【正文】 無機(jī)及分析化學(xué)第九章 儀器分析法選介1第九章 儀器分析法選介 紫外 — 可見分光光度法 原子吸收分光光度法電勢分析法 色譜分析法2第九章 儀器分析法選介學(xué)習(xí)要求1.掌握電位分析法的基本原理、指示電極和參比 電極的含義。了解各類電極的結(jié)構(gòu)和機(jī)理。2.掌握測定溶液 pH值的方法。掌握直接電位法測定離子濃度及確定電位滴定終點(diǎn)的方法。3.掌握原子吸收光譜分析的基本原理和定量分析方法。了解原子吸收分光光度計(jì)的主要構(gòu)造和應(yīng)用范圍。4.掌握色譜分離的原理、分類及定性、定量方法。了解評價(jià)分離效率的指標(biāo)，了解氣相及高效液相色譜儀的構(gòu)造和各自的應(yīng)用范圍。3第九章 儀器分析法選介儀器分析的基本特點(diǎn)InstrumentalAnalysis—— 以被測物質(zhì)的物理及物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法從二十世紀(jì)中葉開始，儀器分析得到迅速的發(fā)展，已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。多屬微量分析，快速靈敏，相對誤差較大，但絕對誤差不大。儀器分析法的種類很多。有光譜法、色譜法、電化學(xué)分析法等。本章只介紹電位分析法，原子吸收分光光度法、氣相色譜法和液相色譜法這四種常用的儀器分析法。4第九章 儀器分析法選介 紫外 — 可見分光光度法（ Ultraviolet and Visible Spectrophotometry）? 概述? 光吸收的基本定律? 顯色反應(yīng)及其影響因素? 紫外 — 可見分光光度計(jì)? 紫外 — 可見分光光度測定的方法? 分光光度法的誤差和測量條件的選擇? 紫外 — 可見分光光度法應(yīng)用實(shí)例5第九章 儀器分析法選介 概述 吸光光度法 是基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法，包括比色法、可見及紫外吸光光度法及紅外光譜法等。 特點(diǎn)：靈敏度高 （ 測定下限可達(dá) 10－ 5～ 10－ 6mol/L）準(zhǔn)確度高 （滿足微量組分的測定要求 )簡便快速 （在適當(dāng)條件下，不經(jīng)分離可直接測定）應(yīng)用廣泛 （無機(jī)、有機(jī)成分、農(nóng)藥殘留、生物體內(nèi)的微量成分、藥物分析、環(huán)境衛(wèi)生分析）6第九章 儀器分析法選介 光是一種電磁波。所有電磁波都具有波粒二象性。光的波長、頻率與光速 c的關(guān)系為： 光速在真空中等于 108ms 1。 光子的能量與波長的關(guān)系為： 式中 E為光子的能量； h為普朗克常數(shù)，為 10 34JS 。光的基本性質(zhì)7第九章 儀器分析法選介8第九章 儀器分析法選介　 物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系? 單色光 (monochromatic light)只具有一種波長的光。? 混合光 由兩種以上波長組成的光。? 白光 　是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等各種色光按一定比例混合而成的。? 物質(zhì)的顏色 是由于物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性的吸收作用而產(chǎn)生的。例如：硫酸銅溶液因吸收白光中的黃色光而呈藍(lán)色；高錳酸鉀溶液因吸白光中的綠色光而呈紫色。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色和吸收的光顏色之間是互補(bǔ)關(guān)系。9第九章 儀器分析法選介 表 92 物質(zhì)顏色和吸收光顏色的關(guān)系 物質(zhì)顏色 吸收光顏色 吸收光波 /nm 黃 綠 紫 400 ~ 450 黃 藍(lán) 450 ~ 480 橙 綠藍(lán) 480 ~ 490 紅 藍(lán)綠 490 ~ 500 紫紅 綠 500 ~ 560 紫 黃綠 560 ~ 580 藍(lán) 黃 580 ~ 600 綠藍(lán) 橙 600 ~ 650 藍(lán)綠 紅 650 ~760白光 青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)10第九章 儀器分析法選介當(dāng)一束平行的單色光照射到有色溶液時(shí)，光的一部分將被溶液吸收，一部分透過溶液，還有一部分被器皿表面所反射。設(shè)入射光強(qiáng)度為 I0，透過光強(qiáng)度為 It，溶液的濃度為 c，液層寬度為 b，經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明它們之間有下列關(guān)系： (91)朗伯 — 比爾定律 光的吸收基本定律11第九章 儀器分析法選介透光度 T ( Transmittance )透光度定義：T 取值為 % ~ %全部 吸收 T = %全部透射 T = %入射光 I0 透射光 It12第九章 儀器分析法選介透光度、吸光度與溶液濃度及液層寬度的關(guān)系 　　 　　　　　　　　　　　　　　?。?92） A – 吸光度 T – 透光度 K 吸光系數(shù) ，與入射光波長、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)。當(dāng) c的單位為 gL 1， b的單位為cm時(shí)， k以 a表示其單位為 Lg 1cm 1，此時(shí)式（ 91）變?yōu)? (93) 13第九章 儀器分析法選介 如果濃度 c的單位為 molL 1， b的單位為 cm，這時(shí) k常用 表示。稱為摩爾吸光系數(shù) (molar absorptivity)，其單位為 Lmol 1cm 1，它表示吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度為 1molL 1，溶液的寬度為 1cm時(shí)，溶液對光的吸收能力。 值越大，表示吸光質(zhì)點(diǎn)對某波長的光吸收能力愈強(qiáng)，故光度測定的靈敏度越高。值在 103以上即可進(jìn)行分光光度法測定，高靈敏度的分光光度法可達(dá)到 105～ 106。式（ 93）可寫成為：　　　　　　　　　 　 A=ε bc （ 96）ε 與 a的關(guān)系為：　　　　　　　　　 ε = Ma （ 97） 式中 M為吸光物質(zhì)的摩爾質(zhì)量14第九章 儀器分析法選介朗伯 — 比爾定律的幾種形式入射光強(qiáng)度入射光強(qiáng)度透射光強(qiáng)度透射光強(qiáng)度透光度透光度吸光度吸光度摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù) ,L mol –1 cm 173。1溶液厚度溶液厚度溶液濃度溶液濃度物理意義 ：一定溫度下，一定波長的單色光通過均勻的、非散射的溶液時(shí)，溶液的吸光度與溶液的濃度和厚度的乘積成正比。 15第九章 儀器分析法選介例 91濃度為 +溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分光光度法測定，于波長 600nm處，用 T=%，求吸光系數(shù)a和摩爾吸光系數(shù)。已知 M(Cu)=。解 :已知 T =，則 A=－ lgT =，b =, 則根據(jù)朗伯 — 比爾定律 A=abc，而 ε= Ma =mol1102Lg1cm1=104(Lmol1cm1)16第九章 儀器分析法選介例 92 某有色溶液，當(dāng)用 1cm比色皿時(shí)，其透光度為 T，若改用 2cm比色皿，則透光度應(yīng)為多少？解 : 由 A= lgT = abc可得 T =10abc 當(dāng) b1=1cm時(shí)， T1=10ac=T 當(dāng) b2=2cm時(shí)， T2=102ac=T217第九章 儀器分析法選介 定量分析時(shí)，通常液層厚度是相同的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關(guān)系應(yīng)該是一條通過直角坐標(biāo)原點(diǎn)的直線。但在實(shí)際工作中，往往會(huì)偏離線性而發(fā)生彎曲，見圖中的虛線。 偏離朗伯一比爾定律的原因CA標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖正誤差負(fù)誤差18第九章 儀器分析法選介 單色光不純所引起的偏離 朗伯一比爾定律只對一定波長的單色光才能成立，但在實(shí)際工作中，即使質(zhì)量較好的分光光度計(jì)所得的入射光，仍然具有一定波長范圍的波帶寬度。在這種情況下，吸光度與濃度并不完全成直線關(guān)系，因而導(dǎo)致了對朗伯一比爾定律的偏離。所得入射光的波長范圍越窄，即 “ 單色光 ” 越純，則偏離越小。19第九章 儀器分析法選介由于溶液本身的原因所引起的偏離 吸光系數(shù) k與溶液的折光指數(shù) n有關(guān)。溶液濃度在L 1或更低時(shí)， n基本上是一個(gè)常數(shù)，濃度過高會(huì)偏離朗伯 比爾定律。 朗伯 比爾定律是建立在均勻、非散射的溶液這個(gè)基礎(chǔ)上的。如果介質(zhì)不均勻，呈膠體、乳濁、懸浮狀態(tài)，則入射光除了被吸收外，還會(huì)有反射、散射的損失，因而實(shí)際測得的吸光度增大，導(dǎo)致對朗伯 比爾定律的偏離20第九章 儀器分析法選介溶質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化引起的偏離 有色化合物的離解是偏離朗伯 — 比爾定律的主要化學(xué)因素。例如，顯色劑 KSCN與 Fe3+形成紅色配合物 Fe(SCN)3，存在下列平衡：Fe(SCN)3 Fe3++3SCN－ 溶液稀釋時(shí)，上述平衡向右，離解度增大。所以當(dāng)溶液體積增大一倍時(shí)， Fe(SCN)3的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導(dǎo)致偏離朗伯 — 比爾定律。21第九章 儀器分析法選介顯色反應(yīng)及顯色劑： 被測元素在某種試劑的作用下，轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)叫顯色反應(yīng)（ color reaction），所加入試劑稱為顯色劑 (color reagent)。 常見的顯色反應(yīng)大多數(shù)是生成配合物的反應(yīng)，少數(shù)是氧化還原反應(yīng)和增加吸光能力的生化反應(yīng) 顯色反應(yīng)及其影響因素22第九章 儀器分析法選介 顯色反應(yīng)的要求： 選擇性好 所用的顯色劑僅與被測組分顯色而與其它共存組分不顯色，或其它組分干擾少。 靈敏度要足夠高 有色化合物有大的摩爾吸光系數(shù)，一般應(yīng)有 104105數(shù)量級。 有色配合物的組成要恒定 顯色劑與被測物質(zhì)的反應(yīng)要定量進(jìn)行，生成有色配合物的組成要恒定。 生成的有色配合物穩(wěn)定性好 即要求配合物有較大的穩(wěn)定常數(shù)，有色配合物不易受外界環(huán)境條件的影響，亦不受溶液中其它化學(xué)因素的影響。有較好的重現(xiàn)性，結(jié)果才準(zhǔn)確。 色差大 有色配合物與顯色劑之間的顏色差別要大，這樣試劑空白小，顯色時(shí)顏色變化才明顯。23第九章 儀器分析法選介影響顯色反應(yīng)的因素顯色劑的用量 顯色反應(yīng)一般可表示為： M + R MR 有色配合物 MR的穩(wěn)定常數(shù)越大，顯色劑 R的用量越多，越有利于顯色反應(yīng)的進(jìn)行。但有時(shí)過多的顯色劑反而對測定不利。在實(shí)際工作中，常根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來確定顯色劑的用量。c(R)24第九章 儀器分析法選介溶液的酸度 許多顯色劑都是有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿，溶液的酸度會(huì)直接影響顯色劑的解離程度。對某些能形成逐級配合物的顯色反應(yīng)，產(chǎn)物的組成會(huì)隨介質(zhì)酸度的改變而改變，從而影響溶液的顏色。另外，某些金屬離子會(huì)隨著溶液酸度的降低而發(fā)生水解，甚至產(chǎn)生沉淀，使穩(wěn)定性較低的有色配合物的解離 。pHpH1pHpH225第九章 儀器分析法選介顯色溫度 有些反應(yīng)需要加熱。有些顯色劑或有色配合物在較高溫度下易分解褪色。此外溫度對光的吸收及顏色深淺也有影響，要求標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測溶液在測定過程中溫度一致。顯色時(shí)間 顯色反應(yīng)有快慢，有的有色配合物容易褪色，因此不同的顯色反應(yīng)需放置不同的時(shí)間，并在一定的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行比色測定。AtAT26第九章 儀器分析法選介副反應(yīng)的影響 被測金屬離子 M與顯色劑 R反應(yīng)，生成有色配合物 MRn，此時(shí)，若 M有配位效應(yīng)， R有酸效應(yīng)，影響 M配位反應(yīng)的完全程度。通常，當(dāng)金屬離子有 99%以上被配位時(shí)，就可認(rèn)為反應(yīng)基本上是完全的共存離子的影響 吸光度增加，造成正干擾。被測組分或顯色劑的濃度降低，引起負(fù)干擾。27第九章 儀器分析法選介 紫外 — 可見分光光度計(jì)28第九章 儀器分析法選介紫外 可見分光光度計(jì) 基本構(gòu)造光源單色器樣品池檢測器信號輸出氫燈， 185 ~ 350 nm； 鹵鎢燈， 250 ~ 2022 nm.基本要求：光源強(qiáng)，能量分布均勻，穩(wěn)定將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置(比色皿 )盛待測及參比溶液。 光學(xué)玻璃，石英作用：將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并放大光電管，光電倍增管，光電二極管表頭、記錄儀、屏幕、數(shù)字顯示棱鏡 :玻璃 350～ 3200nm, 石英 185～ 4000nm光柵 :波長范圍寬 , 色散均勻 ,分辨性能好29第九章 儀器分析法選介常用的紫外 — 可見分光光度計(jì) 分為單波長和雙波長分光光度計(jì)兩類。單波長分光光度計(jì)又分為單光束和雙光束分光光度計(jì)。 單波長單光束分光光度計(jì)因其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便而被廣泛地應(yīng)用于科研和生產(chǎn)等領(lǐng)域。其中最具代表性的是 751型分光光度計(jì)。30第九章 儀器分析法選介單波長單光束分光光度計(jì)光源 單色器吸收池檢測器 顯示31第九章 儀器分析法選介單波長雙光束分光光度計(jì)比值光源 單色器吸收池 檢測器 顯示光束分裂器