第十二章 分光光度法

第十二章吸光光度法主講教師：艾華林112.5吸光度測量條件的選擇12.4顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇12.3分光光度計(jì)

12.2光吸收定律12.1概述12.6吸光光度光法的應(yīng)用2§12—1吸光光度法概論

引言：紅橙黃綠青藍(lán)紫，萬紫千紅總是春。我們的世界之所以呈現(xiàn)出萬紫千紅、五光十色的景象。全是因?yàn)橛辛斯獾木壒省Ｈ绻麤]有了光，我們的世將是一片黑暗。31、紫外－可見分光光度：利用被測物質(zhì)對(duì)光具有選擇性吸收特性而建立起來的方法。2、紫外－可見分光光度法的特點(diǎn)：高靈敏度、一定的準(zhǔn)確度、操作簡便快速、應(yīng)用廣泛。3、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收不同的物質(zhì)對(duì)光的吸收不同，溶液之所以呈現(xiàn)出不同的顏色，是以它對(duì)光選擇性吸收有關(guān)。例：KMnO4溶液呈紫色,CuSO4溶液呈現(xiàn)藍(lán)色,K2Cr2O7溶液呈黃色。4紅橙黃綠青藍(lán)

紫4.光和電磁輻射按其波長分類55.光的基本性質(zhì)上式表明光的波長越短，或者說頻率越大，光的能量越高。光是一種電磁波，具有波粒二象性，即波動(dòng)性、粒子性。（Planck常數(shù)：h=6.626×10-34

J·S)66.光的互補(bǔ)

兩種顏色的光若按適當(dāng)比例混合，可以形成白光，這兩種光稱為互補(bǔ)色光。

具有同一波長的光稱為單色光。不同波長組成的光稱為復(fù)合光。日常生活中肉眼所見到的白光，如日光等是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等光按適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度比例混合而成的，是在400~750nm范圍的一種復(fù)合光。7光的互補(bǔ)圖實(shí)驗(yàn)證明：溶液的顏色是由于溶液中的有色物質(zhì)吸收了某一波長的光所造成的。如KMnO4吸收綠色光，因此KMnO4溶液呈現(xiàn)紫色。白光青藍(lán)青綠黃橙紅紫藍(lán)互補(bǔ)色光87、何為紫外光－可見光－紅外光？光子的能量與頻率成正比，與波長成反比?？梢姽猓喝庋劭梢姷墓饩€稱為可見光。只占電磁波譜的很窄部分(400nm－760nm)。不同波長的可見光具有不同的顏色。紅外光：波長大于760nm的光線稱為紅外線。紫外光：波長小于400nm的光線稱為紫外線。

98、物質(zhì)對(duì)光吸收的本質(zhì)物質(zhì)的吸收光譜10紅外吸收光譜法：吸收光波長范圍2.51000m,主要用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定。

紫外吸光光度法：吸收光波長范圍200400nm（近紫外區(qū)），可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析?？梢娢夤舛确ǎ何展獠ㄩL范圍400750nm，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。

本章主要討論可見吸光光度法。在光譜分析中，基于物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法,依據(jù)物質(zhì)對(duì)不同波長范圍光的吸收，主要有:11§12—2光的吸收定律

吸收原理當(dāng)一束白光通過一杯有顏色的溶液時(shí)，具有一定波長的光線選擇性的被溶液所吸收。不同物質(zhì)由于其分子結(jié)構(gòu)不同，對(duì)不同波長光線的吸收能力不同，因此每種物質(zhì)都具有其特異的吸收光譜。吸收光譜的測定可以用來鑒定各種不同的物質(zhì)。12131、透光率T與吸光度A一束平行單色光照射溶液時(shí)，光的一部分被吸收，一部分透過溶液，一部分被器皿的表面反射。Io=I

+Ia+Ir若入射光強(qiáng)度為Io，吸收光的強(qiáng)度為Ia，透過光強(qiáng)度為I，反射光的強(qiáng)度為Ir，它們的關(guān)系是Io=I

+Ia在吸光光度法中，測定時(shí)都是采用同樣材質(zhì)的比色皿，反射光的強(qiáng)度基本上是不變的，約占4％，其影響可以相互抵消，上式可簡化為：14透過光強(qiáng)度I與入射光強(qiáng)度Io之比稱為透光度或透光率。用T表示：從上式可以看出：溶液的透光度越大，說明對(duì)光的吸收越小，濃度低；相反，透光度越小，溶液對(duì)光的吸收越大，濃度高。

15吸光度A：若光全部透過溶液，Io=I，A=0。若全部被吸收，I=0，A=∞。吸光度A是用來衡量溶液中吸光物質(zhì)對(duì)單色光λ

的吸收程度，A值越大，其吸收程度越大；反之亦然。16

2.朗伯—比耳定律朗伯(Lambert)1760年闡明了光的吸收程度和吸收層厚度的關(guān)系。A∝b

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間也具有類似的關(guān)系。A∝c

17Lambert-BeerLaw:當(dāng)一束單色光（λmax）通過均勻的吸光物質(zhì)溶液時(shí)，其吸光度A（吸收光的多少）與溶液的厚度和濃度成正比：其中：A--AbsorbtionT—Through在實(shí)應(yīng)用中：厚度L是固定的，則A＝kC因此，A與C是一條直線關(guān)系18將不同波長的光依次透過某濃度一定的溶液，測量不同波長下溶液對(duì)光的吸光度，用A～λ作圖（動(dòng)畫）KMnO4溶液的吸收曲線2、吸收曲線19（1）同一種物質(zhì)對(duì)不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對(duì)應(yīng)的波長稱為最大吸收波長λmax

（2）不同濃度的同一種物質(zhì)，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對(duì)于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同?？勺鳛槲镔|(zhì)定性分析的依據(jù)之一。吸收曲線的討論20（3）不同濃度的同一種物質(zhì)，在某一定波長下吸光度A有差異，在λmax處吸光度A的差異最大。此特性可作為物質(zhì)定量分析的依據(jù)。

（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)。213、吸光光度法的特點(diǎn)：1、靈敏度高，下限為10-5～10-6mol/L。適用于微量分析。2、準(zhǔn)確度較高，相對(duì)誤差為2%～5%。3、快速簡便。4、應(yīng)用廣泛。2215.3分光光度計(jì)23

1、光源：應(yīng)有足夠的發(fā)射強(qiáng)度而且穩(wěn)定，如鎢絲燈、氘燈等。2、單色器：采用棱鏡或光柵獲得單色光。3、吸收池：比色皿，厚度有0.5、1、2、3cm等。4、檢測器：光電池或光電管。光源單色器檢測系統(tǒng)吸收池2425數(shù)學(xué)表達(dá)式：

A=Kbc朗伯—比爾定律：一束平行單色光通過溶液時(shí)，溶液的吸光度A與溶液的濃度c和液層厚度b成正比。二者的結(jié)合稱為朗伯—比耳定律

K為常數(shù)，表示物質(zhì)對(duì)光的吸收能力，與吸光物質(zhì)的本性，入射光的波長及溫度等因素有關(guān)，與濃度c無關(guān)，數(shù)值隨c選擇的單位變化。263、吸光系數(shù)和摩爾吸光系數(shù)（1）吸光系數(shù)a（2）摩爾吸光系數(shù)εA=abc當(dāng)c用g/L表示，b用cm表示時(shí)，K用a表示，稱為吸光系數(shù)，單位為L·g-1·cm-1

，則：當(dāng)c用mol·L-1表示，b用cm表示時(shí)，K用ε表示，稱為摩爾吸光系數(shù)，單位為L·mol-1·cm-1。A=εbc27摩爾吸光系數(shù)ε的討論（1）吸收物質(zhì)在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)；

（2）不隨濃度c和液層厚度b的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時(shí)，ε僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測物濃度無關(guān)；

（4）同一吸光物質(zhì)在不同波長下的ε值是不同的。在最大吸收波長λmax處的摩爾吸光系數(shù)，常以εmax表示。εmax表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質(zhì)可能達(dá)到的最大靈敏度。

28(6)ε在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時(shí)該溶液在某一波長下的吸光度。(5)εmax越大表明該物質(zhì)的吸光能力越強(qiáng)，用光度法測定該物質(zhì)的靈敏度越高。ε<104反應(yīng)靈敏度低104<ε<5×104反應(yīng)靈敏度中5×104<ε<105反應(yīng)靈敏度高ε>105反應(yīng)靈敏度超高29當(dāng)c=1mol·L-1，b=1cm時(shí),

A=εε值是有色物質(zhì)在一定波長下的特征常數(shù)，用它來衡量顯色反應(yīng)的靈敏度。ε值越大，表示該有色物質(zhì)對(duì)此波長光的吸收能力愈強(qiáng)，顯色反應(yīng)愈靈敏。

ε最大≥6×104

靈敏的顯色反應(yīng)在吸收曲線上，與最大吸收波長相對(duì)應(yīng)的摩爾吸收系數(shù)ε，以ε最大

表示。30【例】：有一濃度為1.0g/mlFe2+的溶液，以鄰二氮菲顯色后，在比色皿厚度為2cm、波長510nm處測得吸光度為0.380，計(jì)算（1）透光度T；(2)吸光系數(shù)a；（3）摩爾吸光系數(shù)

。解（1）T＝10-A＝10-0.380＝0.417

（2）（3）3132+3NNFe+

Fe2+32注意：因?yàn)樵谖夤舛确ㄖ校琤是一定的，A與c成正比，但T不與c成正比。334、吸光度的加合性A總=∑Ai＝ε1bc1+ε2bc2+……εnbcn在多組分體系中如果各吸光物質(zhì)之間無相互作用這時(shí)體系總的吸光度等于各個(gè)吸光物質(zhì)的吸光度之和。34溶液中多組分測定3515.2.2偏離朗伯-比爾定律引起的誤差

1.物理因素：

(1)單色光不純，導(dǎo)致負(fù)偏差。CA標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖正誤差負(fù)誤差(2)散射光的影響，膠體、乳濁液或懸濁液由于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通過比色皿產(chǎn)生正偏差。362.化學(xué)因素(1)吸光質(zhì)點(diǎn)的相互作用，濃度較大時(shí)，產(chǎn)生負(fù)偏差，朗伯-比爾定律只適合于稀溶液（C<10-2mol/L)。(2)平衡效應(yīng)，物質(zhì)的離解、締合、互變異構(gòu)及化學(xué)變化引起的偏離，如：Fe(SCN)3Fe3++3SCN-Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+

*3.儀器引起的誤差3715.3分光光度計(jì)38

1、光源：應(yīng)有足夠的發(fā)射強(qiáng)度而且穩(wěn)定，如鎢絲燈、氘燈等。2、單色器：采用棱鏡或光柵獲得單色光。3、吸收池：比色皿，厚度有0.5、1、2、3cm等。4、檢測器：光電池或光電管。光源單色器檢測系統(tǒng)吸收池394015.4顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇411.顯色反應(yīng)和顯色劑在分光光度分析中，利用顯色反應(yīng)把待測組分X

轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔?，然后再進(jìn)行測定。使試樣中的被測組分與化學(xué)試劑作用生成有色化合物的反應(yīng)叫顯色反應(yīng)。mX（待測物）＋nR（顯色劑）＝XmRn（有色化合物）顯色反應(yīng)主要有配位反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)，其中絕大多數(shù)是配位反應(yīng)。422.對(duì)顯色反應(yīng)的要求(1)靈敏度高，選擇

較大(104～105)的顯色反應(yīng)。避免共存組分干擾。

(2)選擇性好，顯色劑只與被測組分反應(yīng)。

(3)有色物組成固定，如：Fe3++磺基水楊酸→三磺基水楊酸鐵(黃色)（組成固定）Fe3++SCN-→FeSCN2+、Fe(SCN)2+……（組成不固定）43(4)有色物穩(wěn)定性高，其它離子干擾才小。如三磺基水楊酸鐵的Kf=1042,F-、H3PO4對(duì)它無干擾。(5)顯色過程易于控制，而且有色化合物與顯色劑之間的顏色差別應(yīng)盡可能大。443.顯色反應(yīng)條件(1)顯色劑用量，適當(dāng)過量。(2)溶液酸度，既要防止被測離子生成沉淀，又需防止有色配合物離解。有效的方法是加入緩沖溶液（考慮干擾）在pH＝2～3Fe(ssal)+在pH＝4～7Fe(ssal)22-在pH＝8～10Fe(ssal)3在pH>12Fe(OH)3棕橙色

沉淀黃色紫紅色