第10章 吸光光度分析

1、1无机及分析化学无机及分析化学 本章主要介绍可见分光光度法的基本原理、仪器的本章主要介绍可见分光光度法的基本原理、仪器的基本结构和有关应用。基本结构和有关应用。第十章第十章 吸光光度分析法吸光光度分析法1 1、熟悉吸光光度法的特点；、熟悉吸光光度法的特点；2 2、掌握吸光光度法的基本原理及适用范围；、掌握吸光光度法的基本原理及适用范围；3 3、了解吸光光度法的分析方法以及显色反应和显、了解吸光光度法的分析方法以及显色反应和显色条件的选择；色条件的选择；4 4、了解吸光光度法仪器构造及测量条件的选择。、了解吸光光度法仪器构造及测量条件的选择。学习要求学习要求2无机及分析化学无机及分析化学1010

2、1 1 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收三、朗伯、朗伯比耳定律比耳定律四、偏离朗伯四、偏离朗伯比耳定律的原因比耳定律的原因10103 3 光度分析法及其仪器光度分析法及其仪器一、目视比色法一、目视比色法二、分光光度法及分光光度计二、分光光度法及分光光度计一、显色反应与显色剂一、显色反应与显色剂 二、影响显色反应的因素二、影响显色反应的因素 10104 4 吸光光度法的应用吸光光度法的应用 10102 2 显色反应及其影响因素显色反应及其影响因素一、吸光光度法的特点一、吸光光度法的特点三、吸光度测量条件的选择三、吸光度测量条件的选择3无机及

3、分析化学无机及分析化学 吸光光度分析：吸光光度分析：利用物质对光的选择性吸收特性进行利用物质对光的选择性吸收特性进行测定测定一种分析方法，主要适用于微量组分分析。包括可一种分析方法，主要适用于微量组分分析。包括可见光吸光光度法、紫外吸光光度法、红外吸收光谱法。见光吸光光度法、紫外吸光光度法、红外吸收光谱法。 紫外紫外- -可见光吸光光度法简称为吸光光度法。可见光吸光光度法简称为吸光光度法。10101 1 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理1.1.灵敏度高灵敏度高 测定含量可低至测定含量可低至10104 410106 6% % ； 2.2.准确度好准确度好 相对误差一般为相对误差一般为2

4、25%5% ；3.3.快速简便快速简便 步骤包括将样品处理成溶液、显色、测定，步骤包括将样品处理成溶液、显色、测定，所需的仪器设备均不复杂，操作简便，易于掌握所需的仪器设备均不复杂，操作简便，易于掌握 ；4.4.应用广泛应用广泛一、吸光光度法的特点一、吸光光度法的特点4无机及分析化学无机及分析化学光的互补色示意图光的互补色示意图 二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收1.1.单色光、复合光、互补色光单色光、复合光、互补色光单色光单色光：具有同一波长的光具有同一波长的光复合光复合光：由不同波长的光组由不同波长的光组成的光成的光互补色光互补色光：适当颜色的两种单适当颜色的两种单色光按一定

5、的强度比例混合，色光按一定的强度比例混合，也可以成为白光，这两种单色也可以成为白光，这两种单色光被称为互补色光光被称为互补色光 白光白光青蓝青蓝青青绿绿黄黄橙橙红红紫紫蓝蓝5无机及分析化学无机及分析化学是由于物质是由于物质对不同波长的光具有选对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产生择性的吸收作用而产生的，的，。例：硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色；例：硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色； 高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。 如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以得白光，这两种光就叫可以得白光，这两

6、种光就叫。物质呈现。物质呈现的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。6无机及分析化学无机及分析化学 /nm颜色颜色互补光互补光400-450紫黄绿450-480蓝蓝黄黄480-490绿蓝绿蓝橙橙490-500蓝绿蓝绿红红500-560绿绿红紫红紫560-580黄绿黄绿紫紫580-610黄黄蓝蓝610-650橙橙绿蓝绿蓝650-760红红蓝绿蓝绿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白光白光青蓝青蓝青青绿绿黄黄橙橙红红紫紫蓝蓝7无机及分析化学无机及分析化学2、吸收光谱或吸收曲线、吸收光谱或吸收曲线 吸收曲线：将不同波长的单色光通过某一固定浓吸

7、收曲线：将不同波长的单色光通过某一固定浓度的有色溶液，测量对应波长下溶液对光的吸光度，度的有色溶液，测量对应波长下溶液对光的吸光度，然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，即可得然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，即可得一曲线，称为光吸收曲线一曲线，称为光吸收曲线。KMnO4 的吸收曲线的吸收曲线最大吸收波长，最大吸收波长， max定量分析的基础：某一波长定量分析的基础：某一波长下测得的吸光度与物质浓度下测得的吸光度与物质浓度关系的有关关系的有关8无机及分析化学无机及分析化学9无机及分析化学无机及分析化学300400500600350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.6

8、0.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光谱的吸收光谱350光谱定性分析基础：吸光谱定性分析基础：吸收曲线的形状和最大吸收曲线的形状和最大吸收波长收波长10无机及分析化学无机及分析化学三、三、 光吸收的基本定律光吸收的基本定律朗朗伯一比耳定律伯一比耳定律1. 朗伯比耳定律朗伯比耳定律 实践证明：实践证明：在分光光度法测量中，若入射光为单在分光光度法测量中，若入射光为单色光，则溶液对光的吸收程度仅与溶液的浓度和色光，则溶液对光的吸收程度仅与溶液的浓度和液层的厚度有关，描述它们之间定量关系的定律液层的厚度有关，描述它们之间定量关系的定律是朗伯比耳定律。是朗伯比耳定律。 11

9、无机及分析化学无机及分析化学I0：入射光强度：入射光强度I：透过光强度：透过光强度c ：溶液的浓度：溶液的浓度b：液层宽度：液层宽度0lgIAbcI T透光率（透射比）透光率（透射比）IT =I0tA吸光度吸光度T =10-A12无机及分析化学无机及分析化学 A = Kbc 其其物理意义是物理意义是：在一定温度下，一束平行的单：在一定温度下，一束平行的单色光通过均匀的非散射的溶液时，溶液对光的吸收程度与色光通过均匀的非散射的溶液时，溶液对光的吸收程度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。 A = abc （c：gL1，b：cm，K用用a表示，其单位为表示，其单位

10、为Lg1cm1，a称为质量吸光系数称为质量吸光系数 ） A =bc （c：molL1，b：cm，K用用表示，其单位为表示，其单位为Lmol1cm1，称为摩尔吸光系数称为摩尔吸光系数 ） 越大，反应越灵敏越大，反应越灵敏,可测定组分的浓度也越低。一般认为可测定组分的浓度也越低。一般认为104的显色反应属低灵敏度，在的显色反应属低灵敏度，在1045104时属中等灵时属中等灵敏度敏度, 在在6104105时属高灵敏度时属高灵敏度, 105属超高灵敏度。属超高灵敏度。13无机及分析化学无机及分析化学 质量吸光系数质量吸光系数a:当一定波长的单色光，通过浓度当一定波长的单色光，通过浓度为为1g/L，吸收

11、池的液层厚度为，吸收池的液层厚度为1cm的溶液时，测的溶液时，测得的吸光度。单位为得的吸光度。单位为L.g-1.cm-1 摩尔吸光系数摩尔吸光系数 物理意义：当一定波长的单色光，通过浓度为物理意义：当一定波长的单色光，通过浓度为1mol/L，吸收池的液层厚度为，吸收池的液层厚度为1cm的溶液时，测的溶液时，测得的吸光度。单位为得的吸光度。单位为L.mol-1.cm-1质量吸光系数，摩尔吸光系数质量吸光系数，摩尔吸光系数14无机及分析化学无机及分析化学解解：此题是关于：此题是关于a、的计算和转化的计算和转化Cu2+的质量浓度为的质量浓度为c = 0.5110- -6/10- -3 = 5.110

12、- -4 ( gL- -1)A = - -lgT = - -lg0.505 = 0.297a = A/bc = 0.297/(2.05.110- -4 ) = 291(Lg- -1cm- -1)= A/bc = 0.297/(2.05.110- -4 )/63.55 =1.9104（Lmol- -1cm- -1）例题例题 浓度为浓度为0.51g/mL的的Cu2+溶液，用双环已酮溶液，用双环已酮草酰二腙比色测定，在波长草酰二腙比色测定，在波长600nm处，用厚度为处，用厚度为2.0cm比色皿测得比色皿测得T = 50.5%，问吸光系数，问吸光系数a，摩尔，摩尔吸光系数吸光系数为多少为多少? (M

13、Cu= 63.55 g/mol)15无机及分析化学无机及分析化学解解: 由由A=-lgT=abc可得可得 T=10-abc 当当b1=1cm时，时，T1=10-ac=T 当当b2=2cm时，时，T2=10-2ac=T2例例2 某有色溶液，当用某有色溶液，当用1cm比色皿时，其透光度为比色皿时，其透光度为T，若改用，若改用2cm比色皿，则透光度应为多少？比色皿，则透光度应为多少？16无机及分析化学无机及分析化学 应用朗伯比耳定律时，必须掌握好以下条件应用朗伯比耳定律时，必须掌握好以下条件：入射光波长应为入射光波长应为maxmax，且单色性好；，且单色性好；被测溶液具有均匀性、非散射性被测溶液具有

14、均匀性、非散射性( (不浑浊不浑浊, ,也不呈胶体也不呈胶体) )；被测物质的浓度应在一定范围内。被测物质的浓度应在一定范围内。 必须指出：必须指出： 朗伯比耳定律不仅适用于朗伯比耳定律不仅适用于可见可见光光，也适用于，也适用于红外光红外光和和紫外光紫外光；不仅；不仅适用于适用于均匀非散射均匀非散射的液体的液体, ,也适用于也适用于固体固体和和气体气体。因此，。因此，它是各类吸光光它是各类吸光光度法定量的依据度法定量的依据, ,用途很广。用途很广。 17无机及分析化学无机及分析化学4、偏离朗伯、偏离朗伯比耳定律的因素比耳定律的因素 定量分析时，通常液层定量分析时，通常液层厚度是相同的，按照比尔

15、厚度是相同的，按照比尔定律，浓度与吸光度之间定律，浓度与吸光度之间的关系应该是一条通过直的关系应该是一条通过直角坐标原点的直线。但在角坐标原点的直线。但在实际工作中，往往会偏离实际工作中，往往会偏离线性而发生弯曲。线性而发生弯曲。 0 1 2 3 4 mg/mLA。 。 。 。*0.80.60.40.20工作曲线工作曲线18无机及分析化学无机及分析化学 物理因素物理因素(1)(1)比尔定律的局限性比尔定律的局限性 比耳定律假设了吸收粒子之间是无相互作用的，比耳定律假设了吸收粒子之间是无相互作用的，因此仅在稀溶液因此仅在稀溶液（c 10-2 mol/L )的情况下才适用。的情况下才适用。(2)(

16、2)非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离 朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，但朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，但在实际工作中，入射光是具有一定波长范围的。在实际工作中，入射光是具有一定波长范围的。19无机及分析化学无机及分析化学 溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。例：例： 测定时，在大部分波长处，测定时，在大部分波长处，Cr2O72-的的k值与值与CrO42-的的k值是很不相同的。值是很不相同的。A与与c不成线性关系。不成线性关系。例：显色剂例：显色剂KSCN与与Fe3+形成红色配合物形成红色配合物Fe(S

17、CN)3，存在下列平，存在下列平衡：衡： Fe(SCN)3 Fe3+ + 3SCN溶液稀释时一倍时，上述平衡向右，离解度增大。所以溶液稀释时一倍时，上述平衡向右，离解度增大。所以Fe(SCN)3的浓度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，导致的浓度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，导致偏离朗伯偏离朗伯比尔定律。比尔定律。 化学因素化学因素20无机及分析化学无机及分析化学显色反应一般可表示为显色反应一般可表示为： M + R MR (被测组分被测组分) (显色剂显色剂) (有色化合物有色化合物)102 显色反应及其影响因素显色反应及其影响因素一、显色反应与显色剂一、显色反应与显色剂显色反应显色反

18、应：加入某种试剂使被测组分变成有色化合物的反应加入某种试剂使被测组分变成有色化合物的反应 在光度分析中生成有色物质的反应主要有配位反应、在光度分析中生成有色物质的反应主要有配位反应、氧化还原反应等，其中以配位反应应用最广。氧化还原反应等，其中以配位反应应用最广。 显色剂显色剂 与待测组分形成有色化合物的试剂与待测组分形成有色化合物的试剂 显色剂显色剂21无机及分析化学无机及分析化学 显色反应必须符合下列要求：显色反应必须符合下列要求： 显色反应的灵敏度要高。显色反应的灵敏度要高。 有色化合物组成要固定、稳定性要高。有色化合物组成要固定、稳定性要高。 反应的选择性要好。反应的选择性要好。 显色剂

19、在测定波长处无明显吸收。显色剂在测定波长处无明显吸收。 显色反应受温度、显色反应受温度、pH、试剂加入量的变化影试剂加入量的变化影响要小。响要小。22无机及分析化学无机及分析化学二、影响显色反应的因素二、影响显色反应的因素影响显色反应的因素主要有以下几种。影响显色反应的因素主要有以下几种。1. 1. 显色剂用量显色剂用量 显色反应一般可用下式表示：显色反应一般可用下式表示： M + R M + R MRMR ( (被测离子被测离子) () (显色剂显色剂) () (有色化合物有色化合物) ) 根据平衡移动原理，显色剂根据平衡移动原理，显色剂R R过量越多，越有利过量越多，越有利于被测离子形成有

20、色化合物。但对于某些不稳定于被测离子形成有色化合物。但对于某些不稳定或形成逐级配合物的反应，显色剂过量太多反而或形成逐级配合物的反应，显色剂过量太多反而会引起副反应，对测定不利。显色剂的适宜用量会引起副反应，对测定不利。显色剂的适宜用量要通过实验来确定。要通过实验来确定。23无机及分析化学无机及分析化学方法：方法：固定被测离子浓度及其他条件，分别加入不固定被测离子浓度及其他条件，分别加入不同量的显色剂，测定其吸光度，然后绘制出吸光同量的显色剂，测定其吸光度，然后绘制出吸光度对显色剂浓度的关系曲线，一般可得到如图度对显色剂浓度的关系曲线，一般可得到如图 所示的三种形状的曲线所示的三种形状的曲线2

21、4无机及分析化学无机及分析化学2. 2. 溶液的酸度溶液的酸度（2）对显色剂的平衡浓度和颜色的影响）对显色剂的平衡浓度和颜色的影响（3）对有色化合物组成的影响）对有色化合物组成的影响不同的显色反应的适宜不同的显色反应的适宜 pH 是通过实验确定的。是通过实验确定的。（1）对被测组分存在状态的影响）对被测组分存在状态的影响25无机及分析化学无机及分析化学：要求标准溶液和被测溶液在测定：要求标准溶液和被测溶液在测定过程中温度一致。过程中温度一致。：通过实验确定合适的显色时间，：通过实验确定合适的显色时间，并在一定的时间范围内进行比色测定。并在一定的时间范围内进行比色测定。有机溶剂降低有色化合物的解

22、离度，有机溶剂降低有色化合物的解离度，提高显色反应的灵敏度。提高显色反应的灵敏度。 26无机及分析化学无机及分析化学103 光度分析法及其仪器光度分析法及其仪器一、目视比色法一、目视比色法用眼睛观察、比较溶液颜色深浅以确定物质含量的方法用眼睛观察、比较溶液颜色深浅以确定物质含量的方法。仪器仪器：由相同质料制成的、形状大小相同的比色管：由相同质料制成的、形状大小相同的比色管方法方法：将一系列不同量的标液依次加入各比色管中，再分：将一系列不同量的标液依次加入各比色管中，再分别加入等量的显色剂及其他试剂，并控制其他实验条件相别加入等量的显色剂及其他试剂，并控制其他实验条件相同，最后稀释至同样的体积。

23、配成一套颜色逐渐加深的标同，最后稀释至同样的体积。配成一套颜色逐渐加深的标准色阶。将一定量被测试液置于另一相同的比色管中，在准色阶。将一定量被测试液置于另一相同的比色管中，在同样条件下显色，并稀释至同样体积。然后从管口垂直向同样条件下显色，并稀释至同样体积。然后从管口垂直向下观察，也可以从比色管侧面观察，若试液与标准系列中下观察，也可以从比色管侧面观察，若试液与标准系列中某管溶液的某管溶液的颜色深度相同颜色深度相同，则说明，则说明两者浓度相等两者浓度相等；若试液；若试液颜色介于两标准溶液之间颜色介于两标准溶液之间，则其，则其浓度介于两者之间浓度介于两者之间。 27无机及分析化学无机及分析化学二

24、、分光光度计二、分光光度计光源光源 单色器单色器 吸收池吸收池 检测器和信号显示系统检测器和信号显示系统1. 分光光度计的基本构造分光光度计的基本构造28无机及分析化学无机及分析化学作用：作用：提供能量，激发被测物质分子，使之产生提供能量，激发被测物质分子，使之产生电子谱带电子谱带要求要求 ：发射足够强的连续光谱，有良好的稳定发射足够强的连续光谱，有良好的稳定性及足够的适用寿命性及足够的适用寿命类型：类型：可见与近红外区：钨灯可见与近红外区：钨灯 4001100nm 紫外区：氢灯或氘灯紫外区：氢灯或氘灯180400nm（1 1）光源）光源29无机及分析化学无机及分析化学(2)(2)单色器单色器

25、u作用：作用：从连续光源中分离出所需要的足够窄波段从连续光源中分离出所需要的足够窄波段的光束的光束u常用的元件：常用的元件：棱镜、光栅棱镜、光栅30无机及分析化学无机及分析化学(3)(3)吸收池吸收池功能：功能：用于盛放试样，完成样品中待测试样对光的用于盛放试样，完成样品中待测试样对光的吸收吸收常用的吸收池：常用的吸收池：石英（紫外区）石英（紫外区） 玻璃（可见区）玻璃（可见区） 吸收池光程：吸收池光程：1cm 、2cm、3cm等等注意：注意：为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。吸收池要挑选配对，垂直于光束方向。吸收池要挑选配对，因为吸收

26、池因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度材料的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。等对分析结果都有影响。31无机及分析化学无机及分析化学(4)(4)检测系统检测系统 作用：作用：接受、记录信号接受、记录信号组成：组成：检测器、放大器和读数和记录系统检测器、放大器和读数和记录系统常用检测器：常用检测器：光电管和光电倍增管光电管和光电倍增管 蓝敏（锑铯）光电管蓝敏（锑铯）光电管 210625nm 红敏（氧化铯）光电管红敏（氧化铯）光电管 6251000nm 32无机及分析化学无机及分析化学分光光度计分光光度计33无机及分析化学无机及分析化学三、吸光光度法测量

27、条件的选择三、吸光光度法测量条件的选择1 1、入射光波长、入射光波长 a.a.最大吸收波长；最大吸收波长；b.b.能避开干扰组分的入射光波长能避开干扰组分的入射光波长测量条件测量条件34无机及分析化学无机及分析化学2 2、参比溶液、参比溶液 溶剂空白溶剂空白：试液及显色剂均无色：试液及显色剂均无色 试样空白试样空白：被测试液中存在其他有色离子：被测试液中存在其他有色离子 试剂空白试剂空白：显色剂有色，而试液本身无色：显色剂有色，而试液本身无色 如果显色剂和试液均有颜色，可将一份试液加入如果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，使之不再与显色适当掩蔽剂，将被测组分

28、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，剂作用，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，这样可以消除显色剂和一些共存以此作为参比溶液，这样可以消除显色剂和一些共存组分的干扰。组分的干扰。35无机及分析化学无机及分析化学3、吸光度范围、吸光度范围 被测溶液的吸光度值在被测溶液的吸光度值在0.20.8范围内，使测定范围内，使测定结果有较高的准确度，过大或过小应予以调节。结果有较高的准确度，过大或过小应予以调节。 而当而当A= 0.434或或T% = 36.8时，测定的误差最小时，测定的误差最小。为此可从以下三方面加以控制：为此可从以下三方面加以控制： 一是改变试样的称样量，或采用稀释、浓缩、富一是改变试样的称样量，或采用稀释、浓缩、富集等方法来控制被测溶液的浓度；集等方法来控制被测溶液的浓度； 二是选择适宜厚度的吸收池；二是选择适宜厚度的吸收池； 三是选择适当的显色反应和参比溶液。三是选择适当的显色反应和参比溶液。 36无机及分析化学无机及分析化学吸光光度仪器的一般操作程序吸光光度仪器的一般操作程序 a.选合适的波