分析化学第九章 吸光光度法

1、第九章第九章 吸光光度法吸光光度法9-1 9-1 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理 吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。的特性而建立起来的分析方法。 一、物质的颜色对光的选择性吸收一、物质的颜色对光的选择性吸收光的基本性质光的基本性质 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 光光单色光、复合光、光的互补单色光、复合光、光的互补蓝蓝黄黄紫红紫红绿绿紫紫黄绿黄绿

2、绿蓝绿蓝橙橙红红蓝绿蓝绿物质对光的吸收物质对光的吸收物质的颜色与光的关系物质的颜色与光的关系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 当一束光照射到某物质的溶液时，当一束光照射到某物质的溶液时，物质物质对光的吸收具有选择性对光的吸收具有选择性，只有当照射光的光，只有当照射光的光子能量与被照射物质的分子、原子或离子由子能量与被照射物质的分子、原子或离子由基态到激发态之间的能量之差相等时，这个基态到激发态之间的能量之差相等时，这个波长的光才被吸收。波长的光才被吸收。 吸收光谱S2S1S0S3h E2E0E1E3S2S1S0h A h h h 分子

3、内电子跃迁分子内电子跃迁带状光谱带状光谱 A物质对光的选择吸收物质对光的选择吸收例：例：A 物质物质B 物质物质102.5 evEEEhcA191034106 . 1)(5 . 21031062. 6ev)(10774. 45cm477.4 nm102.0 evEEEhcB620.6 nm同理，得：同理，得：1 ev = 1.6 10-19 J.吸收曲线吸收曲线将不同波长的光照射某一固定浓度和液层将不同波长的光照射某一固定浓度和液层厚度的溶液，并测量每一波长下溶液对厚度的溶液，并测量每一波长下溶液对光的吸收程度（吸光度），以光的吸收程度（吸光度），以吸光度为吸光度为纵坐标，相应波长为横坐标纵坐

4、标，相应波长为横坐标，所得曲线，所得曲线，称为称为吸收曲线吸收曲线。 如图为高锰酸钾和重铬酸钾的吸收曲线。如图为高锰酸钾和重铬酸钾的吸收曲线。 吸收曲线是吸光光度法选择测定波长的重吸收曲线是吸光光度法选择测定波长的重要依据。要依据。300400500600700 /nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Absorbance350Cr2O72-、MnO4-的吸收曲线的吸收曲线(a)(b)(c)(d) 220 240 260 280 nm A0000吸收光谱的获得定性分析与定量分析的基础定性分析与定量分析的基础ABA )(maxA)(maxBA C增增大大二

5、、二、 光吸收基本定律光吸收基本定律: : Lambert-Beer定律定律透光率透光率 （透射比）（透射比）Transmittance朗伯朗伯- -比尔定律公式：比尔定律公式：A A= =lg(lg(I I0 0/ /I It t)= lg1/T = )= lg1/T = k kbcbc吸光度吸光度介质厚度介质厚度(cm)(cm)透光率透光率吸光度吸光度 与透光率与透光率AKcbTlgT ： 透光率透光率A： 吸光度吸光度1.00.50ACA100500T %TKbcAT1010吸光系数吸光系数KcbA c 吸光物质的浓度吸光物质的浓度, g/L, mol/LK K acbAacbA K %

6、11cmEcbEAcm%11MaEcm1010%11相互关系相互关系 Molar AbsorptivityAbsorptivity Specific extinction coefficient吸收定律与吸收光谱的关系吸收定律与吸收光谱的关系ACA或或 A C max 0 1 2 3 4 mg/mlA。 。 。 。*0.80.60.40.20溶液浓度的测定溶液浓度的测定A bc工作曲线法：测定某物质浓工作曲线法：测定某物质浓度时，先配制一系列标准溶度时，先配制一系列标准溶液，按所需条件显色后，分液，按所需条件显色后，分别测定它们的吸光度别测定它们的吸光度A。以以A为纵坐标，浓度为纵坐标，浓度C

7、为横坐标为横坐标，绘制的曲线为工作曲线（或绘制的曲线为工作曲线（或标准曲线）。标准曲线）。朗伯朗伯-比尔定律的分析应用比尔定律的分析应用吸光的加合性吸光的加合性iiiiiiiicbbcAA非单色光引起的对吸光定律的偏离非单色光引起的对吸光定律的偏离设入射光由设入射光由 1 和和 2 两种波长组成，溶液的吸光质点对两种波长组成，溶液的吸光质点对两种波长的光的吸收均遵从吸收定律两种波长的光的吸收均遵从吸收定律 1 bcIIA11011lgbcII110011 2 bcIIA22022lgbcII210022 1 + 2 210201lgIIIIA bcbcIIII211010lg020102012

8、1bcA1或或bcA221bcA1或或bcA2非单色光引起的对吸光定律的偏离非单色光引起的对吸光定律的偏离iKAA 1 2吸光质点间相互作用引起的对吸光定律的偏离吸光质点间相互作用引起的对吸光定律的偏离因此，朗伯因此，朗伯-比尔定律仅适用于稀溶液比尔定律仅适用于稀溶液光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测系统检测系统稳压电源稳压电源分光光度法的基本部件分光光度法的基本部件通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光.波长可调波长可调, 故选择性好故选择性好, 准确度高准确度高. 9-2 吸光分析法的仪器简介722722型分光光度计结构方框图型分光光度计结构方框图光光源源吸

9、收池吸收池检测系统检测系统分光分光系统系统721分光光度计分光光度计（1 1）分光光度计的主要部件）分光光度计的主要部件光源光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够 的光强度的光强度, ,稳定。稳定。 可见光区：可见光区：钨灯，碘钨灯钨灯，碘钨灯(320(3202500nm)2500nm) 紫外区：紫外区：氢灯，氘灯氢灯，氘灯(180(180375nm)375nm)单色器单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的：将光源发出的连续光谱分解为单色光的 装置。装置。棱镜棱镜: :玻璃玻璃3503503200nm, 3200nm, 石英石英1851854000

10、nm4000nm光栅光栅: :波长范围宽波长范围宽, , 色散均匀色散均匀, ,分辨性能好分辨性能好, , 使用方便使用方便吸收池吸收池：( (比色皿比色皿) )用于盛待测及参比溶液。用于盛待测及参比溶液。 可见光区：光学玻璃池可见光区：光学玻璃池 紫外区：石英池紫外区：石英池检测器检测器：利用光电效应，将光能转换成：利用光电效应，将光能转换成 电流信号。电流信号。 光电池，光电管，光电倍增管光电池，光电管，光电倍增管指示器指示器： 低档仪器：刻度显示低档仪器：刻度显示 中高档仪器：数字显示，自动扫描记录中高档仪器：数字显示，自动扫描记录棱镜：棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同依据不同波

11、长光通过棱镜时折射率不同单色器单色器入射狭缝入射狭缝准直透镜准直透镜棱镜棱镜聚焦透镜聚焦透镜出射狭缝出射狭缝白光白光红红紫紫1 12 2800 600 500400光栅：光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等宽度等间距等间距条痕条痕(600、1200、2400条条/mm )。M1M2出出射射狭狭缝缝光屏光屏透透镜镜平面透平面透射光栅射光栅光栅衍射示意图光栅衍射示意图原理原理：利用光通过光栅时利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而发生衍射和干涉现象而分光分光.检测器检测器SeAu，Ag半导体半导体h 硒光电池硒光电池Ag、Au光电管光电管红敏管红敏管 625-1

12、000 nm蓝敏管蓝敏管 200-625 nmNi环（片）环（片）碱金属碱金属光敏阴极光敏阴极h 单波长单光束分光光度计单波长单光束分光光度计0.575比值比值单波长双光束分光光度计吸光分析的几种方法光电比色法光电比色法分光光度法（紫外分光光度法（紫外-可见分光光度法）可见分光光度法）UV-VIS0.575I0ItbCTIIAtlglg0hchEEE022、物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构、物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。成了物质对光的选择吸收基础。3、在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。、在一定的实验条件下，物

13、质对光的吸收与物质的浓度成正比。KbcAT1010AKcbTlg吸光定律吸光定律c：mol / L摩尔吸光系数，摩尔吸光系数， L mol 1 cm -1cbAK c：g / LK a吸光系数，吸光系数， L g 1 cm -1acbA 0.575bCTIIAtlglg09-3 9-3 显色反应及显色条件的选择显色反应及显色条件的选择利用显色反应将待测组分转变为有色物质，然后进行利用显色反应将待测组分转变为有色物质，然后进行测定。测定。一、对显色反应的要求一、对显色反应的要求灵敏度高灵敏度高，大。大。选择性好选择性好，干扰少。，干扰少。显色后的物质组成恒定，化学性质稳定。显色后的物质组成恒定，

14、化学性质稳定。有色物质与显色剂颜色差别大。有色物质与显色剂颜色差别大。二、显色条件的选择二、显色条件的选择酸度酸度：酸度对显色反应有影响，要控制合适：酸度对显色反应有影响，要控制合适的酸度，通过实验确定。的酸度，通过实验确定。显色剂用量显色剂用量：为使显色反应完全，需加入过：为使显色反应完全，需加入过量的显色剂，但有时显色剂太多，引起副反量的显色剂，但有时显色剂太多，引起副反应，用量通过实验选择。应，用量通过实验选择。温度温度：显色反应要在合适的温度下进行，通：显色反应要在合适的温度下进行，通过实验选择。过实验选择。显色条件的选择显色时间：显色时间：有的显色反应瞬间完成，有有的显色反应瞬间完成

15、，有的需要放置一定时间。有的放置时间太的需要放置一定时间。有的放置时间太长不稳定。长不稳定。溶剂溶剂：有时在显色反应中加入有机溶剂，：有时在显色反应中加入有机溶剂，可提高显色反应的灵敏度。可提高显色反应的灵敏度。溶液中共存离子的影响溶液中共存离子的影响：共存离子有色：共存离子有色或显色剂反应生成有色物质干扰测定，或显色剂反应生成有色物质干扰测定，需除去。需除去。9-4 9-4 测量条件的选择测量条件的选择 除显色反应条件外，还必须选择好光度测量除显色反应条件外，还必须选择好光度测量条件。条件。一、入射波长的选择一、入射波长的选择 应根据吸收曲线，选择最大吸收时的波长应根据吸收曲线，选择最大吸收

16、时的波长 max.因为灵敏度高，波长小范围内，吸光度随波长因为灵敏度高，波长小范围内，吸光度随波长变化小。变化小。二、参比溶液的选择二、参比溶液的选择： 参比溶液：将参比溶液：将不含待测离子不含待测离子的溶液或的溶液或试剂加入一比色皿中，试液放入另一比试剂加入一比色皿中，试液放入另一比色皿中，再调节仪器，使不含待测离子色皿中，再调节仪器，使不含待测离子溶液处在溶液处在T=100%T=100%处，此种溶液为参比溶处，此种溶液为参比溶液。液。目的是为了消除由于比色皿、溶剂目的是为了消除由于比色皿、溶剂及试剂对入射光的反射和吸收等带来的及试剂对入射光的反射和吸收等带来的误差。误差。选择参比溶液的原则

17、选择参比溶液的原则 使试液的吸光度真正反映待测组分的浓度。使试液的吸光度真正反映待测组分的浓度。当试液、显色剂及所用的其它试剂在测量波当试液、显色剂及所用的其它试剂在测量波长处均无吸收，可用长处均无吸收，可用去离子水或纯溶剂去离子水或纯溶剂作参比溶作参比溶液；液；如果显色剂或加入的其它试剂在测量波如果显色剂或加入的其它试剂在测量波长处略有吸收，应采用长处略有吸收，应采用试剂空白（不加试剂空白（不加试样而其余试剂照加的溶液）试样而其余试剂照加的溶液）作参比溶作参比溶液。液。如显色剂在测量波长处无吸收，但待测如显色剂在测量波长处无吸收，但待测试液中共存离子有吸收，此时可用试液中共存离子有吸收，此时

18、可用不加不加入显色剂的试液入显色剂的试液为参比溶液。为参比溶液。三、吸光度范围的选择三、吸光度范围的选择在不同的吸光度范围内仪器读数对测定带在不同的吸光度范围内仪器读数对测定带来不同程度的误差，通过计算得出；当来不同程度的误差，通过计算得出；当T T为为15%65%15%65%或或A A在在0.20.80.20.8时时为测量的适宜为测量的适宜范围。范围。 0 1 2 3 4 mg/mlA。 。 。 。*0.80.60.40.20一、溶液浓度的测定一、溶液浓度的测定A bc工作曲线法工作曲线法(标准曲线标准曲线) 9-5 9-5 朗伯朗伯-比尔定律的分析应用比尔定律的分析应用邻二氮菲法测定微量铁

19、邻二氮菲法测定微量铁试样经溶解，分离干扰物质后，在试液中加入盐试样经溶解，分离干扰物质后，在试液中加入盐酸羟胺将铁全部还原为二价的铁，加入邻二氮酸羟胺将铁全部还原为二价的铁，加入邻二氮菲显色剂，并加入菲显色剂，并加入HAc-NaAc缓冲溶液，缓冲溶液，pH约约4.0-5.0，显色，显色35min后，以试剂空白为后，以试剂空白为参比溶液，于参比溶液，于510nm处测定处测定A值，在工作曲线值，在工作曲线上查得含量，即得到测定结果。上查得含量，即得到测定结果。2.钢铁中锰的分析钢铁中锰的分析锰是钢铁中的有益元素，以金属固溶体锰是钢铁中的有益元素，以金属固溶体MnSMnS存在。试液用硝酸溶解，用磷酸与三存在。试液用硝酸溶解，用磷酸与三价铁配合成无色的价铁配合成无色的Fe(HPOFe(HPO4 4) )2 2- -，在催化剂硝，在催化剂硝酸银作用下，以酸银作用下，以(NH(NH4 4) )2 2S S2 2O O8 8为氧化剂，加热为氧化剂，加热煮沸使煮沸使MnMn2+2+氧化为氧化为MnOMnO4 4- -，于，于530nm530nm下测定下测定A A，在工作曲线上查得含量。计算，在工作曲线上查得含量。计算MnMn的含量。的含量。二、分析结果的计算二、分析结果的计算例：用磺基水杨酸测定某矿样中铁含量，标准曲线数据如下：例：用磺基水杨酸测定某矿样中铁含量，标准曲线数据如下：标准