第七章 吸光光度法7_1.pdf

7-1 吸光光度法的基本原理7-1 吸光光度法的基本原理 一、物质对光的选择性吸收一、物质对光的选择性吸收 光是一种电磁波，根据波长或频率大小分为X 射线、紫外、可见、红外、微波和无线电波。 第七章吸光光度法 光是一种电磁波，根据波长或频率大小分为X 射线、紫外、可见、红外、微波和无线电波。 第七章吸光光度法 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, 包括比色法和分光光度法。 分光光度法的优点 灵敏、准确、快速、选择性 好、适于微量组分的测定。 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, 包括比色法和分光光度法。 分光光度法的优点 灵敏、准确、快速、选择性 好、适于微量组分的测定。 nλ c hhEν 紫外200-400nm 可见400-750nm 红外0.75-50m 紫外200-400nm 可见400-750nm 红外0.75-50m 10 -2 nm10 0nm102nm10 4nm0.1 cm10 cm10 3cm10 5cm X-射线紫外 可 见 射线紫外 可 见 红外微波无线电波红外微波无线电波 单 色 光 单一波长的光。 复 合 光 由不同波长的光组成的 光。 单 色 光 单一波长的光。 复 合 光 由不同波长的光组成的 光。 互补色光白光是由两种适当颜色的光按一 定强度、比例混合而成的，这二种颜色的光称 为互补色光，如黄色与兰色，黄绿色与紫色。 互补色光白光是由两种适当颜色的光按一 定强度、比例混合而成的，这二种颜色的光称 为互补色光，如黄色与兰色，黄绿色与紫色。 不同颜色的可见光波长及其互补光不同颜色的可见光波长及其互补光 颜色颜色λλ/nm互补色光互补色光 紫紫400500黄绿 蓝 黄绿 蓝450480黄 绿蓝 黄 绿蓝480490橙 蓝绿 橙 蓝绿490500红 绿 红 绿500560红紫 黄绿 红紫 黄绿560580紫 黄 紫 黄580610蓝 橙 蓝 橙610650绿蓝 红 绿蓝 红650760蓝绿蓝绿 黄绿黄绿 溶液呈现它所吸收 光的互补色光的颜 色。 溶液呈现它所吸收 光的互补色光的颜 色。 吸收光谱曲线吸收光谱曲线 以波长为横坐标，吸光度为纵坐标得到的一条曲 线。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光度，则灵敏度最高。 以波长为横坐标，吸光度为纵坐标得到的一条曲 线。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光度，则灵敏度最高。 1、1、λ λ最大 最大与 与c c无关 2、 无关 2、A A ∝ ∝c c一定一定c c范围内范围内 由于不同物质微粒具 有不同的量子能级，其 能量差也不同，因此物 质对光的吸收具有选择 性。 由于不同物质微粒具 有不同的量子能级，其 能量差也不同，因此物 质对光的吸收具有选择 性。 r2 r4 r2 r4 r2 r4 r2 r4 r2 r4 r2 r4 r2 r4 r2 r4 S2 S1 S0 v3 v2 v1 v2 v1 v1 分子能级示意图分子能级示意图 二、吸收的基本定律二、吸收的基本定律 1、朗伯1、朗伯比尔定律比尔定律 AKbc 1760年，年，Lambert用实验指出，当光通过透明介 质时，光的减弱程度与光通过介质的光程成正 比。 用实验指出，当光通过透明介 质时，光的减弱程度与光通过介质的光程成正 比。 1850年，年，Beer研究证明了，光的吸收程度与透明 介质中光所遇到的吸光质点的数目成正比，在溶 液中即可与吸光质点的浓度成正比。 研究证明了，光的吸收程度与透明 介质中光所遇到的吸光质点的数目成正比，在溶 液中即可与吸光质点的浓度成正比。 分级消光现象分级消光现象 168 32烛光烛光 b I I0 db 设薄层厚度d设薄层厚度db b，面积，面积S S，照到薄层上的光强，照到薄层上的光强 I Ib，通过薄层后光减弱了 d b，通过薄层后光减弱了 dI Ib。b。 dv S db 吸光质点数吸光质点数dnkc dvk S c db dIb∝ ∝ IbdIb∝ ∝ dn -dIbk Ib dn K Ib k c S db k Ibc db o I I T T TI I A o lg 1 lglg− 透光率 吸光度 透光率 吸光度 ∫∫ − bI I b b bcKbcK I I 0 “d “ d ο Kbc I I bcK I I o o − − lg ln AKbc 2、光度分析的灵敏度2、光度分析的灵敏度 AKbcbAKbcbcm, cm, c cmol/L mol/L AεbcεAεbcε摩尔吸光系数，只与波长有关, 单位L/cm 摩尔吸光系数，只与波长有关, 单位L/cmmol。 物理意义一定 mol。 物理意义一定λ λ下，下，b b1cm，1cm，c c1 mol/L 时的吸光度。 1 mol/L 时的吸光度。 1 摩尔吸光系数1 摩尔吸光系数 实际工作中，不能用实际工作中，不能用c c1mol/L的溶液测吸光度。在1mol/L的溶液测吸光度。在 b b1cm时，做工作曲线，斜率为1cm时，做工作曲线，斜率为ε ε。 一般 。 一般ε ε105 已很灵敏。105 已很灵敏。 2 桑德尔灵敏度指数2 桑德尔灵敏度指数S S（g/cm2）（g/cm2） 在在λ λmax时 max时 A A0.001下，单位截面积光程内所 能检出吸光物质的最低含量 0.001下，单位截面积光程内所 能检出吸光物质的最低含量。 S与与ε ε关系关系 A 0.001ε εbc S bcmcmol/dm3 Mg/mol 106μg/g106μg/g ε 001. 0 bc ε ε M M 3 10001. 0 μg/cm2 双硫腙与双硫腙与Pb的的ε εPb为为6.8 104则则 S g/cm2 双硫腙与双硫腙与Cu 的的ε εCu为为4.52 104则则 S g/cm2灵敏度高灵敏度高 0030. 0 207 ε 0014. 0 5 .63 ε Fe2与邻二氮菲生成红色络合物，其与邻二氮菲生成红色络合物，其ε ε为为1.1 104, Fe2与 磺基水杨酸络合物，其 与 磺基水杨酸络合物，其ε ε为为5.8 103，则前者的灵敏度高。，则前者的灵敏度高。 3．吸光度的加和性3．吸光度的加和性 共存的两种吸光物质对同一波长的光的吸光度值分 别为 共存的两种吸光物质对同一波长的光的吸光度值分 别为A1、、A2，则总吸光度为；，则总吸光度为； AA1A2 ε ε1bc1 ε ε2bc2 4．偏离朗伯比尔定律的原因4．偏离朗伯比尔定律的原因 （（1）非单色光）非单色光 A1ε ε1bclg 1 1o I I I 1 bc 10 1 ε ε − − A2ε ε2bclg 2 2o I I I 2 bc 10 2 ε ε− − Io2 A lg 2o 2 1o 1 2o1o 21 o21o I bc 10I bc 10 II lg II II ε−ε− ε−ε− 若若ε ε1 1ε ε2 则 2 则A A εbcεbc若若ε ε1≠ 1≠ε ε2 2 A A与与c c不成线性关系。不成线性关系。 Io1 2 溶液本身物理化学性质引起溶液本身物理化学性质引起 介质非均匀性 溶液本身离解、缔合、络合 HA A- H ML ML MLL ML2 Cr2O72-H2O 2CrO42-2H 橙 黄 Cr2O72-与 CrO42-颜色不同，当[H]增加时， 平衡左移。 一、目视比色法一、目视比色法 比较透过光的强度。 标准色阶 在相同条件下显色，目视比较。 灵敏度高、 准确度低，不同人看，结果不同。 不符合朗伯比尔定律的也可用目视比色法，因比较 透过光。 7-2 光度分析方法及仪器 比较透过光的强度。 标准色阶 在相同条件下显色，目视比较。 灵敏度高、 准确度低，不同人看，结果不同。 不符合朗伯比尔定律的也可用目视比色法，因比较 透过光。 7-2 光度分析方法及仪器 二、光电比色法二、光电比色法 比较溶液对某一波长光的吸收情况。比目视比 色法的准确度和选择性好 比较溶液对某一波长光的吸收情况。比目视比 色法的准确度和选择性好 三、分光光度法三、分光光度法 与光电比色法的原理相同，只是二者获得单色光的 方法不同，前者使用滤光片，后者使用棱镜、光栅。因 而分光度法比光电比色法的准确度和选择性好。 与光电比色法的原理相同，只是二者获得单色光的 方法不同，前者使用滤光片，后者使用棱镜、光栅。因 而分光度法比光电比色法的准确度和选择性好。 1、 光源钨丝灯可见、红外、 光源钨丝灯可见、红外 400-1000nm 氢灯或氘灯紫外氢灯或氘灯紫外 160-350nm 2、 单色器、 单色器 1 滤光片有色的玻璃片或薄膜，利用颜色互补原理。滤光片有色的玻璃片或薄膜，利用颜色互补原理。 2 棱镜根据物质的折射率与光的波长有关。 玻璃棱镜可见，石英棱镜紫外、可见。 棱镜根据物质的折射率与光的波长有关。 玻璃棱镜可见，石英棱镜紫外、可见。 3 光栅在玻璃片或金属片 上刻划均匀的 线， 光栅在玻璃片或金属片 上刻划均匀的 线， 1200 条条/ 1mm， 干涉、衍射原理。 ， 干涉、衍射原理。 3、 吸收池玻璃可见；石英紫外，可见。 4、 检测器光电转换器件。利用光电效应，光照产生光电流， 测光电流的大小。 、 吸收池玻璃可见；石英紫外，可见。 4、 检测器光电转换器件。利用光电效应，光照产生光电流， 测光电流的大小。 （1）硒光电池 光照到 Se 上产生电子，Au 薄膜带负电，Fe 或 Al 带正电。 感光范围 300∼800nm，500∼600nm 最灵敏， 有疲劳现象，光照时间长不灵敏，所以用后马上关掉。 （1）硒光电池 光照到 Se 上产生电子，Au 薄膜带负电，Fe 或 Al 带正电。 感光范围 300∼800nm，500∼600nm 最灵敏， 有疲劳现象，光照时间长不灵敏，所以用后马上关掉。 _ Fe,Al 半导体材料Se Au,Ag,Pt （（2）光电管比硒光电池灵敏度高，无疲劳现象。）光电管比硒光电池灵敏度高，无疲劳现象。 （3）光电倍增管（3）光电倍增管 5、显示器5、显示器 检流计72型; 数字显示722型； 数字打印 UV-240。 检流计72型; 数字显示722型； 数字打印 UV-240。 ML ML 将待测组分转变为有色化合物的反应称为显色反应将待测组分转变为有色化合物的反应称为显色反应 7-3 显色反应及条件7-3 显色反应及条件 反衬度 Δ反衬度 ΔλλλλMLmax-λλLmax 60nm， 否则对测定有干扰。 ， 否则对测定有干扰。 要求 （要求 （1）选择性好 （ ）选择性好 （2）灵敏度高，）灵敏度高，εε104 （（3）有色络合物）有色络合物ML 要稳定（不分解） （ 要稳定（不分解） （4））ML组成要一定（只组成要一定（只ML无无MLn） （ ） （5））ML与与L颜色差别大 一、显色反应 颜色差别大 一、显色反应 ML ML 每次加入量严格准确控制每次加入量严格准确控制 二、影响显色反应的因素二、影响显色反应的因素 1. 显色剂的浓 度 显色剂的浓 度 2. 溶液的酸度溶液的酸度 M L ML 显色剂显色剂L存在酸效应存在酸效应α αLH 1 影响显色剂的浓度影响显色剂的浓度 2 影响影响M的存在状态的存在状态 3 影响影响ML的组成和稳定性 如 的组成和稳定性 如Fe3磺基水杨酸磺基水杨酸 pH 组成颜色组成颜色 2-311紫红紫红 4-812橙橙 8-1013黄色黄色 4. 溶剂溶剂 一般螯合物在有机溶剂中溶解度大，提高显 色反应的灵敏度。例如 一般螯合物在有机溶剂中溶解度大，提高显 色反应的灵敏度。例如Co（（SCN））2-4，在水 中大部分离解，几乎无色；在丙酮中呈兰色。 ，在水 中大部分离解，几乎无色；在丙酮中呈兰色。 5.时间.时间 颜色稳定的时间通过条件实验确定。颜色稳定的时间通过条件实验确定。 3. 温度温度 通过实验确定温度范围，通常在室温下进 行。 通过实验确定温度范围，通常在室温下进 行。 6. 干扰组 分 干扰组 分 干扰组分有色或干扰组分与干扰组分有色或干扰组分与L生成有色络合 物，产生正干扰， 生成有色络合 物，产生正干扰，A值增大；干扰组分与值增大；干扰组分与L或或M生 成无色络合物，则会使 生 成无色络合物，则会使M或或L的浓度降低，产生负 干扰， 的浓度降低，产生负 干扰， A值减少。 （ 值减少。 （1）控制一定酸度，使干扰组分不生色 （ ）控制一定酸度，使干扰组分不生色 （2）加掩蔽剂 ，与干扰组分生成无色物 （ ）加掩蔽剂 ，与干扰组分生成无色物 （3）选择适当的波长 （ ）选择适当的波长 （4）选择适当的参比液 （ ）选择适当的参比液 （5）分离掉干扰组分）分离掉干扰组分 消除干扰消除干扰 7-4 光度分析的准确度7-4 光度分析的准确度 由仪器本身决定的，对一台仪器来说读数 误差Δ 由仪器本身决定的，对一台仪器来说读数 误差ΔT为定值。为定值。 一定的Δ一定的ΔT对应的Δ对应的Δc不同，相对误差不不同，相对误差不 同同。。 c c∆ c小，Δ小，ΔT 引起的Δ引起的Δc小，大；小，大； c大，Δ大，ΔT 引起的Δ引起的Δc大，大。大，大。 c c∆ c c∆ TT T TT T A A lg d434. 0 lg d434. 0d ⋅ −⋅ − TAlg− T T A d434. 0 d− 相对误差 相对误差 TT T A A A A c c RE lg d434 . 0 d ⋅ ∆ ∆ 分母最大时，分母最大时，R E 最小。 即 最小。 即 A0.434 时时 RE 最小。最小。 0 d lgd ⋅ T TT ⇒⇒ lnT10 ⇒⇒ lgT -0.434 ΔΔT0.01 时，时，RE 2.7 ， 所以光度分析法 ， 所以光度分析法RE大，一般大，一般5左右。左右。 A在在0.11 或或T在在10 80 范围内时范围内时, RE 较小较小 Tx∴差示的误差 小。 ∴差示的误差 小。 Tx2.0 Ts10 ΔΔT0.5 以试剂为参比以试剂为参比 以以Ts为参比 解 为参比 解 4 . 6 02. 0lg02. 0 5 . 0433. 0d c c 64. 0 02. 0lg2 . 0 5 . 0434. 0 lg d434. 0d xr r TT T c c 20 s x r T T T 三、弱酸（碱）离解常数的测定三、弱酸（碱）离解常数的测定 HA HA cHA[HA][A ]cHA⋅δHAcHAδA 当当 b1cm 时时 ， a]H[ a a]H[ ]H[ ]H[a a a]H[ ]H[ ]A[]HA[ A HA AA HAHA A HA K K A K A K K c K c A ⋅⋅ − − −− − εε εε 高酸度高酸度AHA εHA cHA 低酸度低酸度AA-εA- cA- − − − 配制一系列配制一系列cA相等，相等，pH不同的溶液测出不同的溶液测出AHA、、AA-， 由实验值计算出 ， 由实验值计算出Ka，或用作图法求，或用作图法求pKa值值 A[H]KaAHA[H]AA ⋅Ka ][Ha A HA − − − AA AA K pHlgap HA A − − − AA AA K − 在下列不同pH缓冲溶液中，甲基橙的 c2.010-4mol/L, b1cm,λ520nm,测得结果如下 pH 0.88 1.17 2.99 3.41 3.95 4.89 5.50 A 0.890 0.890 0.692 0.552 0.385 0.260 0.260 34 . 3 34 . 3 95 . 3 385 . 0 890 . 0 260 . 0 385 . 0 35 . 3 41 . 3 552 . 0 890 . 0 60 . 0 552 . 0 33 . 3 99 . 2 692 . 0 890 . 0 260 . 0 629 . 0 3 2 1 − − − − − − pKa pKa pKa pKa − − − A HA AA AA lg 解∴ AHA0.890 AA-0.260 对pH作图,直线与pH轴交点的pH值即为pKa 值。 四、络合物的组成和稳定常数的测定四、络合物的组成和稳定常数的测定 一）摩尔比法 显色反应 一）摩尔比法 显色反应 MnLMLn 固定固定cM，改变，改变cL以以A ∼作图∼作图 M L c c 1. 组成测定1. 组成测定 斜线部分 当时，M部分络合，cL不够 平台部分 当时，（M全部络合，MLn离解忽略） 两直线延长线的交点处对应的横坐标 n c bA L ⋅ε n c c M L n c c M L 2. 稳定常数的测定稳定常数的测定 n n K ]L][M[ ]ML[ 稳 Aεb[MLn] bε A ccn ⋅ −− MM ][ML[M] bε A ncncn ⋅ −− ML ][ML[L] n b A nc b A c b A K LM εε ε −− 稳 A为拐点处值） （二）、等摩尔连续变化法（二）、等摩尔连续变化法 在在cMcL为定值的条件下，改变为定值的条件下，改变cM、 、cL的相 对比例，配制系统溶液，测其吸光度。 的相 对比例，配制系统溶液，测其吸光度。 cM 1 2 3 4 ⋯ 9 10 cL 9 8 7 6 ⋯ 1 0 以A∼cM/c作图 1. 组成的测定组成的测定 A值最大时对应的比值即为络合物的组成比。值最大时对应的比值即为络合物的组成比。 , , 络合物组成为络合物组成为ML , , 络合物组成为络合物组成为ML2. 67. 0 33. 0 L M c c c c c 33. 0 L M 5 . 0 L M c c 1 L M c c c cM 2. 稳定常数的测定稳定常数的测定 Aεεb[MLn] AexεεbcM Aex由外推得到，为由外推得到，为MLn完全不离解时的完全不离解时的A值）值） Mex ][ML cA An ex M ][ML A cA n ⋅ M ex MM ][ML[M]c A A ccn⋅−− M ex ML ][ML[L]c A A ncncn⋅−− n n n c A A ncc A A c c A A K [M][L] ][ML M ex LM ex M M ex −⋅− ⋅ 稳 五、双波长分光度法五、双波长分光度法 Aλ1ελ1b cxAλ2ελ2b cx 测定的是Δ测定的是ΔA 单一组分单一组分 △A Aλ1- Aλ2（ελ1-ελ2）bcx△εbcx ΔΔA与与cx是线性关系是线性关系 两组分两组分 x，，y 测测X选选λλ1为测定波长为测定波长; λλ2为参比波长为参比波长 y 111 y 222 X X λλλ λλλ AAA AAA yy 12λλ AA 双波长光度计，测得的是△双波长光度计，测得的是△A。。 X XXXX 212121 bcAAAA λλλλλλ εε−−− ΔΔA与与cx是线性关系是线性关系