比色分析
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比色分析. 光度分析. 分光光度法. 第八章 光度分析法. § 8-1 概述. 光度分析是利用物质对光具有选择性吸收的性质来进行分析的方法。. 比较有色物质溶液颜色深浅 确定物质含量的分析方法. 目视比色法. 利用分光光度计测定物质对 光的吸收强度确定物质含量 的分析方法. 常用方法分:可见 、红外、 紫外、荧光等. 一、目视比色法 —— 准确度不高的常规分析法. 有色 溶液. 待测组分. 配制不同浓度的标准系列溶液. 色阶. 用同种材料,大小、形状相同的比色管盛装. C 1. C 2. C 3. C 4. C 5. C X.

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§ 8-1 概述

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Presentation Transcript


8 1

比色分析

光度分析

分光光度法

第八章 光度分析法

§8-1 概述

光度分析是利用物质对光具有选择性吸收的性质来进行分析的方法。

比较有色物质溶液颜色深浅

确定物质含量的分析方法

目视比色法

利用分光光度计测定物质对

光的吸收强度确定物质含量

的分析方法

常用方法分:可见 、红外、 紫外、荧光等


8 1

一、目视比色法——准确度不高的常规分析法

有色溶液

待测组分

配制不同浓度的标准系列溶液


8 1

色阶

用同种材料,大小、形状相同的比色管盛装

C1

C2

C3

C4

C5

CX

进行目视比色法确定含量


8 1

二、分光光度法

分光光度法的特点:

(1)灵敏度高:1~10-3%微量分析,甚至达10-4~10-5%痕量

(2)准确度高:比色相对误差5~20%,分光光度2~5%,一般不超过6%

(3)应用广泛:几乎所有的无机离子和许多有机化合物

(4)操作简便,快速,仪器设备不复杂


8 1

λ

紫外

波粒关系:

10~380nm

E大

可见

380~760nm

红外

760~3000nm

E小

§8.2 物质对光的选择性吸收

一、光的基本性质

光是一种电磁波,同时具有波动性和微粒性。

光按波长分


8 1

单色光

复合光

只有一种颜色

光按组成分

由能量和波长相同的光所组成

的.(波长相同的光)

由能量和波长不同的光所组成的光子流

例如白光,由400~780nm各种能量和波长光所组成

有多种颜色的光复合


8 1

棱镜

白光

色散

对角线的光互补


8 1

吸收的光不被看见

(眼睛所观察到的)

看见的是透射光的颜色

均匀溶液

反射 反射光很小

刺激人眼而使人感觉到颜色的存在

白光入射

透射

散射 均匀溶液可忽略

吸收

物质对光的选择性吸收

∴透射光——吸收光(互补色光)


8 1

物质呈现不同的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的.

物质呈现颜色与吸收光颜色的互补关系


8 1

三、光吸收曲线

将不同波长的单色光照射某一物质,测定吸光

度,以波长为横坐标、吸光度为纵坐标,绘制

曲线,光吸收曲线.

可描述物质对不同波长光的吸收能力。


8 1

图8-1吸收曲线

吸收曲线的讨论:

λmax

①A最大处所对应的波长为最大吸收波长(λmax)

②λmax不随浓度的变化而变化

③ 同一种物质不同浓度的吸收曲线形状似。


8 1

B

A

A

A

增大

C

不同物质对不同波长的光具有不同的吸收程度(光的选择吸收)奠定了定性分析基础

在一定的实验条件下,浓度越大吸光度越大。奠定了定量分析基础

最大波长处吸光度差最大,测定灵敏度最大


8 1

§8.3 光的吸收定律

一、朗伯—比耳定律

1.朗伯定律:

当一束平行单色光通过浓度c一定,均匀

的非散射性溶液时,该溶液对光的吸收程度

(A)与液层厚度b成正比

2.比耳定律:

当一束单色光通过液层厚度b一定的均匀的

非散射性时,该溶液对光的吸收程度(A)与

溶液中吸光物质的浓度c成正比


8 1

入射光 I0

透射光 I

加合起来

吸光度

透光率


8 1

说明

3. 朗伯-比耳定律

物理定义:当一束平行单色光通过均匀的、非散射性溶液时,溶液对光的吸收程度与吸光物质的浓度c和液层厚度b的乘积成正比。

(1)表达式中的K为比例常数,与温度、λ、有色溶液的性质等有关;

(2)朗伯比耳定律适用于紫外、红外、可见光区;也适用于溶液及任何均匀的、非散射的吸光物质;


8 1

(3)浓度c的单位为g·L-1,则K=a

a:吸光系数,L/(g·cm)

(4)浓度c的单位为mol·L-1,则K=ε

ε:摩尔吸光系数,L/(mol·cm)

ε与a的关系:ε = a M


8 1

(5)ε是吸光物质在一定条件下,一定λ和溶剂情况下的特征常数。在λmax处的ε最大以εmax表示。 ε随λ而变化。

(6)同一物质与不同显色剂生成不同的显色化合物,具有不同的ε。

ε越大,表示该有色物质对入射光的吸收能力越强,显色反应越灵敏( ε≥6×104)。

(7)光度分析的一般步骤

配标准系列→做吸收曲线,确定λmax →做标准曲线(工作曲线)→测定未知样,数据处理

强吸收ε>104。

弱吸收ε<102

中强吸收 ε =102~104


8 1

A

A

C

(8)吸收曲线(A-λ):

c一定,b一定,改变波长λ,

测得相应的A,做A与λ的关系

曲线,目的:确定λmax。

标准曲线做图过程中,浓度C单位经常用ug/mL, mg/mL, ug/50mL, mg/50mL表示

c未单位与之对应。

样品的浓度根据稀释倍数和要求进行计算。

λ一定(λmax作为入射波长),b一定,改变标准样的浓度c,测得相应的A,做A与c的关系曲线,目的:据未知样的A未确定c未。

λmax

(9)标准(工作)曲线(A-c):

A未

c未


8 1

二、桑德尔灵敏度

1.定义:产生0.001的吸光度时,单位截面积(cm2)的光程内所含吸光物质的微克数,单位μg/cm2。

2.公式:A=0.001=abc bc=0.001/a

c的单位g/L, 即106μg/1000cm3

b的单位cm,bc就是单位截面积(cm2)光程内吸光物质的微克数

S=bc· 106/1000 = bc·103

S=1/aε = a M

S=M/ε

ε越大,S越小,灵敏度越高。


8 1

A

正偏

正常

负偏

AX

C

0

CX

三、偏离比尔定律的原因:

理想状态下,当波长和强度一定的入射光通过液层厚度一定的有色溶液时,A∝c。


8 1

1.非单色光:严格讲朗伯—比尔定律只适用于具有一定波长的单色光,但实际上单色器提供的波长范围比较窄的光带。

2.化学因素:高浓度时,粒子间有相互作用力,不能独立存在,使吸光能力发生改变,光度测量宜在较稀溶液中进行(一般小于0.01mol·L-1)

3.工作曲线不过原点

存在系统误差:吸收池不完全一样(同厚度比色皿之间的透光率相差应少于0.5%);参比溶液选择不当等


8 1

P216例1:Fe2+浓度为5mg/L的溶液1mL,与邻二氮菲显色后,定容为10mL。该络合物在波长580nm,比色皿厚度为2cm时,测得A=0.190。计算ε。


8 1

  • P291.习题2

  • 浓度为25.5ug/50ml的Cu2+溶液,用双环己酮草酰二踪显色后测定。在λ=600nm处用2cm比色皿测得A=0.300,求透光率T,吸光系数a,摩尔吸光系数ε(已知铜的摩尔质量为63.55g)

解: A=-㏒T=kbc

T=10-A=10-0.300=50.1%


8 1

1、有一符合朗伯-比尔定律的有色溶液,当先选用1cm比色皿时测得透光率为0.50, 若选用2cm比色皿时透光率为______。

0.25

2、符合朗伯-比尔定律的有色溶液,当有色物质的浓度增大时,其最大吸收波长,透光率。(填: 增大,减小或不变)

不变

减少

μg/cm2

3、桑德尔灵敏度(S)单位是, 数值上S=

M/ε


8 1

  • 4、某显色配合物的摩尔吸光系数 值很大,则表明------------------------------------------( )

  • (A)该物质的浓度很高

  • (B)该物质对某波长的光吸收能力很强

  • (C)测定该物质的灵敏度很高

  • (D)测定该物质的准确度高

C


8 1

  • 5.以下说法错误的是--------------------------------------------------------------------------------( ) (A) 吸光度A与浓度呈直线关系

    (B) 透光率随浓度的增大而减小

    (C) 当T为“0”时吸光度值为∞

    (D) 最大吸收波长随浓度变化而变化

D


8 1

(3)浓度c的单位为g·L-1,则K=a

a:吸光系数,L/(g·cm)

(4)浓度c的单位为mol·L-1,则K=ε

ε:摩尔吸光系数,L/(mol·cm)

ε与a的关系:ε = a M


8 1

A

(5)ε是吸光物质在一定条件下,一定λ和溶剂情况下的特征常数。在λmax处的ε最大以εmax表示。 ε随λ而变化。

(6)同一物质与不同显色剂生成不同的显色化合物,具有不同的ε。

ε越大,表示该有色物质对入射光的吸收能力越强,显色反应越灵敏( ε≥6×104)。

A最大

λmax


8 1

A

A

C

(8)吸收曲线(A-λ)(做法)

c一定,b一定,改变波长λ,

测得相应的A,做A与λ的关系

曲线,目的:确定λmax。

标准曲线做图过程中,浓度C单位经常用ug/mL, mg/mL, ug/50mL, mg/50mL表示

c未单位与之对应。

样品的浓度根据稀释倍数和要求进行计算。

λ一定(λmax作为入射波长),b一定,改变标准样的浓度c,测得相应的A,做A与c的关系曲线,目的:据未知样的A未确定c未。

λmax

(9)标准(工作)曲线(A-c):

A未

c未


8 1

桑德尔灵敏度

定义:产生0.001的吸光度时,单位截面积(cm2)的光程内所含吸光物质的微克数,单位μg/cm2。

S=1/aε = a M

S=M/ε

ε越大,S越小,灵敏度越高。


8 1

A

正偏

正常

负偏

AX

C

0

CX

三、偏离比尔定律的原因:

理想状态下,当波长和强度一定的入射光通过液层厚度一定的有色溶液时,A∝c。


8 1

1.非单色光:严格讲朗伯—比尔定律只适用于具有一定波长的单色光,但实际上单色器提供的波长范围比较窄的光带。

2.化学因素:高浓度时,粒子间有相互作用力,不能独立存在,使吸光能力发生改变,光度测量宜在较稀溶液中进行(一般小于0.01mol·L-1)

3.工作曲线不过原点

存在系统误差:吸收池不完全一样(同厚度比色皿之间的透光率相差应少于0.5%);参比溶液选择不当等


8 1

光源

单色器

样品室

检测器

§8.4 吸光度的测量

一、分光光度计的基本组成

显示仪表

或记录仪

1.光源

在整个可见光谱区可以发射连续光谱,具有足

够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿

命。钨灯作为光源,其辐射波长范围在

320~2500 nm。


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2.单色器

①入射狭缝:光源的光由此进入单色器;

②准光装置:透镜或返射镜使入射光成为平行光束;

③色散元件:将复合光分解成单色光;棱镜或光栅;

④聚焦装置:透镜或凹面反射镜,将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝;

⑤出射狭缝。

将光源发射的复合光分解成单色光的光学系统。


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3. 样品室

样品室(放置吸收池和相应的池架)。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池,可见区一般用玻璃池.大多数比色皿为长方形,也有圆柱形的。一般厚度为0.5、1、2和3厘米。

4.检测器

利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号,常用的有光电池、光电管或光电倍增管。


8 1

5.显示仪表和记录仪

检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。显示A与T的读数

近代的仪器型号


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A

二、测量条件的选择

1.入射光波长的选择

次峰

λmax

(1)吸收曲线Amax处λmax

灵敏度高,对比耳定律偏离较小

(2)若λmax不在仪器可测内或干扰物在λmax有强烈吸收,可选次峰值处的λ,即ε不易改变的λ。


8 1

2.吸光度测量范围的选择

对于一台给定的仪器,吸光度A与透光率T读数误差是仪器误差的主要来源

已知

T=10-εbc

T与C对应作图


8 1

T

100

50

0

ΔT

ΔT

相对误差大

T越小ΔC越大,有色溶液浓

度越大,即C越大

ΔT

ΔC2

ΔC1

ΔC2

ΔT一定时,T越大ΔC越小

T越大有色溶液浓度越稀,

对应C越小

C


8 1

相对误差=

由朗伯——比尔定律

推导:

T的读数误差(定)

一般仪器透光率的±0.2~±2%


8 1

今假定△T=0.5%,则用上式算出下表

浓度相对误差

浓度相对误差


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⊿C/C(%)

20 36.8 65

T(%)

A

0.2

0.434

0.7

如果不在此范围,根据A=εbc,改变b及c,使A处于要求范围内。

★一般选择A=0.2~0.7 (T为20%~65%)的吸光度测量范围,在A=0.434(T=36.8%)时,测量的相对误差最小。


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参比溶液

3.选择适当的参比溶液

待测组分、过量显色剂、溶剂、其它辅助试剂、比色皿等因素影响待测组分透光度或吸光度的测量

吸光度具有加合性

A总=A待测物+A显色剂+A溶剂+A辅+A比色皿

调A=0,T=100%

A=A待测物=εbc


8 1

参比溶液的选择一般遵循以下原则:

⑴若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长

处有吸收,其它所加试剂均无吸收,用纯溶剂

(水)作参比溶液;

⑵若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收,而试液本身无吸收,用“试剂空白”(不加试样溶液)作参比溶液;


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⑶若待测试液在测定波长处有吸收,而显色剂等

无吸收,则可用“试样空白”(不加显色剂)作参比

溶液;

⑷若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收,则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂,作为参比溶液。


8 1

lgK稳=21.3

ε=1.1×104

λmax=510nm

§8.5 显色反应及显色条件的选择

一、显色反应

pH=2~9橘红色


8 1

二、显色反应的选择

同一种被测物质组分可能和多种显色剂反应,生成不同的有色物质,因此显色反应的选择要考虑以下因素:

1.灵敏度:高,ε≥6x104的显色反应

2.选择性:好,显色剂仅与一种组分发生显色反应(特效显色剂)或与少数几种组分发生显色反应

3.对比度:大,络合物的最大吸收波长与显色剂的最大吸收波长之差⊿λmax大。

4.MR组成:恒定,化学性质稳定,保证测量中吸光度基本不变,否则影响A的再现性。


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A

pH

a

b

三、显色反应条件的选择

(一)反应体系的酸度:靠实验来确定合适的酸度

固定待测组分及显色剂浓度,改变溶液pH值测A,作A-pH图,

方法

取平坦曲线下的pH值为测定

此组分的最佳pH。


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(二)显色剂用量:

靠实验来确定合适的显色剂用量

方法

固定其他条件,只改变R的用量,然后测定A,以A-CR作图

A

a

b

a

CR

0


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(三)其他因素:

温度

时间

溶剂

共存离子的影响

靠实验来确定合适的


8 1

§8.6差示分光光度法和光度分析法的应用

A=0.2~0.7 (T为20%~65%)

A=0.434 T=36.8%

一、差示分光光度法

普通分光光度法一般只适于测定微量组分,当待测液的浓度过大或过低,测量误差都较大。

1.定义:用采用浓度稍低于(高于)待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液代替普通光度法中以试剂空白作参比测量吸光度的方法

2.优点:改善普通分光光度法的测量误差

提高测量的灵敏度

3.分类:根据参比溶液,分为浓溶液差示法、稀溶液差示法和高精密度差示法

浓溶液示差吸光光度法应用更广泛


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4.浓溶液差示法原理:

设有两个有色溶液c1<c2

(1)普通光度法:

T1>T2

测c2:A相对=εbc相对=εb(c2-c1)

空白为参比,调A=0,T=100%

测c1:A1=εbc1

A>0.7或T<20%,

测量误差太大

测c2:A2=εbc2

(2)差示光度法:

c1为参比,调A=0

T=100%

或 ΔA=εbΔc=εb(c2-c1)


8 1

c1:T1=10%

A1=1.000

c2

T1=10%

c1

普通光度法

T2=5%

差示光度法

T2′=50%

T1′=100%

c2: T2=5 %

A2=1.301

落在测量误差较 大的范围

T=100%

落在测量误差较小的范围

  • c1作参比,调T1′=100% A1’ =0,放大T2 T2′=50% A2’ =0.301

测定值

待测

标准

ΔA=εbΔc=εb(c2-c1)


8 1

二、弱酸、弱碱离解常数的测定

一元弱酸:c=[HB]+[B]

AHB=εHB·b·c

AB=εB·b·c

A=εHB·b·[HB]+εB·b·[B]


8 1

酸全以HB存在时测定

已知pH , AHB,AB,A,可计算pKa

一定pH下,HB和B共

存时,测定A

酸全以B存在时测定


8 1

例: 铁(Ⅱ)浓度为5.0×10-4 g·L-1的溶液,与邻二氮菲反应,生成橙红色配合物。该配合物在波长508nm,比色皿厚度为2cm时,测得A=0.190。计算邻二氮菲铁的a、ε及S。

需知公式: A= a b c ε=M aS=M/ε

解:先求a,再求ε。已知 M (Fe)=55.85

a =A / bc = 0.190/(2×5.0×10-4)=190 L·g-1·cm-1

ε=Ma =55.85×190=1.1×104 L·mol-1·cm-1

S=M /ε=55.85/(1.1×104)=5.0×10-3 μg·cm-2


8 1

cFe2+/(μg/50mL)

10

20

30

40

50

A

0.120

0.180

0.050

0.240

0.310

例2用邻二氮菲分光光度法测定铁的标准曲线,数据如下表:

40.00mL水样在相同条件下测定的吸光度为0.160,求水样中铁的含量。


8 1

  • 标准曲线法

A

0.4

0.3

0.2

0.1

0

10

20

30

40

50

Fe2+(μg/50mL)

首先绘制标准曲线,然后查找试液吸光度对应的浓度为 cFe2+=27.0(μg/50mL),再换算水样铁的含量:

CFe2+(样品)

0.160

27.0(μg/50mL)

61

2014年10月4日5时45分


8 1

三.多组分的同时测定

在多组分体系中,如果各种吸光物质之间无相互作用力,这个体系的总吸光度等于各组分吸光度之和(吸光度具有加和性)。


8 1

A

X+Y

X

Y

λ

Aλ1

Aλ2

AY,λ2

AX,λ1

AX,λ1

AY,λ1

两组分相互干扰时的吸收光谱

λ1

λ2


8 1

设有混合物含X和Y两种组分。已知X在波长λ1和λ2处的ελ1=1.80×103(L/mol.cm)和ελ2=2.80×104(L/mol.cm),Y在这两个波长处的ελ1=2.04×104L/(mol.cm)和ελ2=3.13×102(L/mol.cm)。相同液层厚度(b=1.00cm)的混合物溶液在λ1处测得的吸光度为0.301,在λ2处测得的吸光度为0.398。求混合物溶液中X和Y的浓度。


8 1

  • 解:据题意,有如下方程:

  • 0.301=1.80×103CX+2.04×104CY

  • 0.398=2.80×104CX+3.13×102CY

  • 解得:CX=1.41×10-5 mol/L

  • CY=1.35×10-5 mol/L


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