【正文】 無機及分析化學第九章 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 儀器分析法選介學習要求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的主要構(gòu)造和應用范圍。4.掌握色譜分離的原理、分類及定性、定量方法。了解評價分離效率的指標，了解氣相及高效液相色譜儀的構(gòu)造和各自的應用范圍。3第九章 儀器分析法選介儀器分析的基本特點InstrumentalAnalysis—— 以被測物質(zhì)的物理及物理化學性質(zhì)為基礎的分析方法從二十世紀中葉開始，儀器分析得到迅速的發(fā)展，已廣泛應用于現(xiàn)代科學技術(shù)的各個領域。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? 顯色反應及其影響因素? 紫外 — 可見分光光度計? 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 — 可見分光光度法應用實例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：靈敏度高 （ 測定下限可達 10－ 5～ 10－ 6mol/L）準確度高 （滿足微量組分的測定要求 )簡便快速 （在適當條件下，不經(jīng)分離可直接測定）應用廣泛 （無機、有機成分、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、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 450 ~ 480 橙 綠藍 480 ~ 490 紅 藍綠 490 ~ 500 紫紅 綠 500 ~ 560 紫 黃綠 560 ~ 580 藍 黃 580 ~ 600 綠藍 橙 600 ~ 650 藍綠 紅 650 ~760白光 青藍青綠黃橙紅紫藍10第九章 儀器分析法選介當一束平行的單色光照射到有色溶液時，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。設入射光強度為 I0，透過光強度為 It，溶液的濃度為 c，液層寬度為 b，經(jīng)實驗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 c的單位為 gL 1， b的單位為cm時， k以 a表示其單位為 Lg 1cm 1，此時式（ 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 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)點的濃度為 1molL 1，溶液的寬度為 1cm時，溶液對光的吸收能力。 值越大，表示吸光質(zhì)點對某波長的光吸收能力愈強，故光度測定的靈敏度越高。值在 103以上即可進行分光光度法測定，高靈敏度的分光光度法可達到 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度入射光強度透射光強度透射光強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，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，當用 1cm比色皿時，其透光度為 T，若改用 2cm比色皿，則透光度應為多少？解 : 由 A= lgT = abc可得 T =10abc 當 b1=1cm時， T1=10ac=T 當 b2=2cm時， T2=102ac=T217第九章 儀器分析法選介 定量分析時，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)系應該是一條通過直角坐標原點的直線。但在實際工作中，往往會偏離線性而發(fā)生彎曲，見圖中的虛線。 偏離朗伯一比爾定律的原因CA標準工作曲線圖正誤差負誤差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，但在實際工作中，即使質(zhì)量較好的分光光度計所得的入射光，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， n基本上是一個常數(shù)，濃度過高會偏離朗伯 比爾定律。 朗伯 比爾定律是建立在均勻、非散射的溶液這個基礎上的。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，還會有反射、散射的損失，因而實際測得的吸光度增大，導致對朗伯 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，上述平衡向右，離解度增大。所以當溶液體積增大一倍時， Fe(SCN)3的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導致偏離朗伯 — 比爾定律。21第九章 儀器分析法選介顯色反應及顯色劑： 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叫顯色反應（ color reaction），所加入試劑稱為顯色劑 (color reagent)。 常見的顯色反應大多數(shù)是生成配合物的反應，少數(shù)是氧化還原反應和增加吸光能力的生化反應 顯色反應及其影響因素22第九章 儀器分析法選介 顯色反應的要求： 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)的反應要定量進行，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因素的影響。有較好的重現(xiàn)性，結(jié)果才準確。 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，顯色時顏色變化才明顯。23第九章 儀器分析法選介影響顯色反應的因素顯色劑的用量 顯色反應一般可表示為： 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，越有利于顯色反應的進行。但有時過多的顯色劑反而對測定不利。在實際工作中，常根據(jù)實驗結(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弱酸或有機弱堿，溶液的酸度會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，產(chǎn)物的組成會隨介質(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，要求標準溶液和被測溶液在測定過程中溫度一致。顯色時間 顯色反應有快慢，有的有色配合物容易褪色，因此不同的顯色反應需放置不同的時間，并在一定的時間范圍內(nèi)進行比色測定。AtAT26第九章 儀器分析法選介副反應的影響 被測金屬離子 M與顯色劑 R反應，生成有色配合物 MRn，此時，若 M有配位效應， R有酸效應，影響 M配位反應的完全程度。通常，當金屬離子有 99%以上被配位時，就可認為反應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，引起負干擾。27第九章 儀器分析法選介 紫外 — 可見分光光度計28第九章 儀器分析法選介紫外 可見分光光度計 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，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 分為單波長和雙波長分光光度計兩類。單波長分光光度計又分為單光束和雙光束分光光度計。 單波長單光束分光光度計因其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便而被廣泛地應用于科研和生產(chǎn)等領域。其中最具代表性的是 751型分光光度計。30第九章 儀器分析法選介單波長單光束分光光度計光源 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比值光源 單色器吸收池 檢測器 顯示光束分裂器