第09章吸光光度法.ppt

2023年11月13日15时52分第九章第九章第九章第九章第九章第九章 吸光光度法吸光光度法吸光光度法吸光光度法吸光光度法吸光光度法9.1 9.1 9.1 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理9.2 9.2 9.2 光度计及其基本部件光度计及其基本部件光度计及其基本部件光度计及其基本部件光度计及其基本部件光度计及其基本部件9.3 9.3 9.3 显色反应与条件的选择显色反应与条件的选择显色反应与条件的选择显色反应与条件的选择显色反应与条件的选择显色反应与条件的选择9.4 9.4 9.4 吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择9.5 9.5 9.5 吸光光度法的应用吸光光度法的应用吸光光度法的应用吸光光度法的应用吸光光度法的应用吸光光度法的应用9.6 9.6 9.6 紫外吸收光谱法简介紫外吸收光谱法简介紫外吸收光谱法简介紫外吸收光谱法简介紫外吸收光谱法简介紫外吸收光谱法简介spectrophotometry2023年11月13日15时52分2023年11月13日15时52分吸光光度法概述吸光光度法概述吸光光度法概述吸光光度法概述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 比色法 可见分光光度法（visible spectrophotometry）紫外分光光度法（ultraviolet spectrophotometry）其他2023年11月13日15时52分特点：特点：特点：特点：特点：特点：(1)具有较高的灵敏度，适用于微量组分的测定。(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。(6)还常用于化学平衡等的研究。2023年11月13日15时52分9.1 9.1 9.1 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理9.1.1 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收M +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=h 量子化量子化；选择性吸收；选择性吸收;分子结构的复杂性使其对不分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；同波长光的吸收程度不同；光的互补光的互补：蓝：蓝 黄黄2023年11月13日15时52分表表表9-1 9-1 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吸收光物质颜色颜色波长/nm黄绿紫400450黄蓝450480橙绿 蓝480490红蓝 绿490500紫 红绿500560紫黄绿560580蓝黄580600绿 蓝橙600650蓝 绿红6507802023年11月13日15时52分电子能级间跃迁电子能级间跃迁电子能级间跃迁电子能级间跃迁电子能级间跃迁电子能级间跃迁电子能级电子能级间跃迁的同间跃迁的同时总伴随有振动和转时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有电子光谱中总包含有振动能级和转动能级振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。线而呈现宽谱带。2023年11月13日15时52分吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长 分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同，不同，用不同波长的单色光照射，测吸光度用不同波长的单色光照射，测吸光度 吸收曲吸收曲线与最大吸收波长线与最大吸收波长 max；（动画动画）2023年11月13日15时52分吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长max（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似max不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。（动画动画）（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。2023年11月13日15时52分吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论：（动画动画）（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。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。2023年11月13日15时52分9.1.2 9.1.2 9.1.2 光的吸收基本定律光的吸收基本定律光的吸收基本定律光的吸收基本定律光的吸收基本定律光的吸收基本定律 朗伯朗伯朗伯朗伯朗伯朗伯-比耳（比耳（比耳（比耳（比耳（比耳（Larnbert-BeerLarnbert-BeerLarnbert-Beer）定律定律定律定律定律定律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（动画（动画1）（动画（动画2）2023年11月13日15时52分cbIIA 0lg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：溶液的摩尔浓度，单位溶液的摩尔浓度，单位 molL-；：摩尔吸收系数摩尔吸收系数，单位，单位 Lmol-cm-；或或:A=lg(I0/It)=a b c c：溶液的浓度，单位溶液的浓度，单位gL-a：吸收系数吸收系数，单位，单位Lg-cm-a与与的关系为：的关系为：a=/M （M为摩尔质量）为摩尔质量）朗伯朗伯朗伯朗伯朗伯朗伯比耳定律数学表达式比耳定律数学表达式比耳定律数学表达式比耳定律数学表达式比耳定律数学表达式比耳定律数学表达式2023年11月13日15时52分cbIITA 0lglg透过度透过度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:透射比透射比透射比透射比透射比透射比T T T T T T(1)吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。(2)摩尔吸收系数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；(3)吸光度具有加和性。nnnbcbcbcAAA 221121A总2023年11月13日15时52分（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质可能达到的最大灵敏度。摩尔吸收系数摩尔吸收系数摩尔吸收系数 的讨论的讨论的讨论2023年11月13日15时52分（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。摩尔吸收系数摩尔吸收系数摩尔吸收系数的讨论的讨论的讨论2023年11月13日15时52分9.1.3 9.1.3 9.1.3 偏离比耳定律的原因偏离比耳定律的原因偏离比耳定律的原因偏离比耳定律的原因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。2023年11月13日15时52分物理性因素：物理性因素：物理性因素：物理性因素：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。分光光度计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。非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。2023年11月13日15时52分非单色光作为入射光引起的偏离：非单色光作为入射光引起的偏离：非单色光作为入射光引起的偏离：非单色光作为入射光引起的偏离：非单色光作为入射光引起的偏离：非单色光作为入射光引起的偏离：假设由波长为1和2的两单色光组成的入射光通过浓度为c的溶液，则：A1lg（01/t1）1 bc A2lg(02/t2）2 bc故：故：式中：01、02分别为1、2 的入射光强度；t1、t2分别为1、2 的透射光强度；1、2分别为1、2的摩尔吸收系数；cbcbII;II21211110100t0t 2023年11月13日15时52分 A总总=lg（0总总/t总总)=lg(I01+02)/(t1+t2）=lg(I01+o2)/(01 10-1bc+02 10-2bc）令：令：1-2=；设：设：01=02 A总总=lg(2I01)/t1(1+10-bc）=A 1+lg2-lg(1+10-bc)因实际上只能测总吸光度因实际上只能测总吸光度A总总，故，故2023年11月13日15时52分讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：A总总=A1+lg2-lg(110 bc)(1)=0；即：即：1=2=则：则：A总 lg（o/t）bc(2)0 若若 0；即即20,lg(110 bc)值随c值增大而增大，则标准曲线偏离直线向c 轴弯曲，即负偏离；反之，则向A轴弯曲，即正偏离。2023年11月13日15时52分讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：(3)很小时，即很小时，即1 2：可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离。若浓度较高，即使 很小，A总 1，且随着c值增大，A总 与A 1的差异愈大，表现为A-c曲线上部(高浓度区)弯曲愈严重。故朗伯-比耳定律只适用于稀溶液。(4)为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。2023年11月13日15时52分讨论：讨论：讨论：讨论：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。2023年11月13日15时52分(2)(2)(2)(2)(2)(2)化学性因素化学性因素化学性因素化学性因素化学性因素化学性因素朗伯比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；仅在稀溶液(c10-2 mol L-1时，吸光质点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。使吸光质点的浓度发生变化。例：CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O2023年11月13日15时52分9.2 9.2 9.2 光度计及其基本部件光度计及其基本部件光度计及其基本部件光度计及其基本部件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2023年11月13日15时52分分光光度计分光光度计2023年11月13日15时52分9.2.19.2.19.2.1 基本组成基本组成基本组成基本组成基本组成基本组成