（3）吸光质点之间无相互作用；（4）辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程，无荧光和光化学现象发生。30 §11.2吸光光度法的仪器紫外-可见分光光度计一般包括光源、单色器、吸收池和检测显示几部分，基本结构如下：通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光，波长可调,故选择性好,准确度高。光源单色器检测系统吸收池31 可见分光光度计广州泰纳UV-4501紫外可见分光光度计32 紫外-可见分光光度计33 1、光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。可见光区：钨灯，碘钨灯(320～2500nm)紫外区：氢灯，氘灯(180～375nm)氙灯：紫外、可见光区均可用作光源/nm钨灯（热辐射光源）4006008001000氙灯（气体放电光源）氢灯强度一、分光光度计的构成34 氙灯氢灯钨灯35 2、单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。（1）棱镜:依据不同波长光通过棱镜时折射率不同入射狭缝准直透镜棱镜聚焦透镜出射狭缝白光红紫λ1λ280060050040036 （2）光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。M1M2出射狭缝光屏透镜平面透射光栅光栅衍射示意图原理：利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光.波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便37 3、吸收池(比色皿)：用于盛待测及参比溶液。可见光区：光学玻璃池（350～3200nm）紫外区：石英池玻璃（185～4000nm）5、显示器：低档仪器：刻度显示中高档仪器：数字显示，自动扫描记录4、检测器：利用光电效应，将光能转换成电流讯号。光电池，光电管，光电倍增管38 吸光光度法仪器主要差异比较可见光(400～750nm)紫外光(200～400nm)光源钨灯碘钨灯320～2500氢灯氘灯180～375吸收池材料玻璃（350～3200）石英（185～4000）39 二、分光光度计的类型单光束分光光度计双光束分光光度计其他类型分光光度计多通道仪器同时测量200～820nm范围内的整个光谱，比单个检测器快316倍，信噪比增加3161/2倍。纤维光度计将光度计放入样品中，原位测量。对环境和过程监测非常重要。40 0.575光源单色器吸收池检测器显示1.单波长单光束分光光度计简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。41 2.单波长双光束分光光度计比值光源单色器吸收池检测器显示光束分裂器自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。42 §11.3显色反应及其影响因素一、显色反应的类型及要求被测元素在某种试剂的作用下，转变成有色化合物的反应，称之为显色反应。mX(待测物)＋nR(显色剂)＝XmRn(有色化合物)主要有配位反应(为主)和氧化还原反应。43 配位显色反应当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外—可见吸收光谱。氧化还原显色反应例如：钢中微量锰的测定，Mn2＋不能直接进行光度测定2Mn2＋＋5S2O82-＋8H2O=2MnO4-+10SO42-＋16H+将Mn2＋氧化成紫红色的MnO4-后，在525nm处进行测定。44 1.配位显色反应类型二元配合物体系三元配合物体系多元配合物体系混合配合物显色体系离子缔合物显色体系金属离子-配体-表面活性剂显色体系45 混合配合物显色体系：由一种金属离子与两种不同配体通过共价键结合成有色配合物的显色体系。如：V：H2O2：PAR（吡啶偶氮间苯二酚）离子缔合物显色体系：金属离子首先与配体生成配阴离子或阳离子，然后再与带相反电荷的离子缔合物的显色体系。如：Ag+:邻二氮菲：溴邻苯三酚红（深蓝色离子缔合物）。特点：第一配体已使金属离子配位饱和，但电荷尚未饱和，可与带相反电荷的离子缔合；这类缔合物在水中溶解度低，易溶于有机溶剂，多用于萃取光度法。46 金属离子-配体-表面活性剂显色体系如：稀土元素：二甲酚橙：溴化十六烷基吡啶（蓝色配合物，测定稀土总量）常用的表面活性剂：溴化十六烷基吡啶、溴化十六烷基三甲基铵十二烷基磺酸钠曲通X-100、OP等。47 2.对显色反应的要求选择性好灵敏度足够高：>104对比度要大：>60nm有色化合物的组成恒定，且稳定性好。显色条件易于控制，重现性好。48 二、无机离子的常用显色剂：：：：助色团：－NH，－OH，－X(孤对电子)neO生色团：－N＝N－，－N＝O，OC=S,－N（共轭双键）πe无机显色剂:SCN-[Fe(SCN)]2+；H2O2[TiO·H2O2]2+有机显色剂:49 CH3－C－C－CH3HO－NN－OH＝＝NNOHCOOHSO3HOO型：NNNOHOHON型：PARNHNHNSNS型：双硫腙NN型：丁二酮肟邻二氮菲磺基水杨酸有机显色剂50 三、影响显色反应的因素c(R)c(R)c(R)1.显色剂用量Mo(SCN)32+浅红Mo(SCN)5橙红Mo(SCN)6-浅红Fe(SCN)n3-n选择曲线变化平坦处。51 2.溶液的酸度OH-酸度的影响影响被测物质的存在状态M+nR=MRnH+影响显色剂的平衡浓度和颜色RH=R-+H+影响配合物的组成和颜色例，磺基水杨酸(ssal)–Fe3+pH=2~3FeR紫红色pH=4~7FeR2橙色pH=8~10FeR3黄色pH>12Fe(OH)3沉淀52 pH1Cs）ΔAx适宜高浓度的测定ΔA△C△CxΔAx差示工作曲线标准溶液cs、c1、c2、c3……。以cs作参比，调A=0.测c1、c2、c3……的△A，用△A对△c作图.同条件下测△Ax.从差示工作曲线中查出△cx.79 示差法提高准确度的实质常规法TxT051050100落在测量误差较大的范围示差法T051050100TrTsTs落在测量误差较小的范围结论：示差法通过提高测量的准确度提高了方法的准确度标尺扩展10倍80 三、络合物组成的测定(1)摩尔比法(饱和法)固定cM,改变cR从0开始增大M+nR=MRnCMRnCR81 在特定波长测定R=0,M=0,MRn>0R>0,M>0,MRn=0CR/CMAACR/CMnACR/CMn82 (2)等摩尔连续变化法（Job）:CM/C从0→1R=0,M=0,MRn>0R>0,M>0,MRn=000.51.0ACM/C0.33n=1,CM/C=0.5n=2,CM/C=0.3300.51.0ACM/C83 定性法简介：目视比色法标准系列未知样品特点利用自然光比较吸收光的互补色光准确度低(半定量)不可分辨多组分方法简便，灵敏度高84 1.了解分子对光的吸收。吸收曲线—定性分析基础。2.掌握光吸收基本定律：朗伯-比尔定律—定量分析的基础A=Kbc=-lgT式中各参数的物理意义，定量计算。3.分光光度计基本部件；4.灵敏度的表示—、S5.显色反应及条件的确定：显色剂用量、酸度、时间、温度、干扰及消除。6.吸光测量条件的选择：波长、浓度、参比的选择7.应用及方法：单一组分测定示例、多组分测定、高浓度组分测定、络合物组成的测定。本章要求85 思考题：1.取钢样1.00g，溶解，将其中锰氧化成高锰酸盐，准确配制成250mL，测得其A为1.00×10-3mol·L-1KMnO4溶液A的1.5倍。计算钢样中锰的百分含量。（锰的原子量为54.94）2.含铁约0.2%的试样，用邻二氮菲光度法（ε=1.1×104）测定。试样溶解后稀释至100mL，用1.00cm比色皿，在508nm波长下测定A。a）为使A测量引起的浓度相对误差最小，应当称取试样多少克？b）如果所用光度计吸光度最适宜范围为0.200至0.650，测定时应控制含铁的浓度范围为？（铁的原子量为55.85）86 本章作业：ThanksforYourAttention!87 关于期末考试一、选择题（共20题30分）二、判断题（共15题15分）三、填空题（共20空20分）四、简答题（共2题10分）五、计算题（共4题25分）以期中考试以后的内容为重点，但期中考试前的内容同样会涉及到。88 一、标准曲线法(校准曲线，工作曲线法，外标法）A＝bc§11.5紫外—可见分光光度测定的方法01.02.03.04.0c(mg/mL)A。。。。*0.800.600.400.200.00Axcx标准系列未知样品89 标准曲线法在仪器、方法和条件都固定的情况下，标准曲线法可以多次使用而不必重新制作，因此它适用于大量的经常性的工作。也可用直线回归的方法，求出回归的直线方程，再根据试样溶液所测得的吸光度，从回归方程求得试样溶液的浓度。在带有微机的分光光度计上，这些工作都能自动完成90 2、标准对照法又称直接对照法：不是用标准系列，而是用一个标准溶液与试样溶液在相同条件下进行显色、定容，并用同样大小的比色皿分别测定其吸光度A。根据朗伯-比尔定律：Ax=kbCx;As=kbCs即：Cx=AxCs/As（k、b都相等）样品较少，非经常性工作使用。未知样品标准样品91 3、吸光系数法在没有标准样品时使用。用于计算试样中待测物质的含量。因为：a样=A/bc从文献上查出a标，然后按文献规定条件测定样品吸光度A，即可得a样(c为试样配制的浓度，b为所用比色皿的厚度）。则样品中待测物质的含量为：W=（a样/a标）×100%92 作业：93'