第11章吸光光度法

第十一章吸光光度法吸光光度法§11-1概論一、光的本質(zhì)：

光的本質(zhì)是電磁波，具有特定的波長(zhǎng)和頻率。若ν、λ不同，其物理屬性也不同。分析化學(xué)射線x射線紫外光紅外光微波無(wú)線電波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可見光

波長(zhǎng)在400～750nm的可見光：人的視網(wǎng)膜對(duì)此類光尤為敏感，且在此范圍內(nèi)不同波長(zhǎng)的光在視網(wǎng)膜中的顏色不同。其規(guī)律為：常見的自然光為白光，系由多種光混合互補(bǔ)而構(gòu)成。兩種顏色的光以一定的比例相混合，即成白光。特點(diǎn)：

兩兩互補(bǔ)

二、顯色的機(jī)理：

按物理學(xué)的觀點(diǎn)：

物質(zhì)本身并不具有顏色，之所以顯色，系物質(zhì)吸收相應(yīng)互補(bǔ)色之故，如：分析化學(xué)若顯蘭色：系吸收了蘭色的互補(bǔ)色——黃色；若顯紅色：系吸收了紅色的互補(bǔ)色——青色。極端情況：

若所有光均被物質(zhì)吸收該物質(zhì)呈黑色；若所有光均不被物質(zhì)吸收該物質(zhì)呈白色。

同時(shí)，物質(zhì)的顏色的深淺與其吸收的強(qiáng)弱有關(guān)——吸收越強(qiáng)，顏色越深，由此可進(jìn)行化學(xué)分析。分析化學(xué)三、吸收曲線1、吸光度定義：物質(zhì)對(duì)光的吸收程度，常用“A”表示。顯然，吸收程度越大，其顏色就越深，吸光度A值也越大。分析化學(xué)2、透光度（透光率、透色比）

顯然：∵0≤It≤I0

故：T的取值范圍為：

0≤T≤1（或0≤T≤100%）分析化學(xué)定義：透過(guò)光的強(qiáng)度與入射光的強(qiáng)度的比值，常用“T”表示：I0It3、二者的關(guān)系

若將一定強(qiáng)度（I0）的光照射某一溶液，透過(guò)的光越多，T越大，相應(yīng)的吸光度A則越小，二者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系：由此可見：當(dāng)T→0，A→∞

當(dāng)T→1(或100%)時(shí)，A→0分析化學(xué)1A=lg—T故A的取值范圍為：0→∞4、吸收曲線

不同的物質(zhì)，由于分子結(jié)構(gòu)不同，其核外電子運(yùn)動(dòng)時(shí)所需要的能量也不同，因而吸收的電磁波也不一樣——所需能量越大，吸收光的波長(zhǎng)也越短，反之則越長(zhǎng)。分析化學(xué)分析化學(xué)

如：KMnO4溶液主要吸收波長(zhǎng)為525nm附近的綠光，而使溶液呈紫色。若以不同波長(zhǎng)（λ）的單色光照射溶液，測(cè)其吸光度A，以此作圖（λ為橫坐標(biāo)，A為縱坐標(biāo)），可得其溶液吸光度A隨λ變化而變化的曲線吸收曲線曲線的最高點(diǎn)（A值最大處）位于525nm，記為：

λmax=525nm分析化學(xué)最大吸收波長(zhǎng)λmax的意義

不同的物質(zhì)，λmax不同據(jù)此可進(jìn)行定性分析。同一種物質(zhì)，λmax相同，但若濃度不同，吸收曲線的高度也不同據(jù)此即可進(jìn)行定量分析。曲線高度(吸光度A)的意義有色物質(zhì)§11-2光吸收定律一、朗伯—比爾定律：分析化學(xué)

當(dāng)一束平行的單色光垂直地通過(guò)某一均勻的非散射的吸光物質(zhì)時(shí)，其吸光度A與相應(yīng)物質(zhì)的濃度c和吸收層厚度（b）成正比。

波長(zhǎng)相同或相近溶液顯然要求物質(zhì)的顆粒小(光通過(guò)時(shí)不產(chǎn)生散射，而是繞其而過(guò))分析化學(xué)A——吸光度b——吸收層厚度(cm)c——吸光物濃度k——比列系數(shù)

此即為朗伯—比爾定律（光吸收定律）

式中：即：ItIoTA=kbc=lg—=lg—1A=κbc其中，濃度c的單位有兩種表示方法：

1、以質(zhì)量濃度（g·L-1）為單位，相應(yīng)k稱為吸收系數(shù)用“a”表示，則：A=abc2、以物質(zhì)的量濃度（mol·L-1）為單位，相應(yīng)k稱為摩爾吸收系數(shù)，用“κ”表示，則：

分析化學(xué)較常用，下面的討論均為此種關(guān)系對(duì)于κ，需注意以下兩點(diǎn)：

1、κ的單位：吸光度A是無(wú)單位的量，故κ的單位為：L·mol-1·cm-1

2、κ的物理意義：指當(dāng)吸收層厚度為1cm，濃度為

1mol·L-1時(shí)對(duì)應(yīng)的吸光度。分析化學(xué)可見，κ與濃度、厚度無(wú)關(guān)，只取決于測(cè)量波長(zhǎng)、物質(zhì)種類。A=κbcκ=A/(bc)顯然，對(duì)于特定的物質(zhì)而言，影響κ大小的唯一因素只剩下測(cè)定時(shí)所用電磁波的波長(zhǎng)：波長(zhǎng)不同，κ值也就不同——因而應(yīng)用κ時(shí)，需注明測(cè)定波長(zhǎng)（如選用λmax，也可不注明）。3、κ的分析意義：按吸收曲線的變化關(guān)系已知，波長(zhǎng)不同，同一物質(zhì)的吸光度也不同——相應(yīng)的κ也不一樣。由關(guān)系式κ=A/(bc)可知，若測(cè)定波長(zhǎng)選擇最大吸收波長(zhǎng)λmax，對(duì)應(yīng)的吸光度A最大，相應(yīng)的κ也最大——稱為最大摩爾吸收系數(shù)，寫為κmax

。A=κbcκ=A/(bc)

不同的物質(zhì)，對(duì)光的吸收性能不同，其κmax也不同。顯然，κmax越大的物質(zhì)，在相同濃度下的吸光度越大，其測(cè)定的靈敏度也越高。即：

κmax∝靈敏度。通常情況下，為獲得較好的測(cè)量效果，一般要求：κmax＞104

L·mol-1·cm-1吸光光度法的靈敏度除用摩爾吸收系數(shù)κmax表示外，還常用桑德爾靈敏度表示。其定義見P280，常用符號(hào)S表示，S與κmax的關(guān)系為：S=M/κM——被測(cè)物的摩爾質(zhì)量二、吸光度A—濃度c的關(guān)系曲線：按朗伯—比爾定律，當(dāng)物質(zhì)一定，波長(zhǎng)一定，吸收層厚度一定時(shí)，A—c應(yīng)呈線性關(guān)系（如右圖）：但實(shí)踐中，若處理不好，關(guān)系曲線常有偏離——分正偏差、負(fù)偏差兩種情況：

正偏差（A測(cè)＞A理）；負(fù)偏差（A測(cè)＜A理）。1、物理因素：①光不純：朗伯—比爾定律要求入射光應(yīng)為單色光（具有確定波長(zhǎng)的光），且一般要求測(cè)定時(shí)的波長(zhǎng)為最大吸收波長(zhǎng)（λmax或κmax）。若入射光不純，含有其他不同波長(zhǎng)的光，則此類光由于不易被所測(cè)物質(zhì)吸收，必然導(dǎo)致A減小，產(chǎn)生負(fù)偏差。造成偏差的原因有兩類：物理因素和化學(xué)因素

a.選擇好的分光器以獲得較純的單色光。

b.即使再好的分光器，也難以獲得絕對(duì)意義上的單色光，但若混進(jìn)的光的λ與選測(cè)光的λ測(cè)相近，則對(duì)吸光度A不影響；若相差較大，需調(diào)整入射波長(zhǎng)，減小靈敏度，選擇影響較小的λ分析（見右圖）。解決方法：②入射光不平行：

測(cè)定時(shí)，是將被測(cè)溶液置于矩形的比色皿內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。若入射光不平行，則難以保證光線垂直通過(guò)被測(cè)溶液，造成部分光線的光程增大（相當(dāng)于液層厚度b增大），從而導(dǎo)致A增加，產(chǎn)生正偏差（右圖）。解決方法：分析化學(xué)平行光不平行光不平行光使入射光嚴(yán)格平行通過(guò)吸收層（垂直于比色皿的被照表面）③介質(zhì)不均勻：

若被測(cè)物為溶液，溶質(zhì)是分子或接近分子的離子狀態(tài)，顆粒很小，其直徑遠(yuǎn)小于可見光波長(zhǎng)，則入射光通過(guò)時(shí)將發(fā)生繞射而非散射，微粒對(duì)A無(wú)直接影響（吸收除外）。若被測(cè)物顆粒較大，入射光通過(guò)時(shí)將發(fā)生散射，使T減小，A增加，產(chǎn)生正偏差。解決方法：分析化學(xué)控制操作條件，使溶液澄清透明，避免生成膠體或產(chǎn)生渾濁現(xiàn)象。被測(cè)物質(zhì)2、化學(xué)因素：①溶液濃度過(guò)高：

使溶液中微粒之間的間隙減小，同時(shí)使溶質(zhì)間的相互作用增加，溶液的粘度增加，導(dǎo)致T

、A發(fā)生變化（這種改變與濃度增大時(shí)，被測(cè)物分子數(shù)增多，吸光度增大毫不相關(guān)）。解決方法：稀釋，使被測(cè)液在較低濃度下進(jìn)行。②化學(xué)反應(yīng)：

通過(guò)解離、締合等形成其他化合物，使被測(cè)物的濃度c減小，A減小，產(chǎn)生負(fù)偏差。

解決方法：控制濃度、酸度，除去其它易反應(yīng)物質(zhì)，從而減小偏差。§11-3吸光光度法的儀器

分光光度計(jì)由光源、單色器、吸收池、檢測(cè)系統(tǒng)四部分構(gòu)成。0.482光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示器檢測(cè)系統(tǒng)吸收池又叫比色皿，是由質(zhì)料均勻的玻璃構(gòu)成，分0.5cm、1cm、2cm、3cm（均指池的厚度，即液層厚度）幾種規(guī)格。雖然無(wú)色透明，但仍有一定的吸光度（A池）。另外，雖然多數(shù)溶劑為水，表面無(wú)色透明，但也有一定的吸光度，用A劑表示。吸收池：

若溶液中具有顏色的被測(cè)離子吸光度為A測(cè)，則當(dāng)一束光照射至吸收池及其內(nèi)部溶液時(shí)，所測(cè)得的總吸光度為A總，則：

A總=A測(cè)+A池+A劑=A測(cè)+AR

AR

雖然按朗伯—比爾定律，A測(cè)=κbc，但得到的卻非A測(cè)而為A總，若由其算c，須知AR，這樣就略顯復(fù)雜。解決方法：

先取同樣厚度的吸收池盛同樣的溶劑（注意：不含被測(cè)離子），此類溶液稱“參比溶液”。用同樣波長(zhǎng)的光在相同條件下測(cè)定，其吸光度用“A參”表示，顯然：分析化學(xué)

A參=A池+A劑=AR

若人為的將參比液的吸光度調(diào)節(jié)為0（亦即T參=100%），即A參=0，再對(duì)被測(cè)溶液進(jìn)行測(cè)定：

A總=A測(cè)+A參=A測(cè)=κbc由測(cè)出的A總即可直接計(jì)算c。參比調(diào)零由于吸光光度法是一種很靈敏的分析法（靈敏度可高達(dá)10－4～10－5%，萬(wàn)分之一或十萬(wàn)分之一的含量），故操作條件尤為關(guān)鍵，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)（針對(duì)吸收池）：分析化學(xué)①.各吸收池的規(guī)格和性能應(yīng)一致。②.使用時(shí)應(yīng)注意保持清潔。③.不要在吸收池上留下劃痕。④.吸收池在比色槽中的位置要固定?！?1-4吸光光度法分析條件的選擇

一、顯色反應(yīng)及影響因素：1、顯色反應(yīng)：

若被測(cè)物有色——可直接測(cè)其A；若無(wú)色，則需加入某種試劑使之顯色。此類試劑叫“顯色劑”，其反應(yīng)稱“顯色反應(yīng)”，可表示為：無(wú)色被測(cè)物+顯色劑有色物其顯色機(jī)理有兩類：①氧化還原：如：

Mn2++S2O82-MnO4-(紫紅)②絡(luò)合：

如：

Mo5+(無(wú)色)＋5SCN-→Mo(SCN)5(橙紅)過(guò)二硫酸鹽使用顯色劑時(shí)需注意:①選擇性好：顯色劑不與其它離子發(fā)生副反應(yīng)；②靈敏度要高：只需很少被測(cè)物即能顯出明顯顏色；③對(duì)比度要大：顯色劑與產(chǎn)物之間的顏色（波長(zhǎng)）相差較大（△λ在60nm以上，即顏色不同）否則顯色劑將發(fā)生干擾；④有色物要穩(wěn)定，組成要恒定：保證重現(xiàn)性好，準(zhǔn)確度高；⑤顯色條件易于掌握。2、影響因素：①顯色劑的用量：

因顯色反應(yīng)可逆，故增大顯色劑用量，可使平衡右移，產(chǎn)物轉(zhuǎn)換徹底，A增大，準(zhǔn)確性和靈敏度均可提高。

但個(gè)別物質(zhì)，如Mo(SCN)n，顯色劑SCN-用量增大后，因生成配位數(shù)為6的絡(luò)合物［Mo(SCN)6-］，顏色反而變淺，A減小。ACn=5②溶液酸度：

若溶液中被測(cè)離子或顯色劑能與酸堿作用，則改變酸度即可改變產(chǎn)物濃度，使其吸光度和靈敏度發(fā)生變化。解決方法：

讓顯色反應(yīng)在不同酸度下進(jìn)行，找出其最大吸收酸度，即得最適宜的酸度條件。ApHpHmax

③顯色時(shí)間：

當(dāng)被測(cè)物與顯色劑通過(guò)顯色反應(yīng)生成有色產(chǎn)物后，按產(chǎn)物的穩(wěn)定情況可分幾種不同的類型：分析化學(xué)穩(wěn)定型：產(chǎn)物一旦產(chǎn)生，便非常穩(wěn)定（最理想的類型，可在t0以后測(cè)定）不穩(wěn)定型：產(chǎn)物形成后逐漸分解（不能用于吸光分析）半穩(wěn)定型：產(chǎn)物較穩(wěn)定，經(jīng)一段時(shí)間放置后才逐漸分解（應(yīng)抓緊時(shí)間在t1至t2測(cè)定）AtAtAtt0t0t1t2

④溫度：

不同的顯色反應(yīng)需不同的溫度，有的常溫下即可進(jìn)行，有的需加熱，有的在高溫下要分解，故應(yīng)根據(jù)不同情況選擇適宜溫度。分析化學(xué)

⑤共存離子干擾：

a.共存離子與顯色劑生成有色物。

消除方法：掩蔽或分離。

b.共存離子本身有顏色，且不易分離。

消除方法：適當(dāng)調(diào)整參比溶液，如用不加顯色劑的溶液為參比，將其參比調(diào)零，即可消除。二、儀器的測(cè)量誤差分析化學(xué)儀器的質(zhì)量引起的誤差讀數(shù)誤差如儀器不穩(wěn)定，顯示不靈敏等對(duì)儀器讀數(shù)表上的刻度讀取不準(zhǔn)造成（盡管采用液晶顯示，但仍存在一定的顯色誤差）

前一種誤差可通過(guò)檢修等方法提高質(zhì)量，而后一種則難以消除。一般來(lái)說(shuō)，讀數(shù)器上最初讀取的參數(shù)均為透光度（再以此換算為A）。因測(cè)量條件所限，均存在一定的讀數(shù)誤差。通常情況下，讀數(shù)誤差△T處在0.002～0.01之間，取平均值：分析化學(xué)

即每次顯示的T值均有0.005的誤差，且此值對(duì)0～1.0之間的每個(gè)T值均相同。

但是，因T與A、c均非線性而呈現(xiàn)對(duì)數(shù)關(guān)系，故在不同T所對(duì)應(yīng)的讀數(shù)誤差△T導(dǎo)致的吸光度A的誤差△A是不同的，由此造成的濃度△c也不同。何處的△A、△c最?。拷^對(duì)誤差按關(guān)系:解出：微分：相對(duì)誤差后式除以前式：以T對(duì)│Et│作圖，可得一向下彎曲的曲線，由此可見：①當(dāng)T＝0.15～0.70范圍內(nèi)，│Et│相對(duì)較小，故為獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果，應(yīng)使被測(cè)物T處在此范圍內(nèi)（相應(yīng)的吸光度A=0.15～0.80之間）；②曲線有一最低點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的：T=0.368，A＝0.434，此時(shí)讀數(shù)誤差引起的濃度誤差最小，結(jié)果最準(zhǔn)確。0.15

0.368

0.70(T)0.80

0.434

0.15

(A)│Et│§11-5吸光光度法的應(yīng)用兩方面：

定性利用不同物質(zhì)最大吸收波長(zhǎng)λmax不同進(jìn)行分析；定量利用同一物質(zhì)在不同濃度下吸光度不同進(jìn)行分析。最主要的應(yīng)用一、定量分析：

又分單組分和多組分（兩種或兩種以上被測(cè)組分）。針對(duì)單組分：分析方法主要有兩種：

1、標(biāo)準(zhǔn)曲線法：

當(dāng)吸收池厚度一定時(shí)，被測(cè)組分的吸光度A與c呈正比關(guān)系，故此可用標(biāo)準(zhǔn)曲線法確定被測(cè)組分濃度，具體步驟為：第一步：配制一系列含有同樣被測(cè)物且濃度不同（均已知）的溶液——標(biāo)準(zhǔn)溶液，在相同條件下測(cè)出各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度：

c1、c2、…、cn；

A1、A2、…、An。第二步：以A為縱坐標(biāo)，c為橫坐標(biāo)作圖，可得到一直線——“標(biāo)準(zhǔn)曲線”。第三步：在同樣條件測(cè)未知液的吸光度（Ax），其圖上的水平線與標(biāo)準(zhǔn)曲線之點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)cx即為被測(cè)液的濃度。C1

C2

Cn

ACCx【注意】：

①本法所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)曲線系由一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的測(cè)定所得。顯然，標(biāo)準(zhǔn)溶液越多，越易在測(cè)量中減少偶然誤差的影響，結(jié)果越準(zhǔn)確，但過(guò)多時(shí)操作又較復(fù)雜費(fèi)，通常：

；②測(cè)定條件下A與c不應(yīng)發(fā)生偏離，若有偏離（呈曲線），應(yīng)取其直線部分進(jìn)行測(cè)定；③若因各種隨機(jī)誤差的影響，某些點(diǎn)不在同一直線上。應(yīng)“

”，取其總的趨勢(shì)作一平滑曲線（切忌作各點(diǎn)的折線）。分析化學(xué)n=4～6上下兼顧，左右兼顧2、示差分光光度法：

通常情況下測(cè)定被測(cè)物的吸光度A時(shí)，均以不含被測(cè)組分的溶液(空白溶液)作參比，通過(guò)參比調(diào)零，使其A參=0，此時(shí)

A總＝A測(cè)＝κbc，為確保讀數(shù)誤差較小，均要求測(cè)得的A總處于0.15～0.80之間。但若被測(cè)物濃度較大，則將造成許多不利后果，表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：①吸光度A值超出0.15～0.80范圍，出現(xiàn)較大的讀數(shù)誤差；②溶液的光學(xué)屬性與參比液相差很大，造成較大偏離；③吸光分度法雖然靈敏較高，但準(zhǔn)確度卻較差（測(cè)定誤差約為4％）——故多用于微量分析，而少用于高濃度的常量分析。

較大的測(cè)量誤差

當(dāng)然，上述問(wèn)題可通過(guò)稀釋處理，但操作麻煩，加之增加了一項(xiàng)操作，誤差值可能進(jìn)一步增大。為此，可采用示差分光光度法，其原理是：取一含被測(cè)組分的標(biāo)準(zhǔn)液作參比（其濃度cs和被測(cè)液相近或略低于被測(cè)液cx

），即：

cs

＜cx

對(duì)參比溶液：AS＝κb·cS對(duì)被測(cè)溶液：AX＝κb·cX兩者相減：AX-AS＝κb（cX-cS）即：△A＝κb·△c

△A△c兩溶液的吸光度之差與濃度差成正比

測(cè)定時(shí)，以標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比，調(diào)節(jié)As＝0。然后，在同樣條件下測(cè)定被測(cè)液，測(cè)得的數(shù)值實(shí)為兩溶液的吸光度之差（示差吸光度），用Af表示：

Af＝△A＝κb·△c

上式中，只要知道κb，即可由Af算出△c，再由：△c＝cx－cs，算出：cx＝△c＋cs

采用此法后，因縮小了參比液和被測(cè)液的濃度差，即可解決問(wèn)題①、②。問(wèn)題③的解決原理：

當(dāng)濃度很大時(shí)，其透光度通常較?。ㄐ∮?.15）。若參比液的透光度Ts為0.10(即10%)，則被測(cè)液Tx將更小(設(shè)為0.05，即5%)。參比調(diào)零時(shí)，由于使參比液As＝0，則其透光率Ts必?cái)U(kuò)大至1.0（100％）