第十章吸光光度法(zcl)

AnalyticalChemistry吸光光度法第六章主要内容第一节概述幻灯片3第二节

光的吸收定律

幻灯片12第三节

光度法及仪器

幻灯片20第四节

光度分析法的设计

幻灯片34第五节误差及其来源

幻灯片54第六节应用

幻灯片62第六章吸光光度法

第一节概述

[定义]：基于物质对光的选择吸收而建立起来的分析方法。KMnO4白光吸收绿光。颜色越深，浓度越大[特点]（与化学分析比较）：a.灵敏（测10-7－10-9mol/L)b.准确（E=2-5%）c.操作简，快速（测微量）d.应用广（无机、有机均可测）光的波粒二象性波动性粒子性λν

E光的折射光的衍射光的偏振光的干涉光电效应E：光子的能量（J,焦耳）ν：光子的频率（Hz,赫兹）λ：光子的波长（nm）c：光速（2.9979X1010cm.s-1）一、光的基本性质（复习）↘，E↗；↗，E↘射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光近紫外：200-400nm人眼所能感觉到的波长范围400-750nm近红外：750－2500nm光学光谱区远紫外近紫外可见近红外中红外远红外（真空紫外）10nm~200nm200nm

~380nm380nm

~780nm780nm~2.5m2.5m

~50m50m

~300m单色光:单一波长的光复合光:由不同波长的光组合而成的光光的互补: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补色光，这种现象称为光的互补。绿蓝黄紫黄绿绿蓝橙红蓝绿红橙黄绿青蓝紫青蓝紫红绿光的互补：蓝黄完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光二、吸收光谱产生Why???光作用于物质时，物质吸收了可见光，而显示出特征的颜色，这一过程与物质的性质及光的性质有关。

物质对光的选择吸收

物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。1.定性分析基础2.定量分析基础物质对光的选择吸收在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。AC

max*吸收光谱曲线或光吸收曲线（absorptioncurve）：以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。*最大吸收波长（maximumabsorptionwavelengh

）：光吸收程度最大处的波长，用λmax表示*吸光度（absorbance）

在可见光，KMnO4溶液对波长525nm附近绿色光的吸收最强，而对紫色和红色的吸收很弱。λmax=525nm。浓度不同时，光吸收曲线形状相同，λmax不变，吸光度不同。第二节

光的吸收定律一、透光率T与吸光度I0It参比I’0IrI’0=Ir

+Ia+ItIaI’0IrI’0–Ir

=Io=Ia+ItI’0=Ir

+Io真正进入溶液部分的入射光[定义]：T取值为0.0%~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光I0透射光ItT↗，溶液对光的吸收↘；T↘，溶液对光的吸收↗。实验证明：

A=f(C、b、[Io])=lg1/T=lgIo/It即：A=lgIo/It=-lgT吸光度与透光率的关系二、光吸收基本定律:Lambert-Beer定律A=lg(I0/It)=kbcItI0bdxII-dIs朗伯定律(1760)A=lg(I0/It)=k1b比尔定律(1852)A=lg(I0/It)=k2c吸光度介质厚度(cm)朗伯－比耳定律后人对这两个定律进行了总结，发现：质点相互独立无假吸收a.比例系数K与吸光物质的性质、入射波长及温度有关。b.吸光度A具有加和性。溶液中有几种吸光物质，彼此间不发生化学反应，则可：注意：三、光度分析的灵敏度01234mg/mlA。。。。*0.80.60.40.20A=KbC以斜率来表示：

tan=dA/Dc=Kb=K’b取1cmK值随b、C所取单位不同而异a的单位:L·g-1·cm-1当c的单位用g·L-1表示时，用a表示，

A＝abcK

吸光系数

的单位:L·mol-1·cm-1当c的单位用mol·L-1表示时，用表示.

－摩尔吸光系数

A＝bc

桑德尔灵敏度：当光度仪器的检测极限为A＝0.001时，单位截面积光程内所能建处的吸光物质的最低质量。ug/cm2解：例：为测定有机胺的摩尔质量，常将其转变为1:1的苦味酸胺的加合物（有机胺-苦味酸）。现称取某加合物0.0500g，溶于乙醇中制成1L溶液，以1.0吸收池在最大吸收波长380nm处测得A值为0.750，求有机胺的摩尔质量（M苦味酸

=229，=1.0×104L·mol-1·cm-1）。解：例：在1cm比色皿和525nm时，1.00×10-4mol/LKMnO4溶液的吸光度为0.585。现有0.500克锰合金试样，溶于酸后，用高碘酸盐将锰全部氧化成MnO4-，然后转移至今500ml容量瓶中。在1cm比色皿和525nm时，测得吸光度为0.400。求试样中锰的百分含量。（Mn:54.94）

解：根据第三节

光度法及仪器一、目视法c4c3c2c1c1c2c3c42.特点：简、可测微量，复合光，误差大。观察方向观察方向1.方法：二、光电比色法

通过滤光片得一窄范围的光(几十nm)光电比色计结构示意图1.方法：AC2.特点：准确度较高（消除人眼的主观因素）选择性较好（滤光片、参比液可消除干扰）三、分光光度法（光栅或棱镜获取单色光）1.方法：同上四、基本构造光源、单色器、比色池、光电转换器四大件（动画）单色光纯度高（可精选某一波长，准）测定多组分（利用A的加和性）应用范围广（无色、有色）2.特点：紫外-可见分光光度计组件光源单色器样品池检测器信号输出氢灯，氘灯，185~350nm；卤钨灯，250~2000nm.基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定作用：将复合光色散成单色光棱镜光栅玻璃，350~2500nm,石英，185~4500nm平面透射光栅，反射光栅玻璃，光学玻璃，石英作用：将光信号转换为电信号，并放大光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管（多道分析器）表头、记录仪、屏幕、数字显示分光光度计及其基本部件

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。722型分光光度计是数字显示的单光束、可见分光光度计（recordingspectrophotometer）。

旧的光电比色计（photoelectriccolorimeter）

分光光度计的基本部件:光源、单色器、比色皿、检测器和显示装置。

a.光源（lightsource）

用6~12V钨丝灯作可见光区的光源，发出的连续光谱在360~800nm范围内。光源应该稳定，即要求电源电压保持稳定。为此，通常在仪器内同时配有电源稳压器。

氢灯氘灯钨灯汞灯

hydrogendeuteriumtungstenmercurylamplamplamplamp

b.单色器

monochromator

单色器的作用是将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。分为棱镜和光栅。

棱镜（prism）：根据光的折射原理而将复合光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过一个很窄的狭缝（slit）照射到吸收池上。由玻璃或石英制成。玻璃棱镜用于可见光范围，石英棱镜则在紫外和可见光范围均可使用。

光栅（grating）是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过狭缝照射到吸收池上。它的分辨率比棱镜大，可用的波长范围也较宽。

滤光片（filter）

c.比色皿(coloritrough)也称吸收池。用于盛放试液的容器。它是由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分为0.5cm，lcm，2cm，3cm和5cm。在可见光区测量吸光度时使用玻璃吸收池，紫外区则使用石英吸收池。使用比色皿时应注意保持清洁、透明，避免磨损透光面。

d.检测器detector

接受从比色皿发出的透射光并转换成电信号进行测量。分为光电管和光电倍增管。

光电管

（phototube）：一个真空或充有少量惰性气体的二极管。阴极是金属做成的半圆筒，内侧涂有光敏物质，阳极为一金属丝。光电管依其对光敏感的波长范围不同分为红敏和紫敏两种。红敏光电管是在阴极表面涂银和氧化铯，适用波长范围为625~1000nm;紫敏光电管是阴极表面涂锑和铯，适用波长范围为200~625nm。

光电倍增管（photomultiplier）由光电管改进而成的，管中有若千个称为倍增极的附加电极。可使光激发的电流得以放大，一个光子约产生106~107个电子。它的灵敏度比光电管高200多倍。适用波长范围为160~700nm。光电倍增管在现代的分光光度计中被广泛采用。

光电池

photocelle.显示装置

作用是把放大的信号以吸光度A或透射比T的光度分析法的设计方式显示或记录下来。分光光度计常用的显示装置是检流计、微安表、数字显示记录仪。工作流程光源单色器比色皿光电转换显示记录系统作业：

P2383、4

再见同学门好！第四节

光度分析法的设计1显色反应2显色条件的选择3测量波长和吸光度范围的选择4参比溶液的选择5标准曲线的制作待测物质本身有较深的颜色，直接测定；待测物质是无色或很浅的颜色，需要选适当的试剂与被测离子反应生成有色化合物再进行测定，此反应称为显色反应，所用的试剂称为显色剂（colorreagent）。

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。方法设计一、显色反应及其影响因素[定义]：将欲测物转变为“有色物”的反应

M无色+R=MR有色(主要是络合、氧化还原反应）1.对显色反应剂的要求：灵敏度高、选择性好MR组成恒定、符合一定的化学式MR稳定对比度要大，（）波长相差60nm以上广义，有吸收（1）显色反应的选择A选择性好，干扰少，或干扰容易消除;灵敏度高，有色物质的ε应大于104。B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质稳定，至少保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定。这就要求有色化合物不容易受外界环境条件的影响。D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，要求两者的吸收峰波长之差Δλ(称为对比度)大于60nm。（2）显色剂无机显色剂不多，因为生成的络合物不稳定，灵敏度和选择性也不高。如用KSCN显色测铁、钼、钨和铌；用钼酸铵显色测硅、磷和钒;用H2O2显色测钛等。

有机显色剂分子中含有生色团（chromophoric

group）和助色团（auxochromegroup）。生色团是某些含不饱和键的基团，如偶氮基、对醌基和羰基等。这些基团中的π电子被激发时需能量较小，可吸收波长200nm以上的可见光而显色。助色团是含孤对电子的基团，如氨基、羟基和卤代基等。这些基团与生色团上的不饱和键作用，使颜色加深。

有机显色剂A磺基水杨酸

OO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Fe3+。B丁二酮肟

NN型螯合显色剂，用于测定Ni2+。C1，10-邻二氮菲

NN型螯合显色剂，测微量Fe2+。D二苯硫腙含S显色剂，萃取光度测定Cu2+，Pb2+，Zn2+，Cd2+，Hg2+等。E偶氮胂Ⅲ(铀试剂Ⅲ)

偶氮类螯合剂，强酸性溶液中测Th(Ⅳ),Zr(Ⅳ)，U(Ⅳ)等；在弱酸性溶液中测稀土金属离子。F铬天青S

三苯甲烷类显色剂，测定Al3+。G结晶紫三苯甲烷类碱性染料，测定Tl3+。（3）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分析中应用较普遍。重要的三元络合物类型。*三元混配络合物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，形成三元混合配位络合物，简称三元混配络合物。例如，V(V)，H2O2和吡啶偶氮间苯二酚(PAR)形成1:1:1的有色络合物，可用于钒的测定，其灵敏度高，选择性好。显色条件的选择

实验条件包括: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存离子的干扰等。

1.溶液的酸度

M+HR===MR+H+*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*影响络合物的组成

*pH与吸光度关系曲线确定pH范围。

2.显色剂的用量

M(被测组分)+R(显色剂)==MR(有色络合物)

为使显色反应进行完全，需加入过量的显色剂。但显色剂不是越多越好。有些显色反应，显色剂加人太多，反而会引起副反应，对测定不利。在实际工作中根据实验结果来确定显色剂的用量。

CR

为使显色反应完全，一般R过量（同离子效应），但R也不能大过头，否则，物极必反。R本身有色，空白↗改变络合比，例：Mo(Ⅴ)与SCN-:CR由实验确定

3.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状态，并在较长时间内保持不变;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;有些显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳定。制作吸光度-时间曲线确定适宜时间。

4.显色反应温度：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。

5.溶剂：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。如在Fe(SCN)3的溶液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。4.T

大多显色反应在室温下进行，但也有需要加热才能完成的。

V=f(T)T↗,V↗。但 T太↗，有色物分解。合适的T由实验确定。5.溶剂和表面活性剂溶剂影响有色络合物的离解度溶剂影响有色络合物的显色速度溶剂影响有色络合物的颜色表面活性剂胶束增溶形成三元络合物－－实验确定，有点运气3.tAt

t由实验确定。显色后，至少应保持到测定工作做完。2.显色剂R（自学P289－P290）3.显色条件（影响因素）11112345661.[H+]一切反应的基础a.影响M的存在状态，[H+]↘，M会水解；b.影响[R]及颜色，[H+]↗，影响[R]（大多有机弱酸）影响颜色（大多酸碱指示剂）c.影响MRn组成6.干扰及消除a.干扰干扰物本身有色或与显色剂显色，+干扰干扰物与M、N反应，使显色不完全，－干扰b.消除控制酸度，使M显色，干扰不显色氧化还原，改变干扰离子价态掩蔽校正系数参比液：可消除显色剂和某些离子的干扰选择测，可避开干扰的吸收增加显色剂用量，将干扰灌饱分离a.控制溶液酸度b.加入掩蔽剂选取的条件是掩蔽剂不与待测离子作用，掩蔽剂以及它与干扰物质形成的络合物的颜色应不干扰待测离子的测定。c.利用氧化还原反应，改变干扰离子的价态d.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。f.选择适当的波长g.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。h.分离以上方法均不奏效时，采用预先分离的方法。二、和A范围的选择1.测量波长的选择无干扰，选择max有干扰AA2.待测溶液吸光度A的选择控制A=0.15~0.80T=70%~15%

方法选择CA=KbC

选择bA=KbC1、非单色光影响小2、灵敏度高测量波长和吸光度范围的选择

1.测量波长的选择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为入射光，这称为“最大吸收原则”（maximumabsorption）。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单色光引起的对朗伯-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时，则应根据入射光波长。三、.参比液的选择原则：扣除非待测组分的吸收A（样）=A（待测吸光物质）+A（干扰＋池）A（参比）=A（干扰+池）试液不只是M试剂不只是R示意图参比液无色无色

MR

溶剂空白有色无色M’MR试样空白无色有色MRR’试剂空白有色有色M’MRR’显色空白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：a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，用不加显色剂的被测试液作参比溶液。c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。d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应，可以此溶液作为参比溶液消除干扰。第五节误差及其来源一、偏离A=bCAC原因：1.非单色光；

2.介质不均匀；

3.溶液本身反应1.非单色光（仪器本身所致）

仪器使用的是连续光源，用单色器分光，由于单色器色散能力的限制和出口狭缝要保持一定的宽度，所以我们不可能得到一条几何线。*有时标准曲线不通过原点。可能是由于参比溶液选择不当，吸收池厚度不等，吸收池位置不妥，吸收池透光面不清洁等原因所引起的。若有色络合物的解离度较大，特别是当溶液中还有其他络合剂时，常使被测物质在低浓度时显色不完全。找出原因，加以避免。A克服方法：尽量选用较好的单色器测选择在峰值位置（在波峰有一个A值相差较小的区域，＝0）控制C，使A在线性范围之内2.介质不均匀散射、假吸收克服方法：避免溶液产生胶体或浑浊3.溶液本身－有色物离解、缔合.......例，聚合引起的对吸光定律的偏离单体：2max=660nm二聚体：max=610nmA660nm610nmACmax=660nm二、A测量误差

光度分析法的误差除了来源于一以外，仪器测量不准确也是导致误差的原因。任何光度计都有一定的测量误差。这些误差可能来源于光源不稳定、实验条件的偶然变动、读数不准确等。P286页图10－5：偏离A=bC对同一台仪器，读数的波动对T是确定值，dT=0.01；

但对A却不确定

我们关心的是浓度测量的相对误差，它就等于吸光度测量的相对误差，从图10－5可以看出，在刻度标尺上，dA在不同位置，不是定值，故改成dT来算。(6)代入(3):将TEr的关系描绘于书293页图10－81086420204060800.70.40.20.1AT%Er(36.8)0.434实际工作中，应控制T在15～70％,

A在0.15～0.80之间(调c,b,)第六节应用1.单组分测定

(1)一般方法：

通常采用A-C标准曲线法定量测定。AC(2)示差法（测高含量，技术处理）A0.81.20.4原理：设试液浓度Cx、标液浓度Cs，且Cs<Cx

，则：2、示差吸光光度法（differential）

（1）.示差吸光光度法的原理

吸光光度法一般仅适用于微量组分的测定，当待测定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。目前，主要有高浓度示差吸光光度法、低浓度示差吸光光度法和使用两个参比溶液的精密示差吸光光度法。它们的基本原理相同，且以高浓度示差吸光光度法应用最多，仅介绍高浓度示差吸光光度法。普通法：cs的T=10%；cx的T=5%示差法：cs

做参比，调T=100%则：cx的T=50%；标尺扩展10倍（2）、示差法标尺扩展原理：特点：测高含量（准确度相对提高，若标液配制不当，误差大）

吸光度差与这两种溶液的浓度差成正比。以把空白溶液作为参比的稀溶液的标准曲线作为ΔA和Δc的标准曲线，根据测得的ΔA求出相应的Δc值，从cx=co+c可求出待测试液的浓度，这就是示差吸光光度法定量的基本原理。（3）.示差吸光光度法的误差

Δc(即cx－co)，测量误差为x%，结果为cx±(cx-co)×x%；普通光度法的结果为cx±cx·x%。因cx只是稍大于co，故cx总是远大于Δc，故示差吸光光度法的准确度高。参比溶液的浓度越接近待测试液的浓度，测量误差越小，最小误差可达0.3%。3.多组分的同时测定

⑴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。这本质上与单组分测定没有区别。

⑵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得出各组分的含量。Aλ1=εaλ1bca

＋εbλ1bcb

Aλ2=εaλ2bca

＋εbλ2bcb

例：有下列一组数据：吸光物质C(mol/L)(nm)b(cm)AA5.0×10-444010.68359010.139B8.0×10-544010.10659010.470A+B?44011.02259010.414求未知液中A和B的浓度。解：先求出纯A、纯B在两种波长下的：返回再根据A的加和性，列方程求解：上页二、络合物的组成和Ka的测定1.络合物的组成(1)饱和法:1:13:1c(R)/c(M)A1.02.03,0

[前提]1.M、R均无色2.MRn稳3.n值大M+nR

＝MRn(有色）最终体积10mL例：Fe2+与某显色剂R形成有色络合物。max＝515nm，设两种溶液的浓度均为1.00×10-3mol/L。在一系列50.0mL容量瓶中加入2.00mLFe2+及不同量的R并稀至50.0mL，在515nm处用1.0cm吸收池测量吸光度值。结果如下：VR/mL2.003.004.005.006.008.0010.0012.00A0.2400.3600.4800.5930.7000.7200.7200.720求络合物的组成、解离度、表观稳定常数。解：在此处，体积比就是物质的量之比。依题意作图见右。A1点配位体体积为6mL返回上页4、弱酸和弱碱解离常数的测定

HB==H++B-弱酸弱碱离解常数的测定HR=H++R-HR用光度法可以测定其离解常数RAHRRHRR用吸光值表征，相对于pH作图，可求得pKa或配制一系列不同pH,浓度C

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