通过计算分光光度法课件.ppt
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1、无机及分析化学无机及分析化学课程课程Email:学习目的学习目的1.1.了解比色法、分光光度法的特点。了解比色法、分光光度法的特点。2.2.掌握光的吸收定律及其适用范围。掌握光的吸收定律及其适用范围。3.3.掌握分光光度法的分析方法。掌握分光光度法的分析方法。4.4.了解显色反应及其条件的选择。了解显色反应及其条件的选择。5.5.了解分光光度法仪器测量的误差及测量条了解分光光度法仪器测量的误差及测量条件的选择。件的选择。6.6.了解分光光度法的某些应用。了解分光光度法的某些应用。本章内容本章内容(P422) 11-1 概述概述 11-2 光吸收的基本定律光吸收的基本定律 11-3 比色法和分光
2、光度法及其仪器比色法和分光光度法及其仪器 11-4 显色反应及显色条件的选择显色反应及显色条件的选择 11-5 分光光度法仪器测量误差分光光度法仪器测量误差 及其消除及其消除 11-6 分光光度法的某些应用分光光度法的某些应用 化学分析与仪器分析方法比较化学分析与仪器分析方法比较化学分析化学分析(Chemical analysis):仪器分析仪器分析(Instrumental analysis):准确度高准确度高灵敏度高灵敏度高 11.1 概述概述 11.1 概述概述(1)方法灵敏度高:方法灵敏度高:测定下限可达测定下限可达103106mol/L。(2)方法的准确度能满足微量组分测定的要求。方
3、法的准确度能满足微量组分测定的要求。(3)操作简便快速操作简便快速,仪器设备简单。仪器设备简单。(4)应用广泛应用广泛:几乎所有的无机离子和有机化合物几乎所有的无机离子和有机化合物都可直接或间接地用吸光光度法进行测定。都可直接或间接地用吸光光度法进行测定。 高能辐射区高能辐射区 射线射线 能量最高,来源于核能级跃迁能量最高,来源于核能级跃迁 射线射线 来自内层电子能级的跃迁来自内层电子能级的跃迁 光学光谱区光学光谱区 紫外光紫外光 来自原子和分子外层电子能级的跃迁来自原子和分子外层电子能级的跃迁 可见光可见光 红外光红外光 来自分子振动和转动能级的跃迁来自分子振动和转动能级的跃迁 波谱区波谱区
4、 微波微波 来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁 无线电波无线电波 来自原子核自旋能级的跃迁来自原子核自旋能级的跃迁电磁辐射按波长顺序排列,称电磁波谱。电磁辐射按波长顺序排列,称电磁波谱。射线射线 X 射线射线紫外光紫外光可见光可见光红外光红外光微波微波无线电波无线电波二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收光学光谱区光学光谱区(Spectral region)(真空紫外真空紫外)远红外远红外中红外中红外近红外近红外可见可见近紫外近紫外远紫外远紫外10nm200nm中层中层电子电子200nm 400nm价电价电子子400nm 750nm价电价电子子760
5、 nm 2.5 m分子分子振动振动2.5 m 5.0 m分子分子振动振动5.0 m 1000 m分子分子转动转动单色光:单色光:只具有一种波长的光。只具有一种波长的光。混合光:混合光:由两种以上波长组成的光,如白光。由两种以上波长组成的光,如白光。白光白光青蓝青蓝青青绿绿黄黄橙橙红红紫紫蓝蓝1、光的互补性与物质的颜色、光的互补性与物质的颜色 /nm颜色颜色互补光互补光400-450紫黄绿450-480蓝蓝黄黄480-490绿蓝绿蓝橙橙490-500蓝绿蓝绿红红500-560绿绿红紫红紫560-580黄绿黄绿紫紫580-610黄黄蓝蓝610-650橙橙绿蓝绿蓝650-760红红蓝绿蓝绿不同颜色的
6、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 物质的颜色物质的颜色是由于物是由于物质对不同波长的光具有质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产选择性的吸收作用而产生的,生的,物质的颜色由透物质的颜色由透过光的波长决定过光的波长决定。例:例:高锰酸钾溶液高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。因吸白光中的绿色光而呈紫色。 如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以得白光,这两种光就叫以得白光,这两种光就叫互为补色光互为补色光。物质呈现的颜。物质呈现的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。色和吸收的光颜色之间是互补关系。2、吸收光谱或吸收曲线、吸收光谱
7、或吸收曲线吸收曲线:吸收曲线:测定某种物质对不同波长单色光的吸测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度,以收程度,以波长波长为横坐标,为横坐标,吸光度吸光度为纵坐标作图。为纵坐标作图。定量分析的基础:定量分析的基础:某一波长下测得的某一波长下测得的吸光度与物质浓度吸光度与物质浓度有关。有关。 (cKMnO4:abcd) 最大吸收波长,最大吸收波长, maxmax吸收曲线吸收曲线(absorption spectrum)(absorption spectrum)的讨论的讨论1 1)同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光)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度最大处对应的
8、波长称为最大吸收波长最大吸收波长( ( max)max)2 2)同一物质不同浓度的溶液,同一物质不同浓度的溶液,光吸收曲线形状相光吸收曲线形状相似,其最大吸收波长不变;但似,其最大吸收波长不变;但在一定波长处吸光度在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增大。随溶液的浓度的增加而增大。这个特性可作为物质这个特性可作为物质定量分析的依据。在实际测定时,只有在定量分析的依据。在实际测定时,只有在maxmax处处测定吸光度,其灵敏度最高,因此,吸收曲线是吸测定吸光度,其灵敏度最高,因此,吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长的依据。光光度法中选择测量波长的依据。3 3)不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长
9、)不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相同。均不相同。光吸收曲线与物质特性有关光吸收曲线与物质特性有关,故据,故据此可作为物质定性分析的依据。此可作为物质定性分析的依据。Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱的吸收光谱(Absorption spectra of Cr2O72-、MnO4- )400500600700 /nm300525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350440 nm 光作用于物质时,物质吸收了可见光,而显示出光作用于物质时,物质吸收了可见光,而显示出特征的颜色,这一过程与物质的性质及光的性质有关。特征的颜色,这一过程与物质
10、的性质及光的性质有关。物质对光的吸收物质对光的吸收物质对光的吸收满足物质对光的吸收满足Plank Plank 条件条件hchEEE02S2S1S0S3E2E0E1E302EEhh 物质对光的吸收本质目 录1. 朗伯定律朗伯定律(Lamberts law)2. 比尔定律比尔定律(Beers law) 11.2光的吸收定律(朗伯光的吸收定律(朗伯-比尔定律)比尔定律)0tA=lg(I /I )=K b 0tA=lg(I /I )=K c 3. 朗伯朗伯-比尔定律比尔定律0tIT =IT透光度透光度(Transmittance)A = lg (I0/It) =KbcA 吸光度吸光度(absorban
11、ce)b 介质厚度介质厚度(length/cm)c 浓度浓度(concentration)K 吸光系数吸光系数(absorptivity)A = lg (I0/It) = lg(1/T) = -lgT = Kbc=10=10T-kbc-A4. 吸光系数吸光系数(Absorptivity)a的单位的单位: Lg-1cm-1当当c的单位用的单位用gL-1表示时,用表示时,用a表示,表示, A Aabcabck的单位的单位: Lmol-1cm-1当当c的单位用的单位用molL-1表示时,用表示时,用k表示表示. k摩尔吸光系数摩尔吸光系数(Molar absorptivity) A A k kbcb
12、c 在数值上等于在数值上等于1cm溶液厚度中吸光物溶液厚度中吸光物质为质为1 molL-1时的吸光度。时的吸光度。 吸光度吸光度(A)、透光率、透光率(T)与浓度与浓度(c)的关系的关系ATc= 10-kbcTA=kbc线性关系线性关系5. 朗伯朗伯-比尔定律的分析应用比尔定律的分析应用 0 1 2 3 4 mg/mLA。 。 。 。*0.80.60.40.20溶液浓度的测定溶液浓度的测定A kbcA c工作曲线法工作曲线法(校准曲线校准曲线)Calibration curve例例1 浓度为浓度为25.0g/50mL的的Cu2+溶液,用双环已酮草酰二腙溶液,用双环已酮草酰二腙分光光度法测定,于
13、波长分光光度法测定,于波长600nm处,用处,用2.0cm比色皿测得比色皿测得T = 5 0 . 1 % , 求 吸 光 系 数, 求 吸 光 系 数 a 和 摩 尔 吸 光 系 数和 摩 尔 吸 光 系 数 k 。 已 知。 已 知M(Cu)=64.0。)1000.5100 .50100 .251436LgLgc(2-11410.3003.00 10 L.g .2.05.00 10Aacmbccmg L解:解:已知已知T=0.501,则,则A=lgT=0.300,b=2.0cm,则根据朗伯则根据朗伯比尔定律比尔定律 A=abc,而而k= Ma = 64.0gmol-13.00102 Lg-1
14、cm-1=1.92 104 (Lmol-1cm-1)解解: 由由A=-lgT=kbc可得可得 T=10-kbc 当当b1=1cm时,时,T1=10-kc=T 当当b2=2cm时,时,T2=10-2kc=T2例例2 某有色溶液,当用某有色溶液,当用1cm比色皿时,其透光度为比色皿时,其透光度为T,若改用,若改用2cm比色皿,则透光度应为多少?比色皿,则透光度应为多少?6. 吸光度的测量与吸光度的加和性吸光度的测量与吸光度的加和性 A = A1 + A2 + +An 用参比溶液用参比溶液(reference solution)调调T = 100%(A=0),再测样品溶液的吸光度,即),再测样品溶液
15、的吸光度,即消除了吸收池对光的吸收、反射,溶剂、试消除了吸收池对光的吸收、反射,溶剂、试剂对光的吸收等。剂对光的吸收等。7. 引起偏离朗伯比耳定律的因素引起偏离朗伯比耳定律的因素(1 1) 物理因素物理因素AC原因:原因:a.a.非单色光;非单色光; b.b.非平行入射光;非平行入射光; c.c.介质不均匀介质不均匀a.a.非单色光(仪器本身所致)非单色光(仪器本身所致) 仪器使用的是连续光源,用单色器分光,由仪器使用的是连续光源,用单色器分光,由于单色器色散能力的限制和出口狭缝要保持一定于单色器色散能力的限制和出口狭缝要保持一定的宽度,所以我们不可能得到纯的单色光。的宽度,所以我们不可能得到
16、纯的单色光。A 克服方法:克服方法: 尽量选用较好的单色器尽量选用较好的单色器 入射波长入射波长 选择在峰值位置(在波峰有选择在峰值位置(在波峰有一个一个A A值相差较小的区域)值相差较小的区域)Ac. c. 介质不均匀介质不均匀散射、假吸收。散射、假吸收。克服方法:避免溶液产生胶体或浑浊克服方法:避免溶液产生胶体或浑浊b.b.非平行入射光非平行入射光 导致光束的平均光程导致光束的平均光程bb大于吸收池厚度大于吸收池厚度b b,实际测得的吸光度大于理论值,产生正偏离。实际测得的吸光度大于理论值,产生正偏离。 入射光会因散射而损失,导致入射光会因散射而损失,导致T T减小,实测的减小,实测的A
17、A偏高。偏高。例,聚合引起的对吸光定律的偏离例,聚合引起的对吸光定律的偏离单体:单体:SNH+(CH3)2NN(CH3)22SNH+(CH3)2NN(CH3)2 2 max = 660 nm二聚体:二聚体: max = 610 nmA 660 nm610 nm(2 2) 化学因素化学因素 a.a.溶液浓度过高;溶液浓度过高;b.b.化学反应化学反应有色物离解、缔合等。有色物离解、缔合等。目 录1.目视比色法目视比色法:用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。定物质含量的方法。观察方向观察方向c4c3c2c1c1c2c3c4一、一、 光度分析的几种方法光
18、度分析的几种方法 11.3 比色法和分光光度法及其仪器比色法和分光光度法及其仪器特点:简单、可测微量,复合光,误差大。特点:简单、可测微量,复合光,误差大。2. 吸光光度法和分光光度计吸光光度法和分光光度计(spectrophotometer)分光光度法的基本部件分光光度法的基本部件通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光. .波长可调波长可调, , 故选择性好故选择性好, , 准确度高准确度高. .光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测系统检测系统稳压电源稳压电源读数指示器读数指示器(分光系统)(分光系统)0.575分光光度计基本部件分光光度计基本部件 A 光源光源
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