4-UV-VIS吸光光度法解析

UV-VIS吸光光度法

ABSORPTIONPHOTOMETRYSunbowofLNPU

吸光光度法（AbsorptionPhotometry）是一种基于物质对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法。包括可见吸光光度法、紫外-可见吸光光度法和红外光谱法等。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：(一)灵敏度高吸光光度法测定物质的浓度下限(最低浓度)一般可达1-10-3%的微量组分。对固体试样一般可测到10-4%。如果对被测组分事先加以富集，灵敏度还可以提高1-2个数量级。(二)准确度较高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，甚至无法进行测定。

(三)操作简便，测定速度快

(四)应用广泛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。

紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400750nm，主要用于有色物质的定量分析。物质对光的选择性吸收一、光的基本性质光是电磁波。其波长、频率与速度之间的关系为：E=hν=hc/λh为普朗克常数，其值为6.63×10-34J·s二、物质对光的选择性吸收如果我们把具有不同颜色的各种物体放置在黑暗处，则什么颜色也看不到。可见物质呈现的颜色与光有着密切的关系，一种物质呈现何种颜色，是与光的组成和物质本身的结构有关的。（一）

物质对光产生选择性吸收和原因（二）

物质的颜色与吸收光的关系从光本身来说、有些波长的光线，作用于眼睛引起了颜色的感觉，我们把人眼所能看见有颜色的光叫做可见光，其波长范围大约在400-760nm之间。实验证明：白光(日光、白炽电灯光、日光灯光等)是由各种不同颜色的光按一定的强度比例混合而成的。如果让一束白光通过三棱镜，就分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光，这种现象称为光的色散。每种颜色的光具有一定的波长范围。我们把白光叫做复合光；把只具有一种颜色的光，叫做单色光。

实验还证明，不仅七种单色光可以混合成白光，如果把适当颜色的两种单色光按一定的强度比例混合，也可以成为白光。这两种单色光就叫做互补色。如绿光和紫光互补，蓝光和黄光互补，等等。对固体物质来说，当白光照射到物质上时，物质对于不同波长的光线吸收、透过、反射、折射的程度不同而使物质呈现出不同的颜色。如果物质对各种波长的光完全吸收，则呈现黑色；如果完全反射，则呈现白色；如果对各种波长的光吸收程度差不多，则呈现灰色；如果物质选择性地吸收某些波长的光，那么，这种物质的颜色就由它所反射或透过光的颜色来决定。二、紫外可见吸收光谱1．光的基本性质

光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长

、频率

、光速c、波数（cm-1）等参数来描述：

=c；波数=1/

=

/c

光是由光子流组成，光子的能量：

E=h=hc/

（Planck常数：h=6.626×10-34J×S)光的波长越短（频率越高），其能量越大。白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光

单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成)

可见光区：400-750nm

紫外光区：近紫外区200-400nm远紫外区10-200nm（真空紫外区）

2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线M+热M+荧光或磷光

E=E2-

E1=h

量子化；选择性吸收;分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；用不同波长的单色光照射，测吸光度—吸收曲线与最大吸收波长

max；M+

h

M*光的互补：蓝

黄基态激发态E1

（△E）E2吸收曲线的讨论：（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。（动画）（3）③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在λmax处吸光度A的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。（5）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。3.紫外—可见分子吸收光谱与电子跃迁物质分子内部三种运动形式：（1）电子相对于原子核的运动（2）原子核在其平衡位置附近的相对振动（3）分子本身绕其重心的转动分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量分子的内能：电子能量Ee、振动能量Ev

、转动能量Er即E＝Ee+Ev+Er

ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr

能级跃迁

紫外-可见光谱属于电子跃迁光谱。

电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。生色基团对紫外吸收光谱的影响共轭双键结构的分子。如胆甾酮（a）与异亚丙基丙酮（b）分子结构差异很大，但两者具有相似的紫外吸收峰。两分子中相同的O=C-C=C共轭结构是产生紫外吸收的关键基团。紫外-可见光区一般用波长（nm）表示。其研究对象大多在200-380nm的近紫外光区和/或380-780nm的可见光区有吸收。紫外-可见吸收测定的灵敏度取决于产生光吸收分子的摩尔吸光系数。该法仪器设备简单,应用十分广泛。如医院的常规化验中，95%的定量分析都用紫外-可见分光光度法。在化学研究中，如平衡常数的测定、求算主-客体结合常数等都离不开紫外-可见吸收光谱。讨论：（1）转动能级间的能量差ΔEr：0.005～0.050eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；（2）振动能级的能量差ΔEv约为：0.05～１eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；（3）电子能级的能量差ΔEe较大1～20eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱.讨论：（4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。（5）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数εmax也作为定性的依据。不同物质的λmax有时可能相同，但εmax不一定相同；（6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。三、分子吸收光谱与电子跃迁1．紫外—可见吸收光谱

有机化合物的紫外—可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：σ电子、π电子、n电子。分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量ΔΕ大小顺序为：n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

⑴Σ→Σ＊跃迁

所需能量最大，σ电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长λ<200nm，只能被真空紫外分光光度计检测到)。如甲烷的λ为125nm,乙烷λmax为135nm。

⑵n→σ＊跃迁所需能量较大。吸收波长为150～250nm，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现n→σ*跃迁。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*跃迁的λ分别为173nm、183nm和227nm。

⑶Π→Π＊跃迁所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，摩尔吸光系数εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。如：乙烯π→π*跃迁的λ为162nm，εmax为:1×104L·mol-1·cm－1。

⑷n→π＊跃迁需能量最低，吸收波长λ>200nm。这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为10～100L·mol-1·cm-1，吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和π键同时存在时发生n→π＊

跃迁。丙酮n→π＊跃迁的λ为275nmεmax为22L·mol-1·cm-1（溶剂环己烷)。生色团与助色团生色团：最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n→π＊跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有π键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C㆔N等。助色团：有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n—π共轭作用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。红移与蓝移

有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长λmax和吸收强度发生变化:

λmax向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移(或紫移)。吸收强度即摩尔吸光系数ε增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应，如图所示。2.金属配合物的紫外—可见吸收光谱

金属离子与配位体反应生成配合物的颜色一般不同于游离金属离子(水合离子)和配位体本身的颜色。金属配合物的生色机理主要有三种类型：⑴配位体微扰的金属离子d一d电子跃迁和ｆ一ｆ电子跃迁

摩尔吸收系数ε很小，对定量分析意义不大。⑵金属离子微扰的配位体内电子跃迁

金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。变化与成键性质有关，若静电引力结合，变化一般很小。若共价键和配位键结合，则变化非常明显。⑶电荷转移吸收光谱在分光光度法中具有重要意义。电荷转移吸收光谱

当吸收紫外可见辐射后，分子中原定域在金属M轨道上电荷的转移到配位体L的轨道，或按相反方向转移，这种跃迁称为电荷转移跃迁，所产生的吸收光谱称为荷移光谱。电荷转移跃迁本质上属于分子内氧化还原反应，因此呈现荷移光谱的必要条件是构成分子的二组分，一个为电子给予体，另一个应为电子接受体。电荷转移跃迁在跃迁选律上属于允许跃迁，其摩尔吸光系数一般都较大(104左右)，适宜于微量金属的检出和测定。电荷转移跃迁在紫外区或可见光呈现荷移光谱，荷移光谱的最大吸收波长及吸收强度与电荷转移的难易程度有关。

例：Fe3＋与SCN－形成血红色配合物，在490nm处有强吸收峰。其实质是发生了如下反应：

[Fe3＋SCN－

]

＋hν=[FeSCN]2＋

四、光的吸收定律

1.朗伯—比耳定律

布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。A∝b

（动画1）（动画2）

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。A∝c

二者的结合称为朗伯—比耳定律，其数学表达式为：

朗伯—比耳定律数学表达式

A＝lg（I0/It)=εbc

式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；

b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；

c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L－１；

ε：摩尔吸光系数，单位L·mol－１·cm－１；

或:A＝lg（I0/It)=abc

c：溶液的浓度，单位g·L－１

a：吸光系数，单位L·g－１·cm－１

a与ε的关系为：

a=ε/M（M为摩尔质量）透光度(透光率)T透过度T:描述入射光透过溶液的程度:

T=It/I0吸光度A与透光度T的关系:

A＝－lgT

朗伯—比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量；

摩尔吸光系数ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度；吸光系数a(L·g-1·cm-1）相当于浓度为1g/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。2.摩尔吸光系数Ε的讨论

（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；

（2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；（3）可作为定性鉴定的参数；

（4）同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。

摩尔吸光系数Ε的讨论（5）εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。ε>105：超高灵敏；

ε=(6～10）×104：高灵敏；

ε<2×104：不灵敏。（6）ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。3.偏离朗伯—比耳定律的原因

标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯—比耳定律的偏离。引起这种偏离的因素（两大类）：（1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；（2）化学性因素。（1）物理性因素难以获得真正的纯单色光。朗—比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯—比耳定律的正或负偏离。非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯—比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。

非单色光作为入射光引起的偏离

假设由波长为λ1和λ2的两单色光组成的入射光通过浓度为c的溶液，则：

A

1＝lg（Ｉo1/Ｉt1）＝ε1bc

A

2＝lg(Ｉo2/Ｉt2）＝ε2bc故：式中：Ｉo1、Ｉo2分别为λ1、λ2的入射光强度；

Ｉt1、Ｉt2分别为λ1、λ2的透射光强度；

ε1、ε2分别为λ1、λ2的摩尔吸光系数；因实际上只能测总吸光度A总，并不能分别测得A1和A2，故

A总＝lg（Ｉo总/Ｉt总)＝lg(Io1+Ｉo2)/(Ｉt1+Ｉt2）

＝lg(Io1+Ｉo2)/(Ｉo110-ε1bc

+Ｉo210-ε2bc

）令：ε1-ε2＝

；设：Ｉo1＝Ｉo2A总＝lg(2Io1)/Ｉt1(1＋10-

εbc

）

＝

A1+lg2-lg(1＋10-

εbc

)

讨论:

因实际上只能测总吸光度A总，并不能分别测得A1和A2，故：讨论:

A总=A1+lg2-lg(1＋10－

εbc

)

(1)

=0；即：

1=

2=

则：

A总

＝lg（Ｉo/Ｉt）＝

bc(2)

≠0

若

<0；即

2<

1；－

bc>0,

lg(1＋10

bc)值随c值增大而增大，则标准曲线偏离直线向c轴弯曲，即负偏离；反之，则向A轴弯曲，即正偏离。讨论:

A总=A1+LG2-LG(1＋10－

ΕBC

)

(3)｜

｜很小时，即ε1≈ε2：

可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离。若浓度较高，即使｜

｜很小，A总

≠Ａ1，且随着c值增大，

A总

与A1的差异愈大，在图上则表现为A—c曲线上部(高浓度区)弯曲愈严重。故朗伯—比耳定律只适用于稀溶液。(4)为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。(2)化学性因素

朗—比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；假定只有在稀溶液(c<10-2mol/L)时才基本符合。当溶液浓度c>10－2mol/L时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。

故：朗伯—比耳定律只适用于稀溶液。

溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。

例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：

CrO42-＋2H＋

=Cr2O72-＋H2O溶液中CrO42-、Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液pH对测定有重要影响。仪器可见分光光度计仪器紫外-可见分光光度计一、基本组成光源单色器样品室检测器显示1.光源

在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500nm。

紫外区：氢、氘灯。发射185～400nm的连续光谱。（动画）

2.单色器

将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；

④聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；⑤出射狭缝。3.样品室

样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。4.检测器利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。5.结果显示记录系统检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理二、分光光度计的类型1.单光束

简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。2.双光束自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。3.双波长将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。△

=1～2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。吸光光度法分析条件的选择一、显色反应及其条件的选择（一）显色反应和显色剂

1.显色反应在分光光度分析中，将试样中被测组分转变成有色化合物的反应叫显色反应。显色反应可分两大类，即络合反应和氧化还原反应，而络合反应是最主要的显色反应。与被测组分化合成有色物质的试剂称为显色剂。同一组分常可与若干种显色剂反应，生成若干有色化合物，其原理和灵敏度亦有差别。一种被测组分究竞应该用哪种显色反应，可根据所需标准加以选择。选择显色反应的一般标准:(1)选择性要好。一种显色剂最好只与一种被测组分起显色反应，这样干扰就少。或者干扰离子容易被消除、或者显色剂与被测组分和干扰离子生成的有色化合物的吸收峰相隔较远。

(2)灵敏度要高。由于吸光光度法一般是测定微量组分的，灵敏度高的显色反应有利于微量组分酌测定。灵敏度的高低可从摩尔吸光系数值的大小来判断，κ值大灵敏度高，否则灵敏度低。但应注意，灵敏度高的显色反应，并不一定选择性就好，对于高含量的组分不一定要选用灵敏度高的显色反应。(3)对比度要大。即如果显色剂有颜色，则有色化合物与显色剂的最大吸收波长的差别要大，一般要求在60nm以上。

(4)有色化合物的组成要恒定,化学性质要稳定。有色化合物的组成若不确定，测定的再现性就较差。有色化合物若易受空气的氧化、日光的照射而分解，就会引入测量误差。

(5)显色反应的条件要易于控制。如果条件要求过于严格，难以控制，测定结果的再现性就差。2.显色剂(1)无机显色剂许多无机试剂能与金属离子起显色反应，如Cu2+与氨水形成深蓝色的络离子Cu(NH4)42+，SCN-与Fe3+形成红色的络合物Fe(SCN)2+或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)有机显色剂许多有机试剂，在一定条件下，能与金属离子生成有色的金属螯合物(具有环状结构的络合物)。

将金属螯合物应用于光度分析中的优点是：

1．大部分金属螯合物都呈现鲜明的颜色，摩尔吸光系数大于104，因而测定的灵敏度很高；

2．金属螯合物都很稳定，一般离解常数都很小，而且能抗辐射；

3．专用性强，绝大多数有机整合剂，在一定条件下，只与少数或其一种金属离子络合，而且同一种有机螯合剂与不同的金属离子络合时，生成具有特征颜色的螯合物4．虽然大部分金属螯合物难溶于水，但可被萃取到有机溶剂中，大大发展了萃取光度法。

5．在显色分子中，金属所占的比率很低，提高了测定的灵敏度。因此，有机显色剂是光度分析中应用最多最广的显色剂，寻找高选择性、高灵敏度的有机显色剂，是光度分析发展和研究的重要内容。

在有机化合物分子中，凡是包含有共轭双键的基团如—N＝N—、—N＝O、—NO2、对醌基、＝C＝O(羰基)、＝C＝S(硫羰基)等，一般都具有颜色，原因是这些基团中的л电子被光激发时，只需要较小的能量，能吸收波长大于200nm的光，因此，称这些基团为生色团；某些含有未共用电子对的基团如胺基—NH2，RHN—，R2N—(具有一对未共用电子对)，羟基-OH(具有两对末共用电子对)，以及卤代基—F，—Cl，—Br，—I等，它们与生色基团上的不饱和键互相作用，引起永久性的电荷移动，从而减小了分子的活化能促使试剂对光的最大吸收“红移”

(向长波方向移动)，使试剂颜色加深，这些基团称为助色团。

含有生色基团的有机化合物常常能与许多全属离子化合生成性质稳定且具有特征颜色的化合物，且灵敏度和选择性都很高，这就为用光度法测定这些离子提供了很好的条件。有机显色剂的种类很多，下面仅将应用较广泛的几种介绍如下：

1.邻二氮菲2.双硫腙

3.二甲酚橙4.偶氮胂III5．铬天青S（二）显色反应条件的选择显色反应能否完全满足光度法的要求，除了与显色剂的性质有主要关系外，控制好显色反应的条件也是十分重要的，如果显色条件不合适，将会影响分析结果的准确度。1.显色剂的用量显色就是将被测组分转变成有色化合物，表示：

M+R=MR(被测组分)(显色剂)(有色化合物)

反应在一定程度上是可逆的。为了减少反应的可逆性，根据同离子效应，加入过量的显色剂是必要的，但也不能过量太多，否则会引起副反应，对测定反而不利。2.溶液的酸度溶液酸度对显色反应的影响很大，这是由于溶液的酸度直接影响着金属离子和显色剂的存在形式以及有色络合物的组成和稳定性。因此，控制溶液适宜的酸度，是保证光度分析获得良好结果的重要条件之一。

(1)酸度对被测物质存在状态的影响大部分高价金属离子都容易水解，当溶液的酸度降低时，会产生一系列羟基络离子或多核羟基络离子。高价金属离子的水解象多元弱酸的电离一样，是分级进行的。随着水解的进行，同时还发生各种类型的聚合反应。聚合度随着时间增大，而最终将导致沉淀的生成。显然，金属离子的水解，对于显色反应的进行是不利的，故溶液的酸度不能太低。(2)酸度对显色剂浓度和颜色的影响光度分析中所用的大部分显色剂都是有机弱酸。显色反应进行时，首先是有机弱酸发生离解，其次才是络阴离子与金属离子络合。

M+HR＝MR+H+

从反应式可以看出，溶液的酸度影响着显色剂的离解,并影响着显色反应的完全程度。当然，溶液酸度对显色剂离解程度影响的大小，也与显色剂的离解常数有关，Ka大时，允许的酸度可大；Ka很小时，允许的酸度就要小些。

许多显色剂本身就是酸碱指示剂，当溶液酸度改变时，显色剂本身就有颜色变化。如果显色剂在某一酸度时，络合反应和指示剂反应同时发生，两种颜色同时存在，就无法进行光度测定。例如、二甲酚橙在溶液的pH＞6.3时呈红色，在pH＜6.3时呈柠檬黄色，在pH＝6.3时，呈中间色，故pH＝6.3时,是它的变色点。而二甲酚橙与金属离子的络合物却呈现红色。因此，二甲酚橙只有在pH＜6的酸性溶液中可作为金属离子的显色剂。如果在pH＞6的酸度下进行光度测定，就会引入很大误差。

(3)对络合物组成和颜色的影响对于某些逐级形成络合物的显色反应、在不同的酸度时，生成不同络合比的络合物。例如铁与水杨酸的络合反应，当

pH＜4[Fe3+(C7H4O3)2-]+

紫色

4＜pH＜9[Fe3+(C7H4O3)22-]-

红色

pH＞9[Fe3+(C7H4O3)32-]3-

黄色在这种情况下，必须控制合适的酸度，才可获得好的分析结果。

3.时间和温度显色反应的速度有快有慢。显色反应速度，几乎是瞬间即可完成，显色很快达到稳定状态，并且能保持较长时间。大多数显色反应速度较慢，需要一定时间，溶液的颜色才能达到稳定程度。有些有色化合物放置一段时间后，由于空气的氧化，试剂的分解或挥发，光的照射等原因，使颜色减退。适宜的显色时间和有色溶液稳定程度，也必须通过实验来确定。实验方法是配制一份显色溶液，从加入显色剂计算时间、每隔几分钟测定一次吸光度，绘制A-t曲线，根据曲线来确定适宜的时间。

不同的显色反应需要不同的温度，一般显色反应可在室温下完成。但是有些显色反应需要加热至一定的温度才能完成；也有些有色络合物在较高温度下容易分解。因此，应根据不同的情况选择适当的温度进行显色。温度对光的吸收及颜色的深浅也有一定的影响，故标样和试样的显色温度应保持一样。合适显色温度也必须通过实验确定,做A-C曲线即可求出。

4.有机溶剂和表面活性剂溶剂对显色反应的影响表现在下列几方面。（1）溶剂影响络合物的离解度许多有色化合物在水中的离解度大，而在有机溶剂中的离解度小，如在Fe(SCN)3溶液中加入可与水混溶的有机试剂(如丙酮)，由于降低了Fe(SCN)3的离解度而使颜色加深提高了测定的灵酸度。（2）溶剂改变络合物颜色的原因可能是各种溶剂分子的极性不同、介电常数不同，从而影响到络合物的稳定性，改变了络合物分子内部的状态或者形成不同的溶剂化物的结果。（3）溶剂影响显色反应的速度例如，当用氯代磺酚S测定Nb时，在水溶液中显色需几小时，如果加入丙酮后,仅需30分钟。表面活性剂的加入可以提高显色反应的灵敏度，增加有色化合物的稳定性。其作用原理一方面是胶束增溶，另一方面是可形成含有表面活性剂的多元络合物。

5.共存离子的干扰及消除共存离子存在时对光度测定的影响有以下几种类型：

(1)与试剂生成有色络合物。如用硅钼蓝光度法测定钢中硅时，磷也能与钼酸铵生成络合物，同时被还原为钼蓝，使结果偏高。

(2)干扰离子本身有颜色。如Co2+(红色)、Cr3+(绿色)、Cu2+(蓝色)。

(3)与试剂结合成无色络合物消耗大量试剂而使被测离子络合不完全。如用水扬酸测Fe3+时，Al3+、Cu2+等有影响。

(4)与被测离子结合成离解度小的另一化合物。如由于F-的存在，能与Fe3+以FeF63-形式存在，Fe(SCN)3本不会生成，因而无法进行测定。

消除干扰的方法主要有以下三种：（1）控制酸度控制显色溶液的酸度，是消除干扰的简便而重要的方法。许多显色剂是有机弱酸，控制溶液的酸度，就可以控制显色剂R的浓度，这样就可以使某种金属离子显色，使另外一些金属离子不能生成有色络合物。当溶液的情况比较复杂，或各种常数值不知道队则溶液最适合的pH值须通过实验方法来确定。（2）加入掩蔽剂在显色溶液里加一种能与干扰离子反应生成无色络合物的试剂，也是消除干扰的有效而常用的方法。例如用硫氰酸盐作显色剂测定Co2+,Fe3+有干优可加入氟化物，使Fe3+与F-结合生成无色而稳定的FeF63-，就可以消除干扰。在另外的情况下，也可通过氧化—还原反应，改变干扰离子的价态以消除于扰。（3）采用萃取光度法用适当的有机溶剂萃取有色组分,如用丁二酮肟测定钯时,钯与丁二酮肟所形成的内络盐,可被氯仿从酸性溶液中选择性地萃取。许多干扰离子则不被萃取。（4）在不同波长下测定两种显色配合物的吸光度,对它们进行同时测定。（5）寻找新的显色反应如将二元配合物改变为三元配合物。（6）分离干扰离子在没有适当掩蔽剂时，干扰离于可用电解法，淀法或离子交换法等分离除去。此外，还可以通过选择适当的测量条件，消除干扰离子的影响。二、吸光光度法的测量误差及测量条件的选择

光度分析法的误差来源有两方面，一方面是各种化学因素所引入的误差，另一方面是仪器精度不够，测量不准所引入的误差。（一）仪器测量误差任何光度计都有一定的测量误差。仪器测量误差主要是指光源的发光强度不稳定，光电效应的非线性，电位计的非线性、杂散光的影响、滤光片或单色器的质量差(谱带过宽)，比色皿的透光率不一致，透光率与吸光度的标尺不准等因素。对给定的光度计来说，透光率或吸光度的读数的准确度是仪器精度的主要指标之一，也是衡量测定结果准确度的重要因素。

光度计主要仪器测量误差是表头透射比的读数误差。光度计的读数标尺上透射比T的刻度是均匀的，故透射比的读数误差ΔT（绝对误差）与T本身的大小无关，对于一台给定仪器它基本上是常数，一般大0.002-0.01之间，仅与仪器身身的精度有关。（二）测量条件的选择选择适当的测量条件，是获得准确测定结果的重要途径。择适合的测量条件，可从下列几个方面考虑。

1.测量波长的选择由于有色物质对光有选择性吸收，为了使测定结果有较高的灵镀度和准确度，必须选择溶液最大吸收波长的入射光。如果有干扰时，则选用灵敏度较低但能避兔干扰的入射光，就能获得满意的测定结果。2.吸光度范围的控制吸光度在0.15-0.80时，测量的准确度较高。为此可以从下列几方面想办法：（1）计算而且控制试样的称出量，含量高时，少取样，或稀释试液；含量低时，可多取样，或萃取富集。（2）如果溶液已显色，则可通过改变比色皿的厚度来调节吸光度大小。

3.参比溶液的选择参比溶液是用来调节仪器工作零点的，若参比溶液选得不适当，则对测量读数准确度的影响较大。选择的办法是：（1）当试液、试剂、显色剂均无色时，可用蒸馏水作参比液。（2）试剂和显色剂均无色时，而样品溶液中其他离子有色时，应采用不加显色剂的样品溶液作参比液。（3）试剂和显色剂均有颜色时，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，然后把显色剂、试剂均按操作手续加入，以此做参比溶液，这样可以消除一些共存组分的干扰。

此外，对于比色皿的厚度、透光率、仪器波长，读数刻度等应进行校正，对比色皿放置位置、光电池的灵敏度等也应注意检查。第五节吸光光度法的应用

吸光光度法除了广泛地用于测定微量成分外，也能用于常量组分及多组分的测定。同时，还可以用于研究化学平衡、络合物组成的测定等。下面简要地介绍有关这些方面的应用。一、定量分析（一）单组分的测定1.一般方法

A-c标准曲线法2.示差法当被测组分含量高时，常常偏离朗伯-比耳定律。即使不偏离，由于吸光度太大，也超出了准确读数的范围，就是把分析误差控制在5%以下，对高含量成分也是不符合要求的。如果采用示差法，就能克服这一缺点，也能使测定误差降到±0.5％以下。示差法与普通光度法的主要区别在于它采用的参比溶液不同，它不是以c=0的试剂空白作参比，而是以一个浓度比试液cx稍小的标准溶液cs作参比，然后再测定试液的吸光度。

As=-lgTs=κbcsAx=-lgTx=κbcx

实际测得吸光度Af为

Af=Ax-A