无极分析化学可见光吸光光度法

1、1 10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理 10.2 可见光分光光度计可见光分光光度计 10.3 显色反应及显色条件的选择显色反应及显色条件的选择第第10章章 可见光吸光光度法2吸光光度法（吸光光度法（absorption photometry）：）：基于基于物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法。而建立起来的一种分析方法。包括比色法、分光光度法。包括比色法、分光光度法。10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法比色法比色法：比较有色溶液颜色的深浅确定有色物质含量：比较有色溶液颜色的深浅确定有色物质含量分光

2、光度法分光光度法： 依据物质对光的选择性吸收测定组分含量依据物质对光的选择性吸收测定组分含量根据物质对不同波长范围的光的吸收，分光光度法根据物质对不同波长范围的光的吸收，分光光度法分为：分为：可见可见、紫外、红外分光光度法等。、紫外、红外分光光度法等。3 吸光光度法同滴定分析法、重量分析法相比，吸光光度法同滴定分析法、重量分析法相比，有以下一些特点：有以下一些特点： (1) 灵敏度高灵敏度高 吸光光度法测定物质的浓度下限吸光光度法测定物质的浓度下限(最低浓度最低浓度)一般可达一般可达1-10-3 %的微量组分。对固体试的微量组分。对固体试样一般可测到样一般可测到10-5 %。如果对被测组分事先

3、加以富集，。如果对被测组分事先加以富集，灵敏度还可以提高灵敏度还可以提高1-2个数量级。个数量级。10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法4 (2) 准确度较高准确度较高 一般吸光光度法的相对误差为一般吸光光度法的相对误差为2-5%，其准确度虽不如滴定分析法及重量法，但对，其准确度虽不如滴定分析法及重量法，但对微量成分来说，还是比较满意的，因为在这种情况下，微量成分来说，还是比较满意的，因为在这种情况下，滴定分析法和重量法也不够准确了，甚至无法进行测滴定分析法和重量法也不够准确了，甚至无法进行测定。定。 (3) 操作简便，测定速度快。操作

4、简便，测定速度快。 (4) 应用广泛应用广泛 几乎所有的无机离子和有机化合几乎所有的无机离子和有机化合物都可直接或间接地用吸光光度法进行测定。物都可直接或间接地用吸光光度法进行测定。 现代分析化学的现代分析化学的“常规武器常规武器”10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法51. 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收 光是电磁波，具有波粒二象性，其波长、频率与速光是电磁波，具有波粒二象性，其波长、频率与速度之间的关系为：度之间的关系为：e = h = h c / （普朗克方程）（普朗克方程）h为普朗克常数，其值为为普朗克常数，其值为 6

5、.6310-34 js。不同波长的光。不同波长的光具有不同的能量。具有不同的能量。 ，e ； ，e 光谱或电磁波谱光谱或电磁波谱：光按照波长的长短顺序范围排列得光按照波长的长短顺序范围排列得到的谱。到的谱。10.1.1 物质对光的选择性吸收与物质颜色的关系物质对光的选择性吸收与物质颜色的关系10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法6射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可 见 光近紫外：近紫外：200-400 nm可见光可见光：人眼所能感

6、觉到的波长范围：人眼所能感觉到的波长范围400-750 nm近红外：近红外：7502500 nm10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法7单色光：单一波长的光单色光：单一波长的光 （通常：波长处于某一范围的光通常：波长处于某一范围的光）复合光复合光：由不同波长的光组合而成的光。：由不同波长的光组合而成的光。例如：阳光、白炽灯炮发出的光等。例如：阳光、白炽灯炮发出的光等。不同物质对光的吸收具有选择性：不同物质对光的吸收具有选择性：复合光通过溶液时，复合光通过溶液时，某些波长的光被溶液吸收，另一些波长的光则透过，某些波长的光被溶液吸收，另一些

7、波长的光则透过，溶液的颜色溶液的颜色由由透射光的波长透射光的波长决定。决定。透射光与吸收光称为透射光与吸收光称为互补色光。互补色光。 (表表10-1 p251)10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法8不同颜色的可见光波长及其互补光不同颜色的可见光波长及其互补光10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法9光的互补：蓝光的互补：蓝 黄黄10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法1010.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第10

8、10章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法固体物质固体物质: 当光照射到固体物质时，物质对于不同波当光照射到固体物质时，物质对于不同波长的光的吸收、透过、反射、折射的程度不同而使物长的光的吸收、透过、反射、折射的程度不同而使物质呈现出不同的颜色：质呈现出不同的颜色： 光完全被吸收，则呈现黑色；光完全被吸收，则呈现黑色； 光完全被反射，则呈现白色；光完全被反射，则呈现白色； 光被吸收程度差不多，则呈现灰色；光被吸收程度差不多，则呈现灰色；如果物质选择性地吸收某些波长的光，那么，这种如果物质选择性地吸收某些波长的光，那么，这种物物质的颜色就由它所反射或透射光的颜色来决定质的颜色就由它所反射或透射光

9、的颜色来决定。 11 任何一种溶液对不同波长的光的吸收程度是不相等的任何一种溶液对不同波长的光的吸收程度是不相等的。溶液对单色光的吸收程度用溶液对单色光的吸收程度用吸光度吸光度a来描述来描述以以波长为横坐标波长为横坐标，以吸光度为纵坐标以吸光度为纵坐标可以得到一条曲线可以得到一条曲线 -吸收光谱曲线或吸收曲线吸收光谱曲线或吸收曲线清楚地描述了溶液对不同波长光的吸收情况清楚地描述了溶液对不同波长光的吸收情况10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法2. 吸收曲线吸收曲线12吸收曲线是分光光度法吸收曲线是分光光度法选择测量波长的依据选择测量波长

10、的依据 10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法光吸收程度最大处的波长，光吸收程度最大处的波长，称为称为最大吸收波长最大吸收波长，常用，常用最大最大 或或 max 表示表示图图10-1 kmno4溶液的吸收曲线溶液的吸收曲线(ckmno4: abcd)13定性分析基础定性分析基础 不同物质具有不同的特征吸收曲线，据此可进行物不同物质具有不同的特征吸收曲线，据此可进行物质的定性分析质的定性分析。（物质对光的选择吸收）。（物质对光的选择吸收）定量分析基础定量分析基础 对于同一物质，浓度不同，其吸收曲线的形状和最对于同一物质，浓度不同，其吸收曲

11、线的形状和最大吸收波长是固定不变的，只是在同一波长下吸光度随大吸收波长是固定不变的，只是在同一波长下吸光度随浓度的增大而增大，据此可进行定量分析浓度的增大而增大，据此可进行定量分析。（一定的实。（一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。）验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。）10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法14iti0iri0 = ir + ia + itia 在分光光度测定中，盛溶液的比色皿都是采用相在分光光度测定中，盛溶液的比色皿都是采用相同质量的光学玻璃制成的，反射光的强度基本上是不同质量的光学玻璃制成的

12、，反射光的强度基本上是不变的变的(一般约为入射光强度的一般约为入射光强度的4)，其影响可以互相，其影响可以互相抵消，于是可以简化为抵消，于是可以简化为 i0 it + ia 10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法10.1.2 朗伯朗伯-比尔定律比尔定律-定量分析的理论依据定量分析的理论依据 入射光的强度为入射光的强度为i0吸收光的强度为吸收光的强度为ia透过光的强度为透过光的强度为it反射光的强度为反射光的强度为ir1510.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法溶液对单色光的吸收程度

13、用溶液对单色光的吸收程度用吸光度吸光度a来描述来描述单色光透过溶液的程度用单色光透过溶液的程度用透光率透光率t来描述来描述tiia0lg0lgiitttalg朗伯朗伯-比耳定律（光吸收定律）比耳定律（光吸收定律） 1760年和年和1852年研究了光的吸收与有色溶液液层的年研究了光的吸收与有色溶液液层的厚度及溶液浓度的定量关系：厚度及溶液浓度的定量关系：bcat=16a 吸光度吸光度b 液层厚度液层厚度(光程长度光程长度/cm)c 物质的量浓度物质的量浓度(mol l-1) 摩尔吸光系数摩尔吸光系数(l mol-1 cm-1)10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光

14、吸光光度法可见光吸光光度法bca当当 c 的单位用的单位用gl-1表示时，用表示时，用 a 表示：表示： aabcbct10talga 的单位的单位: lg-1cm-117吸光度吸光度(a)、透光率、透光率(t)与浓度与浓度(c)的关系的关系atca= bc线性关系线性关系10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法bct1018 在分光光度分析实践中，我们不能直接取在分光光度分析实践中，我们不能直接取 1 mol l-1 这样高浓度的有色溶液来测定摩尔吸光系数值，而是在适这样高浓度的有色溶液来测定摩尔吸光系数值，而是在适宜的宜的低浓度低浓度

15、时测定吸光度，然后通过计算求得时测定吸光度，然后通过计算求得 值。值。 测定条件一定时，测定条件一定时， 的大小取决于物质的性质，是物的大小取决于物质的性质，是物质的特征值质的特征值。 max常用来衡量光度法灵敏度的高低，常用来衡量光度法灵敏度的高低， max越大，灵越大，灵敏度越高。敏度越高。p25210.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法 摩尔吸光系数：吸光物质在一定波长和溶剂条件摩尔吸光系数：吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，表征显色反应灵敏度的重要参数。下的特征常数，表征显色反应灵敏度的重要参数。19适用范围适用范围：所有

16、的电磁辐射和所有的吸光物质。：所有的电磁辐射和所有的吸光物质。需满足的条件需满足的条件：（1）入射光为平行单色光且垂直照射；）入射光为平行单色光且垂直照射；（2）吸光物质为均匀非散射体系；）吸光物质为均匀非散射体系；（3）吸光质点之间无相互作用；）吸光质点之间无相互作用；（4）辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程，无荧）辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程，无荧光和光化学现象发生。光和光化学现象发生。10.1 分光光度法基本原理分光光度法基本原理第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法10.1.3 偏离朗伯偏离朗伯-比尔定律的原因比尔定律的原因（自学）（自学） 20 由光源、单色器（

17、分光系统）、吸收池、检测系光源、单色器（分光系统）、吸收池、检测系统和信号显示系统统和信号显示系统等五部分组成。10.2.1 光源光源 常用的光源为常用的光源为 6-12 伏低压伏低压钨丝灯钨丝灯（320-2500 nm）；近）；近紫外区测定时应使用紫外区测定时应使用氢灯或氘灯氢灯或氘灯作光源（作光源（185-380 nm）。）。 为了保持光源强度的稳定，电源由为了保持光源强度的稳定，电源由稳压器稳压器供给，以获得供给，以获得准确的测定结果，准确的测定结果，电压必须稳定电压必须稳定。10.2 可见光分光光度计可见光分光光度计10.2 可见光分光光度计可见光分光光度计第第1010章章 可见光吸光

18、光度法可见光吸光光度法2110.2.2 单色器（分光系统）单色器（分光系统） 单色器的作用单色器的作用从光源发出的复合光中分出所需要的单色光。 单色器单色器通常由由入射狭缝入射狭缝、准直镜准直镜、色散元件（棱镜色散元件（棱镜或光栅或光栅）、聚焦镜聚焦镜和出射狭缝出射狭缝组成。玻璃棱镜： 360-3200 nm 使用，主要用于可见分光光度计；石英棱镜： 200-4000 nm 使用，主要用于紫外-可见分光光度计。10.2 可见光分光光度计可见光分光光度计第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法2210.2.3 吸收池（比色皿）吸收池（比色皿） 用于用于盛装参比溶液盛装参比溶液、试样溶液

19、的容器。通常仪器配有厚、试样溶液的容器。通常仪器配有厚度为度为0.5、1、2和和3 厘米厘米规格的比色皿。规格的比色皿。可见光区：光学玻璃比色皿可见光区：光学玻璃比色皿 紫外光区：采用石英比色皿紫外光区：采用石英比色皿10.2.4 检测系统检测系统(又叫光电转化器又叫光电转化器) 在光度计中，常用的是在光度计中，常用的是硒光电池硒光电池。硒光电池和眼睛相似，。硒光电池和眼睛相似，对于各种不同波长的光，灵敏度是不同的。对于波长为对于各种不同波长的光，灵敏度是不同的。对于波长为500-600 nm的光最灵敏。而对紫外线、红外线则不能应用。的光最灵敏。而对紫外线、红外线则不能应用。 光电管和光电倍增

20、管用于较精密的分光光度计中光电管和光电倍增管用于较精密的分光光度计中，具有灵，具有灵敏度高、光敏范围广及不易疲劳等特点。敏度高、光敏范围广及不易疲劳等特点。 10.2 可见光分光光度计可见光分光光度计第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法2310.2.5 信号显示系统信号显示系统 其作用是检测光电流强度的大小，并以一定的方其作用是检测光电流强度的大小，并以一定的方式显示或记录下来。式显示或记录下来。 早期使用的是检流计、微安表、电位计、数字电早期使用的是检流计、微安表、电位计、数字电压表、自动记录仪等。现代的分光光度计广泛采用数压表、自动记录仪等。现代的分光光度计广泛采用数字电压表

21、、函数记录仪、示波器及数据处理台等。字电压表、函数记录仪、示波器及数据处理台等。10.2 可见光分光光度计可见光分光光度计第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法24 10.3 显色反应及显色条件的选择显色反应及显色条件的选择第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法10.3 显色反应及显色条件的选择显色反应及显色条件的选择p256) （1） 灵敏度高灵敏度高 （2）选择性好选择性好 （3）显色剂在测定波长处无明显吸收（4）生成有色化合物组成恒定2510.3.2 显色剂显色剂 （1）无机显色剂无机显色剂如：cu2+与氨水形成深蓝色的配离子cu(nh3)42+ scn-与fe3

22、+形成红色的配合物fe(scn)63-等。 但是多数无机显色剂的灵敏度和选择性都不高，其中性能较好、目前还有实用价值的有硫氰酸盐、钼酸铵、氨水和过氧化氢等。 （2）有机显色剂有机显色剂 许多有机显色剂，在一定条件下，能与金属离子生成有色的金属螯合物(具有环状结构的配合物)。10.3 显色反应及显色条件的选择显色反应及显色条件的选择第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法26有机显色剂及其显色产物的颜色与显色剂的结构有关：有机显色剂及其显色产物的颜色与显色剂的结构有关：生色团（发色团）：生色团（发色团）：分子中的不饱和基团分子中的不饱和基团助色团助色团：分子中含有孤对电子的基团（本身无颜色，但：分子中含有孤对电子的基团（本身无颜色，但影响有机试剂及其与金属离子的配合物的颜色）影响有机试剂及其与金属离子的配合物的颜色）10.3 显色反应及显色条件的选择显色反应及显色条件的选择第第1010章章 可见光吸光光度法可见光吸光光度法有机显色剂的种类很多，应用较广泛的几种如下：有机显色剂的种类很多，应用较广泛的几种如下： 邻二氮菲邻二氮菲 、 双硫腙双