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(共35张PPT)
项目五 水中微量铁的测定
了解仪器分析法及特点；
理解分光光度法的原理、条件及应用；
掌握分光光度计的结构与使用。
学习内容
学习目标
了解仪器分析法的特点及常用方法；
掌握分光光度法的原理及仪器的原理、结构及使用规程；
熟悉分光光度法对显色反应的要求，学习选择合适的测定条件；
掌握分光光度法的常用定量方法及结果计算。
以物质物理性质或物理化学性质为基础的分析方法；现代分析化学的主要方法和发展方向。
任务一 仪器分析概述
一、仪器分析法分类
仪
器
分
析
电化学分析
光化学分析
色谱分析
波谱分析
电导、电位、电解、库仑极谱、伏安
发射、吸收，荧光、光度
气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳
红外、核磁、质谱
二、仪器分析的特点
1.灵敏度高，检出限量低
3.选择性好
6.操作简便，分析速度快，容易实现自动化。
4.准确度相对较低，相对误差为5%。
5.一般仪器价格较贵，维修使用成本较高。
2.效率高：一次分析样品中多种元素信息
三、仪器分析和化学分析的关系
联系
仪器分析在化学分析的基础上发展起来的；
仪器分析离不开化学分析。
区别
化学分析 仪器分析
测定原理 根据化学反应计量关系 根据物质的物理或者物理化学性质、参数及变化规律
测定仪器 简单玻璃仪器 较复杂特殊的仪器
操作手段 多为手工操作、较复杂 多为开动仪器开关、操作简单易自动化
试样用量 试样量多、破坏性分析 样品量少、有的为非破坏性可现场或在线分析
应用 常量的定性、定量 微量、痕量的组分分析、状态、结构等分析
一、分光光度法的特点
KMnO4
白光
吸收绿光。浓度越大,颜色越深。
[特点]（与化学分析比较）：
a.灵敏（可测1%～0.001%微量组分)
b.准确（Er=2～5%）
c.操作简便，快速（测微量）
d.应用广（无机、有机均可测）
现代分析化学的
“武器常规 ”
基于物质对光的选择吸收而建立起来的分析方法。包括比色法、紫外-可见分光光度法、红外光谱法。
任务二 分光光度法
波粒二象性
波动性
粒子性
Λ，ν
E
光的折射
光的衍射
光的偏振
光的干涉
光电效应
E--光子的能量（J, 焦耳）
ν --光子的频率（Hz, 赫兹）
λ--光子的波长（nm）
c--光速（2.9979×1010cm.s-1）
（一）光的基本性质
2
普朗克方程
二、分光光度法的原理
↘，E ↗； ↗，E ↘

射线
x射线
紫外光
红外光
微波
无线电
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
可 见 光
近紫外：200～400nm
可见光：400～750nm
近红外：750～2500nm
3
光的电磁波谱
可见光
色散
红
橙
黄
绿
青
青蓝
蓝
紫
650-750
nm
600-650
nm
580-600
nm
500-580
nm
490-500
nm
480-490
nm
450-480
nm
400-450
nm
单色光:单一波长的光
复合光:由不同波长的光组合而成的光
单色光、复合光、光的互补
单色光
复合光
光的互补
单一波长的光
由不同波长的光组合而成的光
两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光——两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。
1.物质的颜色与光的关系
(二) 物质对光的选择性吸收
物质颜色是物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的。
当白光通过某一均匀溶液时：溶液之所以呈现不同的颜色，是由于溶液中的质点选择性地吸收某种颜色的光所引起的。 吸收光与溶液颜色的关系：
①如溶液对其全不吸收，光全透过，溶液为无色；
②如溶液对其全部吸收，无光透过，溶液呈黑色；
③如溶液对其部分吸收，其余光透过，溶液呈透过光的颜色。
物质颜色与吸收光颜色的互补关系
/nm 颜色 互补光
400-450 紫 黄绿
450-480 蓝 黄
480-490 绿蓝 橙
490-500 蓝绿 红
500-560 绿 红紫
560-580 黄绿 紫
580-610 黄 蓝
610-650 橙 绿蓝
650-760 红 蓝绿
使不同波长的光通过某一固定浓度的有色溶液，分别测量每一波长下对应的光的吸收程度（吸光度），作A-λ曲线，即吸收光谱曲线。
KMnO4吸收曲线
思考：某一溶液对何种波长的光吸收？吸收的程度如何？
2.吸收曲线
不同浓度的KMnO4溶液的光吸收曲线形状类似，而最大吸收波长不变。
　在可见光范围内，KMnO4溶液对波长为525nm的绿光吸收能力最大，对紫光和红光吸收少。
不同浓度的KMnO4溶液在相同波长下的吸光度随溶液浓度的增大而增大。
（定性分析）
（定量分析）
　吸收曲线分析：
三、光吸收的基本定律
（一）基本概念
透射光 It
入射光 I0
1.透光率T
T 取值：0.0 % ~ 100.0 %
T ↗，溶液对光的吸收 ↘，A ↘ ；
T ↘，溶液对光的吸收 ↗，A ↗ 。
2.吸光度A
物质对光的吸收程度。
（二）朗伯－比耳定律
吸光质点之间无相互作用
物理意义：当一束平行的单色光通过均匀非散射的溶液时，溶液对光的吸收程度与液层厚度和浓度的乘积成正比。
朗伯－比耳定律
为比例系数，表示物质对光吸收的能力，与吸光物质的性质、入射波长及温度有关， 值随浓度的单位不同有两种表示方式。
注意：
b.吸光度A具有加和性。
当b用cm、c用g·L-1为单位时，K用吸收系数a表示，此时 ：
a的单位: L·g-1·cm-1
A＝abc
当b用cm、c用mol·L-1表示时， K用 表示， －摩尔吸收系数：
A＝ bc
的单位: L·mol-1·cm-1
A＝A1+A2+A3+……
（三）引起偏离朗伯－比耳定律的因素
A
C
1. 物理因素
A.非单色光（仪器本身所致）；
B.非平行入射光；
C.介质不均匀
A.溶液浓度过高；
B.化学反应—有色物离解、缔合.......
2. 化学因素
三、分光光度计
（一）基本组成
光源
单色器
样品室
检测器
显示器
（二）主要部件
　在整个紫外光区或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。
可见光区：钨灯，辐射波长范围在320～2500 nm。
1. 光源
紫外区：氢、氘灯。发射185～400 nm的连续光谱。
2.单色器
将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。
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。
3. 样品室
检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理
样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。紫外区—石英池，可见区—玻璃池。
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
5. 结果显示记录系统
(一）显色反应的选择
四、显色反应及选择
灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差即“对比度”大，要求△ > 60nm。
（二）显色反应条件的选择
显色剂用量、溶液的酸度、显色时间、显色温度、溶剂、共存干扰离子的影响
吸光度A与显色剂用量CR的关系会出现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。
1.显色剂用量
2.溶液的酸度
在相同实验条件下，分别测定不同pH值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。
3.显色时间与温度
实验，同理作A-t、A-T曲线，确定合适的时间和温度
4.溶剂
　一般尽量采用水相测定，有机溶剂可以降低有色化合物的解离度，从而提高测定的灵敏度。
5.共存干扰离子的影响
共存离子本身有颜色，干扰测定
共存离子会与显色剂发生反应
控制溶液的酸度；
添加掩蔽剂通过氧化还原反应；
改变干扰离子的价态；
利用参比溶液消除显色剂和干扰离子的影响；
选择合适的测定波长和适当的分离方法。
五、测量条件的选择
（一）入射光波长的选择
（二）吸光度读数范围的选择
（三）参比溶液的选择
一般选择λmax为入射光波长。如λmax处有干扰，则应选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。
A＝0.2～0.8
先配制一系列不同浓度的被测组分的标准溶液，在选定的波长和最佳操作条件下，分别测定溶液的吸光度，以A为纵坐标，以c为横坐标作图，得到一条通过原点的直线。
六、分光光度法的定量方法
（一）单组分的测定
1.工作曲线法（标准曲线法）
测定样液的吸光度，从标准曲线上查得试样溶液的浓度。
工作曲线
在相同条件下的线性范围内配制样品溶液和标准溶液，在选定波长处测量吸光度，得：
2.对照法（比较法）
（二）多组分的同时测定
Aλ1= εaλ1bca ＋ εbλ1bcb
Aλ2= εaλ2bca ＋ εbλ2bcb
（三）示差分光光度法
ΔＡ＝Ａx －Ａs =εb(cx － cs ）=εbΔc
五、分光光度法的应用实例
标准系列
未知样品
特点
利用自然光
比较吸收光的互补色光
准确度低（半定量）
不可分辨多组分
方法简便，灵敏度高
（一）目视比色法测有色物质含量
（二）邻二氮菲法测定水样中铁的含量
1.测定原理
邻二氮菲是测定微量铁的一种较好试剂，在pH=2.0～9.0的条件下，Fe2+与邻二氮菲生成很稳定的橙红色的络合物，反应式如下：
在显色前，先用盐酸羟胺把Fe3+还原为Fe2+：
4 Fe3++2NH2OH═4 Fe2++N2O+H2O+4H+
2.测定步骤
（1）标准曲线的绘制
用吸量管吸取铁标准溶液（10μg/mL） 0.0、2.0、4.0、6.0、8.0、1.0mL分别放入7支50mL容量瓶中，依次加入1mL 10% 盐酸羟胺溶液、稍摇动。加入2.0mL 0.1%邻二氮菲溶液和5mL HAc-NaAc缓冲溶液，加水稀释至刻度，充分摇匀。放置5min后，用1cm比色皿，以不加铁标准溶液的为参比溶液，在510nm处，测其A值，以铁含量为横坐标，所测A值为纵坐标，绘制吸收曲线，绘制标准曲线。
取2支50mL容量瓶，分别加入5.00mL(10mL ，铁含量以在标准曲线范围内为合适)未知试样溶液，按实验步骤2的方法显色后，在510nm处用1cm比色皿，以试剂为参比液，平行测定A值。求其平均值，在标准曲线上查出铁的质量，计算水样中铁的含量。
2.试样分析
内容总结
仪器分析法特点与分类；
分光光度法的特点和原理；
显色反应和测量条件的选择；
定量分析方法及仪器；
应用实例。

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