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分子吸收分光光度法在定量分析中的应用
分子吸收分光光度法在定量分析中的应用(基于上海元析光度计)分子吸收分光光度法是一种常用的仪器分析方法，它是过通被测物质对特定波长光的选择性吸收来进行定性或定量分析。分子暖收分光光度法按光源波长的不同可分为红外吸收光谱部分与紫外和可见光部分。本文只叙述有关分子吸收分光光度法紫外和可见光部分(以下简称分光法)在定量分析中的一些问题。由于目前化学试剂标准中采用此法多用于定量分析， 所以本文就主要以化学试剂标准方法为唰进行探讨。1． 分光法在化学试剂分析中的应用简况品 名 瓤试项目偶氨砷 I 含量，对铀灵敏度偶氯砷皿 对铀灵敏度卜 f2 一吡啶饵氨 j 2-萘酚 对铜灵救度=苯氨基碌 对铬酸盐灵敏崖锥菲罗啭盐酸盐 对铁灵敏度苯骈威三酮 对氨基醒灵教度间甲酚紫 含量澳甲酚绿 含量甲酚红 含量酚酞 质量吸收系数澳酚蓝 质量吸收系数澳百里香酚蓝 质量吸收系数百里香酚蓝 质量吸收系数d (2 一毗啶偶氰】一间苯二酚 对钴夏敏度船菲罗啉 对链灵敏度以及草酸盐、铝、砷、铁、羧基化合物、磷酸盐、硅酸盐等国家标准测定通则。从以上粗略统计看分光法在化学试剂分析领域中应用面还不算太广， 但随着分光光度计仪器本身的不断改进以及测试方法的不断研究， 尤其是分光光度计与计算机的联用将使分光法的应用有比较广阔的发展前景。2． 在分光法定量测试中应该注意的问题2．1分光法测试的依据一～ 朗伯一比尔定律中的几个因素2．1．1分光法测试的基本原理是朗伯一比尔定律。它的公式为：式中I A —— 吸光度：——入射光通量，——透射光通量，一一吸收系数|b 一一光路长度，c ——溶液中待测物质浓度。当光路长度b与吸收系数 一定时，吸光度A与溶液中待测物质浓度c成正比， 这是分光法定量分析的基础， 所以本文就此公式在化学试剂方法通则中的表述方法进行探讨。2．1．2吸收系数在原化学试剂部颁方法通则中有两种表述方法：百分吸收系数( )： 当溶液浓度为 1 时，光路长度为 lcm时的吸光度。克分子收吸系数(e)：当溶液为1克分子浓度时，光路长度为Icm时的吸收度。而在化学试新基础标准(国标，1988~中只规定了1种表示方法是：摩尔吸收系数( ):厚度以厘米表示， 浓度以摩尔每升表示的吸收系数， 单位为L／cm·mol。笔者认为只这一种表示方法是不够的，随着分光方法的改进，需要增加一种表示方法就是：质量吸收系数质量吸收系数(a) ： 厚度以厘米表示， 浓度以克每升表示的吸收系数， 单位为L／cm·g。例如现已被采用为国家标准的酚酞，澳酚蓝等都是采用这种方法表示的2．1．3光路长路b公式中b系指光路长度， 这在理论上是正确的， 但是实际上是以吸收池的两个平行的内表面之间酌距离(cm)，即厚度度L来表示的。严格地讲，光路长度b与厚L可能有差异， 如吸收池两个表面间的平行度，及以溶液的折射差异等等， 都会造成b与L之间的不等。但实蕲上， 只要吸收池是合格品， 而且匹配一致， 一般来说b与L之间的差异可见忽。略不计。虽然在分光方法通则中出现了两个术语光路长度b与厚度L， 但在计算式中注有b---光路长度(即吸收池厚度)一语。2．1．4溶液中待测物浓度c朗伯一比尔定律中虽表明吸光度和浓度间成正比关系，但只有在稀溶液时才能成立。因为如果浓度较高， 溶质的质点之间的平均距离缩小到一定程度， 邻近质点的电荷分布会受到影响，这种影响能改变其对光的吸收特性。某些化合物会随溶液浓度增高而产生聚合形态， 以甲基蓝为例(简写为MeBI) ， 会随浓度增高而形成=聚， 三聚形态:其中tMeB1最大吸收波长约在660nm处，(MeBI) 的最大吸收波长约在610nm处，而三聚态(MeBI)3的最大吸收波长则变至$80nm处。上述这些现象的存在会导致吸光度与浓度之间的线性关系发生偏差。同时，严格说来， 如果浓度增大而导致溶液折射率改变，也会影响吸光度与浓度之间的线性关系，但在实际上， 当被测物浓度≤0．01moI／L时， 这种影响是不存在的。所以， 当制定分光定量测试方法时， 对摩尔吸收系数较小的物质一般都宜采用增大试样浓度使其吸光度值增大，以便于测定。但这时，一定要做工作曲线， 以检查是否偏离了朗伯一比尔定律2．1．5在用分光法进行定量分析时， 对吸光度A的范围限制在分析测试时， 如果仪器检测器受到的光信号特别强或特别弱时， 仪器检测器的错误响应就会频繁出现， 当被测物溶液对光的透射比过大或过小时，吸光度值A就会太小或太大， 此时，仪器的错误喃应就会出现， 这种情况下所得到的吸光度测量值都是不准确的。由于这种原因对测试结果带来的误差是随机的， 所以只能采用限制吸光度A值的使用范围以减小误差。通过计算可证实，当A=0．43时， 其测及结果误差最小。虽然目前各种型号的分光光度计仪器吸光度A 的测量范围可达0～ 2， 或0～ 4之间， 但化学试剂国家标准规定。在定量分析中， 吸光度值一般应选在0．2～0．8之问， 以减少测定误差。2．2仪器的各种参数的选定及对测定结果的影响2．2．1测定波长的选定在选定波长时要考虑3个方面第一， 如果被测溶液中含有多种物质，首先要考虑其它物质对主体的干扰， 要把波长选在除主体外， 其它杂质的吸光度值不构成干扰的地方。例如： 下图为指示剂溴酚蓝溶液中主体与所含杂质的吸收曲线在制订方法时，首先要将被测物的主体与所含杂质进行分离， 然后分别进行坝I试，选用一合适的条件(如pH缓冲液)， 使被测物主体在最大吸光度的波长附近， 杂质的吸光度值小到对主体的测定的影响可以忽略不计， 于是就选用杂质对主体吸光度不干扰的波长处进行测定。第二， 要考虑到检测灵敏度。一般来说都希望分析方法有较高的灵敏度。在分光法中可以通过选择与较大吸收系数相对应的波长来获得： 从朗伯一比尔定律的公式中可以看出， 当溶液的浓度和吸收池光程一定时，最大吸光度就对应着最大吸收系数， 因此必须从光谱中选择吸光度较高的波长。第三， 要考虑到波长的微小变化对吸光度值的影响。在实际应用中， 由于仪器不稳定或由于偶然原因使波长选择器稍有偏离，在这种情况下， 对测定结果的影响程度与我们选定的测定波长就很有关系了， 以下图为例：从上图可以看出， 如果选用500~520nm间的波长进行测定，如果波长相差1rim，吸光度值则差0．01)如果选用525~545nm间的任一波长则波长每差lnm， 吸光度值只差0．001。2．2．2狭缝宽度与谱带度吸收定律的基本要求之一是需用单色光进行测定。而这是理想状态， 在仪器分析中，实际上是由光源通过棱镜， 光船等色散系统将各不同波长的光散射分离、再经过仪器所设狭缝而得到的一束光，狭缝越宽、射出光的波长范围也越宽， 因此， 要得到单色光(实际上是波长范围很窄的光)必须对狭缝宽度有所要求。调节狭缝宽度的目的是为了控制光的谱带宽度， 谱带过宽对测定结果的影响是很明显的，尤其是尖锐的吸收带或者在吸收带的陡坡处测量时， 造成吸收系数的波动， 从而偏离了吸收定律。现以用不同的谱带宽度对苯进行扫描所得吸收曲线为侧： 上圈中(a) (b) (C)三条曲线所用光谱带宽分别为0．5nra) 3 nm|1Ohm。由此显示出由于谱带宽度的增加，所记录的振动谱带逐渐重合在一起， 同时最大吸收降低。为了控制谱带宽度一般要求狭缝要窄，但如狭缝太窄则光的强度就太弱， 以至于使仪器检测品的响应值偏低 一般来说， 谱带宽度lⅡm时，对测定结果灼影响是可以忽略的。2．2．3扫描速度与测定间蹰对结果的影响目前， 分光光度计的型号较多， 一些新型仪器有多档扫描速度， 有的仪器与计算机联用， 在应用时需予先输入指令， 规定扫描横座标的最小单位， 例如， 以0．1nm或是1nm为测试点。值得指出的是， 如果设测溶液吸收峰比较平缓， 对上述仪器参数的选择数据关系则不大,但如果吸收峰比较尖锐，对此类参数的选择就显得比较重要。铡如，测定钬玻璃的一个吸收蜂， 如此1 nm为一间隔测定点进行扫描， 测定结果 max=446nm，A=2.2415， 但若将测定点改为0．1nm，则可得到下列数据：由此可看出最大吸收波长是445．8nm，而不是446nm， 吸光度的最大值也相差O．023。扫描速度如过快， 与仪器的响应等诸参数搭配不当， 也将会对测定结果产生影响。3 分光法定量测试的计算和表示方法3．1以百分含量表示3．1．1吸光度值比较法：采用标准样品与试样，在规定条件下所测得的吸光度值相比，换算得出试样百分含量。例如，化学试剂HG3-1302—8O， 甲酚红的百分含量计算式：甲酚红百分含量 式中 At ----试样溶液的吸光度值，0．75----标准样品的吸光度值值得指出的是，在这种情况下，试样测定的所有条件(包括浓度)必须严格按规定操作，因为只有这样A 与标样的吸光度值0．75才有可比性。3．1．2试样溶液浓度与标准溶液浓度不同时的参比对照法。在许多精细化工产品检测中， 允许被测溶液浓度可在一定范围内制备， 但其它铡试条件则必须完垒相同。其被测物的百分含量(x)计算公式为：式中：A1----试样溶液的吸光度值，A2 ------标样溶液的吸光度值JC 2------标样溶液浓度jCl------试样溶液浓度。3．2 以质量吸收系数表示由于任一种物质在规定条件下所测得的吸光度A值是周定的， 根据吸收定律：从式中可看出， 任一纯物质， 当吸收池厚度一定时，K为一常数并与A／c成正比换言之， 如试样中含有杂质， 虽总浓度c不变， 但必然导致吸光度A值的变化， 从丽引起吸收系数的改变。所以如已测得一纯样品在规定条件下的K值， 同样可以把它做为衡量样品纯度的标准， 称之为质量吸收系数(a)。这在指示剂酚酸、溴酚蓝、百里香酚蓝， 以及很多精细化工产品检测中多有应用， 其计算式如下；式中a----质量吸收系数，L／cm·gA ------吸光度|b ------吸收池厚度，cm|c-------样品浓度，mglLj1000-----换算系数。3．3工作曲线法(适用于杂质含量测定)按规定配制4个以上浓度成适当比例的标准溶液， 以空白溶液为参比溶液， 在规定波长下， 分别测定吸光度， 以标准溶液浓度为横座标， 相应的吸光度为纵座标， 绘制工作曲线。同时配制适当浓度的样品溶液． 在上述条件下测定吸光度并在工作曲线上查出待测物浓度(见上图)。待测物浓度应在工作曲线范围内。
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（2008o南通二模）【实验化学】某化学研究性学习小组为测定果汁中Vc含量，设计并进行了以下实验．Ⅰ实验原理将特定频率的紫外光通过装有溶液的比色皿，一部分被吸收，通过对比入射光强度和透射光强度之间的关系可得到溶液的吸光度（用A表示，可由仪器自动获得）．吸光度A的大小与溶液中特定成分的浓度有关，杂质不产生干扰．溶液的pH对吸光度大小有一定影响．（图1）Ⅱ实验过程（1）配制系列标准溶液．分别准确称量质量为1.0mg、1.5mg、2.0mg、2.5mg的标准Vc试剂，放在烧杯中溶解，加入适量的硫酸，再将溶液完全转移到100mL容量瓶中定容．上述步骤中所用到的玻璃仪器除烧杯、容量瓶外还有______．（2）较正分光光度计并按顺序测定标准溶液的吸光度．为了减小实验的误差，实验中使用同一个比色皿进行实验，测定下一溶液时应对比色皿进行的操作是______．测定标准溶液按浓度______&（填“由大到小”或“由小到大”）的顺序进行．（3）准确移取10.00mL待测果汁样品到100mL容量瓶中，加入适量的硫酸，再加水定容制得待测液，测定待测液的吸光度．Ⅲ数据记录与处理（4）实验中记录到的标准溶液的吸光度与浓度的关系如下表所示，根据所给数据作出标准溶液的吸光度随浓度变化的曲线（图2）．
标准试剂编号
2.165（5）原果汁样品中Vc的浓度为______&mg/L（6）实验结果与数据讨论除使用同一个比色皿外，请再提出两个能使实验测定结果更加准确的条件控制方法______．
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（1）将标准Vc试剂放在烧杯中溶解，加入适量的硫酸，再将溶液完全转移到100mL容量瓶中定容，所需要的玻璃仪器为烧杯、容量瓶、玻璃棒、胶头滴管，故答案为：玻璃棒、胶头滴管；&&（2）比色皿测定下一溶液需要用蒸馏水洗涤后再用待装液润洗，防止产生误差，测定标准液应遵循由小到大的顺序进行实验，故答案为：蒸馏水洗涤后，用待装液润洗；由小到大；（4）利用实验中记录到的标准溶液的吸光度与浓度的数值，根据所给数据描点作出标准溶液的吸光度随浓度变化的曲线如图所示：，故答案为：；（5）准确移取10.00mL待测果汁样品到100mL容量瓶中，加入适量的硫酸，再加水定容制得待测液，测定待测液的吸光度，依据图表数据分析总结可知吸光度和浓度呈正比例关系，则100ml待测液的浓度==18.0mg/L；所以原10mlVc的浓度为180mg/L，故答案为：180；（6）依据图表数据分析，使实验测定结果更加准确的条件控制方法是溶液PH相同，避免长时间在空气中实验操作，故答案为：每种溶液的pH应相同；操作迅速，防止Vc被氧化等．
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（1）依据配制溶液的操作步骤分析需要的玻璃仪器；（2）比色皿测定下一溶液需要用蒸馏水洗涤后再用待装液润洗，防止产生误差，测定标准液应遵循由小到大的顺序进行实验；（4）利用实验中记录到的标准溶液的吸光度与浓度的数值，根据所给数据描点作出标准溶液的吸光度随浓度变化的曲线；（5）分析表中数据可知浓度增大5mg/L，吸光度增大0.6，所以浓度和吸光度呈正比，据此计算待测液的浓度；（6）使实验测定结果更加准确的条件控制方法是溶液PH相同，避免长时间在空气中实验操作．
本题考点：
探究物质的组成或测量物质的含量．
考点点评：
本题考查了实验探究物质性质和含量的设计与实验分析判断，注意过程中的操作步骤理解应用，图象和数据的分析归纳是解题关键，题目难度中等．
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测定标准溶液,水样吸光度时,为什么在同一台分光光度计上
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因为不同分光光度计它们之间的波长精确度、灵敏度、重视性误差等技术参数都会存在偏差,因此会导致测试读数偏差.这和精确比较两物体的重量时,应用同一个秤为标准才准确的道理一样.
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