第7章吸光光度法

1、第7章吸光光度法1 第第7 7章章: :吸光光度法吸光光度法 基于物质光化学性质而建立起来的分析方法称之为光化学基于物质光化学性质而建立起来的分析方法称之为光化学 分析法。分析法。 分为分为: :光谱分析法和非光谱分析法。光谱分析法和非光谱分析法。 光谱分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通过光谱分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通过 测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来 进行分析的方法。进行分析的方法。 吸收光谱分析吸收光谱分析 发射光谱分析发射光谱分析 分子光谱分析分子光谱分析 原子光谱分析原子光谱分析 第7章吸光光度法

2、2 在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而 建立起来的分析方法称为吸光光度法建立起来的分析方法称为吸光光度法, ,主要有主要有: : 红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范 围围2.5 1000 m ,主要用于有机化合物结构鉴定。主要用于有机化合物结构鉴定。 紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范 围围200 400 nm（近紫外区）（近紫外区） ，可用于结构鉴定和定，可用于结构鉴定和定 量分析。量分析。 可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范可见吸收光谱：电子跃迁光

3、谱，吸收光波长范 围围400 750 nm ，主要用于有色物质的定量分析。，主要用于有色物质的定量分析。 本章主要讲授可见吸光光度法。本章主要讲授可见吸光光度法。 第7章吸光光度法3 7.1.1 吸光光度法的特点吸光光度法的特点 1 1光的基本性质光的基本性质 光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波 长长 、频率、频率 、光速、光速c、波数（、波数（cm-1）等参数来描述：）等参数来描述： = c ； 波数波数 = 1/ = /c 光是由光子流组成，光子的能量：光是由光子流组成，光子的能量： E = h = h c / （Planck常

4、数常数：h=6.626 10 -34 J S ) 光的波长越短（频率越高），其能量越大。光的波长越短（频率越高），其能量越大。 白光白光(太阳光太阳光)：由各种单色光组成的复合光：由各种单色光组成的复合光 单色光：单波长的光单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成由具有相同能量的光子组成) 可见光区：可见光区：400-750 nm 紫外光区：近紫外区紫外光区：近紫外区200 - 400 nm 远紫外区远紫外区10 - 200 nm （真空紫外区）（真空紫外区） 第7章吸光光度法4 2.2.吸收光谱产生的原理吸收光谱产生的原理 物质分子内部三种运动形式：物质分子内部三种运动形式： （1 1）

5、电子相对于原子核的运动）电子相对于原子核的运动 （2 2）原子核在其平衡位置附近的相对振动）原子核在其平衡位置附近的相对振动 （3 3）分子本身绕其重心的转动）分子本身绕其重心的转动 分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级 三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量 分子的内能：电子能量分子的内能：电子能量E Ee e 、振动能量、振动能量E Ev v 、转动能量、转动能量E Er r 即即 E EE Ee e+ +E Ev v+ +E Er r e ev vr r 第7章吸光光度法5 能级

6、跃迁能级跃迁 紫外紫外- -可见光谱属于电子跃可见光谱属于电子跃 迁光谱。迁光谱。 电子能级间跃迁的同时总伴电子能级间跃迁的同时总伴 随有振动和转动能级间的随有振动和转动能级间的 跃迁。即电子光谱中总包跃迁。即电子光谱中总包 含有振动能级和转动能级含有振动能级和转动能级 间跃迁产生的若干谱线而间跃迁产生的若干谱线而 呈现宽谱带。呈现宽谱带。 第7章吸光光度法6 吸收光谱吸收光谱 Absorption Spectrum 纯纯 电子能态电子能态 间跃迁间跃迁 S2 S1 S0 S3 h E2 E0 E1 E3 S2 S1 S0 h A h h h 分子内电子跃迁分子内电子跃迁带状光谱带状光谱 A

7、第7章吸光光度法7 1（1 1）转动能级间的能量差）转动能级间的能量差EEr r：0.0050.0050.050eV0.050eV，跃迁，跃迁 产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱； 1（2 2）振动能级的能量差）振动能级的能量差E Ev v约为：约为：0.050.05eVeV，跃迁产，跃迁产 生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱； 1（3 3）电子能级的能量差）电子能级的能量差EEe e较大较大1 120eV20eV。电子跃迁产生。电子跃迁产生 的吸收光谱在紫外的吸收光

8、谱在紫外可见光区，紫外可见光区，紫外可见光谱或分子的电可见光谱或分子的电 子光谱子光谱 讨论：讨论： 第7章吸光光度法8 1 （4 4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级 间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况， 是物质定性的依据。是物质定性的依据。 1 （5 5）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有 关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长 处测得的摩尔吸光系数处测得的摩尔吸光系数max max也

9、作为定性的依据。不同 也作为定性的依据。不同 物质的物质的max max有时可能相同，但 有时可能相同，但max max不一定相同； 不一定相同； 1 （6 6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正 比，定量分析的依据。比，定量分析的依据。 第7章吸光光度法9 物质对光的选择性吸收及吸收曲线物质对光的选择性吸收及吸收曲线 M + h M * M + 热热 M + 荧光或磷光荧光或磷光 基态基态 激发态激发态 E1 （E） E2 E = E2 - E1 = h 量子化量子化 ；选择性吸收；选择性吸收; ; 分子结构的复杂性使其对不同波长分子结构的复杂

10、性使其对不同波长 光的吸收程度不同；光的吸收程度不同； 用不同波长的单色光照射，测吸光用不同波长的单色光照射，测吸光 度度 吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长 max max； ； 光的互补：蓝光的互补：蓝 黄黄 第7章吸光光度法10 若两种不同颜色的单色光按一定的强度比若两种不同颜色的单色光按一定的强度比 例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互 补色光，这种现象称为光的互补。补色光，这种现象称为光的互补。 蓝蓝 黄黄 紫红紫红 绿绿 紫紫 黄绿黄绿 绿蓝绿蓝 橙橙 红红 蓝绿蓝绿 第7章吸光光度法11 不同颜色的可见光波长及其互补光不同颜色

11、的可见光波长及其互补光 颜色颜色 /nm 互补色光互补色光 紫紫 400500 黄绿黄绿 蓝蓝 450480 黄黄 绿蓝绿蓝 480490 橙橙 蓝绿蓝绿 490500 红红 绿绿 500560 红紫红紫 黄绿黄绿 560580 紫紫 黄黄 580610 蓝蓝 橙橙 610650 绿蓝绿蓝 红红 650760 蓝绿蓝绿 第7章吸光光度法12 吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论： （1）同一种物质对不同波长光的吸光度不）同一种物质对不同波长光的吸光度不 同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长 max （2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线）不同浓度的同一

12、种物质，其吸收曲线 形状相似形状相似max不变。而对于不同物质，它们的不变。而对于不同物质，它们的 吸收曲线形状和吸收曲线形状和max则不同。则不同。 （3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据 之一。之一。 （4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在有差异，在 max处吸光度处吸光度A 的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。 （5）在在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸处吸光度随浓度

13、变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸 收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。 定性、定量基础定性、定量基础 第7章吸光光度法13 定性分析与定量分析的基础定性分析与定量分析的基础 定性分析基础定性分析基础 定量分析基础定量分析基础 物质对光的选择物质对光的选择 吸收吸收 A B A )( max A)( max B 在一定的实验条在一定的实验条 件下，物质对光件下，物质对光 的吸收与物质的的吸收与物质的 浓度成正比。浓度成正比。 A C 增增 大大 第7章吸光光度法14 7.1.2 7.1.2 光的吸收定律光的吸收定律 1.1.朗伯朗伯比耳定律比

14、耳定律 布格布格(Bouguer)(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)(Lambert)先后于先后于17291729年和年和 17601760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。A Ab b 18521852年比耳年比耳(Beer)(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物又提出了光的吸收程度和吸收物 浓度之间也具有类似的关系。浓度之间也具有类似的关系。A A c c 二者的结合称为朗伯二者的结合称为朗伯比耳定律，其数学表达式为：比耳定律，其数学表达式为： （动画（动画1） （动画（动画2） 第7章吸光光度法15 朗伯朗伯比耳定律数学表达式

15、比耳定律数学表达式 A Alglg（I I0 0/ /I It t)= )= b cb c 式中式中A A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b b：液层厚度：液层厚度( (光程长度光程长度) )，通常以，通常以cmcm为单位；为单位； c c：溶液的摩尔浓度，单位：溶液的摩尔浓度，单位molmolL L ； ； ：摩尔吸光系数，单位：摩尔吸光系数，单位L Lmolmol cm cm ； ； 或或: : A Alglg（I I0 0/ /I It t)= )= a b ca b c c c：溶液的浓度，单位：溶液的浓度，单位g gL L a a：吸光系数，单位

16、 ：吸光系数，单位L Lg g cm cm a a与与的关系为：的关系为： a a = =/ /M M （M M为摩尔质量）为摩尔质量） 第7章吸光光度法16 透光度透光度( (透光率透光率)T)T 透光度透光度T : 描述入射光透过溶液的程度描述入射光透过溶液的程度: T = I t / I0 吸光度吸光度A与透光度与透光度T的关系的关系: A lg T 朗伯朗伯比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的 依据。应用于各种光度法的吸收测量；依据。应用于各种光度法的吸收测量； 摩尔吸光系数摩尔吸光系数在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 mol/L、

17、液层厚度、液层厚度 为为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度；时该溶液在某一波长下的吸光度； 吸光系数吸光系数a(Lg-1cm-1）相当于浓度为）相当于浓度为1 g/L、液层厚度、液层厚度 为为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。时该溶液在某一波长下的吸光度。 第7章吸光光度法17 2.2.摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论 （1 1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数； （2 2）不随浓度）不随浓度c c和光程长度和光程长度b b的改变而改变。在温度和波长的改变而改变。在温度和波长 等条件一定时，等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待

18、测物仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物 浓度无关；浓度无关； （3 3）可作为定性鉴定的参数；）可作为定性鉴定的参数； （4）同一吸收物质在不同波长下的）同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大值是不同的。在最大 吸收波长吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以处的摩尔吸光系数，常以max表示。表示。max表明了表明了 该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物 质可能达到的最大灵敏度。质可能达到的最大灵敏度。 第7章吸光光度法18 （5 5）max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测

19、定 该物质的灵敏度越高。该物质的灵敏度越高。105：超高灵敏；：超高灵敏； =(610）104 ：高灵敏；：高灵敏； 2104 ：不灵敏。：不灵敏。 （6）在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为、液层厚度为1cm时该时该 溶液在某一波长下的吸光度。溶液在某一波长下的吸光度。 摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论 第7章吸光光度法19 3.3.偏离朗伯偏离朗伯比耳定律的原因比耳定律的原因 标准曲线法测定未知溶液的浓标准曲线法测定未知溶液的浓 度时，发现：标准曲线常发生弯曲度时，发现：标准曲线常发生弯曲 （尤其当溶液浓度较高时），这种（尤其当溶液浓度较高时），这种 现象称为对

20、朗伯现象称为对朗伯比耳定律的偏离。比耳定律的偏离。 引起这种偏离的因素（两大类）：引起这种偏离的因素（两大类）： （1 1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；）物理性因素，即仪器的非理想引起的； （2 2）化学性因素。）化学性因素。 第7章吸光光度法20 （1）物理性因素物理性因素 难以获得真正的纯单色光难以获得真正的纯单色光。 朗朗比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。 分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导 致对朗伯致对朗伯比耳定律的正或负偏离。比耳定律的正或负偏离。 非单色光、杂散光、非平

21、行入射非单色光、杂散光、非平行入射 光都会引起对朗伯光都会引起对朗伯比耳定律的偏离，比耳定律的偏离， 最主要的是非单色光作为入射光引起最主要的是非单色光作为入射光引起 的偏离。的偏离。 第7章吸光光度法21 非单色光作为入射光引起的偏离非单色光作为入射光引起的偏离 假设由波长为假设由波长为1和和2的两单色光的两单色光 组成的入射光通过浓度为组成的入射光通过浓度为c的溶液，则：的溶液，则： A 1lg（o1 /t1 ）1bc A 2lg(o2 /t2 ）2bc 故：故： cbcb IIII 2 12 1 11 Ot Ot 10;10 式中：式中：o1、o2分别为分别为1、2 的入射光强度；的入射

22、光强度； t1、t2分别为分别为1、2 的透射光强度；的透射光强度； 1、2分别为分别为1、2的摩尔吸光系数；的摩尔吸光系数； 因实际上只能测总吸光度因实际上只能测总吸光度A总 总，并不能分别测得 ，并不能分别测得A1和和A2，故，故 第7章吸光光度法22 因实际上只能测总吸光度因实际上只能测总吸光度A A总 总，并不能分别测得 ，并不能分别测得 A A1 1和和A A2 2，故：，故： A总 总 lg（o总 总/ t总 总 ) lg(Io1+o2)/(t1+t2） lg(Io1+o2)/(o110-1bc +o210-2bc ） 令：令： 1-2 ； 设：设： o1 o2 A总 总 lg(2

23、Io1)/t1(110 - bc ） A 1 + lg2 - lg(110 - bc ) 讨论讨论: : 第7章吸光光度法23 讨论讨论: : A总 总 =A1 + lg2 - lg(1 10 bc ) (1) = 0； 即：即： 1= 2 = 则：则： A总 lg（o/t） bc (2) 0 若若 0 ；即；即 20, lg(110 bc )值随 值随c c值增大而增大，则标准曲线偏离值增大而增大，则标准曲线偏离 直线向直线向c c 轴弯曲，即负偏离；反之，则向轴弯曲，即负偏离；反之，则向A A 轴弯曲，即正偏轴弯曲，即正偏 离。离。 第7章吸光光度法24 讨论讨论: : A总 总 =A1

24、+ lg2 - lg(1 10 bc ) (3) 很小时，即很小时，即12： 可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离。若可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离。若 浓度较高，即使浓度较高，即使 很小，很小， A总 总 1 ，且随着且随着c c值增大值增大， A A 总总 与 与A A 1 1的差异愈大，在图上则表现为的差异愈大，在图上则表现为A Ac c曲线上部曲线上部( (高浓度区高浓度区 ) )弯曲愈严重。故朗伯弯曲愈严重。故朗伯比耳定律只适用于稀溶液。比耳定律只适用于稀溶液。 (4) 为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较

25、好的单色 器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸 收曲线较平坦处。收曲线较平坦处。 第7章吸光光度法25 (2) (2) 化学性因素化学性因素 朗朗比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互 作用；假定只有在稀溶液作用；假定只有在稀溶液(c10 2 mol/L 时，吸光质点间可能发生缔合 时，吸光质点间可能发生缔合 等相互作用，直接影响了对光的吸收。等相互作用，直接影响了对光的吸收。 故：朗伯故：朗伯比耳定律只适用于稀溶液。比耳定律只适用于稀溶液。 溶液中存在着离解、聚合、互变异

26、构、配合物的形成等溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等 化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。 例：例： 铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡： CrO42- 2H = Cr2O72- H2O 溶液中溶液中CrOCrO4 42- 2-、 、 CrCr2 2O O7 72- 2-的颜色不同，吸光性质也不相同 的颜色不同，吸光性质也不相同 。故此时溶液。故此时溶液pH pH 对测定有重要影响。对测定有重要影响。 第7章吸光光度法26 7.27.2紫外紫外可见分光光度计可见分光光度计 第7章吸

27、光光度法27 7.2.17.2.1基本组成基本组成（动画动画） 光源 单色器样品室检测器显示 1. 1. 光源光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具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。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：钨灯作可见光区：钨灯作 为光源，其辐射波长范为光源，其辐射波长范 围在围在3203202500 nm2500 nm。 紫外区：氢、氘灯。紫外区：氢、氘灯。 发射发射185185400 nm400 nm的连续的连续 光谱。光谱。 第7章吸光光度法28 2.2.单色器单色器 将光源发射

28、的复合光分解成单色光并可从中选出一任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。波长单色光的光学系统。 入射狭缝：光源的光由此进入单色器；入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅； 聚焦装置：透镜或聚焦装置：透镜或 凹面反射镜，将分光凹面反射镜，将分光 后所得单色光聚焦至后所得单色光聚焦至 出射狭缝；出射狭缝； 出射狭缝。出射狭缝。 第7章吸光光度法29 棱镜：棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不

29、同依据不同波长光通过棱镜时折射率不同 单色器单色器 入射狭缝入射狭缝 准直透镜准直透镜 棱镜棱镜聚焦透镜聚焦透镜出射狭缝出射狭缝 白光白光 红红 紫紫 1 1 2 2 800 600 500 400 第7章吸光光度法30 光栅：光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度 等间距条痕等间距条痕(600、1200、2400条条/mm )。 M1 M2 出出 射射 狭狭 缝缝 光屏光屏 透透 镜镜 平面透平面透 射光栅射光栅 光栅衍射示意图光栅衍射示意图 原理：原理： 利用光通过光栅时利用光通过光栅时 发生衍射和干涉现象而发生衍射和干涉现象而 分光分光. 第7章吸

30、光光度法31 3. 3. 样品室样品室 样品室放置各种类型的吸收池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（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。收池主要有石英池和玻璃池两种。 在紫外区须采用石英池，可见区一在紫外区须采用石英池，可见区一 般用玻璃池。般用玻璃池。 4. 4. 检测器检测器 利用光电效应将透过吸收池的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。有光电池、光电管或光电倍增管。 5. 5. 结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行检流计、数字显示、

31、微机进行 仪器自动控制和结果处理仪器自动控制和结果处理 第7章吸光光度法32 检测器检测器 Se Au，Ag 半导体半导体 h 硒光电池硒光电池 Ag、Au 第7章吸光光度法33 光电管光电管 红敏管红敏管 625-1000 nm 蓝敏管蓝敏管 200-625 nm Ni环（片）环（片） 碱金属碱金属 光敏阴极光敏阴极 h 第7章吸光光度法34 光电倍增管光电倍增管 待扫描 160-700 nm 1个光电子可产生个光电子可产生106107个电子个电子 第7章吸光光度法35 7.2.27.2.2分光光度计的类型分光光度计的类型 1.1.单光束单光束 简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度

32、，简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度， 一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高 的稳定性。的稳定性。 2.2.双光束双光束 自动记录，快速全波自动记录，快速全波 段扫描。可消除光源不稳段扫描。可消除光源不稳 定、检测器灵敏度变化等定、检测器灵敏度变化等 因素的影响，特别适合于因素的影响，特别适合于 结构分析。仪器复杂，价结构分析。仪器复杂，价 格较高。格较高。 第7章吸光光度法36 3.3.双波长双波长 将不同波长的两束单色光将不同波长的两束单色光( (1 1、2 2) ) 快束交替通过同快束交替通过同 一吸收池而后到达

33、检测器。产生交流信号。无需参比池。一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。 = =1 12nm2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。两波长同时扫描即可获得导数光谱。 第7章吸光光度法37 7.37.3光度分析法的设计光度分析法的设计 7.3.1显色反应的选择显色反应的选择 1.1.选择显色反应时，应考虑的因素选择显色反应时，应考虑的因素 灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波灵敏度高、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：长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：“对比对比 度度”，要求，要求 60nm 60nm。 2.2.配位

34、显色反应配位显色反应 当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生 电荷转移跃迁，产生很强的紫外电荷转移跃迁，产生很强的紫外可见吸收光谱。可见吸收光谱。 第7章吸光光度法38 3.3.氧化还原显色反应氧化还原显色反应 某些元素的氧化态，如某些元素的氧化态，如Mn（）、）、Cr（）在紫外或）在紫外或 可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行 显色后测定。显色后测定。 例如：钢中微量锰的测定，例如：钢中微量锰的测定，Mn2 不能直接进行光度测 不能直接进行光度测 定定 2 Mn2 5 S

35、2O82-8 H2O =2 MnO4- + 10 SO42- 16H+ 将将Mn2 氧化成紫红色的 氧化成紫红色的MnO4-后后，在在525 nm处进行测处进行测 定。定。 第7章吸光光度法39 4.4.显色剂显色剂 无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。 有机显色剂：种类繁多有机显色剂：种类繁多 偶氮类显色剂偶氮类显色剂：本身是有色物质，生成配合物后，颜色本身是有色物质，生成配合物后，颜色 发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性 好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂好、对

36、比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂、PARPAR等等。 三苯甲烷类三苯甲烷类：铬天青铬天青S S、二甲酚橙等、二甲酚橙等 第7章吸光光度法40 ： ： ： ： 助色团助色团NH2，OH，X （孤对电子）（孤对电子）ne 显色剂与显色反应显色剂与显色反应 O 生色团生色团：NN，NO， O C=S,N （共轭双键）（共轭双键）e 无机显色剂无机显色剂: SCN- Fe(SCN)2+ H2O2 TiOH2O22+ 有机显色剂有机显色剂: 第7章吸光光度法41 有机显色剂有机显色剂 CH3CCCH3 HON NOH NN OH COOH SO3H OO型：型： N NNOH OH ON型型：PAR N

37、H NH N S N S型型： 双硫腙双硫腙 NN型：型：丁二丁二 酮肟酮肟 邻二邻二 氮菲氮菲 磺基水杨酸磺基水杨酸 第7章吸光光度法42 7.3.27.3.2显色反应条件的选择显色反应条件的选择 1.1.显色剂用量显色剂用量 吸光度吸光度A A与显色剂用量与显色剂用量C CR R 的关系会出现如图所示的几种的关系会出现如图所示的几种 情况。选择曲线变化平坦处。情况。选择曲线变化平坦处。 2.2.反应体系的酸度反应体系的酸度 在相同实验条件下，分别测定不同在相同实验条件下，分别测定不同pHpH值条件值条件 下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且

38、恒定的平坦区所对应的恒定的平坦区所对应的pHpH范围。范围。 3.3.显色时间与温度显色时间与温度 实验确定实验确定 4.4.溶剂溶剂 一般尽量采用水相测定，一般尽量采用水相测定， 第7章吸光光度法43 7.3.37.3.3共存离子干扰的消除共存离子干扰的消除 1.1.加入掩蔽剂加入掩蔽剂 选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩 蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分 的测定。的测定。 例：测定例：测定TiTi4 4 ，可加入 ，可加入H H3 3POPO4 4掩蔽剂使掩蔽剂使F

39、eFe3+ 3+( (黄色 黄色) ) 成为成为Fe(POFe(PO ) )2 23- 3-( (无色 无色) )，消除，消除FeFe3+ 3+的干扰；又如用铬天菁 的干扰；又如用铬天菁S S光光 度法测定度法测定AlAl3+ 3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将 时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将FeFe3+ 3+还原为 还原为FeFe2+ 2+， ， 消除消除FeFe3+ 3+的干扰。 的干扰。 2.2.选择适当的显色反应条件选择适当的显色反应条件 3.3.分离干扰离子分离干扰离子 第7章吸光光度法44 7.3.47.3.4、测定条件的选择、测定条件的选择 1.1.选择适当的入射波长选择适当的入射波长

40、一般应该选择一般应该选择maxmax为入射光波长。为入射光波长。 如果如果maxmax处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度 稍低但能避免干扰的入射光波长。稍低但能避免干扰的入射光波长。 A A 第7章吸光光度法45 2.2.选择合适的参比溶液选择合适的参比溶液 为什么需要使用参比溶液？为什么需要使用参比溶液？ 测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。 参比溶液的选择一般遵循以下原则：参比溶液的选择一般遵循以下原则： 若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收， 其

41、它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水) )作参比溶液；作参比溶液； 若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试 液本身无吸收，用液本身无吸收，用“试剂空白试剂空白”( (不加试样溶液不加试样溶液) )作参比溶液作参比溶液 ； 若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收， 则可用则可用“试样空白试样空白”( (不加显色剂不加显色剂) )作参比溶液；作参比溶液； 若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可 在试

42、液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为 参比溶液。参比溶液。 第7章吸光光度法46 3.3.控制适宜的吸光度（读数范围）控制适宜的吸光度（读数范围） 不同的透光度读数，产生的误差大小不同：不同的透光度读数，产生的误差大小不同： A=lgT=bc 微分：微分：dA=dlgT0.434dlnT = - 0.434T -1 dT =b dc 两式相除得：两式相除得： dA/A= （ 0.434 / TlgT ）dT =dc/c 以有限值表示可得：以有限值表示可得： A/A = c/c =（0.434/TlgT）T 浓度测量值的相对误差

43、（浓度测量值的相对误差（c c/ /c c）不仅与仪器的透光度）不仅与仪器的透光度 误差误差T T 有关，而且与其透光度读数有关，而且与其透光度读数T T 的值也有关。的值也有关。 是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？ 第7章吸光光度法47 最佳读数范围与最佳值最佳读数范围与最佳值 设：设：T =1%，则可绘出溶液浓度，则可绘出溶液浓度 相对误差相对误差c/c与其透光度与其透光度T 的关系曲线的关系曲线 。如图所示：。如图所示： 当：当：T =1%，T 在在15%65%之之 间时，浓度相对误差较小，最佳读数间时，浓度相对误差较小，最佳读数 范围。范围。

44、用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T %=1565% (吸光度吸光度 A =0.80.2)。 可求出浓度相对误差最小时的透光度可求出浓度相对误差最小时的透光度Tmin为：为： Tmin36.8%, Amin0.434 第7章吸光光度法48 7.3.57.3.5、提高光度测定灵敏度和选择性的途径、提高光度测定灵敏度和选择性的途径 1.1.合成新的高灵敏度有机显色剂合成新的高灵敏度有机显色剂 2.2.采用分离富集和测定相结合采用分离富集和测定相结合 3.采用三元采用三元( (多元多元) )配合物显色体系配合物显色体系 由一个中心金属离子与两种由一个中心金属离子与两

45、种( (或两种以上或两种以上) )不同配位体形成的配合不同配位体形成的配合 物，称为三元物，称为三元( (多元多元) )配合物。配合物。 多元配合物显色反应具有很高的灵敏度，一方面是因为多元配合物多元配合物显色反应具有很高的灵敏度，一方面是因为多元配合物 比其相应的二元配合物分子截面积更大；另一方面是因为第二或第三配比其相应的二元配合物分子截面积更大；另一方面是因为第二或第三配 位体的引入，可能产生配位体之间、配位体与中心金属离子间的协同作位体的引入，可能产生配位体之间、配位体与中心金属离子间的协同作 用，使共轭用，使共轭电子的流动性和电子跃迁几率增大。电子的流动性和电子跃迁几率增大。 三元配

46、合物主要类型有：三元离子缔合物、三元混配配合物、三三元配合物主要类型有：三元离子缔合物、三元混配配合物、三 元胶束元胶束( (增溶增溶) )配合物。配合物。 第7章吸光光度法49 7.47.4分光光度测定方法分光光度测定方法 7.4.17.4.1、普通分光光度法、普通分光光度法 1.1.单组分的测定单组分的测定 目视比色法目视比色法 通常采用通常采用 A-C 标准曲线法定量测定。标准曲线法定量测定。 2.2.多组分的同时测定多组分的同时测定 若各组分的吸收曲线互不重叠，则可若各组分的吸收曲线互不重叠，则可 在各自最大吸收波长处分别进行测定。这在各自最大吸收波长处分别进行测定。这 本质上与单组分

47、测定没有区别。本质上与单组分测定没有区别。 若各组分的吸收曲线互有重叠，则若各组分的吸收曲线互有重叠，则 可根据吸光度的加合性求解联立方程组可根据吸光度的加合性求解联立方程组 得出各组分的含量。得出各组分的含量。 A1= a1bca b1bcb A2= a2bca b2bcb 目视比色法目视比色法 未知样品未知样品 特点特点 利用自然光利用自然光 比较吸收光的互补色光比较吸收光的互补色光 准确度低（半定量）准确度低（半定量） 不可分辨多组分不可分辨多组分 方法简便，灵敏度高方法简便，灵敏度高 标准系列标准系列 第7章吸光光度法51 7.4.27.4.2、示差分光光度法（示差法）、示差分光光度法

48、（示差法） 普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含 量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即提高入射量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即提高入射 光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比 溶液。溶液。 设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为c cx x，标准溶液浓度为，标准溶液浓度为c cs s( (c cs s c cx x) )。则：。则： Ax= b cx As = b cs x s =b(cx cs ）=bc 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶

49、液的吸测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸 光度之差光度之差。 示差法测得的吸光度与示差法测得的吸光度与c呈直线关系呈直线关系,由标准曲线上查由标准曲线上查 得相应的得相应的c值，则待测溶液浓度值，则待测溶液浓度cx ：cx = cs + c 第7章吸光光度法52 示差法标尺扩展原理：示差法标尺扩展原理： 普通法：普通法： cs的的T=10%；cx的的T=5% 示差法：示差法： cs 做参比，调做参比，调T=100% 则：则： cx的的T=50% ；标尺扩展；标尺扩展10倍倍 第7章吸光光度法53 例题例题 已知已知 dT = 0.01, 样品样品Tx = 2.00 %, 标准标准

50、 Ts = 10.0 % 示差法示差法 s x r I I T %0 .20 0 .10 00. 2 xx T x c TT d c d x ln 02. 0lg02. 0 434. 001. 0 %8 .12 xr T x c TT d c d x ln 常规法误差常规法误差 示差法误差示差法误差 02. 0lg20. 0 434. 001. 0 %28. 1 已知已知 dT = 0.01, 样品样品Tx = 2.00 %, 标准标准 Ts = 5.00 % 0 I I T x r %0 .40 00. 5 00. 2 xr T x c TT d c d x ln %64. 0 s x T T 第7章吸光光度法54 7.4.37.4.3、双波长分光光度法、双波长分光光度法 不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色 光光( (1