第十章 吸光度法
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第10章吸光光度法基本内容1概述1.1吸光光度法的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,包括比色法,可见紫外吸光光度法和红外光谱法等。
1.1.1.光的基本性质:光是一种电磁波。
具有同一波长的光称为单色光,由不同波长组成的光称为复合光。
波长在200nm~400nm范围的光称为紫外光,人的眼睛能感到波长在400nm~750nm范围的光叫可见光。
白光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种单色光按一定强度比例混合而成的。
实验证明:将适当的两种单色光按一定强度比例混合,也可得到白光,这两种单色光互称为互补色光。
1.1.2.物质对光的选择性吸收:溶液呈不同的颜色是由于溶液中的吸光质点选择性吸收了某种颜色的光所引起的。
当白光通过某一均匀的溶液时,若该溶液对可见光波段的光都不吸收,则溶液无色透明;若溶液对不同波长的光全部吸收,则溶液呈黑色;若溶液对各种波长的光呈选择性吸收,则溶液呈现的是与吸收光成互补色光的颜色。
如硫酸铜溶液呈蓝色是因为溶液吸收了白光中的黄色光,高锰酸钾溶液因吸收了白光中的绿光而呈紫色等。
1.1.3.光吸收曲线:任何一种溶液对不同波长的光的吸收程度不同,若将各种波长的单色光依次通过某一浓度的溶液,测量每一波长下溶液对光的吸收程度,以波长λ为横坐标,吸光度A为纵坐标绘画,所得曲线叫光吸收曲线。
由光吸收曲线可知:溶液对各种波长的单色光的吸收程度是不同的,在某一波长处有一最大吸收,这一波长称为最λ表示;不同浓度的同一种物质的溶液,光吸收曲线的形状相似,最大吸收波长,用max大吸收波长不变,只是相应的吸光度大小不同。
1.2光吸收的基本定律当一束平行的单色光通过含有吸光物质的溶液时,溶液的吸光度A与吸光物质的浓度c及液层厚度b成正比,即A=Kbc此式就是光吸收定律的数学表达式,也叫朗伯—比尔定律,K 为比例常数。
当溶液的浓度用物质的量浓度(mol·L -1),吸收层厚度用cm 为单位时,则比例常数用ε表示,称为摩尔吸光系数,其单位为L·mol -1·cm -1。
第十章 吸光光度法教学目的:掌握光度法的基本原理,了解光度分析条件的控制,分光光度法的应用范围。
教学重点:Beer 定律;光度分析的应用。
教学难点:光吸收原理;光度分析的准确度。
吸光光度法:基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法,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。
10.1 吸光光度法的特点一、 吸光光度法的特点1.光的基本性质紫外光:200-400nm 可见光:400-750nm 红外:0.75-50μm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:按一定比例混合,能够组成白光的两种光互称为互补色光。
溶液呈现的颜色是它吸收光的互补色。
两互补色按一定比例混合后,可得到白色。
二、光吸收的基本定律1.朗伯-比尔定律1790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。
1852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,在溶液中即与吸光质点的浓度成正比。
吸光度:0lgI A Kbc I == 透光率:0I T I = 01lg lg I A I T== 2.摩尔吸收系数和桑德尔灵敏度(1)摩尔吸收(光)系数εA =Kbc b :cm c :mol/LA=εbc ε:摩尔吸收系数,只与波长有关。
单位:L.cm -1.mol -1物理意义:一定λ下,b =1cm ,c =1 mol/L 时的吸光度。
实际工作中不能用c =1 mol/L 的溶液测吸光度(A =0.2-0.7)。
ε能反映方法的灵敏度,光度法测定ε:104,一般ε:105已很灵敏。
2.吸光度的加和性共存的多种吸光物质对同一波长光吸收的光度值分别为A 1,A 2,…A n ,则总吸光度为:A=A 1+A 2+…+A n (据此可进行多组分的测定)3、偏离朗伯-比尔定律的原因(1).非单色光121201021101222021201020102120102lg,10lg ,10A lg lg A A c 1010bc bc bc bc I I A bc I I A bc I I I I I I I I I I I I εεεεεεεεεεε----======≠1212 ++== 若=,则=bc,若,与不成线性关系 ++ (2).化学因素介质不均匀或由于溶液本身的化学反应引起的偏离。
第六章 吸光光度法1. 根据lg A T K c '=-=,设42.510K '=⨯,今有五个标准溶液,浓度c 分别为4.0×10-6,8.0×10-6,1.2×10-5,1.6×10-5,2.0×10-5 mol/L ,绘制以c 为横坐标、T 为纵坐标的c -T 关系曲线图。
为什么这样的曲线图不能用作定量分析标准曲线?请绘制出可作定量分析的标准曲线。
解:由公式计算可知,当c 分别为4.0×10-6,8.0×10-6,1.2×10-5,1.6×10-5,2.0×10-5 mol/L 时,分别求得吸光度A = 0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,对应的透光度T 分别为0.794,0.62,0.501,0.398,0.316。
c 与T 不呈线性关系,故c-T 曲线不可作定量分析标准曲线用。
可作c -A 曲线,用作定量分析。
2. 某试液用2 cm 比色皿测量时,T = 60%,若改用1 cm 或3 cm 比色皿,T 及A 等于多少? 解:11222 cm -lg 0.22 60%0.221 cm 0.11 77%20.223 cm 30.33 46%2b A T T A bA bc A b b A T b A T ε============⨯==3. 某钢样含镍约0.12%,用丁二酮圬光度法 (4-1-11.310 L mol cm ε=⨯⋅⋅) 进行测定。
试样溶解后,转入100 mL 容量瓶中,显色,并加水稀释至刻度。
取部分试液于波长470 nm 处用1 cm 吸收池进行测量。
如要求此时的测量误差最小,应称取试样多少克? 解:测量误差最小时,A=0.434NiNi Ni sss 4100%100%0.12%0.4341000.158.6930.16 g1.31010.12A A bc c bAVM cVM b w m m m εεε=⇒==⨯=⨯=⇒=⨯⨯⨯=⨯⨯4. 浓度为25.5 μg/50mL 的Cu 2+溶液,用双环己酮草酰二腙光度法进行测定,于波长600 nm 处用2 cm 比色皿进行测量,测得T = 50.5%,求摩尔吸光系数ε、桑德尔灵敏度S 。
解:4-1-1-3Cu 3-2Cu 4lg lg lg -lg0.5051.810 L mol cm 25.563.5462105063.546 3.510 μg cm1.810A T bcT T c bc bM M S εεε-=-=--⇒====⨯⋅⋅'⨯⨯===⨯⋅⨯5. 吸光光度法定量测定浓度为c 的溶液,如吸光度为0.434,假定透射比的测定误差为0.05%,由仪器测定产生的相对误差为多少? 解: 0.4340.4340.05%0.14%ln 10ln10c T c T T --∆∆===-⨯6. 配制一系列溶液,其中Fe 2+含量相同 (各加入7.12⨯10-4 mol·L -1 Fe 2+溶液 2 mL),分别加入不同体积的7.12⨯10-4 mol·L -1的邻二氮杂菲 (Phen) 溶液,稀释至25 mL 后用1 cm 比色皿在510 nm 测得吸光度如下: 邻二氮杂菲溶液的体积V /mL2.003.004.005.006.008.0010.00 12.00A0.240 0.360 0.480 0.593 0.700 0.720 0.720 0.720 求络合物的组成。
解:由浓度2.00-6.00的数据作图,得回归方程为20.01340.1153, 0.9994A c R =+=当A = 0.720,代入上述方程可以得到c = 6.13 mol·L -1, 所以有:4Fe 4Phen 7.1210 2.0017.1210 6.133n n --⨯⨯==⨯⨯, 络合物组成为Fe(Phen)3。
7. 1.0⨯10-3 mol·L -1的K 2Cr 2O 7溶液在波长450 nm 和530 nm 处的吸光度A 分别为0.200和0.050。
1.0⨯10-4 mol·L -1的KMnO 4溶液在450 nm 处无吸收,在530 nm 处吸光度为0.420。
今测得某K 2Cr 2O 7和KMnO 4的混合溶液在450 nm 和530 nm 处的吸光度分别为0.380和0.710。
试计算该混合溶液中K 2Cr 2O 7和KMnO 4的浓度。
假设吸收池长为10 mm 。
解:227227442272272272274444450450450K Cr O K Cr O KMnO KMnO K Cr O 33K Cr O 5305305303K Cr O K Cr O KMnO KMnO KMnO 34KMnO 0.2000.3801.0101.910 mol/L0.0500.4201.9100.7101.010 1.0101.510A c b c b c c A c b c b c c εεεε------===⨯⇒=⨯==⨯⨯+=⨯⨯⇒=⨯++4 mol/L8. 用一般分光光度法测量0.0010 mol/L 锌标准溶液和含锌的试液,分别测得A =0.700和A =1.000,两种溶液的透射比相差多少?如果用0.0010 mol/L 标准溶液作参比溶液,试液的吸光度是多少?与示差分光光度法相比较,读数标尺放大了多少倍? 解:1.000B S S S (1) lg 10 1020.0%10.0%10.0%100%(2) 10.0%50.0%20.0%lg 50.0%0.301AA T T T T T A --=-⇒=--=-=⨯==-=-0.700=10=9. 以示差吸光光度法测定高锰酸钾溶液的浓度,以含锰10.0 mg·mL -1的标准溶液作参比液,其对水的透射比为T = 20.0%,并以此调节透射比为100%,此时测得未知浓度高锰酸钾溶液的透射比为T x = 40.0%,计算高盟酸钾的质量浓度。
解:010040.0%8.0%100%/20.0%lg lg8.0%10.010.015.7 mg mL lg lg 20.0%x x x T T c T -==--=⨯=⨯=⋅--10.Ti 和V 与H 2O 2作用生成有色络合物,今以50 mL 1.06⨯10-3 mol·L -1的钛溶液发色后定容为100 mL ;25 mL 6.28⨯10-3 mol·L -1的钒溶液发色后定容为100 mL 。
另取20.0 mL 含Ti 和V 的未知混合液经以上相同方法发色。
这三份溶液各用厚度为1 cm 的吸收池在415 nm 和455 nm 处测定吸光度值如下:溶液 A (415 nm) A (455 nm) Ti 0.435 0.246 V 0.251 0.377 合金0.6450.555求未知液中Ti 和V 的含量是多少? 解:415415415V Ti Ti Ti V V 33Ti V 455455455V Ti Ti Ti V V 33Ti V 0.4350.2511.061050/1005 6.281025/1005164.232.00.6450.2460.3771.061050/1005 6.281025/100592.848.00.555c c A c b c b c c c c A c b c b c c εεεε----==⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⇒+===⨯+⨯⨯⨯⨯⨯⇒+=∴++33Ti V 2.6910 mol/L, 6.3710 mol/L c c --=⨯=⨯11.NO 2-在波长355 nm 处ε355=23.3 L·mol -1·cm -1,ε355/ε302=2.50;NO 3-在波长355 nm 处的吸收可忽略,在波长302 nm 处ε302=7.24 L·mol -1·cm -1。
今有一含NO 3-和NO 2-的试液,用1 cm 的吸收池测得A 302=1.010,A 355=0.730。
计算试液中NO 3-和NO 2-的浓度。
解:22222233333552355NO NO NO NO3023022302NO NO NO NO NO 2NO 23.310.730 3.1310 mol/L 23.31 3.1310 7.241 1.0102.59.9210 mol/LA bc c c A bc bc c c εεε-------------=⇒⨯⨯=⇒=⨯=+=⨯⨯⨯+⨯⨯=⇒=⨯12.某有色络合物的0.0010%水溶液在510 nm 处,用2 cm 比色皿以水作参比测得透射比为42.0%。
已知ε=2.5×103 L·mol -1·cm -1。
试求此有色络合物的摩尔质量。
解:30.0010/lg 0.12.51020.01132.7 g/mollg 0.420MT bc b M εε-==⨯⨯⨯⇒=-=13.采用双硫腙吸光光度法测定含铅试液,于520 nm 处用1 cm 比色皿以水作参比测得透射比为8.0%,已知ε=1.0⨯104 L·mol -1·cm -1。
若改用示差法测定上述溶液,问需多大浓度的Pb 2+标准溶液作参比溶液,才能使浓度测量的相对标准偏差最小? 解:当以水作为参比溶液时,T=8.0%()4S 4S B r r44B 5BS S S 4lg lg 0.08(1) lg 1.110mol/L 1.01010.434 1.0101 1.110 6.710 mol/L100.0%8.0%(2) 21.7%36.8%lg lg 21.7% 6.61.0101T A T bc c b A A A A bc c c T T c b εεεε----=-=⇒===⨯⨯⨯∆=-=⇒=⨯⨯⨯⨯-⇒=⨯⨯==--===⨯⨯⨯-=510 mol/L -14.已知ZrO 2+的总浓度为1.48×10-5 mol/L ,某显色剂的总浓度为2.96×10-5 mol/L ,用等摩尔法测得最大吸光度A=0.320,外推法得到A max =0.390,配比为1:2,其lg K 稳值为多少? 解:2max 5ZrO 5522255555520.3900.390 1.48100.3200.3200.320[ZrOL ][ZrOL ] 1.4810 1.2110 mol/L0.390[ZrO ] 1.4810 1.21100.2710 mol/L [L] 2.96102 1.21100.5410 mol/L [ZrOL ]A bc b A b b K εεεε+---+------==⇒=⨯==⇒==⨯⨯=⨯=⨯-⨯=⨯=⨯-⨯⨯=⨯=()511222551.2110 1.5410[ZrO ][L]0.27100.5410lg 11.2K -+--⨯=⨯⨯⨯⨯⇒==15.图示为X 和Y 两种吸光物质的吸收曲线,今采用双波长吸光光度法对它们进行分别测定。