第八章分光光度法

第八章吸收光譜法一、吸收光譜原理1.吸收光譜法：在光譜分析中，依據(jù)物質對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法。又稱吸光光度法。8.1吸收光譜法的基本原理吸收光譜法分子吸收原子吸收紅外吸收光譜法紫外吸收光譜法可見吸收光譜法2023/9/28紅外吸收光譜法：吸收光波長范圍2.5-1000nm,主要用于有機化合物結構鑒定。

紫外吸收光譜法：吸收光波長范圍200-400nm（近紫外區(qū)），可用于結構鑒定和定量分析。

可見吸收光譜法：吸收光波長范圍400-750nm，主要用于有色物質的定量分析。2023/9/282.光的基本性質

電磁波的波粒二象性

c－真空中光速2.99792458×108m/s ~3.0×108m/sλ－波長，單位：m,cm,mm,

m,nm,?

1

m=10-6m,1nm=10-9m,1?=10-10mν－頻率，單位：赫芝（周）Hz次/秒

n－折射率，真空中為1光的傳播速度:波動性2023/9/28磁場向量電場向量傳播方向YZX與物質作用2023/9/28微粒性

h－普朗克(Planck)常數(shù)6.626×10-34J·s

－頻率

E－光量子具有的能量單位：J(焦耳)，eV(電子伏特)

光量子，具有能量。2023/9/28波粒二象性結論:一定波長的光具有一定的能量，波長越長(頻率越低)，光量子的能量越低。單色光：具有相同能量(相同波長)的光?；旌瞎猓壕哂胁煌芰?不同波長)的光復合在一起。真空中:2023/9/28光學光譜區(qū)遠紫外近紫外可見近紅外中紅外遠紅外（真空紫外）10nm~200nm200nm~380nm380nm~780nm780nm~2.5

m2.5

m~50

m50

m~300

m2023/9/28（1）互補色光：若兩種顏色的光按某適當?shù)膹姸缺壤旌虾罂沙蔀榘坠?則這兩種色光成為互補色光。例如,黃光和藍光。3.溶液中溶質分子對光的吸收與吸收光譜2023/9/28（2）物質的顏色與光吸收的關系物質之所以呈現(xiàn)不同的顏色是物質對光選擇性吸收造成的。溶液在日光的照射下,如果可見光幾乎均被吸收,則溶液呈黑色;如果全不吸收,則呈無色透明;若吸收了白光中的某種色光,則呈現(xiàn)透射光的顏色,即被吸收光的互補色。2023/9/28例如,KMnO4溶液吸收波長500—560nm的綠色光,呈現(xiàn)紫色;K2Cr2O7溶液吸收籃紫色光,而呈現(xiàn)黃色;硫酸銅溶液呈現(xiàn)藍色是由于它吸收了白光中的黃色光波.2023/9/28(3)溶液中溶質分子對光的吸收與吸收光譜

/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2023/9/28（4）吸收曲線：在同樣的條件下依次將各種波長的單色光通過某物質溶液,并分別測定每個波長下溶液對光的吸收程度(吸光度A),以波長為橫坐標,吸光度為縱坐標得到的A～λ曲線,稱為該溶液的吸收曲線，又稱吸收光譜。2023/9/28最大吸收波長λmaxb:吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長λmax末端吸收:出現(xiàn)在短波區(qū),紫外區(qū)末端吸收增強,未成峰形.生色基團:能產(chǎn)生吸收峰的原子或原子團助色基團:本身不能產(chǎn)生吸收,對周圍的生色基團發(fā)生作用,使生色基團吸收紅移:吸收峰向長波方向移動紫移:吸收峰向短波方向移動2023/9/28吸收曲線的討論:①同一種物質對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長λmax

。②不同濃度的同一種物質，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。2023/9/28③吸收曲線可以提供物質的結構信息，并作為物質定性分析的依據(jù)之一。④在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。2023/9/28300400500600700

/nm350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光譜3502023/9/28苯和甲苯在環(huán)己烷中的吸收光譜苯(254nm)甲苯(262nm)A

2302502702023/9/284.光吸收基本定律:Lambert-Beer定律A=lg(I0/It)=kLcItI0bdxII-dIs朗伯定律(1760)A=lg(I0/It)=k1b比爾定律(1852)A=lg(I0/It)=k2c吸光度介質厚度(cm)2023/9/28T－透光率（透射比）（Transmittance）A

=lg(I0/It)=lg(1/T)=-lgT

=kLc2023/9/28吸光度A、透射比T與濃度c的關系ATcA=kLc2023/9/28K

吸光系數(shù)

Absorptivity

a的單位:L·g-1·cm-1當c的單位用g·L-1表示時，用a表示，

A＝aLc

的單位:L·mol-1·cm-1當c的單位用mol·L-1表示時，用

表示.

－摩爾吸光系數(shù)MolarAbsorptivity

A＝

Lc

當c的單位用g·100mL-1表示時，用表示，

A＝bc，叫做比消光系數(shù)2023/9/28摩爾吸光系數(shù)ε的討論：①ε是吸收物質在一定波長下的特征常數(shù)。溫度和波長等條件一定時，ε僅與吸光物質本性有關，而與其濃度c和光程長度L無關；②可作為定性鑒定的參數(shù)；2023/9/28③同一吸收物質在不同波長下的ε值是不同的。ε越大表明該物質對某波長的光吸收能力越強，用光度法測定該物質的靈敏度越高。

ε代表測定方法的靈敏度。2023/9/28吸光度與光程的關系A=

Lc

光源檢測器0.00吸光度檢測器L樣品光源0.22吸光度光源檢測器0.44吸光度L樣品L樣品2023/9/28吸光度與濃度的關系

A=

Lc

L2>L1

吸光度0.00光源檢測器

吸光度0.22光源檢測器L1

吸光度0.42光源檢測器L22023/9/28例:1.有一溶液,在λmax=310nm處的透光率為87%,在該波長處時的吸光度為多少？解：T＝87％；

A＝－lgT＝－lg87％＝0.062.已知苯胺的λmax=280nm,ε=1430,有一含苯胺的水樣,在1cm比色皿中測得吸光度為0.52,求該水樣中苯胺的含量。（以mg/L表示)解:2023/9/283.

某有色化合物的0.0010%水溶液,在510nm處,用3cm比色皿測得吸光度為A=0.57,已知摩爾吸光系數(shù)為2.5×103L/mol.cm,求該有色配合物的摩爾質量。解：2023/9/28

01234mg/mlA。。。。*0.80.60.40.20溶液濃度的測定A＝aLc工作曲線法(校準曲線)朗伯-比爾定律的分析應用2023/9/28偏離朗伯—比耳定律的原因

朗伯—比耳定律知,吸光度與溶液的濃度成正比,即A～C呈線性關系,標準曲線法測定未知溶液的濃度時發(fā)現(xiàn)：標準曲線常發(fā)生彎曲（尤其當溶液濃度較高時），這種現(xiàn)象稱為對朗伯—比爾定律的偏離。

2023/9/28引起這種偏離的因素（兩大類）：（1）物理性因素朗伯—比爾定律的前提條件之一是入射光應為單色光。分光光度計只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復合光可導致對朗伯—比耳定律的正或負偏離。(2)化學性因素朗伯—比爾定律的假定：所有的吸光質點之間不發(fā)生相互作用。故：朗伯—比爾定律只適用于稀溶液(濃度大,易發(fā)生偏離)。溶液中存在著離解、聚合、互變異構、配合物的形成等化學平衡時,使吸光質點的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。2023/9/288.2比色法和分光光度法方便、靈敏，準確度差。常用于限界分析。觀察方向1.目視比色法c4c3c2c1c1c2c3c4一、比色法2023/9/282.光電比色法通過濾光片得一窄范圍的光(幾十nm)光電比色計結構示意圖靈敏度和準確度較差2023/9/28二、分光光度法特點：光源——通過棱鏡或光柵得到一束近似的單色光.波長可調,故選擇性好,準確度高.監(jiān)測系統(tǒng)——光電倍增管，將光信號轉化為電信號：分類可見分光光度計紫外可見分光光度計2023/9/28光源單色器吸收池檢測系統(tǒng)穩(wěn)壓電源分光光度法的基本部件2023/9/28722型分光光度計結構方框圖光源吸收池檢測系統(tǒng)分光系統(tǒng)2023/9/28分光光度計的主要部件光源：發(fā)出所需波長范圍內的連續(xù)光譜，有足夠的光強度,穩(wěn)定。 可見光區(qū)：鎢燈，碘鎢燈(320～2500nm)

紫外區(qū)：氫燈，氘燈(180～375nm)單色器：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置。

棱鏡:玻璃350～3200nm,石英185～4000nm

光柵:波長范圍寬,色散均勻,分辨性能好,使用方便2023/9/28吸收池：(比色皿)用于盛待測及參比溶液。 可見光區(qū)：光學玻璃池 紫外區(qū)：石英池檢測器：利用光電效應，將光能轉換成電流訊號。 光電池，光電管，光電倍增管指示器： 低檔儀器：刻度顯示中高檔儀器：數(shù)字顯示，自動掃描記錄2023/9/28棱鏡：依據(jù)不同波長光通過棱鏡時折射率不同單色器入射狹縫準直透鏡棱鏡聚焦透鏡出射狹縫白光紅紫λ1λ28006005004002023/9/28光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數(shù)量很大的等寬度等間距條痕(600、1200、2400條/mm)。M1M2出射狹縫光屏透鏡平面透射光柵光柵衍射示意圖原理：利用光通過光柵時發(fā)生衍射和干涉現(xiàn)象而分光.2023/9/28檢測器SeAu，Ag半導體h

硒光電池Ag、Au2023/9/28光電管紅敏管625-1000nm藍敏管200-625nmNi環(huán)（片）堿金屬光敏陰極h

2023/9/28光電倍增管待掃描160-700nm1個光電子可產(chǎn)生106～107個電子2023/9/28７２１或７５２分光光度計的使用(1)打開光源，電源指示燈亮，預熱10min.(2)用波旋鈕調λmax.(3)打開樣品池暗箱蓋，斷開光路，調至１００％，吸光度Ａ＝,透光率Ｔ＝０。(4)選擇合適的參比液（如蒸餾水），合上暗箱蓋，將參比池置于光路中，調零，Ｔ＝１００％，Ａ＝０。(5)重復（３）和（４）至少兩遍.2023/9/28

例題1、吸收曲線是（）

A,A—C關系圖B,A—pH關系圖C,A--λ關系圖D,A---ε關系圖2、今有甲乙兩個不同濃度的同一有色物質的溶液，用同一波長的光，同一厚度的比色皿測得吸光度為：甲0.2，乙0.3，如果甲的濃度為4.0×10-4mol/L，則乙的濃度為（）mol/L

A、2．0×10-4;B、4.0×10-4;

C、6.0×10-4;D、8.0×10-4.3.在分光光度法中，吸光度和透光度的關系是下列四個中的哪一個（

）

A、A=1gT;B、A=1g（1/T）;C、T=1gA;D、A=1n（1/T）.CCB2023/9/284.在分光光度法中，理想的顯色劑應該滿足（

）。

A、靈敏度高、選擇性和穩(wěn)定性好B、靈敏度高、顯著性和穩(wěn)定性好

C、靈敏度高、選擇性和顯著性好D、靈敏度高、顯著性和準確度好5.某試液用2.0cm的比色皿,測得T=60%,若改用1.0cm的比色皿,測得T為（

）A15%B30%C39%D77%6.在分光光度法中，宜選用的吸光度讀數(shù)范圍為：

A、0~0.2；

B、0.1~0.3；

C、0.3~1.0；

D、0.2~0.87.某物質的摩爾吸光系數(shù)ε很大，則表明：()A、該物質溶液的濃度很大；B、光通過該物質溶液的光程長；C、測定該物質的靈敏度低；D、測定該物質的靈敏度高；ADD2023/9/288.某金屬離子X與R試劑形成一有色絡合物，若溶液中X的濃度為1.0×10-4mol·L-1，用1cm比色皿在525nm處測得吸光度為0.400，則此絡合物在525nm處的摩爾吸光系數(shù)為：()A、

4×10-3；

B、4×103；

C、4×10-4；

D、4×104。9.某

符合比耳定律的有色溶液，當濃度為c時，其透光度為T0；若濃度增大1倍，則此溶液的透光度的對數(shù)為：()A、T0/2；

B、2T0；

C、21gT0；

D、。10.符合比爾定律的某有色溶液稀釋時,其最大吸收峰的波長位置:()A、向短波方向移動;B、向長波方向移動;C、不移動,但高峰值降低;D、不移動,但高峰值增大.11.在吸光光度法中，透過光強度（It）與入射光強度（I0）之比，即It/I0，稱為()A、吸光度；B、消光度；C、透光度；D、光密度。BCCC2023/9/28A

=lg(I0/It)=lg(1/T)=-lgT

=kLc92023/9/2812.有甲、乙兩個不同濃度的同一有色物質水樣，用同一波長進行測定。當甲水樣用1cm比色皿，乙用2cm比色皿，測定的吸光度相同，則它們的濃度關系是：A、甲是乙的1/2；B、甲是乙的4倍；

C、乙是甲的1/2；D、乙是甲的4倍。13.Fe和Cd的摩爾質量分別是55.85g/L和112.4g/L,分別反應后,用吸收光譜法測定.同樣質量的兩元素顯色成相同體積的溶液,前者用2cm比色皿,后者用1cm比色皿,測定吸光度相同.則兩種顯色反應產(chǎn)物的摩爾吸收系數(shù)為:A、Cd的約為Fe的4倍；B、Fe的約為Cd的4倍；

C、Cd的約為Fe的2倍；D、Fe的約為Cd的2倍。CA2023/9/2814.分光光度法與普通光度法的不同點是:A、測量范圍不同；B、檢測器不同；

C、獲得單色光的方法不同；

D、光源不同。C2023/9/2815、某符合朗伯-比耳定律的某有色溶液,當有色物質的濃度增加時,最大吸收波長和吸光度分別是()A、不變、增加B、不變、減少

C、增加、不變D、減少、不變16、若顯色劑無色，而被測溶液中存在其他有色離子，在比色分析中，應采用的參比溶液是()A、蒸餾水B、顯色劑C、加入顯色劑的被測溶液；D、不加顯色劑的被測溶液AD2023/9/288.3顯色反應及其影響因素：：：：助色團－NH2，－OH，－X（孤對電子）ne一、顯色劑與顯色反應O生色團：－N＝N－，－N＝O，OC=S,－N（共軛雙鍵）πe無機顯色劑:SCN-

[Fe(SCN)]2+H2O2

[TiO·H2O2]2+有機顯色劑:2023/9/28有機顯色劑

CH3－C－C－CH3HO－NN－OH＝＝NNOHCOOHSO3HOO型：NNNOH

OHON型：PARNHNHNSNS型：雙硫腙NN型：丁二酮肟鄰二氮菲磺基水楊酸2023/9/28顯色反應滿足的條件*靈敏度高，一般ε>104*選擇性好*顯色劑在測定波長處無明顯吸收。

對照性好,

λmax>60nm.*反應生成的有色化合物組成恒定，穩(wěn)定。*顯色條件易于控制，重現(xiàn)性好。2023/9/28二、顯色反應的影響因素c(R)c(R)c(R)1.顯色劑用量（c(M)、pH一定）Mo(SCN)32+

淺紅Mo(SCN)5

橙紅Mo(SCN)6-淺紅Fe(SCN)n3-n2023/9/282.顯色反應酸度（c(M)、c(R)一定）pH1<pH<pH2pH2023/9/28鄰二氮菲－亞鐵反應完全度與pH的關系Fe2++3RH＋H＋A檸檬酸c(R)≈[R′]=10-4mol·L-1β3＝1021.3β3FeR32023/9/28pH3～8為適宜的酸度范圍2023/9/283.顯色溫度及顯色時間另外，還有介質條件、有機溶劑、表面活性劑等T1(℃)T2(℃)t(min)A2023/9/28(4)溶劑(5)溶液中共存離子影響2023/9/28(1)干擾離子本身有顏色,且與待測離子顏色相似;(2)共存離子與顯色劑反應形成絡合物絡合物有顏色干擾絡合物無顏色消耗濃度(3)與待測組分反應(4)干擾離子是強的氧化劑、還原劑、破壞顯色劑三、干擾及消除2023/9/28消除Co2＋,Fe3+Co2+FeF63-Co(SCN)2(藍)⑴NaFSCN－Co2+Fe2+,Sn4+(2)Sn2+Co(SCN)2SCN－測Co2＋(含F(xiàn)e3+):(掩蔽法)1.化學法2023/9/28Co2+,Zn2+,Ni2+,Fe2+

CoR,ZnRNiR,FeRCoR,Zn2+

,Ni2+

,Fe2+

鈷試劑RH+測Co2＋

:(生成絡合物性質不同)如不能通過控制酸度和掩蔽的辦法消除干擾，則需采取分離法。測Fe3＋:(控制pH)Fe3+,Cu2+FeSS（紫紅）Cu2+pH2.5SS2023/9/282.物理法—選擇適當?shù)臏y定波長515655415500釷-偶氮砷III

鈷-亞硝基紅鹽

AA絡合物絡合物試劑試劑2023/9/28§8.4吸光度測量條件的選擇8.4.1選擇適當?shù)娜肷洳ㄩL

一般應該選擇λmax為入射光波長。如果λmax處有共存組分干擾時，則應考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長。如圖選500nm波長測定，靈敏度雖有所下降，卻消除了干擾，提高了測定的準確度和選擇性。2023/9/288.4.2參比溶液的選擇為什么需要使用參比溶液？

消除吸收池和溶劑對入射光的吸收和反射引起的誤差；扣除有色配合物中非待測組分的干擾

選擇參比溶液所遵循的一般原則：⑴當試液、試劑及顯色劑均無色時，可直接用純溶劑（水)作參比溶液；2023/9/28⑵若試液無色，而試劑或顯色劑有顏色時，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；⑶顯色劑為無色，而被測試液中存在其他有色離子，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液；⑷顯色劑和試液均有顏色，則可在試液中加入適當掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。2023/9/28

參比溶液適應情況做法可消除影響蒸餾水試液、溶劑、顯色劑均無色用蒸餾水調零吸收池+雜散光溶劑空白溶劑有色，其它無色用溶劑調零以上+溶劑試劑空白顯色劑有色，其它無色不加試樣，其它均加吸收池+雜散光+顯色劑試液空白試液含干擾離子有色，其它無色不加顯色劑，其它均加吸收池+雜散光+干擾離子試樣空白試液含干擾離子有色，顯色劑有色掩蔽試液中的被測物，其它均加吸收池+雜散光+顯色劑+干擾離子2023/9/28

分光光度法中所用的參比溶液總是采用不含被測物質和顯色劑的空白溶液。錯

參比溶液是指（

）。（A）吸光度為零的物質

（B）吸光度為1的物質（C）

吸光度為固定值的物（D）均不是（D）

試劑和顯色劑均無色，被測試液中存在其他有色離子，應選

作參比溶液。試液空白空氣可做空白調零嗎？不能2023/9/288.4.3吸光度讀數(shù)范圍的選擇是否存在最佳讀數(shù)范圍？何值時誤差最小？濃度相對誤差最小時的透射比Tmin為：

Tmin＝36.8%,Amin＝0.434

通過改變吸收池厚度或待測液濃度，使吸光度讀數(shù)處在適宜范圍使A介于0.2----0.8

。普通分光光度法不適于高含量或極低含量物質的測定。2023/9/28吸收光譜分析的一般步驟(1)確定最佳顯色體系樣品通常無色,要進行顯色反應。例１：Cd2+本身不能產(chǎn)生吸收光譜，需進行顯色反應

例2：Fe2+的測定顯色反應

2023/9/28（２）繪制特征吸收曲線，找出最大的吸收波長λmaxΛmax只與溶液性質有關，與物質的量濃度c無關，定量分析時，在波長λmax下進行測定．（３）繪制標準曲線繪制方法：配制系列標準，在λmax下測定得到一組（Ａi－ci）直線。注意取值范圍，標準溶液的吸光度Ａ應在0.04~0.8。實際在高濃度時,Ａ與c不是直線（偏離）．2023/9/28（４）未知水樣的測定測未知水樣的A未,在該標準曲線上找出相應的c未．2023/9/28§8.5吸光光度法的應用8.5.1普通分光光度法一、單組分的測定A-c

標準曲線法定量測定。1.選擇合適的顯色反應和顯色條件2.繪出被測組分的吸收光譜曲線(用標液)3.在λmax下測一系列標準溶液的A值，繪制工作曲線A---c4.與工作曲線相同的方法，測未知物AX，從工作曲線上查cX

2023/9/282.對照法對照法又稱比較法。在相同條件下在線性范圍內配制樣品溶液和標準溶液，在選定波長處，分別測量吸光度。根據(jù)比爾定律

A樣＝K樣·c樣·L樣

A標＝K標·c標·L標因是同種物質，同臺儀器，相同厚度吸收池及同一波長測定，故K樣＝K標，L樣＝L標，所以：

c樣＝A樣/A標·c標為了減少誤差，比較法配制的標準溶液濃度常與樣品溶液的濃度相接近。2023/9/28當測定不純樣品中某純品的含量時，可先配制相同濃度的不純樣品溶液（c原樣）和標準品溶液，即c原樣＝c標，c樣為c原樣溶液中純被測物的濃度。在最大吸收峰處分別測定其吸光度A值，便可直接計算出樣品的含量。2023/9/28

注意使用標準曲線法定量時，待測試液的濃度要在標準系列的濃度范圍之內。只有在標準曲線的線性范圍定量，才可能獲得準確的分析結果。儀器不同或測定方法不同均得到不同的標準曲線。因此在更換儀器或儀器使用過久，以及采用不同反應進行吸光度測定時，都需重新繪制標準曲線。

2023/9/28

[例2]稱鋼樣0.500g，溶解→MnO4-→50mL容量瓶，搖勻，從中取5.00mL→50mL容量瓶定溶，用2cm比色皿在λ525nm，ε=2235，測A=0.124，計算Mn%=？(Mn=54.94)

[解]A0.124c2=——=————=2.77×10-5mol/L

εb2235×2Mnc2

·50·——1000

Mn%=——————×100=0.1525.000.500·——502023/9/28

[例4]某試液用2.0cm比色皿測T=60%，若改用3.0cm，求T%和A

[解](1)A=-lgT=-lg0.60=0.222=εbcA1b1b2(2)——=——A2=——A1=0.333A2b2b11100(3)A=2-lgT%=lg(——)=lg(——)TT%lgT=2-A=2-0.333=1.667T%=46.452023/9/28

[例5]稱純Fe0.5000g溶解定溶1000mL作標準Fe，取10.0mL稀釋→100mL，取5.0mL顯色定溶50mL，測As=0.230，稱試樣中1.500g溶解定容250.0ml，從中取5.00ml與標準曲線相同方法測Ax=0.200，求試樣Fe%=？

[解]0.500g

———·10.010005.0c標=——————

×

——=5.0×10-6g/mL100mL50A標

AS0.230c標5.0×10-6

——=——=———；——=————

A樣

AX0.200c樣

c樣

2023/9/28因為BeerLaw：

ASAX

——=——

cScXAX

所以cX=——

×cS=4.35×10-6g/mLAS

4.35×10-6g/mL×50mL

所以Fe%=———————————

×1005.01.50g——