第8章吸收光谱法

1、第八章第八章 吸收光谱法吸收光谱法知识点：知识点：v吸收光谱的产生吸收光谱的产生v光吸收基本定律光吸收基本定律v比色分析和分光光度法比色分析和分光光度法v分光光度法的应用分光光度法的应用光与溶液的颜色光与溶液的颜色吸收光谱曲线吸收光谱曲线光吸收基本定律光吸收基本定律朗伯比尔定律的适用范围朗伯比尔定律的适用范围8.18.1 吸收光谱8.1.1 光与溶液的颜色光与溶液的颜色可见光：可见光：400760nm近紫外光：近紫外光：200400nm近红外光：近红外光：76025000nm远红外远红外 光：光：25500um颜色颜色400450紫紫450480蓝蓝480490青蓝青蓝490500青青5005

2、60绿绿560580黄绿黄绿580600黄黄600650橙橙650760红红单色光：单色光：具有同一波长，一种颜色的光。复合光：复合光：几种单色光混合起来的光。黄蓝绿紫橙青蓝青红互补光：互补光：一对相互混合成白光的单色光。白光吸收光谱的产生吸收光谱的产生: 当以一定范围的光波连续照射分子或原子时，当以一定范围的光波连续照射分子或原子时，就有一个或几个一定波长的光波被吸收，透过就有一个或几个一定波长的光波被吸收，透过的光谱中不出现这些波长的光，称为吸收光谱。的光谱中不出现这些波长的光，称为吸收光谱。 若吸收光谱在可见光范围内，由于光的互补若吸收光谱在可见光范围内，由于光的互补性，溶液呈现透过光的

3、波长颜色。性，溶液呈现透过光的波长颜色。8.1.2 吸收光谱曲线吸收光谱曲线吸收光谱曲线吸收光谱曲线 例：将不同波长的单色光依次通过固定浓度的高锰酸例：将不同波长的单色光依次通过固定浓度的高锰酸钾溶液，同时测量每一波长下钾溶液，同时测量每一波长下 溶液对光的吸收程度溶液对光的吸收程度(A)。有吸收峰有吸收峰 最大吸收波长最大吸收波长( (maxmax ) )在吸收峰处的波长。1n测A1AnA(nm)400 500 6000.30.20.1max是特征的，与浓度无关。是特征的，与浓度无关。 每种物质都有其特征吸收曲线，可做定性分析依据。一定时，同一物质的吸收程度与浓度成正比。一定时，同一物质的吸

4、收程度与浓度成正比。 这是定量分析依据。max 525C1C2C3C1C2C38.1.3 光吸收基本定律光吸收基本定律朗伯比尔定律朗伯比尔定律Io入射光强度入射光强度 L液层厚度（液层厚度（cm）It透过光强度透过光强度 C溶液浓度溶液浓度 入射光波长入射光波长 朗伯比尔定律：朗伯比尔定律：一定IoItCL10 k C LtoIIk 比例系数,与物质、 、单位有关。lg otIk C LI 当一束波长一定的单色光通过均匀溶液时，溶液当一束波长一定的单色光通过均匀溶液时，溶液对光的吸收程度与液层的厚度及溶液的浓度成正比。对光的吸收程度与液层的厚度及溶液的浓度成正比。kCLtoII10两边取对数：

5、10 k C LtoIIk 比例系数,与物质、 、单位有关。C为为mol/L： k为为 摩尔吸收系数（摩尔吸收系数（L/molcm）C为为 g/L ： k为为 a吸收系数（吸收系数（ L/gcm）lg otIC LI a 和是物质在一定波长下的特征常数，反映显色反应的灵敏度。 与波长有关。在最大吸收波长处的为max，一般通过实验测得。比例系数比例系数 k 朗伯比尔定律：朗伯比尔定律：LCaIItolg或：或： 一般常用。越大，显色反应的灵敏度越高。令：令： lg 0 )otAII，取值:(吸光度 ( AC L朗伯比尔定律）lg otIC LI由：吸光度吸光度A；，即光全部吸收无透过，即光全部吸

6、收无透过时，时，当：当：；，即光全部透过无吸收，即光全部透过无吸收时，时，当：当：AIAIItot 00 ；，即光全部吸收无透过，即光全部吸收无透过时，时，当：当：；，即光全部透过无吸收，即光全部透过无吸收时，时，当：当：AIAIItot 00 又令：又令： 100% 0) toIIT，取值:(透光率 lg(TC L朗伯比尔定律）A与与T关系关系：lgTA透光率透光率Tlg otIC LI再由：，全全部部吸吸收收无无透透过过；时时，当当：，光光全全部部透透过过无无吸吸收收；时时，当当：0 0%100 TITIItot，光全部吸收无透过；，光全部吸收无透过；时，时，当：当：，光全部透过无吸收；，

7、光全部透过无吸收；时，时，当：当：0 0%100 TITIItot8.1.4 朗伯比尔定律的适用范围朗伯比尔定律的适用范围 当当和L一定时：A=KC适用范围：适用范围： A=0.20.8AC标准曲线偏离朗伯比尔定律的原因：偏离朗伯比尔定律的原因：1.1.单色光不纯引起偏差单色光不纯引起偏差; ; 消除方法：消除方法：用单色光较纯的仪器。用单色光较纯的仪器。浓度越小，偏离越小。浓度越小，偏离越小。 A选择最大吸收波长为工作波长。选择最大吸收波长为工作波长。2.化学因素引起偏差化学因素引起偏差2227244 2 22 345 375Cr OH OHCrOHCrOnmnm例：偏离朗伯偏离朗伯比尔定律

8、比尔定律比色分析法：比色分析法：利用溶液颜色的深浅与溶液浓度的利用溶液颜色的深浅与溶液浓度的关系来确定物质含量的方法。关系来确定物质含量的方法。特点：特点：1.灵敏度高。（灵敏度高。（10-310-6mol/L) 2.准确度较高。（准确度较高。（210） 3.操作简便、测定快。操作简便、测定快。 4.应用广泛。应用广泛。目视比色法目视比色法分光光度法分光光度法8.28.2 比色法和分光光度法8.2.1 目视比色法目视比色法 (Visual Colorimetry) 直接用眼睛观察、比较溶液颜色深浅来测定物直接用眼睛观察、比较溶液颜色深浅来测定物质含量的方法。质含量的方法。仪器：仪器： 比色管。

9、比色管。方法：方法： 1.1.配制一系列不同浓度体积一定的标准有色溶液。配制一系列不同浓度体积一定的标准有色溶液。 2.取一定体积水样，加入与标准溶液同样试剂，稀释取一定体积水样，加入与标准溶液同样试剂，稀释至同样体积。至同样体积。 3.从比色管口向下观察水样与标准溶液颜色深浅。从比色管口向下观察水样与标准溶液颜色深浅。测定条件：测定条件：比色管要成套的。10 10CLCLoottIIII 标样，标，样；ttII，标，样若两溶液颜色相同： oILCC标样、 、 是相同的，10 10CLCLoottIIII 标样，标，样；测定原理：测定原理：优点：优点：操作简便、仪器简单。 灵敏度较高（液层较厚

10、）缺点：缺点：标准溶液不能久存。 准确度不太高。520%。 用分光光度计来进行比色分析的方法用分光光度计来进行比色分析的方法1.1.特点：特点：.提高了准确度和灵敏度。（提高了准确度和灵敏度。（2 25 5） .测量范围扩大到紫外和红外光区。测量范围扩大到紫外和红外光区。 .可选择任意波长的单色光。可选择任意波长的单色光。2.2.分光光度计分光光度计种类：可见分光光度计种类：可见分光光度计 360800nm 紫外可见分光光度计紫外可见分光光度计 2001000nm 红外分光光度计红外分光光度计 760400000nm8.2.2 分光光度法分光光度法 (Spectrophotometry)8.2

11、.3 紫外可见分光光度计光学系统和测量系统紫外可见分光光度计光学系统和测量系统1.1.光源：光源：钨灯钨灯( (可见光可见光) )或氢灯或氢灯( (紫外光紫外光) )、透镜、反射镜。、透镜、反射镜。3.3.吸收系统：吸收系统：吸收池：成套比色皿吸收池：成套比色皿( (玻璃或石英玻璃或石英) )、比色槽。、比色槽。 光栏（调节光量）光栏（调节光量）4.4.检测系统：检测系统：光闸、光电管光闸、光电管( (光信号转为电信号光信号转为电信号) )、放大器、放大器 ( (放大电信号放大电信号) )、检流计、检流计( (刻度或数显，显示刻度或数显，显示A A或或T)T)。2.2.分光系统：分光系统：棱镜

12、或光栅（玻璃或石英棱镜或光栅（玻璃或石英, ,分光分光）、）、狭缝（截狭缝（截 取单色光）、准直镜（角度可调）取单色光）、准直镜（角度可调）。8.2.4 分光光度法测量条件的选择分光光度法测量条件的选择1. 选择入射光的波长选择入射光的波长“最大吸收原则最大吸收原则”选选maxmax为工为工作波长。作波长。 “ “吸收最大、干扰最小吸收最大、干扰最小” 若若maxmax处有干扰，选灵敏度稍低但处有干扰，选灵敏度稍低但能避免干扰处波长。能避免干扰处波长。2. 控制吸光度范围：控制吸光度范围：A=0.20.8 （ A= CL） 方法：定量调整被测组分浓度。方法：定量调整被测组分浓度。 选不同厚度的

13、比色皿。选不同厚度的比色皿。3. 选择适当的参比液（空白溶液）选择适当的参比液（空白溶液）A(nm)max干扰干扰物质物质8.3 8.3 显色反应及其影响因素显色反应及其影响因素8.3.1 显色反应显色反应1.氧化还原反应：例氧化还原反应：例2.络合反应：例络合反应：例显色反应条件显色反应条件1.选择性好选择性好2.灵敏度高灵敏度高3.组成恒定，化学性质稳定。组成恒定，化学性质稳定。32225()()FeSCNFeSCNFe SCNFe SCN、.4.有色化合物与显色剂颜色差别要大有色化合物与显色剂颜色差别要大maxmax60MRRnm22228244max258 21016 525MnS O

14、H OMnOSOHnm22+12821282 3max3 () () 508FeC H NFe C H Nnm红R显色剂；显色剂；MR有色物质。有色物质。8.3.2显色剂显色剂 无机显色剂：无机显色剂：在组成恒定、稳定性、选择性、灵敏度上不能满足要求。 有机显色剂：有机显色剂：一般形成稳定的螯合物，选择性、灵敏度都较高。8.3.3多元络合物多元络合物 由3种及3种以上组分形成的络合物。 选择性更好； 灵敏度更高； 稳定性更强。8.3.4 影响显色反应的因素影响显色反应的因素1. 显色剂的用量显色剂的用量( MRMR金属离子显色剂有色络合物） （）（）（通过试验确定）（通过试验确定）ACRc1

15、c2c1 c2c1固定固定M M的浓度和其它条件，作的浓度和其它条件，作A-CA-CR R曲线：曲线： ：在c1c2之间选择显色剂用量。: 在c1c2之间选择显色剂用量。：严格控制显色剂的用量。2. H+的影响的影响ApHpH1 pH2( MRMR金属离子显色剂有色络合物） （）（）HRH+（1）显色剂的酸效应有些显色剂：H+增加，R降低，平衡左移。（2） H+改变对显色剂颜色的影响有些显色剂具有酸碱指示剂的性质，不同H+ 下具有不同颜色。（3） H+对M离子状态的影响有的M易水解沉淀或生成羟基配离子，影响M参加主反应。M(OH)nOH-（4） H+对MR组成的影响一般通过实验确定pH范围，用

16、缓冲溶液控制pH值。3. 显色温度：显色温度：一般室温，也有需加热。一般室温，也有需加热。5. 溶剂溶剂 有的有机溶剂可以降低MR的离解度，提高显色灵敏度；有的有机溶剂可以增加MR的溶解度，可以用萃取的方法增加测定的灵敏度。6. 干扰离子影响干扰离子影响 消除方法：在显色后t1 t2间完成吸光度的测定A tt1 t24. 显色时间显色时间（通过试验确定）（通过试验确定）（1）控制溶液pH值；（2）加掩蔽剂；（3）改变干扰离子的状态；（4）选择适当的参比液；（5）分离干扰离子。8.4.1 8.4.1 标准曲线法标准曲线法1.1. 取取5 51010个不同量的标准溶液，加个不同量的标准溶液，加显色

17、剂和其它试剂，稀释至一定体显色剂和其它试剂，稀释至一定体积积标准有色溶液，在选定波长下标准有色溶液，在选定波长下测测A A标标。2.2. 作标准曲线作标准曲线 A A标标-C-C标标5.5. 换算成水样的浓度。换算成水样的浓度。8.4 8.4 吸收光谱法的定量分析方法吸收光谱法的定量分析方法ACAXCX3.3. 一定体积的水样加同样的显色剂和其它试剂，稀释一定体积的水样加同样的显色剂和其它试剂，稀释至一定体积至一定体积, , 在选定波长下测在选定波长下测A AX X。4.4. 在曲线上找出与在曲线上找出与A AX X相对应的相对应的C CX X。要求：要求：1.1.严格符合朗伯比尔定律。严格符

18、合朗伯比尔定律。 2. 2.待测液浓度与标准溶液浓度相近。待测液浓度与标准溶液浓度相近。8.4.2 标准对照法标准对照法标准溶液标准溶液 水样水样 显色剂显色剂其它试剂其它试剂测吸光度测吸光度 maxmaxA标标Ax XXACAC标标 XXACCA标标8.4.3 最小二乘法（回归分析法）最小二乘法（回归分析法）当L一定时，A与C呈直线关系，假设为： C = a A + bAAnA2A1CCnC2C1；niiniiiAACCAAa121)()(AaCbC与A之间的线性关系的密切程度用相关系数衡量：）（；10 )()()(12121niiniiniiiAACCCCAA 用一系列不同浓度的标准溶液测

19、A：水样显色后水样显色后测测A，带入直，带入直线方程求线方程求C。8.6.1 天然水中铁的测定（邻二氮菲分光光度法）天然水中铁的测定（邻二氮菲分光光度法） 铁含量高使水体混浊：铁含量高使水体混浊：测定原理：测定原理： 1.测总铁：测总铁： 水样中加盐酸并加热，冷却后加入盐酸羟胺。水样中加盐酸并加热，冷却后加入盐酸羟胺。8.6 8.6 吸收光谱法的应用吸收光谱法的应用222232472O38FeOH OFeH OH 32222222242FeNH OH HClFeNH OHCl 22+12821282 3max3 () () 508FeC H NFe C H Nnm红加入邻二氮菲显色：加入邻二氮

20、菲显色： 2.测亚铁：测亚铁： 不加盐酸加热，不加盐酸羟胺，其余与总铁相同。不加盐酸加热，不加盐酸羟胺，其余与总铁相同。测量条件及注意事项：测量条件及注意事项： 1. 测定的测定的pH=29，一般用醋酸缓冲液控制一般用醋酸缓冲液控制pH值值45 。 2.显色后可稳定显色后可稳定6个月。个月。 3.最低检出：最低检出：0.03mg/L。含铁大于。含铁大于5mg/L时需预先将时需预先将水样稀释。水样稀释。 4.有关离子干扰，可用相应的方法消除。有关离子干扰，可用相应的方法消除。 5. 用标准曲线法用标准曲线法8.6.2 水中氮素化合物及总氮的测定水中氮素化合物及总氮的测定天然水中氮的主要存在形式：

21、天然水中氮的主要存在形式： 有机态氮有机态氮 氨氮氨氮 亚硝酸盐氮亚硝酸盐氮 硝酸盐氮硝酸盐氮4CuSO42NHSOH)(4加热加热浓浓有机氮、氨氮有机氮、氨氮水样水样凯氏氮凯氏氮凯氏氮凯氏氮（用用硼硼酸酸溶溶液液吸吸收收）蒸蒸馏馏3NaOH,4NHNH用后述方法测氨氮。用后述方法测氨氮。氨氮（氨氮（NH3、NH4+)：纳氏试剂光度法纳氏试剂光度法预处理：预处理：水样在一定条件下蒸馏或混凝过滤。水样在一定条件下蒸馏或混凝过滤。显色：显色：加纳氏试剂加纳氏试剂2432222372 ( K HgIKOHNHKIH OHg ONHI纳氏试剂）（黄棕色）maxmax420nm420nm，最低检出：最低检出：0.0250.025mg/Lmg/L可用标准曲线法或目视比色法。可用标准曲线法或目视比色法。（用用硼硼酸酸溶溶液液吸吸收收）蒸蒸馏馏3NaOH,4NHNH亚硝酸盐氮（亚硝酸盐氮（NO2）水样在水样在