第8章 分光光度法

1、第八章第八章 吸光光度法吸光光度法 第一节第一节 概概 述述 一、一、吸光光度法的基本属性吸光光度法的基本属性 是基于物质对光的是基于物质对光的选择性选择性吸收，通过吸收，通过 测量物质对光的吸收情况来进行物质定性、测量物质对光的吸收情况来进行物质定性、 定量分析的方法。定量分析的方法。 （比色法、紫外及（比色法、紫外及可见吸光光度法可见吸光光度法、红外光谱法等）、红外光谱法等） 二、分光光度法的二、分光光度法的特点特点 1. 灵敏度高灵敏度高 测定浓度可达测定浓度可达10-510-6molL-1。 2. 准确度高准确度高 相对误差相对误差2%5% 用精密度高的仪器，可达用精密度高的仪器，可达

2、1%2% 3.操作简便、测定快速操作简便、测定快速 4. 应用广泛应用广泛 第二节第二节 分光光度法的基本原理分光光度法的基本原理 射射 线线 x 射射 线线 紫紫 外外 光光 红红 外外 光光 微微 波波 无无 线线 电电 波波 10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm 可可 见见 光光 = 400750nm 一、电磁波谱与光的基本性质一、电磁波谱与光的基本性质 1.电磁波谱电磁波谱 2.光的基本性质光的基本性质 单色光单色光: 单一波长的光单一波长的光 复合光复合光: 非单一波长的光非单一波长的光 ， 由不同由不同 波长的光

3、组合而成的光。波长的光组合而成的光。 二、物质的颜色与对光选择性吸收二、物质的颜色与对光选择性吸收 1.单色光与复合光单色光与复合光 若两种不同若两种不同波长的波长的单色光按一定的强度比例单色光按一定的强度比例 混合得到白光，那么就称这两种单色光为互混合得到白光，那么就称这两种单色光为互 补色光，这种现象称为光的互补。补色光，这种现象称为光的互补。 图中直线两端的两种光为互补光图中直线两端的两种光为互补光(隔三互补隔三互补) 蓝 黄 紫红 绿 绿蓝 橙 红 蓝绿 白光白光 2.光的互补作用与互补色光光的互补作用与互补色光: 3.溶液对光的选择吸收和吸收曲线溶液对光的选择吸收和吸收曲线 完全吸收

4、完全吸收 完全透过完全透过 吸收黄色光吸收黄色光 光谱示意光谱示意 表观现象示意表观现象示意 复合光 （1）溶液的颜色与光的关系）溶液的颜色与光的关系 蓝蓝 黄黄 紫红紫红 绿绿 绿蓝绿蓝 橙橙 红红 蓝绿蓝绿 白光白光 完全吸收完全吸收 完全透过完全透过 吸收黄色光吸收黄色光 光谱示意光谱示意 表观现象示意表观现象示意 复合光 （1）溶液的颜色与光的关系）溶液的颜色与光的关系 溶液的颜色与被溶液的颜色与被 吸收光的颜色互补吸收光的颜色互补 溶液中吸光物质的质点（离子或分子）对溶液中吸光物质的质点（离子或分子）对 光的吸收具有选择性光的吸收具有选择性 溶液的颜色是因为对光的选择性吸收溶液的颜色

5、是因为对光的选择性吸收 （2） 溶液颜色深浅的原因溶液颜色深浅的原因 浓度越大或液层越厚浓度越大或液层越厚, , 吸光质点越多吸光质点越多, , 吸收程度越大吸收程度越大, , 透过的互补光的程度越大透过的互补光的程度越大, , 因而颜色越深因而颜色越深 ? （3） 吸收曲线吸收曲线 固定浓度和液层厚度，测量某物质对不同波长固定浓度和液层厚度，测量某物质对不同波长 单色光的吸收程度，单色光的吸收程度，以波长（以波长（ ）为横坐标，为横坐标， 吸光度（吸光度（A A）为纵坐标）为纵坐标，绘制吸光度随波长的，绘制吸光度随波长的 变化可得一曲线，此曲线即为变化可得一曲线，此曲线即为吸收曲线吸收曲线。

6、 如如KMnO4吸收曲线吸收曲线: 制作制作 四种不同浓度的四种不同浓度的KMnO4溶液的光吸收曲线溶液的光吸收曲线 由吸收曲线可知由吸收曲线可知: 四种不同浓度的四种不同浓度的KMnO4溶液的光吸收曲线溶液的光吸收曲线 由吸收曲线可知由吸收曲线可知: a. KMnO4对对525nm附近的绿光吸收最多附近的绿光吸收最多, 即最大吸收波长即最大吸收波长最大 最大(max )为 为525nm (溶液的颜色主要是由这一数值确定的溶液的颜色主要是由这一数值确定的) 四种不同浓度的四种不同浓度的KMnO4溶液的光吸收曲线溶液的光吸收曲线 由吸收曲线可知由吸收曲线可知: a. KMnO4对对525nm附近

7、的绿光吸收最多附近的绿光吸收最多, 即最大吸收波长即最大吸收波长最大 最大(max )为 为525nm (溶液的颜色主要是由这一数值确定的溶液的颜色主要是由这一数值确定的) b. 浓度不同浓度不同, 曲线形状相似曲线形状相似, 浓度越大浓度越大, 曲线上移曲线上移(即吸光度越大即吸光度越大), 但但max 不变；不变； 四种不同浓度的四种不同浓度的KMnO4溶液的光吸收曲线溶液的光吸收曲线 由吸收曲线可知由吸收曲线可知: a. KMnO4对对525nm附近的绿光吸收最多附近的绿光吸收最多, 即最大吸收波长即最大吸收波长最大 最大(max )为 为525nm (溶液的颜色主要是由这一数值确定的溶

8、液的颜色主要是由这一数值确定的) b. 浓度不同浓度不同, 曲线形状相似曲线形状相似, 浓度越大浓度越大, 曲线上移曲线上移(即吸光度越大即吸光度越大), 但但max 不变；不变； c. 在在max 处吸光度随浓度变化大处吸光度随浓度变化大,灵敏度高灵敏度高 吸收曲线的用途吸收曲线的用途 a. 选择波长选择波长 定量测定时定量测定时, 一般选最大吸收波长一般选最大吸收波长, 有干扰时有干扰时, 要选避开干扰的波长要选避开干扰的波长 如测定如测定KMnO4 , 无干扰时无干扰时, 选选525nm, 与与K2Cr2O7共存时共存时, 根据两吸收曲线：根据两吸收曲线： 可选可选545nm测定测定KM

9、nO4 物质对光的选择吸收物质对光的选择吸收, ,吸收光谱形状特征与物质本吸收光谱形状特征与物质本 质相关质相关, ,根据曲线形状和最大吸收波长初步定性。根据曲线形状和最大吸收波长初步定性。 b.定性分析与定量分析的基础定性分析与定量分析的基础 定性分析基础定性分析基础 定量分析基础定量分析基础 在一定的实验条在一定的实验条 件下，物质对光件下，物质对光 的吸收强度与物的吸收强度与物 质的浓度成正比质的浓度成正比 A c 增增 大大 第三节第三节 光吸收定律光吸收定律 入射光入射光 I0透射光透射光 It b c 透光率透光率 (透射比透射比)T 0 I I T t T 取值为取值为0.0 %

10、 100.0 % 全部吸收全部吸收 T = 0.0 % 全部透过全部透过 T = 100.0 % 一、吸光度一、吸光度A和透光率和透光率T 吸光度与透光率： T ： 透光率透光率 0 I I T t T TA 1 lglg A： 吸光度吸光度 Ab -朗伯定律朗伯定律 b. Ac -比耳定律比耳定律 KcbTA lg朗伯朗伯- -比耳定律：比耳定律： 公式意义：一束平行公式意义：一束平行单色光单色光通过通过均匀均匀的的非非 色散色散的某的某吸光物质吸光物质溶液时，溶液的吸光溶液时，溶液的吸光 度与吸光物质浓度及液层厚度成正比。度与吸光物质浓度及液层厚度成正比。 KcbTA lg 这是吸光光度法

11、进行定量分析的依据。这是吸光光度法进行定量分析的依据。 二、光吸收定律：朗伯二、光吸收定律：朗伯- -比耳定律比耳定律 三、三、光吸收定律计算公式中的光吸收定律计算公式中的比例常数比例常数K KcbA b ：吸光液层的厚度，光程，吸光液层的厚度，光程， cm c：吸光物质的浓度，吸光物质的浓度， g L-1 -1 , mol L-1-1 K：比例常数比例常数 cbA 1.比例常数比例常数 cbA ：摩尔吸光系数摩尔吸光系数 单位单位: Lmol-1cm-1 物理意义物理意义: 数值上等于浓度为数值上等于浓度为1 1molLmolL-1 -1, , 液层厚度为液层厚度为 1cm1cm的有色溶液在

12、一定条件下对的有色溶液在一定条件下对波长为波长为的的 平行单色光平行单色光的吸光度。与的吸光度。与吸光物质的性吸光物质的性 质、入射光波长、温度、溶剂质、入射光波长、温度、溶剂有关。有关。 是量度吸光物质吸光能力是量度吸光物质吸光能力 (或测定方法灵敏度或测定方法灵敏度)的特征常数。的特征常数。 测定时常选用测定时常选用值大的有色化合物值大的有色化合物, 以获得高灵敏度。以获得高灵敏度。 一般一般104 灵敏灵敏 103不灵敏不灵敏 105 通常所说的通常所说的(或从手册中查得的或从手册中查得的) 是最大吸收波长时的数值是最大吸收波长时的数值, 即即max KcbA b ：吸光液层的厚度，光程

13、，吸光液层的厚度，光程， cm c：吸光物质的浓度，吸光物质的浓度， g L-1 -1 , mol L-1-1 K：比例常数比例常数 cbA acbA 1.比例常数比例常数 吸光系数吸光系数a 与摩尔吸光系数与摩尔吸光系数 的关系为的关系为 =Ma 摩尔质量摩尔质量 2.a 或或的测定的测定 取适当浓度的被测物溶液取适当浓度的被测物溶液, 用分光光度用分光光度 计测得计测得A值值, 由由A=abc 或或 A=bc算得。算得。 cbAacbA ? ? 当当I0依次通过依次通过n个液层厚度不等吸光物质个液层厚度不等吸光物质 不同的溶液时不同的溶液时: A = A1 + A2 + + An = 1b

14、1c1 + 2b2c2 + + nbncn 即即: 总吸光度等于各吸光物质的吸光度之和总吸光度等于各吸光物质的吸光度之和 四、吸光度及其特性四、吸光度及其特性加和性加和性 推论推论: 3. 朗伯朗伯- -比耳定律的适用范围比耳定律的适用范围 (1)不仅适用于可见光不仅适用于可见光, 也适用于紫外光和红外光也适用于紫外光和红外光; 但只适用于单色光但只适用于单色光,且入射光与物质的作用且入射光与物质的作用 仅限于吸收过程。吸收过程中各物质仅限于吸收过程。吸收过程中各物质 无相互作用，各物质的吸光度具有加和性。无相互作用，各物质的吸光度具有加和性。 （2）不仅适用于溶液）不仅适用于溶液, 也适用于

15、固体和气体也适用于固体和气体; 但吸光物质应是均匀的、非散射的。但吸光物质应是均匀的、非散射的。 (3)测定时测定时, 被测物浓度应控制在直线范围内。被测物浓度应控制在直线范围内。 8.3 吸光光度法的测量误差吸光光度法的测量误差 1. 非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离 设有设有1 2两种波长的光两种波长的光, 分别透过溶液时分别透过溶液时, bc IIbc I I A 1 11 1 1 - 0t1 t 0 1 10lg 或或对对 bc IIbc I I A 2 22 2 2 - 0t2 t 0 22 10lg 或或对对 2121 tt00 ,IIII 透透过过光光强强为为若若入入射射光光

16、强强为为 )1010( )( lg )( )( lg 2 2 1 1 21 21 21 - 0 - 0 00 tt 00 bcbc II II II II A )1010( )( lg )( )( lg 2 2 1 1 21 21 21 - 0 - 0 00 tt 00 bcbc II II II II A 当当1=2=时时, bcA bc - 10 1 lg上上式式得得A与与c成直线关系成直线关系 当当12时时, Abc 形成曲线，即发生偏离形成曲线，即发生偏离 偏离越严重。偏离越严重。越大越大, 减小偏离的方法减小偏离的方法: 使用好的单色器使用好的单色器 (提供更纯的单色光提供更纯的单色

17、光, 使使 减小减小) 选选 作入射光作入射光 max , max处 处若若固固定定在在 , max处 处若选定在非若选定在非 大 ,较较小小即即较较小小 A A /nm 2. 溶液本身引起的偏离溶液本身引起的偏离 溶质解离、缔合、互变异构及化学变化溶质解离、缔合、互变异构及化学变化 AB A+ + B- - 若将溶液稀释一倍若将溶液稀释一倍, ,则则cAB不只降至不只降至1/2 HCrOHCrOOHOCr222 2 442 2 72 介质不均介质不均 匀匀 溶液的浓度溶液的浓度 c = 吸光光度法适用于稀溶液。吸光光度法适用于稀溶液。 稀溶液时稀溶液时: : 吸光质点是独立的吸光中心吸光质点

18、是独立的吸光中心, , 彼此间影响很小。彼此间影响很小。 浓溶液时：浓溶液时： 相互影响较大相互影响较大, ,会改变其吸光性能会改变其吸光性能, , 引起偏离。引起偏离。 不同被测物符合朗伯不同被测物符合朗伯 比耳定律的浓度范围比耳定律的浓度范围 不同不同, , 测定时应将测定时应将 标准液和试液的浓度控制标准液和试液的浓度控制 在符合朗伯在符合朗伯-比耳定律比耳定律 的浓度范围内。的浓度范围内。 ? 不同被测物符合朗伯不同被测物符合朗伯 比耳定律比耳定律 的浓度范围不同的浓度范围不同, , 测定时应将标准液测定时应将标准液 和试液的浓度控制和试液的浓度控制 在符合朗伯在符合朗伯-比耳定律比耳

19、定律 的浓度范围内。的浓度范围内。 朗伯朗伯比尔定律的应用条件：比尔定律的应用条件： 2 1、 仪器本身引入的误差仪器本身引入的误差 (1)仪器本身的性能仪器本身的性能 (2)杂散光的影响杂散光的影响 吸光度测量误差引起的浓度测量误差吸光度测量误差引起的浓度测量误差 透光率读数误差为透光率读数误差为T= 0.0010.002 TT T A A c c T T ATA cbAdcbdAbcA lg 434. 0 434. 0 lg TT T A A c c lg d434. 0dd 或或 :)( d d 作作图图得得或或对对对对并并以以 代代入入上上式式算算得得各各此此时时将将不不同同 AT c

20、 c c c T 光度计读数的光度计读数的 绝对误差绝对误差,对给对给 定的光度计定的光度计,此此 为固定值为固定值, 如如: 0.01( 1%) Er 由图可见由图可见, T很小或很大时很小或很大时, 浓度测量误差都很大浓度测量误差都很大, 因此, 在实际测定时，在实际测定时， 只有使待测溶液的只有使待测溶液的透光率透光率T在在1565 ， 或使或使吸光度吸光度A在在0.20.8之间之间 才能保证测量的相对误差较小才能保证测量的相对误差较小(4%) 当吸光度当吸光度A=0.434(或透光率或透光率T=36.8% )时时, 测量的相对误差最小。测量的相对误差最小。 例例: 某有色溶液盛于某有色

21、溶液盛于1cm比色皿中比色皿中, 在在 =514nm处测得处测得 T1=60%, 求求: (1)若若c1=2.010-5mol/L, =?(2)当溶液当溶液 浓度增大一倍时浓度增大一倍时, A2=? T2=? 解解: (1) A1= -lgT1 = -lg0.60 = 0.22 由由A1= bc1得得 = A1/bc1=1.1104 (Lmol-1cm-1) (2) 由由A1= -lgT1= bc1 ； A = -lgT2= bc得 得 2 1 2 1 2 1 2 1 c c bc bc A A A2=2A1=0.44 lgT2=-0.44 T2=36% 一、一、反应条件的选择反应条件的选择-

22、显色反应显色反应 M(待测组分待测组分) + R(显色剂显色剂) = MR (有色化合物有色化合物) 对显色反应的要求对显色反应的要求： (1)选择性好选择性好, 干扰少干扰少 (2)灵敏度足够高灵敏度足够高 (3)有色化合物组成恒定，化学性质足够稳定有色化合物组成恒定，化学性质足够稳定 (4)有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大 (5)显色过程要易于控制。显色过程要易于控制。 显色剂的用量显色剂的用量 M + nR = MRn 实际工作中，作实际工作中，作 A cR 曲线，曲线， 确定适宜确定适宜 cR 范围。范围。 显色条件的选择：显色条件的选择： A

23、CR a b 溶液的酸度 OH- M + nR = MRn H+ 例，磺基水杨酸例，磺基水杨酸 Fe 3+ pH = 2 3FeR紫红色 pH = 4 8 FeR2 橙色 pH = 8 11FeR3黄色 有色化合物组成有色化合物组成 酸度的影响酸度的影响 显色剂的平衡浓显色剂的平衡浓 度和颜色度和颜色 金属离子的存在金属离子的存在 状态状态 RH = R- + H+ 1 2 实际工作中，作实际工作中，作 A pH 曲线，确定适宜曲线，确定适宜 pH 范围。范围。 A pH 显色温度显色温度 实际工作中，作实际工作中，作 A T 曲线，寻找适宜反应温度曲线，寻找适宜反应温度 A T A T A

24、T 显色反应时间显色反应时间 实际工作中，作实际工作中，作 A t 曲线，寻找适宜反应时间。曲线，寻找适宜反应时间。 共存干扰离子影响共存干扰离子影响: : 二、测量条件的选择二、测量条件的选择 1.1.入射光波长的选择入射光波长的选择 max 通常选通常选为什么为什么? ? 处有干扰时处有干扰时, ,选既避开干扰选既避开干扰, , 又使吸收尽可能大的又使吸收尽可能大的 。 max (1) 最大吸收原则最大吸收原则 (2) 吸收最大吸收最大, 干扰最小干扰最小 A 有干扰有干扰 A 2. 控制在控制在 A= 0.20.8 范围范围 控制方法控制方法: 改变样品称取量或溶液的稀释度改变样品称取量

25、或溶液的稀释度; 改变比色皿厚度。改变比色皿厚度。 3. 选择合适的参比溶液选择合适的参比溶液 参比溶液是用来调节仪器工作零点的溶液参比溶液是用来调节仪器工作零点的溶液 M + R MR 显色剂显色剂 被测离子被测离子, 存在于试存在于试 液中。液中。 有色化合物有色化合物 为控制反应酸度为控制反应酸度, 常加缓冲溶液常加缓冲溶液 为掩蔽干扰离子为掩蔽干扰离子, 常加入掩蔽剂常加入掩蔽剂 通称为通称为 试剂试剂, 以区别以区别 于显色于显色 剂剂 A (测测) = A (待测物质待测物质) + A (干扰干扰)+ A (比色皿比色皿) 若使若使A (参比参比) = A (干扰干扰)+ A (比

26、色皿比色皿)= 0 测得的测得的吸光度吸光度仅为仅为MR产生的产生的吸光度吸光度 选择参比溶液的依据如下选择参比溶液的依据如下: 若试液、试剂、显色剂均无色若试液、试剂、显色剂均无色, ( (即不吸光即不吸光, , 只被测物生成的有色化合物只被测物生成的有色化合物MRMRn n吸光吸光) ) 可选蒸馏水作参比溶液。可选蒸馏水作参比溶液。 此称为此称为“溶剂空白溶剂空白” 若试液无色，试剂和显色剂有色若试液无色，试剂和显色剂有色, 即除即除MRMRn n吸光外吸光外, , 试剂试剂( (如缓冲溶液、掩蔽剂等如缓冲溶液、掩蔽剂等) )和和R R也吸光也吸光 可选不加试液可选不加试液, 但加同量试剂

27、和显色剂的溶液作参比但加同量试剂和显色剂的溶液作参比 此称为此称为“试剂空白试剂空白” 若试液有色，试剂和显色剂无色若试液有色，试剂和显色剂无色, 可选不加显色剂可选不加显色剂( (其他试剂一般应同量加入其他试剂一般应同量加入) )的试的试 液液 作参比作参比称为称为“样品空白样品空白” 若显色剂和试液均有吸收，若显色剂和试液均有吸收， 可取一份试液加入适当的掩蔽剂，可取一份试液加入适当的掩蔽剂， 将待测组分掩蔽起来，将待测组分掩蔽起来， 使之不再与显色剂反应，使之不再与显色剂反应， 然后然后加加相同相同量量显色剂和其它试剂，显色剂和其它试剂， 所得的溶液作参比溶液。所得的溶液作参比溶液。 一

28、、目视比色法与吸光光度法一、目视比色法与吸光光度法 二、二、 吸光光度法的定量测定方法吸光光度法的定量测定方法 1. 标准比较法标准比较法 x s x s c c A A 根据根据 As = bcs Ax = bcx s s x x c A A c 将一标准溶液将一标准溶液(S)和试液和试液(X)在相同条在相同条 件下显色件下显色, 测得各吸光度测得各吸光度As 和和 Ax 使用比较法注意使用比较法注意 ： a. 标准溶液与试液浓度接近标准溶液与试液浓度接近 b. 测定条件相同测定条件相同 cx 2. 标准曲线法标准曲线法 配一系列标准液配一系列标准液, 测得各测得各A值值, 绘制标准曲线绘制

29、标准曲线: A c . . . . . . . . Ax . 相同条件下配制试液相同条件下配制试液, 测得其测得其Ax , , 从标准曲线查得从标准曲线查得c cx x , , c cx x稀释倍数稀释倍数= =原未知液浓度原未知液浓度, , 或进而算得质量分数或进而算得质量分数 3. 标准加入法标准加入法 (1) 两点比较法两点比较法 取一份试液取一份试液cx，测得其吸光度为，测得其吸光度为Ax； 另取一等量试液，另取一等量试液， 加入一定量的含待测组分的标准溶液，加入一定量的含待测组分的标准溶液， 使被测组分的浓度增加使被测组分的浓度增加ck， 在相同的条件下测定其吸光度为在相同的条件下测

30、定其吸光度为Ax+k 按照朗伯比耳定律有：按照朗伯比耳定律有： Ax= bcx Ax+k= b(cx+ck) x k x kx x kx 1 )( c c bc ccb A A x k x kx 1 c c A A xkx xk x kx k x 1 AA Ac A A c c xkx xk x AA Ac c 与标准加入的被测组与标准加入的被测组 分的浓度分的浓度 (2) 标准加入工作曲线法标准加入工作曲线法 取同量取同量试液若干份试液若干份, , 分别加入不同量的待测组分标准液分别加入不同量的待测组分标准液, , 使使试液中试液中待测组分的浓度依次增加待测组分的浓度依次增加了了: : 0，ck ，2ck ，3ck ，4ck, 在相同的条件下测得各溶液的吸光度。在相同的条件下测得各溶液的吸光度。 可知：可知： Ax+k = b(cx+ck) = bcx+ bck = Ax+ bck 所测得的溶液的吸光度所测得的溶液的吸光度 成线性关系。成线性关系。 Ax+k ck 以加标浓度以加标浓度ck为横坐标，为横坐标， 加标后溶液的吸光度加标后溶液的吸光度Ax+k为纵坐标作图，为纵坐标作图， 可得一条直线可得一条直线, , 该直线在纵坐标该直线在纵坐标