第十章分光光度法-20130513

1、1 第第 十十 章章 吸光光度法吸光光度法 Absorption spectrophotometry 2 目录目录 2 10.1 10.1 物质对光的选择性吸收和光吸收基本定律物质对光的选择性吸收和光吸收基本定律 10.1.1 10.1.1 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收 10.1.2 10.1.2 光吸收基本定律光吸收基本定律 10.2.1 10.2.1 分光光度计分光光度计 10.2 10.2 分光光度计及吸收光谱分光光度计及吸收光谱 10.2.2 10.2.2 吸收光谱吸收光谱 10.3.1 10.3.1 显色反应和显色剂显色反应和显色剂 10.410.4吸光光度分析及误差控制

2、吸光光度分析及误差控制 10.4.1 10.4.1 测定波长的选择和标准曲线的制作测定波长的选择和标准曲线的制作 10.2.2 10.2.2 对朗伯对朗伯- -比耳定理的偏离比耳定理的偏离 10.3.2 10.3.2 影响显色反应的因素影响显色反应的因素 10.310.3显色反应及其影响因素显色反应及其影响因素 3 目录目录 3 10.4.3 10.4.3 吸光度测量的误差吸光度测量的误差 10.5 10.5 其他吸光光度法其他吸光光度法 10.5 .2 10.5 .2 示差吸光光度法示差吸光光度法 10.5.3 10.5.3 双波长光度分析法双波长光度分析法 10.5.4 10.5.4 导数

3、导数光度分析法光度分析法 10.5.5 10.5.5 固相反射分光光度法吸光光度法简介固相反射分光光度法吸光光度法简介 10.5 .110.5 .1目视比色法目视比色法 10.6 10.6 吸光光度法的应用吸光光度法的应用 4 作业作业 P337: 第第2题、第题、第3题、第题、第4题题 P338: 第第7题、第题、第9题题 P339: 第第11题题 5 10.1 光吸收基本定律光吸收基本定律 10.1.110.1.1物质对光的选择性物质对光的选择性吸收光谱吸收光谱 10.1.210.1.2光吸收基本定律光吸收基本定律- -朗伯朗伯- -比耳定律比耳定律 6 绚丽多彩的大自然界绚丽多彩的大自然

4、界 7 绚丽多彩的大自然界绚丽多彩的大自然界 8 绚丽多彩的大自然界绚丽多彩的大自然界 9 6.1.1 颜色与吸收光谱颜色与吸收光谱 颜色是一种感觉，要证明它们的存颜色是一种感觉，要证明它们的存 在，必须通过观察者的亲身感受。在，必须通过观察者的亲身感受。 物质的颜色主要由物质的吸收光谱物质的颜色主要由物质的吸收光谱 或反射光谱所决定。或反射光谱所决定。 要讨论颜色，必须从了解光的性质要讨论颜色，必须从了解光的性质 开始。开始。 颜色往往是人们对化学开始引起浓厚兴趣的主颜色往往是人们对化学开始引起浓厚兴趣的主 要原因。工业家和科学家对颜色进行了长期的要原因。工业家和科学家对颜色进行了长期的 研

5、究研究 ，但要对颜色下一个确切的定义却很难。，但要对颜色下一个确切的定义却很难。 J.Griffiths(英英) 10 光的基本性质光的基本性质 u 光是一种电磁波，具有光是一种电磁波，具有 波动性和微粒性。波动性和微粒性。 光的传播速度：光的传播速度： c真空中光速真空中光速 ，波长，波长，频率，频率， n折折 射率，真空中为射率，真空中为1。 u光量子，具有能量光量子，具有能量。 h普朗克普朗克( (Planck) )常数常数 ， 频率，频率，l l 波长，波长， E光量子具有的能量。光量子具有的能量。 v n c Vl l l l c hhvE 11 蓝蓝 黄黄 紫红紫红 绿绿 绿蓝绿蓝

6、 橙橙 红红 蓝绿蓝绿 12 物质颜色和吸收颜色的关系物质颜色和吸收颜色的关系 白光 KMnO4 紫色 吸收了绿色的光吸收了绿色的光 13 可见光光谱可见光光谱 让一束白光通过分光元件，它将分解成红、橙、黄、让一束白光通过分光元件，它将分解成红、橙、黄、 绿、青、蓝、紫等各种颜色的光。即可见光谱。绿、青、蓝、紫等各种颜色的光。即可见光谱。 14 15 吸吸 收收 光光 谱谱 的的 产产 生生 E 电子能级电子能级 Ee=120 eV 振动能级振动能级 Ev=0.051 eV 转动能级转动能级 Et=10-410-2 eV 分子内部运动：分子内部运动： 电子相对于核的运动；电子相对于核的运动；

7、原子核振动；分子转动原子核振动；分子转动 等。等。 在分子同一电子能级中在分子同一电子能级中 有若干振动能级（能量有若干振动能级（能量 差约差约0.05-10.05-1eV），而在），而在 同一振动能同一振动能级中又有若级中又有若 干 转 动 能 级 （ 小 于干 转 动 能 级 （ 小 于 0.05eV），电子能级间），电子能级间 的能量差约的能量差约1-20eV 其能级图如右图。其能级图如右图。 l l c hhv EEEE rVe 双原子分子的能级示意图双原子分子的能级示意图 16 有机化合物分子的电子跃迁有机化合物分子的电子跃迁 17 分子吸收光谱分子吸收光谱 Molecule Abs

8、orption Spectrum S2 S1 S0 S3 h E2 E0 E1 E3 S2 S1 S0 h h h h 分子内电子跃迁分子内电子跃迁 A l l 带状光谱带状光谱 l l A 在分子的电子光谱中，包含有不同振动能级和不同转动能级跃迁产生的谱线，且分子可以发生在分子的电子光谱中，包含有不同振动能级和不同转动能级跃迁产生的谱线，且分子可以发生 解离，因此分子吸收光谱是由成千上万条靠得很紧的谱线组成，看起来是一条连续的吸收带。解离，因此分子吸收光谱是由成千上万条靠得很紧的谱线组成，看起来是一条连续的吸收带。 18 吸吸 收收 光光 谱谱 的的 产产 生生 当电子吸收某波长电磁波，由一

9、个电子能级跃迁当电子吸收某波长电磁波，由一个电子能级跃迁 至另一电子能级时，必然伴有振动能级和转动能级的至另一电子能级时，必然伴有振动能级和转动能级的 变化。所以分子的电子光谱不是线状光谱而是带状光变化。所以分子的电子光谱不是线状光谱而是带状光 谱。电子光谱通常在可见紫外光区，称可见紫外光谱。谱。电子光谱通常在可见紫外光区，称可见紫外光谱。 分子的振动、转动能级发生变化而得到的光谱是分子的振动、转动能级发生变化而得到的光谱是 红外光谱。红外光谱。 分子的转动能级发生变化而得到的光谱是微波光分子的转动能级发生变化而得到的光谱是微波光 谱。谱。 利用紫外可见光谱可进行定性和定量分析。利用紫外可见光

10、谱可进行定性和定量分析。 19 光学光谱区、跃迁类型与分析方法光学光谱区、跃迁类型与分析方法 20 吸收光谱图吸收光谱图 400 450 500 550 600 650 l l/nm A 0.8 0.6 0.4 0.2 最大吸收波长最大吸收波长l lmax 21 10.1.2 光吸收基本定律光吸收基本定律 透光率与吸光度透光率与吸光度 一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体 或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一 部分被器皿的表面反射。设入射光强度为部分被器皿的表面反射。设入射光强度为I

11、0，吸收光，吸收光 强度为强度为Ia ，透过光强度为，透过光强度为I It ，反射光强度为，反射光强度为Ir 。 rta 0 , IIII 入射光入射光 I0透射光透射光 It 22 10.1.2 光吸收基本定律光吸收基本定律 吸光光度分析法中，试液和空白溶液分别置于同样质料吸光光度分析法中，试液和空白溶液分别置于同样质料 及厚度的吸收池中，让强度为及厚度的吸收池中，让强度为I0的单色光分别通过这两的单色光分别通过这两 个吸收池，再测量其透过光的强度。此时反射光强度基个吸收池，再测量其透过光的强度。此时反射光强度基 本上不变，其影响可以相互抵消。此时用本上不变，其影响可以相互抵消。此时用I I

12、0 0表示入射光表示入射光 强度，则强度，则 ta 0 III 透光率透光率T：0t / IIT 透光率透光率T越大越大(吸光度吸光度A越小越小)，表示样品对光的吸收越小，表示样品对光的吸收越小。 吸光吸光度度A A： t I I T A 0 log 1 log Absorbance Transmittance 23 透光率透光率T与吸光度与吸光度A的关系的关系 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T% T= It / I0 A=lg (I0 / It)=lg(1 /T )= - lg T T=10-A 1.0 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.

13、1 0.05 0 A 24 光吸收原理光吸收原理Lambert定律定律 1760年年Lamber用实验证明。光的减弱程度与通过介质的光程成正比。用实验证明。光的减弱程度与通过介质的光程成正比。 25 光吸收原理光吸收原理Beer定律定律 1852年年Beer研究证明。光的减弱程度与介质中光所遇到的质点数成正比。研究证明。光的减弱程度与介质中光所遇到的质点数成正比。 26 10.1.2 光吸收基本定律光吸收基本定律 朗伯朗伯-比尔定律：当一束强度为比尔定律：当一束强度为I0的平行单色光垂直的平行单色光垂直 照射到长度为照射到长度为b、浓度为、浓度为c的液层，通过溶液后光的的液层，通过溶液后光的

14、强度减弱为强度减弱为It ，则：，则： cbK I I A log t 0 此式即为朗伯此式即为朗伯比尔定律的数学表达式，是光度法比尔定律的数学表达式，是光度法 定量分析的基础。定量分析的基础。 式中比例常数式中比例常数K K与吸光物质的性质、入射光波长及温与吸光物质的性质、入射光波长及温 度等因素有关。度等因素有关。 27 吸收定律的推导吸收定律的推导 I0 db b It II-dI 一束平行光垂直照射截面积为一束平行光垂直照射截面积为S的均匀的均匀 吸收介质，假设将吸收层厚度吸收介质，假设将吸收层厚度b分解为多分解为多 个厚度为个厚度为db的薄层。每一薄层的体积为的薄层。每一薄层的体积为

15、S db 。 dS表示捕获面积，即俘获光子的质点的表示捕获面积，即俘获光子的质点的 总面积。总面积。 dS /S则为俘获光子的几率。则为俘获光子的几率。 N 为薄层中的质点数，为薄层中的质点数，dn为吸光质点，为吸光质点，c 为吸光溶液的浓度。为吸光溶液的浓度。 照射到薄层的光强为照射到薄层的光强为I，吸收光子后光强减弱了，吸收光子后光强减弱了dI，则则-dI / I 为俘获光子的分数。从统计学观点，俘获分数正比于俘获几率，为俘获光子的分数。从统计学观点，俘获分数正比于俘获几率， 即即 II/d-SS /d,又又 dS dn 28 吸收定律的推导吸收定律的推导 I0 db b It II-dI

16、 故故 A = 0.434Kbc=Kbc SnKII/d/d- 所以所以 将上式积分将上式积分, 得得: N 0 /d /d - o SnKII t I I SNKII/)/ln(- ot 29 摩尔吸收系数摩尔吸收系数 当浓度当浓度c用用molL- -1，液层厚度，液层厚度b用用cm为单位表示，则为单位表示，则 K用符号用符号e e来表示。来表示。 e e称为摩尔吸收系数，单位为称为摩尔吸收系数，单位为 Lmol- -lcm- -1，它表示物质的量浓度为，它表示物质的量浓度为lmolL- -1，液，液 层厚度为层厚度为l cm时溶液的吸光度，时溶液的吸光度， e e大小与波长有关。大小与波长

17、有关。 cbA e e 比耳定律比耳定律 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e e值是不同的。在最大值是不同的。在最大 吸收波长处的摩尔吸光系数，常以吸收波长处的摩尔吸光系数，常以e e max表示。表示。 e e max表表 明了该明了该吸收物质最大限度的吸光能力吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度也反映了光度 法测定该物质可能达到的最大灵敏度。法测定该物质可能达到的最大灵敏度。 30 桑德尔灵敏度桑德尔灵敏度 桑德尔桑德尔(Sandell)灵敏度灵敏度( (灵敏度指数灵敏度指数) ) S S是指当仪器的检测极限是指当仪器的检测极限A=0.001时，单位截面积时，单位截

18、面积 光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量，其光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量，其 单位为单位为m mgcm- -2，S与与e e及吸光物质摩尔质量及吸光物质摩尔质量M的关的关 系为：系为： e e M S 31 例例. 50mL比色管中，加入含有比色管中，加入含有0.025mg的的Fe2+ 溶液溶液，加入邻二氮菲显色剂，用水稀释至，加入邻二氮菲显色剂，用水稀释至50mL 体积，用体积，用2cm的比色皿，在分光光度计上测得的比色皿，在分光光度计上测得 吸光度吸光度A=0.19，计算摩尔吸光系数与桑德尔灵，计算摩尔吸光系数与桑德尔灵 敏度敏度S。 mol/L109 . 8mol/L 50

19、85.55 100010025. 0 6 6 (Fe) - - - - c 11-4 6 cmmolL101 . 1 109 . 82 19. 0 - - - - bc A 2 4 cmg0050.0 101 .1 85.55 - - e e M S 解：解： 被测物的浓度被测物的浓度 32 定性分析与定量分析的基础定性分析与定量分析的基础 根据物质对光的最根据物质对光的最 大吸收波长，可进大吸收波长，可进 行定性分析。行定性分析。 一定的实验条件下，一定的实验条件下， 物质对光的吸收与物质对光的吸收与 物质的浓度成正比。物质的浓度成正比。 根据物质对光的吸根据物质对光的吸 收多少可进行物质收

20、多少可进行物质 的定量分析。的定量分析。 Curve Absorption Spectrum 33 33 10.2.1 10.2.1 分光光度计分光光度计 10.2 10.2 分光光度计及吸收光谱分光光度计及吸收光谱 10.2.2 10.2.2 吸收光谱吸收光谱 34 吸光光度法的特点吸光光度法的特点 吸光光度法具有以下优点：吸光光度法具有以下优点： u入射光是纯度较高的单色光，故使偏离朗伯入射光是纯度较高的单色光，故使偏离朗伯- -比尔比尔 定律的情况大为减少，定律的情况大为减少， u标准曲线直线部分的范围更大，分析结果的准确度标准曲线直线部分的范围更大，分析结果的准确度 较高。较高。 u可

21、任意选取某种波长的单色光，故可利用吸光度的可任意选取某种波长的单色光，故可利用吸光度的 加和性，同时测定溶液中两种或两种以上的组分。加和性，同时测定溶液中两种或两种以上的组分。 35 分光光度计的工作原理示意图分光光度计的工作原理示意图 单色器单色器 光光 源源 放大器放大器 测量仪表测量仪表 分光光度计仪器原理图分光光度计仪器原理图 吸收池吸收池 光电管光电管 36 分光光度计的结构分光光度计的结构 spectrophotometer 分光光度计按工作波长范围分类，紫外、可见分光分光光度计按工作波长范围分类，紫外、可见分光 光度计应用于无机物和有机物含量的测定，红外分光度计应用于无机物和有机

22、物含量的测定，红外分 光光度计主要用于结构分析。分光光度计又可分为光光度计主要用于结构分析。分光光度计又可分为 单光束和双光束两类。单光束和双光束两类。 分光光度计的基本部件分光光度计的基本部件：光源、单色器、比色皿、：光源、单色器、比色皿、 检测器和显示装置。检测器和显示装置。 37 分光光度计的结构分光光度计的结构 2. 单色器单色器(monochromator)：将光源发出的连续光谱：将光源发出的连续光谱 分解为单色光的装置。分解为单色光的装置。 棱镜：玻璃棱镜：玻璃350 3200 nm, 石英石英185 4000 nm 光栅：波长范围宽光栅：波长范围宽, 色散均匀，分辨性能好。色散均

23、匀，分辨性能好。 1. 光源光源(Light source)：发出所需波长范围内的连续光：发出所需波长范围内的连续光 谱，有足够的光强度，能量分布均匀，稳定。谱，有足够的光强度，能量分布均匀，稳定。 可见光区：钨灯，碘钨灯可见光区：钨灯，碘钨灯(320 2500 nm) 紫外区：氢灯，氘灯紫外区：氢灯，氘灯(180 375 nm) 38 分光光度计的结构分光光度计的结构 38 3.比色皿比色皿(coloritrough) 也称吸收池。盛放试液的容器。也称吸收池。盛放试液的容器。 玻璃比色皿玻璃比色皿 能吸收能吸收UV光，仅适用于可见光区光，仅适用于可见光区 石英比色皿石英比色皿适用于紫外和可见

24、光区适用于紫外和可见光区 按其厚度分为按其厚度分为0.5 cm，l cm，2 cm，3 cm和和5 cm。 4. 检测器检测器(detector)：利用光电效应，将光能转成电：利用光电效应，将光能转成电 流讯号。流讯号。 光电池，光电管，光电倍增管光电池，光电管，光电倍增管 5. 5.显示装置显示装置 ：检流计、微安表、数字显示记录仪。检流计、微安表、数字显示记录仪。 39 分光光度计的结构分光光度计的结构 spectrophotometer 40 双光束分光光度计双光束分光光度计 41 双波长分光光度计双波长分光光度计 42 分光光度计的类型比较分光光度计的类型比较 43 几种稠环芳烃的吸收

25、光谱图几种稠环芳烃的吸收光谱图 10.2.2 吸收光谱吸收光谱 44 参比溶液的选择参比溶液的选择 利用参比溶液来调节仪器的零点，可消除由吸收池利用参比溶液来调节仪器的零点，可消除由吸收池 壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差，扣除壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差，扣除 干扰的影响。参比溶液选择原则：干扰的影响。参比溶液选择原则： a 试液及显色剂均无色，蒸馏水作参比溶液。试液及显色剂均无色，蒸馏水作参比溶液。 b 显色剂为无色，被测试液中存在其他有色离子，显色剂为无色，被测试液中存在其他有色离子， 用不加显色剂的被测试液作参比溶液。用不加显色剂的被测试液作参比溶液。 c 显色剂有颜色

26、，可选择不加试样溶液的试剂空白显色剂有颜色，可选择不加试样溶液的试剂空白 作参比溶液。作参比溶液。 45 6.2.4 参比溶液的选择参比溶液的选择 d 显色剂和试液均有颜色，可将一份试液加入适当显色剂和试液均有颜色，可将一份试液加入适当 掩蔽剂，将被测组分掩蔽起来，使之不再与显色剂掩蔽剂，将被测组分掩蔽起来，使之不再与显色剂 作用，而显色剂及其他试剂均按试液测定方法加入，作用，而显色剂及其他试剂均按试液测定方法加入， 以此作为参比溶液，这样就可以消除显色剂和一些以此作为参比溶液，这样就可以消除显色剂和一些 共存组分的干扰。共存组分的干扰。 e 改变加入试剂的顺序，使被测组分不发生显色反改变加入

27、试剂的顺序，使被测组分不发生显色反 应，可以此溶液作为参比溶液消除干扰。应，可以此溶液作为参比溶液消除干扰。 46 46 10.3.1 10.3.1 显色反应和显色剂显色反应和显色剂 10.3.2 10.3.2 影响显色反应的因素影响显色反应的因素 10.310.3显色反应及其影响因素显色反应及其影响因素 47 10.3.1 显色反应和显色剂显色反应和显色剂 若待测物质本身有较深的颜色，可以直接测定；若待测物质本身有较深的颜色，可以直接测定； 待测物质是无色或很浅的颜色，需要选适当的试剂待测物质是无色或很浅的颜色，需要选适当的试剂 与被测离子反应生成有色化合物再进行测定，此反与被测离子反应生成

28、有色化合物再进行测定，此反 应称为应称为显色反应显色反应，所用的试剂称为，所用的试剂称为显色剂显色剂。 按显色反应的类型来分，主要有氧化还原反应和按显色反应的类型来分，主要有氧化还原反应和 络合反应两大类，而络合反应是最主要的。络合反应两大类，而络合反应是最主要的。 48 显色反应显色反应 显色反应一般应满足以下要求：显色反应一般应满足以下要求： A. 选择性好，干扰少，或干扰容易消除选择性好，干扰少，或干扰容易消除;灵敏度高，灵敏度高， 有色物质的有色物质的e应大于应大于104。 B. 有色化合物的组成恒定，符合一定的化学式。有色化合物的组成恒定，符合一定的化学式。 C. 有色化合物的化学性

29、质稳定，保证在测量过程中有色化合物的化学性质稳定，保证在测量过程中 溶液的吸光度基本恒定。溶液的吸光度基本恒定。 D 有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大，即显色有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大，即显色 剂对光的吸收与络合物的吸收有明显区别，要求两者剂对光的吸收与络合物的吸收有明显区别，要求两者 的的吸收峰波长之差吸收峰波长之差(称为对比度称为对比度)大大于于60 nm。 49 无机显色剂无机显色剂 显色剂分为有机显色剂和无机显色剂二类。显色剂分为有机显色剂和无机显色剂二类。 无机显色剂不多，因为生成的络合物不稳定，灵敏无机显色剂不多，因为生成的络合物不稳定，灵敏 度和选择性也不高。度和选

30、择性也不高。 如用如用KSCNKSCN显色测铁、钼、钨和铌；显色测铁、钼、钨和铌； 用钼酸铵显色测硅、磷和钒用钼酸铵显色测硅、磷和钒; ; 用用H H2 2O O2 2显色测钛等。显色测钛等。 50 有机显色剂有机显色剂 有机显色剂分子中含有有机显色剂分子中含有生色团生色团（chromophoric chromophoric groupgroup）和）和助色团助色团（auxochrome groupauxochrome group）。）。 生色团是某些含不饱和键的基团，如生色团是某些含不饱和键的基团，如偶氮基偶氮基、对醌对醌 基和羰基等基和羰基等。这些基团中的。这些基团中的p p电子被激发时需

31、能量电子被激发时需能量 较小，可吸收波长较小，可吸收波长200 nm200 nm以上的可见光而显色。以上的可见光而显色。 助色团是含孤对电子的基团，如氨基、羟基和卤代助色团是含孤对电子的基团，如氨基、羟基和卤代 基等。这些基团与生色团上的不饱和键作用，使颜基等。这些基团与生色团上的不饱和键作用，使颜 色加深。色加深。 51 几种有机显色剂几种有机显色剂 有机显色剂很多，下面列举几种有机显色剂很多，下面列举几种 u 磺基水杨酸磺基水杨酸 OO型螯合剂，可与很多高价金属离型螯合剂，可与很多高价金属离 子生成稳定的螯合物，主要用于测子生成稳定的螯合物，主要用于测Fe3+。 u 丁二酮肟丁二酮肟 NN

32、型螯合显色剂，用于测定型螯合显色剂，用于测定Ni2+。 u 1，10-邻二氮菲邻二氮菲 NN型螯合显色剂，测微量型螯合显色剂，测微量Fe2+。 u 二苯硫腙二苯硫腙 含含S显色剂，萃取光度测定显色剂，萃取光度测定Cu2+，Pb2+， Zn2+，Cd2+，Hg2+等。等。 u 偶氮胂偶氮胂(铀试剂铀试剂) 偶氮类螯合剂，强酸性溶液偶氮类螯合剂，强酸性溶液 中测中测Th(),Zr()，U()等；在弱酸性溶液中测稀等；在弱酸性溶液中测稀 土金属离子。土金属离子。 u 铬天青铬天青S 三苯甲烷类显色剂，测定三苯甲烷类显色剂，测定Al3+。 u 结晶紫结晶紫 三苯甲烷类碱性染料，测定三苯甲烷类碱性染料，

33、测定Tl3+。 52 多元络合物多元络合物 多元络合物是由三种或三种以上的组分所形成的络多元络合物是由三种或三种以上的组分所形成的络 合物。目前应用较多的是由一种金属离子与两种配合物。目前应用较多的是由一种金属离子与两种配 位体所组成的三元络合物。三元络合物在吸光光度位体所组成的三元络合物。三元络合物在吸光光度 分析中应用较普遍。分析中应用较普遍。 u 三元混配络合物三元混配络合物 金属离子与一种络合剂形成未金属离子与一种络合剂形成未 饱和络合物，然后与另一种络合剂结合，形成三元饱和络合物，然后与另一种络合剂结合，形成三元 混配络合物。例如，混配络合物。例如，V(V)，H2O2和吡啶偶氮间苯二

34、和吡啶偶氮间苯二 酚酚(PAR)形成形成1:1:1的有色络合物，可用于钒的测定的有色络合物，可用于钒的测定 ，其灵敏度高，选择性好。，其灵敏度高，选择性好。 53 多元络合物多元络合物 u 离子缔合物离子缔合物 金属离子先与络合剂生成络阴离子或金属离子先与络合剂生成络阴离子或 络阳离子，再与带反电荷的离子生成离子缔合物。主络阳离子，再与带反电荷的离子生成离子缔合物。主 要用于萃取光度法。要用于萃取光度法。 如，如，AgAg+ +与与1 1，10-10-邻二氮菲形成邻二氮菲形成 阳离子，再与溴邻苯三酚红的阴离子形成深蓝色的离阳离子，再与溴邻苯三酚红的阴离子形成深蓝色的离 子缔合物。子缔合物。 作

35、为离子缔合物的阳离子，有碱性染料、作为离子缔合物的阳离子，有碱性染料、1 1，10-10-邻二邻二 氮菲及其衍生物、安替比林及其衍生物、氯化四苯砷氮菲及其衍生物、安替比林及其衍生物、氯化四苯砷( ( 或磷、锑或磷、锑) )等等; ; 作为阴离子，有作为阴离子，有X X- -，SCNSCN- -，ClOClO4 4- -，无机杂多酸和某些，无机杂多酸和某些 酸性染料等。酸性染料等。 54 多元络合物多元络合物 u 金属离子金属离子- -络合剂络合剂- -表面活性剂体系表面活性剂体系 金属离子与显色剂反应时，加入某些表面活性剂，可金属离子与显色剂反应时，加入某些表面活性剂，可 以形成胶束化合物，它

36、们的吸收峰向长波方向移动以形成胶束化合物，它们的吸收峰向长波方向移动( ( 红移红移) )，测定的灵敏度显著提高。，测定的灵敏度显著提高。 常用于这类反应的表面活性剂有溴化十六烷基吡啶、常用于这类反应的表面活性剂有溴化十六烷基吡啶、 氯化十四烷基二甲基苄胺、氯化十六烷基三甲基铵、氯化十四烷基二甲基苄胺、氯化十六烷基三甲基铵、 溴化十六烷基三甲基铵溴化十六烷基三甲基铵 、溴化羟基十二烷基三甲基、溴化羟基十二烷基三甲基 铵、铵、OPOP乳化剂。乳化剂。 例如，稀土元素、二甲酚橙及溴化十六烷基吡啶反应例如，稀土元素、二甲酚橙及溴化十六烷基吡啶反应 ，生成三元络合物，在，生成三元络合物，在pH 89p

37、H 89时呈蓝紫色，用于痕量时呈蓝紫色，用于痕量 稀土元素总量的测定。稀土元素总量的测定。 55 多元络合物多元络合物 u 杂多酸杂多酸 溶液在酸性的条件下，过量的钼酸盐与磷溶液在酸性的条件下，过量的钼酸盐与磷 酸盐、硅酸盐、砷酸盐等含氧的阴离子生成杂多酸，酸盐、硅酸盐、砷酸盐等含氧的阴离子生成杂多酸， 可作为吸光光度法测定磷、硅、砷等元素的基础。可作为吸光光度法测定磷、硅、砷等元素的基础。 杂多酸法需要还原反应的酸度范围较窄，必须严格控杂多酸法需要还原反应的酸度范围较窄，必须严格控 制反应条件。很多还原剂都可应用于杂多酸法中。氯制反应条件。很多还原剂都可应用于杂多酸法中。氯 化亚锡及某些有机

38、还原剂，例如化亚锡及某些有机还原剂，例如1-1-氨基氨基-2-2-萘酚萘酚-4-4-磺磺 酸加亚硫酸盐和氢醌常用于磷的测定。硫酸肼在煮沸酸加亚硫酸盐和氢醌常用于磷的测定。硫酸肼在煮沸 溶液中作砷钼酸盐和磷钼酸盐的还原剂。抗坏血酸也溶液中作砷钼酸盐和磷钼酸盐的还原剂。抗坏血酸也 是较好的还原剂。是较好的还原剂。 56 10.3.2 影响显色反应的因素影响显色反应的因素 1 1、溶液的酸度、溶液的酸度 影响显色剂的平衡浓度和颜色影响显色剂的平衡浓度和颜色 影响被测金属离子的存在状态影响被测金属离子的存在状态 影响络合物的组成影响络合物的组成 合适的酸度需通过实验确定。合适的酸度需通过实验确定。 显

39、色条件包括：溶液酸度，显色剂用量，试剂加入顺显色条件包括：溶液酸度，显色剂用量，试剂加入顺 序，显色时间，显色温度，有机络合物的稳定性及共序，显色时间，显色温度，有机络合物的稳定性及共 存离子的干扰等。存离子的干扰等。 pH与吸光度关系与吸光度关系 A A pH 57 （2 2）显色剂的用量）显色剂的用量 为使显色反应进行完全，需加入过量的显色剂。但有为使显色反应进行完全，需加入过量的显色剂。但有 些显色反应，显色剂加入太多，反而会引起副反应，些显色反应，显色剂加入太多，反而会引起副反应， 对测定不利。显色剂浓度与吸光度的关系有下列三种对测定不利。显色剂浓度与吸光度的关系有下列三种 情况，要根

40、据实验结果来确定显色剂的用量。情况，要根据实验结果来确定显色剂的用量。 试液吸光度与显色剂浓度的关系试液吸光度与显色剂浓度的关系 AAA 58 （3）显色反应时间显色反应时间 有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定 状态，并在较长时间内保持不变状态，并在较长时间内保持不变; ;有些显色反应虽能有些显色反应虽能 迅速完成，但有色络合物的颜色很快开始褪色迅速完成，但有色络合物的颜色很快开始褪色; ;有些有些 显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳 定。定。 确定显色反应时间的实验方法，配制一分显色溶液，

41、确定显色反应时间的实验方法，配制一分显色溶液， 从加入显色剂计时，每隔一定时间测量一次吸光度，从加入显色剂计时，每隔一定时间测量一次吸光度， 制作吸光度制作吸光度- -时间曲线确定适宜时间。时间曲线确定适宜时间。 59 （4）显色反应温度）显色反应温度 显色反应大多在室温下进行。显色反应大多在室温下进行。 但是，有些显色反应必需加热至一定温度完成。但但是，有些显色反应必需加热至一定温度完成。但 要注意一些有色化合物在高温时分解。要注意一些有色化合物在高温时分解。 （5）溶剂：）溶剂：某些有机溶剂能降低有色化合物的解离某些有机溶剂能降低有色化合物的解离 度，提高显色反应的灵敏度。如在度，提高显色

42、反应的灵敏度。如在Fe(SCN)3的溶液的溶液 中加入丙酮颜色加深。还可能提高显色反应的速率，中加入丙酮颜色加深。还可能提高显色反应的速率， 影响有色络合物的溶解度和组成等。影响有色络合物的溶解度和组成等。 60 (6) 干扰及其消除方法干扰及其消除方法 a. 控制溶液酸度控制溶液酸度 b. 加入掩蔽剂加入掩蔽剂 c. 利用氧化还原反应，改变干扰离子的价态利用氧化还原反应，改变干扰离子的价态 d. 利用校正系数利用校正系数 e. 用参比溶液消除显色剂和某些共存有色离子的干扰。用参比溶液消除显色剂和某些共存有色离子的干扰。 f. 选择适当的波长选择适当的波长 g. 当溶液中存在有消耗显色剂的干扰

43、离子时，可通过增当溶液中存在有消耗显色剂的干扰离子时，可通过增 加显色剂的用量来消除干扰。加显色剂的用量来消除干扰。 h. 预先分离的方法。预先分离的方法。 61 61 10.4 10.4 吸光光度分析及误差控制吸光光度分析及误差控制 10.4.1 10.4.1 测定波长的选择和标准曲线的制作测定波长的选择和标准曲线的制作 10.2.2 10.2.2 对朗伯对朗伯- -比耳定理的偏离比耳定理的偏离 62 10.4.1 测量波长的选择和标准曲线测量波长的选择和标准曲线 （1）测量波长的选择）测量波长的选择 为了使测定结果有较高的灵为了使测定结果有较高的灵 敏度，应选择被测物质的最大吸收波长的光作

44、为入敏度，应选择被测物质的最大吸收波长的光作为入 射光，这称为射光，这称为“最大吸收原则最大吸收原则”。选用这种波长的。选用这种波长的 光进行分析，不仅灵敏度高，且能减少或消除由非光进行分析，不仅灵敏度高，且能减少或消除由非 单色光引起的对朗伯单色光引起的对朗伯-比尔定律的偏离。比尔定律的偏离。 但是，在最大吸收波长处有其他吸光物质干扰测定但是，在最大吸收波长处有其他吸光物质干扰测定 时，则应根据时，则应根据“吸收最大，干扰最小吸收最大，干扰最小”的原则来选的原则来选 择入射光波长。择入射光波长。 63 例例 丁二酮肟光度法测钢中丁二酮肟光度法测钢中 镍，络合物丁二酮肟镍的最镍，络合物丁二酮肟

45、镍的最 大吸收波长为大吸收波长为470 nm，但试，但试 样中的铁用酒石酸钠掩蔽后，样中的铁用酒石酸钠掩蔽后， 在在470 nm处也有一定吸收，处也有一定吸收， 干扰镍的测定。为避免铁的干扰镍的测定。为避免铁的 干扰，可以选择波长干扰，可以选择波长 520 nm进行测定，虽然测镍的进行测定，虽然测镍的 灵敏度有所降低，但酒石酸灵敏度有所降低，但酒石酸 铁不干扰镍的测定。铁不干扰镍的测定。 64 定性分析和定量分析的基础定性分析和定量分析的基础 根据物质对光的最根据物质对光的最 大吸收波长，可进大吸收波长，可进 行定性分析。行定性分析。 一定的实验条件下，一定的实验条件下， 物质对光的吸收与物质

46、对光的吸收与 物质的浓度成正比。物质的浓度成正比。 根据物质对光的吸根据物质对光的吸 收多少可进行物质收多少可进行物质 的定量分析。的定量分析。 Curve Absorption Spectrum 65 标准曲线标准曲线(calibration curve ) 制作标准曲线的方法为制作标准曲线的方法为 在选择的实验条件下分别测在选择的实验条件下分别测 量一系列不同含量的标准溶量一系列不同含量的标准溶 液的吸光度，以标准溶液中液的吸光度，以标准溶液中 待测组分的含量为横坐标，待测组分的含量为横坐标， 吸光度为纵坐标作图，得到吸光度为纵坐标作图，得到 一条通过原点的直线，称为一条通过原点的直线，称

47、为 标准曲线标准曲线，此时测量待测溶此时测量待测溶 液的吸光度，在标准曲线上液的吸光度，在标准曲线上 就可以查到与之相对应的被就可以查到与之相对应的被 测物质的含量。测物质的含量。 A 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0 2.0 4.0 6.0 8.0 10 m mg/mL 66 10.4.2 对朗伯对朗伯-比尔定律的偏离比尔定律的偏离 在吸光光度分析中，经常出现标准曲线不呈直线的在吸光光度分析中，经常出现标准曲线不呈直线的 情况，特别是当浓度较高时，标准曲线明显弯曲。情况，特别是当浓度较高时，标准曲线明显弯曲。 偏离比尔定律的主要原因有：偏离比尔定律的主要原因有： u 非单

48、色光引起的偏离非单色光引起的偏离 u 介质不均匀引起的偏离介质不均匀引起的偏离 u 由于溶液本身的化学反应由于溶液本身的化学反应( (解解 离、缔合、形成新化合物或互离、缔合、形成新化合物或互 变异构等化学变化变异构等化学变化) )引起的偏离引起的偏离 67 10.4.3 吸光度测量的误差吸光度测量的误差 在吸光光度分析中，仪器测量不准确也是误差在吸光光度分析中，仪器测量不准确也是误差 的主要来源。这些误差可能来源于光源不稳定，实的主要来源。这些误差可能来源于光源不稳定，实 验条件偶然变动，读数不准确等。验条件偶然变动，读数不准确等。 在光度计中，透射率的标尺刻度均匀。吸光度在光度计中，透射率

49、的标尺刻度均匀。吸光度 标尺刻度不均匀。对于同一仪器，读数的波动对透标尺刻度不均匀。对于同一仪器，读数的波动对透 射率为一定值；而对吸光度读数波动则不再为定值。射率为一定值；而对吸光度读数波动则不再为定值。 吸光度越大，读数波动所引起的吸光度误差也吸光度越大，读数波动所引起的吸光度误差也 越大吸光度越大吸光度A在在0.2-0.8之间，测量的相对误差较小，之间，测量的相对误差较小， A=0.434（即（即T=36.8%）时，测量的相对误差最小。）时，测量的相对误差最小。 68 吸光度读数与相对误差吸光度读数与相对误差 若在测定吸光度若在测定吸光度A时产生了一个微小的绝对误差时产生了一个微小的绝对

50、误差dA， 则测量则测量A的相对误差为：的相对误差为： A dA Er 根据根据Lambert-Beer定律可得，定律可得， 微分后得，所以可得：微分后得，所以可得： 所以所以, , bcTAe e - - lg cb T dT dAd 434. 0e e - - c dc TT dT A dA Er lg 434. 0 根据根据Er与与T T作图可知，当作图可知，当A0.434A0.434时，测量的相时，测量的相 对误差最小，在对误差最小，在A A为为0.20.80.20.8范围内，相对误差较小范围内，相对误差较小 。 69 吸光度范围的选择吸光度范围的选择 从仪器测量误差的角度来看，为使测

51、量结果得从仪器测量误差的角度来看，为使测量结果得 到较高的准确度，一般应控制标准溶液和被测试液到较高的准确度，一般应控制标准溶液和被测试液 的吸光度在的吸光度在0.20.8范围内。可通过控制溶液的浓度范围内。可通过控制溶液的浓度 或选择不同厚度的吸收池来达到目的。或选择不同厚度的吸收池来达到目的。 70 10.5 其他吸光光度法其他吸光光度法 紫外可见分光光度法是测定无机离子和有机化合紫外可见分光光度法是测定无机离子和有机化合 物的有力手段。物的有力手段。 分光光度法的特点：（分光光度法的特点：（1）灵敏度高，常用于测定）灵敏度高，常用于测定 试样中试样中1%10-3%的微量组分，甚至可测定低

52、至的微量组分，甚至可测定低至10- 4 10-6%的痕量组分。（的痕量组分。（2）准确度较高。（）准确度较高。（3）操作）操作 简便、快速，仪器结构比较简单，成本低。简便、快速，仪器结构比较简单，成本低。 分光光度法应用十分广泛，几乎所有的无机离子分光光度法应用十分广泛，几乎所有的无机离子 和许多有机化合物都可以直接或间接地用分光光度和许多有机化合物都可以直接或间接地用分光光度 法进行测定。此外，分光光度法在对多组分分析以法进行测定。此外，分光光度法在对多组分分析以 及研究化学平衡、络合物的组成等方面及研究化学平衡、络合物的组成等方面(如络合物形如络合物形 成常数，酸碱离解常数的测定成常数，酸

53、碱离解常数的测定)都有广泛的应用。都有广泛的应用。 71 10.5 .1 目视比色法目视比色法 用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量 的方法。优点是操作简便，适宜于野外和现场快速测的方法。优点是操作简便，适宜于野外和现场快速测 定。可在复合光定。可在复合光- -白光下进行测定，某些不符合朗伯白光下进行测定，某些不符合朗伯- - 比尔定律的显色反应，仍可用该法进行测定。主要缺比尔定律的显色反应，仍可用该法进行测定。主要缺 点是准确度不高，标准系列不能久存，需要在测定时点是准确度不高，标准系列不能久存，需要在测定时 临时配制临时配制。 标准系列标准系

54、列: : (分别取分别取1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL 标准溶液标准溶液 5.0m mg/mL ) ) 试样试样 72 10.5 .2 示差吸光示差吸光光度光度法法 （differential spectrophotometry ） 吸光光度法一般仅适用于微量组分的测定，当待测吸光光度法一般仅适用于微量组分的测定，当待测 组分浓度过高或过低，会引起很大的测量误差，导致组分浓度过高或过低，会引起很大的测量误差，导致 准确度降低。示差吸光光度法可克服这一缺点。准确度降低。示差吸光光度法可克服这一缺点。 示差吸光光度法用比待测溶液浓度稍低的标准溶液示差吸光光度法用比待测溶液浓度稍低的标准

55、溶液 作参比。设参比溶液浓度为作参比。设参比溶液浓度为cs，待测溶液浓度为，待测溶液浓度为cx。 cbccbAAA sxsx - - - - e ee e)( A与与 c成正比。成正比。 ss bcAe e xx bcAe e 73 示差吸光光度法的误差示差吸光光度法的误差 74 10.5.3 双波长吸光光度法双波长吸光光度法 (double-wavelengh) 两束不同波长的单色光以一定的时间间隔交替地照射两束不同波长的单色光以一定的时间间隔交替地照射 同一吸收池，测量并记录两者吸光度的差值。这样可同一吸收池，测量并记录两者吸光度的差值。这样可 以从分析波长的信号中扣除来自参比波长的信号，

56、消以从分析波长的信号中扣除来自参比波长的信号，消 除各种干扰，得到待测组分的含量。方法的灵敏度、除各种干扰，得到待测组分的含量。方法的灵敏度、 选择性及测量的精密度高。被广泛用于环境试样及生选择性及测量的精密度高。被广泛用于环境试样及生 物试样的分析物试样的分析。 75 10.5.3 双波长吸光光度法双波长吸光光度法 A A与吸光物质浓度成正比。由于只用一个吸收池，与吸光物质浓度成正比。由于只用一个吸收池， 以试液本身对某一波长的光的吸光度为参比，消除以试液本身对某一波长的光的吸光度为参比，消除 了因试液与参比液及两个吸收池之间的差异引起的了因试液与参比液及两个吸收池之间的差异引起的 测量误差

57、，提高测量的准确度。测量误差，提高测量的准确度。 设波长为设波长为l l1和和l l2的两束单色光强度相等的两束单色光强度相等 bcA 11 l ll l e e bcAAA)( 2121 l ll ll ll l e ee e- - - - bcA 22 l ll l e e 76 导数分光光度法在多组导数分光光度法在多组 分同时测定、浑浊样品分同时测定、浑浊样品 分析、消除背景干扰、分析、消除背景干扰、 加强光谱的精细结构以加强光谱的精细结构以 及复杂光谱的辨析等方及复杂光谱的辨析等方 面，显示了很大的优越面，显示了很大的优越 性。性。 bcAe e bc A l l e e l ld d

58、 d d 吸收光谱曲线吸收光谱曲线 一阶导数光谱曲线一阶导数光谱曲线 二阶导数光谱曲线二阶导数光谱曲线 10.5.4 导数分光光度法导数分光光度法 Derivative Spectrometry 77 10.5.5 固相反射散射分光光度法简介固相反射散射分光光度法简介 固相分光光度法是一种集富集与测定为一体的灵敏、固相分光光度法是一种集富集与测定为一体的灵敏、 快速、简便的分析方法。本课题系统地研究了固相反快速、简便的分析方法。本课题系统地研究了固相反 射散射分光光度法的测定原理，设计了反射散射附件射散射分光光度法的测定原理，设计了反射散射附件 （专利号：（专利号：ZL97209315X），研

59、究了甲壳素、微晶萘、），研究了甲壳素、微晶萘、 树脂、树脂、 硅胶、滤纸与硅胶、滤纸与环糊精包结物等多种固相富环糊精包结物等多种固相富 集剂（或载体）对岩石样品中的低含量元素的富集作集剂（或载体）对岩石样品中的低含量元素的富集作 用，建立了二十几个反射散射分光光度法的实际测量用，建立了二十几个反射散射分光光度法的实际测量 体系。体系。 Solid -phase reflection spectrophotometry 78 固相反射散射分光光度法的原理 吸光光度法与反射散射法的光路对照图吸光光度法与反射散射法的光路对照图 光电 倍增管 比色池 固相吸光光度法的检测光路图固相吸光光度法的检测光路图 I 反射镜 I 样品 光电倍增 管 固相反射散射分光光度固相反射散射分光光度 法检测光路图法检测光路图 79 固相反射散射分光光度法基本关系式固相反射散射分光光度法基本关系式 根据根据Kubelka-Munk 理论，光的散射遵循公式：理论，光的散射遵循公式： 式中式中,I0，IR分别为入射光与散射光的强度，分别为入射光与散射光的强度，S为反为反 射系数，射系数，K为线性吸收系数，为线性吸收系数，为被测物的摩尔吸光系为被测物的摩尔吸光系 数，数，c为被测物的摩尔浓度，根据线性吸收系数的定义，为被测物的摩尔浓度，根据线性吸收系数的定义， K=e e c，