第-08-章-吸光光度法

*第八章吸光光度法§8.1吸光光度法基本原理§8.2光度計及其基本部件§8.3顯色反應(yīng)與條件的選擇§8.4吸光度測量條件的選擇§8.5吸光光度法的應(yīng)用原子吸收光譜法（或吸光光度法或分光光度法）

分子吸收光譜法紫外—可見光分光光度法紅外分光光度法核磁共振譜法

1、定義：基于物質(zhì)對光的選擇性吸收的分析方法

吸光光度法概述*2、特點(diǎn)：（1）靈敏度高：10-3~10-6mol·L-1，適用微量組分的測定。（2）準(zhǔn)確度高：比色分析，相對誤差5~10%，分光光度法，2~5%；（3）應(yīng)用廣泛：可測定幾乎所有無機(jī)物和許多有機(jī)物；生產(chǎn)、科研廣泛應(yīng)用。（4）操作簡便、儀器設(shè)備易普及。*3、原理：利用物質(zhì)的顏色深淺與濃度的關(guān)系確定其含量許多物質(zhì)具有顏色，[例如]MnO4-

粉紅Cr2O72-橙黃FeSCN2+血紅顏色深淺與濃度有關(guān).

2023/9/27NWNU-DepartmentofChemistry54、光學(xué)光譜區(qū)（真空紫外）遠(yuǎn)紅外中紅外近紅外可見近紫外遠(yuǎn)紫外10nm~200nm中層電子200nm

~400nm價電子400nm

~800nm價電子800nm~2.5

m分子振動2.5

m

~50

m分子振動50

m

~300

m分子轉(zhuǎn)動*

5、可見光：

(1)單色光：某一波長的光(2)白光：七色光按不同比例混合的復(fù)合光(3)互補(bǔ)光：按一定比例混合為白光的兩種光紫外|紫|藍(lán)|青|綠|黃|橙|紅|紅外400450480500560600650750nm*6、物質(zhì)顏色與光

①互補(bǔ)色光：把兩種適當(dāng)顏色的光按一定的強(qiáng)度比例混合，成為白光，稱為互補(bǔ)色光。②無色：對光譜中各種色光透過程度相同。③有色：物質(zhì)的顏色由它透過或反射的光決定。④黑色:幾乎吸收所有的入射光。⑤白色:幾乎全部反射入射光。2023/9/27NWNU-DepartmentofChemistry8/nm顏色互補(bǔ)光400-450紫黃綠450-480藍(lán)黃480-490青藍(lán)橙490-500青紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍(lán)610-650橙青藍(lán)650-760紅青不同顏色的可見光波長及其互補(bǔ)光*如：KMnO4溶液呈紫紅色，是因為其吸收了白光中的綠色光，透過其互補(bǔ)色紫紅色光；CuSO4溶液呈藍(lán)色，是因為其吸收了黃色光，透過其互補(bǔ)色藍(lán)色光。光的互補(bǔ)：藍(lán)

黃*8.1光的吸收基本定律

──朗伯-比爾（Larnbert-Beer）定律一朗伯-比耳定律(光吸收的基本定律)

1.透光率T和吸光度A

當(dāng)強(qiáng)度為I0

的一束平行單色光通過任何均勻、非散射性的吸光物質(zhì)時，一部分被吸收(強(qiáng)度為Ia),一部分被透過(強(qiáng)度為It同時還有部分被折射或反射(強(qiáng)度可略)。則*2.朗伯-比爾定律A=εLcA—吸光度(absorbance)L—介質(zhì)厚度(length/cm)c—濃度(concentration)ε—

吸光系數(shù)(absorptivity)*2）吸光系數(shù)(Absorptivity)

的單位:L·mol-1·cm-1當(dāng)c的單位用mol·L-1表示時，用k表示.

k－摩爾吸光系數(shù)(Molarabsorptivity)

A＝εbc

摩爾吸光系數(shù)k的物理意義：它表示物質(zhì)的濃度為1mol·L-1、液層的厚度為1cm時，溶液的吸光度。通常配制低濃度的溶液，測得A后，通過計算求得ε。

*3）吸光度(A)、透光率(T)與濃度(c)的關(guān)系A(chǔ)TcA=εbc線性關(guān)系*（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和光程長度L的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時，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)；（3）同一吸收物質(zhì)在不同波長下的ε值是不同的。在最大吸收波長λmax處的摩爾吸收系數(shù)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。

5.摩爾吸收系數(shù)ε的討論*7.朗伯-比爾定律的分析應(yīng)用

(AnalyticalapplicationsofLambert-Beer’slaw)

01234mol/LA。。。。*0.80.60.40.20溶液濃度的測定A＝εLcA~c工作曲線法(校準(zhǔn)曲線)Calibrationcurve*偏離比耳定律的原因1.現(xiàn)象

標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定未知溶液的濃度時，發(fā)現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)曲線常發(fā)生彎曲（尤其當(dāng)溶液濃度較高時），這種現(xiàn)象稱為對朗伯—比耳定律的偏離。2.引起偏離的因素（兩大類）（1）物理性因素，即儀器的非理想引起的；（2）化學(xué)性因素。*物理性因素：1、難以獲得真正的純單色光。分光光度計只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復(fù)合光可導(dǎo)致對朗伯—比耳定律的正或負(fù)偏離。非單色光、雜散光、非平行入射光都會引起對朗伯—比耳定律的偏離，最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。

*2、介質(zhì)不均勻引起的偏離：膠體、乳濁液或懸浮物質(zhì)溶液吸收、散射。*(2)化學(xué)性因素朗伯—比耳定律的假定：所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互作用；僅在稀溶液(c<10-2mol·L-1)時才基本符合。當(dāng)溶液濃度c>10-2

mol·L-1時，吸光質(zhì)點(diǎn)間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。

故：朗伯—比耳定律只適用于稀溶液。

溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學(xué)平衡時。使吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度發(fā)生變化。

例：CrO42-+2H+

=Cr2O72-+H2O*3.朗伯-比爾定律的適用條件1)單色光:

應(yīng)選用

max處測定2)吸光質(zhì)點(diǎn)形式不變：離解、絡(luò)合、締合會破壞線性關(guān)系，應(yīng)控制條件(酸度、濃度、介質(zhì)等)3)稀溶液：濃度增大，分子之間作用增強(qiáng)*7、吸收曲線與最大吸收波長分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使其對不同波長光的吸收程度不同，用不同波長的單色光照射，測吸光度—

吸收曲線與最大吸收波長

max；吸收曲線：測量某種物質(zhì)對不同波長單色光的吸收程度，以波長為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，得到的一條吸收光譜曲線。*吸收曲線的討論：（1）同一種物質(zhì)對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應(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。而對于不同物質(zhì)，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同，判斷干擾。（3）吸收曲線可以提供物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，并作為物質(zhì)定性分析的依據(jù)之一。*吸收曲線的討論：（4）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)。（5）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)。*§8.2目視比色法、分光光度法及光度計一、目視比色法1、定義：用眼睛比較溶液顏色深淺以測定物質(zhì)含量的方法。2、優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，操作方便，不要求嚴(yán)格遵守比爾定律。3、用途:用在要求不高的常規(guī)分析中。4、缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度不高，標(biāo)準(zhǔn)系列制作麻煩，容易受干擾。*5、測定方法：標(biāo)準(zhǔn)系列法。

1）用同質(zhì)材料的比色管2）配制不同量的標(biāo)準(zhǔn)溶液3）同量的顯色劑，相同的實(shí)驗條件，配成一套標(biāo)準(zhǔn)色階4）待測物與標(biāo)準(zhǔn)色階的配制條件相同，置于色階中比較顏色度*方便、靈敏，準(zhǔn)確度差。常用于限界分析。觀察方向目視比色法c4c3c2c1c1c2c3c4*二.光電比色法(colorimetry)通過濾光片(filter)得一窄范圍的光(幾十nm)光電比色計結(jié)構(gòu)示意圖靈敏度和準(zhǔn)確度較差*三.吸光光度法(spectrophotometer)光源單色器吸收池檢測系統(tǒng)穩(wěn)壓電源通過棱鏡或光柵得到一束近似的單色光.波長可調(diào),故選擇性好,準(zhǔn)確度高.分光光度法的基本部件*

吸光光度分析法中幾種方法對比方法原理入射光單色器檢測量常用儀器特點(diǎn)目視比色A=Kbc標(biāo)準(zhǔn)系列復(fù)合光透過光強(qiáng)度比色管簡便易行快速、準(zhǔn)確度低光電比色A=Kbc標(biāo)準(zhǔn)曲線單色光濾光片吸光度透光率光電比色計準(zhǔn)確度較高分光光度A=Kbc標(biāo)準(zhǔn)曲線單色光棱鏡或光柵吸光度透光度分光光度計準(zhǔn)確度高應(yīng)用廣泛*

光度分析儀器的基本部件無論是光電比色計或分光光度計，都是由以下基本部件組成：

光源→單色器→比色皿→光電轉(zhuǎn)換器→檢測器

作用產(chǎn)生復(fù)合光把復(fù)合光變盛待測液將透過光轉(zhuǎn)測量光電流并成單色光變?yōu)楣怆娏鲗⑵滢D(zhuǎn)為A、T常用

6-12v鎢絲燈濾光片光學(xué)玻璃光電池、光電管元件

棱鏡或光柵石英玻璃、光電倍增管光學(xué)玻璃*四、光度計及其基本部件分光光度計*分光光度計*基本組成光源單色器樣品室檢測器顯示*

主要部件圖示：2023/9/27NWNU-DepartmentofChemistry351.光源(Lightsource)：發(fā)出所需波長范圍內(nèi)的連續(xù)光譜，有足夠的光強(qiáng)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)2.單色器(monochromator)：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2023/9/27NWNU-DepartmentofChemistry36

單色器①入射狹縫：光源的光由此進(jìn)入單色器；②準(zhǔn)光裝置：透鏡或返射鏡使入射光成為平行光束；③色散元件：將復(fù)合光分解成單色光；棱鏡或光柵；④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；⑤出射狹縫：2023/9/27NWNU-DepartmentofChemistry37單色器棱鏡：依據(jù)不同波長光通過棱鏡時折射率不同8006005004002023/9/27NWNU-DepartmentofChemistry38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.2023/9/27NWNU-DepartmentofChemistry39光柵*光柵**3.樣品室

樣品室放置各種類型的吸收池（比色皿）和相應(yīng)的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池兩種。在紫外區(qū)須采用石英池，可見區(qū)一般用玻璃池。*4.檢測系統(tǒng)

將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電流來進(jìn)行測量,用光電檢測器測量。要求：對測定波長范圍內(nèi)的光有快速、靈敏的響應(yīng)，產(chǎn)生的光電流應(yīng)與照射于檢測器上的光強(qiáng)度成正比。*§8.3顯色反應(yīng)及顯色條件的選擇顯色反應(yīng)：將待測組分轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩衔锏姆磻?yīng)。顯色劑：與待測組分形成有色化合物的試劑。8.3.1

顯色反應(yīng)的選擇：1)、顯色反應(yīng)的類型：配位反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)。*2)、對顯色反應(yīng)的要求：⑴靈敏度足夠高:κ＞105超高靈敏，κ=(6~10)104

高靈敏,κ=(2~6)104中等，κ＜2×104不靈敏⑵選擇性好：顯色劑只與一組分（或少數(shù)組分）顯色．⑶顯色劑在測定波長處無明顯吸收，試劑空白小。對比度：兩有色物質(zhì)最大吸收波長之差Δλ=|λMAXMR-λMAXR|≥60nm⑷化合物組成及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及選擇性好干擾小。*2.

顯色劑無機(jī)顯色劑：硫氰酸鹽、鉬酸銨等。有機(jī)顯色劑：種類繁多偶氮類顯色劑：性質(zhì)穩(wěn)定、顯色反應(yīng)靈敏度高、選擇性好、對比度大，應(yīng)用最廣泛。雙硫腙、偶氮胂III、PAR等。

三苯甲烷類：鉻天青S、二甲酚橙等*3.顯色條件的選擇cRcRcR1).顯色劑用量(cM、pH一定)Mo(SCN)32+

淺紅;Mo(SCN)5

橙紅;Mo(SCN)6-淺紅Fe(SCN)n3-n用量范圍寬用量范圍窄嚴(yán)格控制R量*2).顯色反應(yīng)酸度（cM、cR一定）pH1<pH<pH2pH*酸度的影響pH3.5～5.7為適宜的酸度范圍*3).顯色溫度及顯色時間另外，還有介質(zhì)條件、有機(jī)溶劑、表面活性劑等T1(℃)T2(℃)t