第10章吸光光度分析

本章主要介紹可見分光光度法的基本原理、儀器的基本結構和有關應用。第十章吸光光度分析法1、熟悉吸光光度法的特點；2、掌握吸光光度法的基本原理及適用范圍；3、了解吸光光度法的分析方法以及顯色反應和顯色條件的選擇；4、了解吸光光度法儀器構造及測量條件的選擇。學習要求無機及分析化學§10－1吸光光度法的基本原理二、物質(zhì)對光的選擇性吸收三、朗伯—比耳定律四、偏離朗伯—比耳定律的原因§10－3

光度分析法及其儀器一、目視比色法二、分光光度法及分光光度計一、顯色反應與顯色劑

二、影響顯色反應的因素

§10－4

吸光光度法的應用§10－2顯色反應及其影響因素一、吸光光度法的特點三、吸光度測量條件的選擇無機及分析化學吸光光度分析：利用物質(zhì)對光的選擇性吸收特性進行測定一種分析方法，主要適用于微量組分分析。包括可見光吸光光度法、紫外吸光光度法、紅外吸收光譜法。紫外-可見光吸光光度法簡稱為吸光光度法。§10－1吸光光度法的基本原理1.靈敏度高測定含量可低至10－4～10－6%

；

2.準確度好相對誤差一般為2～5%

；3.快速簡便

步驟包括將樣品處理成溶液、顯色、測定，所需的儀器設備均不復雜，操作簡便，易于掌握；4.應用廣泛一、吸光光度法的特點無機及分析化學光的互補色示意圖

二、物質(zhì)對光的選擇性吸收1.單色光、復合光、互補色光單色光：具有同一波長的光復合光：由不同波長的光組成的光互補色光：適當顏色的兩種單色光按一定的強度比例混合，也可以成為白光，這兩種單色光被稱為互補色光

白光青藍青綠黃橙紅紫藍無機及分析化學

物質(zhì)的顏色是由于物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性的吸收作用而產(chǎn)生的，物質(zhì)的顏色由透過光的波長決定。例：硫酸銅溶液吸收白光中的黃色光而呈藍色；高錳酸鉀溶液因吸白光中的綠色光而呈紫色。

如果兩種適當顏色的光按一定的強度比例混合可以得白光，這兩種光就叫互為補色光。物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色和吸收的光顏色之間是互補關系。無機及分析化學/nm顏色互補光400-450紫黃綠450-480藍黃480-490綠藍橙490-500藍綠紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍610-650橙綠藍650-760紅藍綠不同顏色的可見光波長及其互補光白光青藍青綠黃橙紅紫藍無機及分析化學2、吸收光譜或吸收曲線

吸收曲線：將不同波長的單色光通過某一固定濃度的有色溶液，測量對應波長下溶液對光的吸光度，然后以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，即可得一曲線，稱為光吸收曲線。KMnO4

的吸收曲線最大吸收波長，max定量分析的基礎：某一波長下測得的吸光度與物質(zhì)濃度關系的有關無機及分析化學無機及分析化學300400500600350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光譜350光譜定性分析基礎：吸收曲線的形狀和最大吸收波長無機及分析化學三、光吸收的基本定律——朗伯一比耳定律1.朗伯－比耳定律實踐證明：在分光光度法測量中，若入射光為單色光，則溶液對光的吸收程度僅與溶液的濃度和液層的厚度有關，描述它們之間定量關系的定律是朗伯－比耳定律。

無機及分析化學I0：入射光強度I：透過光強度c：溶液的濃度b：液層寬度T－透光率（透射比）A－吸光度無機及分析化學

A=Kbc

其物理意義是：在一定溫度下，一束平行的單色光通過均勻的非散射的溶液時，溶液對光的吸收程度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比。

A=abc（c：g·L－1，b：cm，K用a表示，其單位為L·g－1·cm－1，a稱為質(zhì)量吸光系數(shù)）

A=εbc（c：mol·L－1，b：cm，K用ε表示，其單位為L·mol－1·cm－1，ε稱為摩爾吸光系數(shù)）ε越大，反應越靈敏,可測定組分的濃度也越低。一般認為ε＜104的顯色反應屬低靈敏度，在104～5×104時屬中等靈敏度,在6×104～105時屬高靈敏度,＞105屬超高靈敏度。無機及分析化學質(zhì)量吸光系數(shù)a:當一定波長的單色光，通過濃度為1g/L，吸收池的液層厚度為1cm的溶液時，測得的吸光度。單位為L.g-1.cm-1摩爾吸光系數(shù)ε物理意義：當一定波長的單色光，通過濃度為1mol/L，吸收池的液層厚度為1cm的溶液時，測得的吸光度。單位為L.mol-1.cm-1質(zhì)量吸光系數(shù)，摩爾吸光系數(shù)無機及分析化學解：此題是關于a、ε的計算和轉(zhuǎn)化Cu2+的質(zhì)量濃度為c=0.51×10-6/10-3=5.1×10-4(g·L-1)A=-lgT=-lg0.505=0.297a=A/bc=0.297/(2.0×5.1×10-4)=291(L·g-1·cm-1)ε=A/bc

=0.297/[(2.0×5.1×10-4)/63.55]=1.9×104（L·mol-1·cm-1）例題濃度為0.51μg/mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙比色測定，在波長600nm處，用厚度為2.0cm比色皿測得T=50.5%，問吸光系數(shù)a，摩爾吸光系數(shù)ε為多少?(MCu=63.55g/mol)無機及分析化學解:由A=-lgT=abc可得

T=10-abc

當b1=1cm時，T1=10-ac=T

當b2=2cm時，T2=10-2ac=T2例2某有色溶液，當用1cm比色皿時，其透光度為T，若改用2cm比色皿，則透光度應為多少？無機及分析化學應用朗伯－比耳定律時，必須掌握好以下條件：①入射光波長應為λmax，且單色性好；②被測溶液具有均勻性、非散射性(不渾濁,也不呈膠體)；③被測物質(zhì)的濃度應在一定范圍內(nèi)。必須指出：朗伯－比耳定律不僅適用于可見光，也適用于紅外光和紫外光；不僅適用于均勻非散射的液體,也適用于固體和氣體。因此，它是各類吸光光度法定量的依據(jù),用途很廣。無機及分析化學4、偏離朗伯—比耳定律的因素定量分析時，通常液層厚度是相同的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間的關系應該是一條通過直角坐標原點的直線。但在實際工作中，往往會偏離線性而發(fā)生彎曲。

01234mg/mLA。。。。*0.80.60.40.20工作曲線無機及分析化學

物理因素(1)比爾定律的局限性比耳定律假設了吸收粒子之間是無相互作用的，因此僅在稀溶液（c<10-2mol/L)的情況下才適用。(2)非單色光引起的偏離

朗伯一比爾定律只對一定波長的單色光才能成立，但在實際工作中，入射光是具有一定波長范圍的。無機及分析化學溶質(zhì)的離解、締合、互變異構及化學變化也會引起偏離。例：測定時，在大部分波長處，Cr2O72-的k值與CrO42-的k值是很不相同的。A與c不成線性關系。例：顯色劑KSCN與Fe3+形成紅色配合物Fe(SCN)3，存在下列平衡：

Fe(SCN)3Fe3++3SCN－溶液稀釋時一倍時，上述平衡向右，離解度增大。所以Fe(SCN)3的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導致偏離朗伯—比爾定律?；瘜W因素無機及分析化學顯色反應一般可表示為：M+R?MR

(被測組分)(顯色劑)(有色化合物)§10－2顯色反應及其影響因素一、顯色反應與顯色劑顯色反應：加入某種試劑使被測組分變成有色化合物的反應在光度分析中生成有色物質(zhì)的反應主要有配位反應、氧化還原反應等，其中以配位反應應用最廣。顯色劑與待測組分形成有色化合物的試劑

顯色劑無機及分析化學

顯色反應必須符合下列要求：①顯色反應的靈敏度要高。②有色化合物組成要固定、穩(wěn)定性要高。③反應的選擇性要好。④顯色劑在測定波長處無明顯吸收。⑤顯色反應受溫度、pH、試劑加入量的變化影響要小。無機及分析化學二、影響顯色反應的因素影響顯色反應的因素主要有以下幾種。1.顯色劑用量顯色反應一般可用下式表示：

M+R＝MR(被測離子)(顯色劑)(有色化合物)根據(jù)平衡移動原理，顯色劑R過量越多，越有利于被測離子形成有色化合物。但對于某些不穩(wěn)定或形成逐級配合物的反應，顯色劑過量太多反而會引起副反應，對測定不利。顯色劑的適宜用量要通過實驗來確定。無機及分析化學方法：固定被測離子濃度及其他條件，分別加入不同量的顯色劑，測定其吸光度，然后繪制出吸光度對顯色劑濃度的關系曲線，一般可得到如圖所示的三種形狀的曲線無機及分析化學2.溶液的酸度（2）對顯色劑的平衡濃度和顏色的影響（3）對有色化合物組成的影響不同的顯色反應的適宜pH是通過實驗確定的。（1）對被測組分存在狀態(tài)的影響無機及分析化學3、顯色溫度：要求標準溶液和被測溶液在測定過程中溫度一致。4、顯色時間：通過實驗確定合適的顯色時間，并在一定的時間范圍內(nèi)進行比色測定。5、溶劑：有機溶劑降低有色化合物的解離度，提高顯色反應的靈敏度。6、共存離子的影響

無機及分析化學§10－3光度分析法及其儀器一、目視比色法用眼睛觀察、比較溶液顏色深淺以確定物質(zhì)含量的方法。儀器：由相同質(zhì)料制成的、形狀大小相同的比色管方法：將一系列不同量的標液依次加入各比色管中，再分別加入等量的顯色劑及其他試劑，并控制其他實驗條件相同，最后稀釋至同樣的體積。配成一套顏色逐漸加深的標準色階。將一定量被測試液置于另一相同的比色管中，在同樣條件下顯色，并稀釋至同樣體積。然后從管口垂直向下觀察，也可以從比色管側面觀察，若試液與標準系列中某管溶液的顏色深度相同，則說明兩者濃度相等；若試液顏色介于兩標準溶液之間，則其濃度介于兩者之間。無機及分析化學二、分光光度計光源單色器吸收池檢測器和信號顯示系統(tǒng)1.分光光度計的基本構造無機及分析化學作用：提供能量，激發(fā)被測物質(zhì)分子，使之產(chǎn)生電子譜帶要求：發(fā)射足夠強的連續(xù)光譜，有良好的穩(wěn)定性及足夠的適用壽命類型：可見與近紅外區(qū)：鎢燈400~1100nm

紫外區(qū)：氫燈或氘燈180~400nm（1）光源無機及分析化學(2)單色器作用：從連續(xù)光源中分離出所需要的足夠窄波段的光束常用的元件：棱鏡、光柵無機及分析化學(3)吸收池功能：用于盛放試樣，完成樣品中待測試樣對光的吸收常用的吸收池：石英（紫外區(qū)）玻璃（可見區(qū)）吸收池光程：1cm、2cm、3cm等注意：為減少光的損失，吸收池的光學面必須完全垂直于光束方向。吸收池要挑選配對，因為吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程長度的精度等對分析結果都有影響。無機及分析化學(4)檢測系統(tǒng)

作用：接受、記錄信號組成：檢測器、放大器和讀數(shù)和記錄系統(tǒng)常用檢測器：光電管和光電倍增管藍敏（銻銫）光電管210~625nm

紅敏（氧化銫）光電管625~1000nm無機及分析化學分光光度計無機及分析化學三、吸光光度法測量條件的選擇1、入射光波長

a.最大吸收波長；b.能避開干擾組分的入射光波長測量條件無機及分析化學2、參比溶液

溶劑空白：試液及顯色劑均無色

試樣空白：被測試液中存在其他有色離子

試劑空白：顯色劑有色，而試液本身無色如果顯色劑和試液均有顏色，可將一份試液加入適當掩蔽劑，將被測組分掩蔽起來，使之不再與顯色劑作用，而顯色劑及其他試劑均按試液測定方法加入，以此作為參比溶液，這樣可以消除顯色劑和一些共存組分的干擾。無機及分析化學3、吸光度范圍被測溶液的吸光度值在0.2～0.8范圍內(nèi)，使測定結果有較高的準確度，過大或過小應予以調(diào)節(jié)。而當A=0.434或T%=36.8時，測定的誤差最小。為此可從以下三方面加以控制：一是改變試樣的稱樣量，或采用稀釋、濃縮、富集等方法來控制被測溶液的濃度