第十二章光度分析(好)

1、第十二章第十二章 光度分析法光度分析法sSXxCAAC本章需要掌握的内容和解决的问题：本章需要掌握的内容和解决的问题：一、问题一、问题 1、光度分析法的显色反应的条件？显色反应的影响因素？、光度分析法的显色反应的条件？显色反应的影响因素？ 2、偏离朗伯比尔定律的原因？、偏离朗伯比尔定律的原因？ 3、光度分析的参比溶液的选择？测定的误差较小的范围是、光度分析的参比溶液的选择？测定的误差较小的范围是多少？多少？ 4、吸光光度法的仪器有几大部件组成？、吸光光度法的仪器有几大部件组成？二、计算二、计算 1、朗伯比尔定律的（、朗伯比尔定律的（1）三个公式计算：）三个公式计算： A=abc、A=bc、A=

2、lgT （2）比较法）比较法:光谱与能量的关系光谱与能量的关系 单色光单色光 复合光复合光白光白光青蓝青蓝青青绿绿黄黄橙橙红红紫紫蓝蓝互补色互补色基于被测物质的分子基于被测物质的分子对光具有选择性吸收对光具有选择性吸收的特性而建立起来的的特性而建立起来的分析方法分析方法, ,叫叫吸光光度法吸光光度法. .包括：包括：比色法比色法：通过比较有色溶液颜色深浅通过比较有色溶液颜色深浅 分光光度法：分光光度法：根据物质对一定波长的光的吸收程度根据物质对一定波长的光的吸收程度 真空紫外光度法：真空紫外光度法：10200 nm（远紫外光）远紫外光） 紫外吸光光度法：紫外吸光光度法：200 400 nm（近

3、紫外区）近紫外区） 可见吸光光度法：可见吸光光度法：400 750 nm 红外光度法：红外光度法：2.5 1000 m 依据物质对不同波长范围光的吸收主要有：依据物质对不同波长范围光的吸收主要有：一、吸光光度法一、吸光光度法二二、吸光分析基本定律、吸光分析基本定律1. 朗伯朗伯-比尔定律比尔定律（Lambert-Beer law） 当一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体当一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一部分被或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一部分被器皿的表面反射。如图所示，设人射光强度为器皿的表面反射。如图所示，

4、设人射光强度为II0 0，吸收光强，吸收光强度为度为I Ia a，透过光强度为，透过光强度为I It t，反射光强度为，反射光强度为I Ir r。rtaIIII0吸收光吸收光透射光透射光是由于物质对不是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸同波长的光具有选择性的吸收作用而产生的，收作用而产生的，。例：例：硫酸铜硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色；溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色； 高锰酸钾高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。 如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以得白光，这两种光就叫得白光，这两种光就叫。物质呈

5、现的颜色和物质呈现的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。吸收的光颜色之间是互补关系。 吸收曲线：吸收曲线：测定某种物质对不同波长单色光的吸测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以收程度，以波长波长为横坐标，为横坐标，吸光度吸光度为纵坐标作图。为纵坐标作图。KMnO4 的吸收光谱图的吸收光谱图最大吸收波长，最大吸收波长， max定量分析的基础定量分析的基础：某一波长：某一波长下测得的吸光度与物质浓度下测得的吸光度与物质浓度关系的有关关系的有关三、三、 光吸收基本定律光吸收基本定律: Lambert-Beer定律定律 a-吸光系数吸光系数-摩尔吸光系数，摩尔吸光系数，mol / L b-吸光液层的

6、厚度吸光液层的厚度(光程光程)， cm c-吸光物质的浓度，吸光物质的浓度， g / L, T-透光度，透光度，%或小数或小数 cbA a 当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质当一束平行单色光通过均匀、透明的吸光介质时，其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度时，其吸光度与吸光质点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比。的乘积成正比。. .cbAA= lg1/T例例1 浓度为浓度为25.0g/50mL的的Cu2+溶液，用双环已酮草酰二腙溶液，用双环已酮草酰二腙分光光度法测定，于波长分光光度法测定，于波长600nm处，用处，用2.0cm比色皿测得比色皿测得T=50.1%，求吸光系数，求吸光系数a和摩尔吸

7、光系数和摩尔吸光系数。已知。已知M(Cu)=64.0。)1000.5100 .50100 .251436LgLgc（11 -2-14.L.g103.001000. 50 . 2300. 0cmLgcmbcAa解解 已知已知T=0.501，则，则A=lgT=0.300，b=2.0cm,则根据朗伯则根据朗伯比尔定律比尔定律 A=abc，而而= Ma = 64.0gmol-13.00102 Lg-1cm-1=1.92104(Lmol-1cm-1)解解: 由由A=-lgT=abc可得可得 T=10-abc 当当b1=1cm时，时，T1=10-ac=T 当当b2=2cm时，时，T2=10-2ac=T2例

8、例2 某有色溶液，当用某有色溶液，当用1cm比色皿时，其透光度为比色皿时，其透光度为T，若改用，若改用2cm比色皿，则透光度应为多少？比色皿，则透光度应为多少？安络血的相对摩尔质量为安络血的相对摩尔质量为236，将其配成，将其配成100 mL含安含安络血络血 0.4300 mg的溶液，盛于的溶液，盛于1 cm吸收池中，在吸收池中，在max55 nm处测得处测得A值为值为0.483，试求安络血的，试求安络血的和和值。值。解：由解：由EclIITA0lglg112314300. 01000483. 01%1cmclAE1%41cm23611232.65 101010ME 称取维生素称取维生素C 0

9、.0500 g溶于溶于100 mL的的5 mol/L硫酸溶液中，准硫酸溶液中，准确量取此溶液确量取此溶液2.00 mL稀解：释至稀解：释至100 mL，取此溶液于，取此溶液于1 cm吸收池中，在吸收池中，在max245 nm处测得处测得A值为值为0.498。求样品中维。求样品中维生素生素C 的百分质量分数。（的百分质量分数。（mL/gcm）解：由解：由EclIITA0lglg40.4988.89 10 (g/100mL)560 1AcEl%.%.988100100205000108984维生素维生素C 的百分质量分数的百分质量分数摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论摩尔吸光系数摩尔吸光系数 (

10、Lmol-1cm-1)在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 mol/L, 液层厚度为液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度时该溶液在某一波长下的吸光度,吸收物质在一定波长和溶剂条件下的吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数特征常数在温度和波长等条件一定时，在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；质有关，与待测物浓度无关； 同一吸光物质在不同波长下的同一吸光物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收值是不同的。在最大吸收波长波长max处的摩尔吸光系数，以处的摩尔吸光系数，以max表示表示 表明了该表明了该吸收物质最大限度的吸光能力吸收物

11、质最大限度的吸光能力，也反映了光，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。4.4.吸光光度法的灵敏度的表示方法吸光光度法的灵敏度的表示方法 105 超超高灵敏度高灵敏度 =(610）104 高灵敏高灵敏 =(26)104 中等灵敏度中等灵敏度; 10104 4* *选择性好选择性好* *显色剂在测定波长处无明显吸收。显色剂在测定波长处无明显吸收。 对照性好对照性好, , maxmax60 nm .60 nm .* *反应生成的有色化合物反应生成的有色化合物组成恒定组成恒定，稳定，稳定。* *显色条件易于控制，显色条件易于控制，重现性好重现性好。3. 显

12、色条件的确定显色条件的确定c(R)c(R)c(R)（1） 显色剂用量显色剂用量 Mo(SCN)32+ 浅红浅红Mo(SCN)5 橙红橙红Mo(SCN)6- 浅红浅红Fe(SCN)n3-n选择曲线变化平坦处。选择曲线变化平坦处。（2） 显色反应酸度显色反应酸度 RH = R- + H+ pH = 2 3FeR紫红色紫红色pH = 4 7FeR2橙色橙色pH = 8 10FeR3黄色黄色 pH12 Fe(OH)3 沉淀pH1pHpH2选择曲线中吸光度较大且选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区恒定的平坦区ApH邻二氮菲亚铁反应完全度与邻二氮菲亚铁反应完全度与pH的关系的关系 2+eFFNN3e2+3N

13、NFFNN3e2+3NNpH38(柠檬酸盐介质)为适宜的酸度范围为适宜的酸度范围2550t /minA（3） 显色温度及显色时间显色温度及显色时间 另外，还有介质条件、有机溶剂、表面活性剂等另外，还有介质条件、有机溶剂、表面活性剂等. .一般尽量采用水相测定一般尽量采用水相测定3.参比溶液的选择参比溶液的选择(不加显色剂不加显色剂)(不加试样溶液不加试样溶液)1086420204060800.70.40.20.1AT%Err0.434lg(0.01)cTEcTTT (36.8)0.434浓度测浓度测量的相量的相对误差对误差与与T(或或A)的关系的关系实际工作中，应控制实际工作中，应控制T在在1

14、070, A在在0.151.0之间之间 (调调c, b, )4. 吸光度读数范围的选择：吸光度读数范围的选择：最佳值最佳值最佳读数范围最佳读数范围 定量分析时，通常液层定量分析时，通常液层厚度是相同的，按照比尔厚度是相同的，按照比尔定律，浓度与吸光度之间定律，浓度与吸光度之间的关系应该是一条通过直的关系应该是一条通过直角坐标原点的直线。但在角坐标原点的直线。但在实际工作中，往往会偏离实际工作中，往往会偏离线性而发生弯曲。线性而发生弯曲。五、五、偏离朗伯一比尔定律的原因偏离朗伯一比尔定律的原因 0 1 2 3 4 mg/mLA。 。 。 。*0.80.60.40.20工作曲线工作曲线 标准曲线法

15、测定未知溶液的标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯种现象称为对朗伯比耳定律的偏比耳定律的偏离。离。引起这种偏离的因素（两大类）：引起这种偏离的因素（两大类）： （1 1）物理性因素，即仪器的非理）物理性因素，即仪器的非理想引起的；想引起的； （2 2）化学性因素。）化学性因素。 单色光不纯，导致负偏差。单色光不纯，导致负偏差。散射光的影响，胶体、乳浊液或悬浊液由散射光的影响，胶体、乳浊液或悬浊液由于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通过比色皿（非平行入于散射的作用使

16、吸光度增大，或入射光不是垂直通过比色皿（非平行入射光）产生正偏差射光）产生正偏差 为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器此外还应为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。（1）物理性因素）物理性因素(2) 化学性因素化学性因素 吸光质点的相互作用，吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生负偏差，浓度较大时，产生负偏差， 朗伯朗伯-比尔定律只比尔定律只适合于稀溶液适合于稀溶液（C 10-2 mol/L )。 平衡效应：平衡效应：溶液中存在着离解、聚合、互变异

17、构、配合物的形成等化溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。 例：例： 铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡： CrO42- 2H = Cr2O72- H2O 溶液中溶液中CrO42-、 Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液液pH 对测定有重要影响。对测定有重要影响。六、六、 吸光光度分析的方法和仪器吸光光度分析的方法和仪器 吸光分析是根据物质对光的选择性吸收为基础吸光分析是根据物质对光的选择性吸收为

18、基础，以朗伯，以朗伯-比尔定律为依据的分析方法。按照测定原比尔定律为依据的分析方法。按照测定原理、操作特点以及使用的一起又分目视比色法、光理、操作特点以及使用的一起又分目视比色法、光电比色法和分光光度法。电比色法和分光光度法。1. 目视比色法目视比色法 colorimetry 用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。优点是仪器简单，操作简便，适宜于大批试样的分析。法。优点是仪器简单，操作简便，适宜于大批试样的分析。灵敏度高，因为是在复合光灵敏度高，因为是在复合光- -白光下进行测定，故某些显白光下进行测定，故某些显色反应不符合朗伯色反应不

19、符合朗伯- -比尔定律时，仍可用该法进行测定。比尔定律时，仍可用该法进行测定。主要缺点是准确度不高，标准系列不能久存，需要在测定主要缺点是准确度不高，标准系列不能久存，需要在测定时临时配制。时临时配制。标准系列标准系列未知样品未知样品特点特点利用自然光利用自然光比较吸收光的互补色光比较吸收光的互补色光准确度低准确度低(半定量半定量)不可分辨多组分不可分辨多组分方法简便，灵敏度高方法简便，灵敏度高观察方向观察方向2. 光电比色法光电比色法(colorimetry) 光电比色法光电比色法是利用光电池和检流计代替人眼，测是利用光电池和检流计代替人眼，测定吸光物质对某一波长的光的吸收来进行测定方法。定

20、吸光物质对某一波长的光的吸收来进行测定方法。 光电比色计是通过滤光片(filter)得一窄范围的光(几十nm)，即单色光为光源，但单色光的单色性不好，常发生偏离郎伯-比尔定律的情况。灵敏度和准灵敏度和准确度较差确度较差( photoelectric colorimeter)3. 吸光光度法吸光光度法 Spectrophotometry 借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线标准曲线，根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求得被测，根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求得被测物质的浓度或含量。物质的浓度或含量。Standard curv

21、eStandard curve * *吸光光度法特点：吸光光度法特点：入射光是纯度较高的单色光入射光是纯度较高的单色光，故便偏离朗伯，故便偏离朗伯- -比尔定律的情况大为减少，标准曲比尔定律的情况大为减少，标准曲线直线部分的范围更大，分析结果的准确度较高。线直线部分的范围更大，分析结果的准确度较高。因可任意选取某种波长的单色光，故利用吸光度的因可任意选取某种波长的单色光，故利用吸光度的加和性，同时测定溶液中两种或两种以上的组分。加和性，同时测定溶液中两种或两种以上的组分。由于入射光的波长范围扩大了，许多无色物质，只由于入射光的波长范围扩大了，许多无色物质，只要它们在紫外或红外光区域内有吸收峰，

22、都可以测要它们在紫外或红外光区域内有吸收峰，都可以测定。定。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, 故选择性故选择性好好, 准确度高准确度高. 分光光度计按工作波长范围分类：紫外、可见分光光度计按工作波长范围分类：紫外、可见分光光度计应用于无机物和有机物含量的测定，红分光光度计应用于无机物和有机物含量的测定，红外分光光度计主要用于结构分析。分光光度计又可外分光光度计主要用于结构分析。分光光度计又可分为单光束和双光束两类。分为单光束和双光束两类。722722型分光光度计是数型分光光度计是数字显示的单光束、可见分光光度计字显示的单光束、可见分光光度

23、计(recording (recording spectrophotometer)spectrophotometer)。 检测系检测系统统吸收池吸收池光光源源单色器单色器吸收池吸收池分光光度计的基本部件分光光度计的基本部件: 光源、单色器、比色皿、检测器和显示装置。光源、单色器、比色皿、检测器和显示装置。单色光器光电管光源检流计0.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示显示单波长单光束分光光度计单波长单光束分光光度计简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有一般不能作全波段光谱扫

24、描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。很高的稳定性。单波长双光束分光光度计单波长双光束分光光度计自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵 敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂， 价格较高。价格较高。仪器仪器 紫外-可见分光光度计U-3400U-3400型紫外型紫外- -可见分光光度计可见分光光度计七、七、分光光度计的主要部件分光光度计的主要部件1. 1. 光源光源(Light source)(Light source)：发出所需波长范围内的连续光：发出所需波长范围内

25、的连续光谱，有足够的光强度谱，有足够的光强度, ,稳定。稳定。 可见光区：可见光区：钨灯，碘钨灯钨灯，碘钨灯(320 (320 2500 nm)2500 nm) 紫外区：紫外区：氢灯，氘灯氢灯，氘灯(180 (180 375 nm)375 nm) 用用612 V612 V钨丝灯作可见光区的光源，发出的连钨丝灯作可见光区的光源，发出的连续光谱在续光谱在360800 nm 360800 nm 范围内。光源应该稳定，即范围内。光源应该稳定，即要求电源电压保持稳定。为此，通常在仪器内同时要求电源电压保持稳定。为此，通常在仪器内同时配有电源稳压器。配有电源稳压器。 氢灯氢灯 氘灯氘灯 钨灯钨灯 汞灯汞灯

26、 hydrogen deuterium tungsten mercury lamp lamp lamp lamp /nm钨灯（热辐射光源）钨灯（热辐射光源）400400 600600 800800 10001000氙灯（气体放电光源）氙灯（气体放电光源）氢灯氢灯强强度度氙灯氢灯钨灯吸光光度法仪器主要差异比较吸光光度法仪器主要差异比较2. 单色器单色器(monochromator)：将光源发出的连续光谱分解为：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。单色光的装置。棱镜棱镜: :玻璃玻璃350 350 3200 nm, 3200 nm, 石英石英185 185 4000 nm4000 nm光栅光栅

27、: :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 棱镜(prism)：根据光的折射原理，将 复 合 光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过一个很窄的狭缝(slit)照射到吸收池上。由玻璃或石英制成。玻璃棱镜用于可见光范围，石英棱镜则在紫外和可见光范围均可使用。 光栅(grating)是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过狭缝照射到吸收池上。它的分辨率比棱镜大，可用的波长范围也较宽。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(60

28、0、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分光发生衍射和干涉现象而分光.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（35035032003200nmnm） 紫外区：石英池玻璃紫外区：石英池玻璃 （18518540004000nmnm）检流计检流计（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 电流讯号。电流讯号。光电管蓝敏（锑铯）光电管蓝敏（锑铯） 210625nm ，光电管，光电管红红 敏（氧化敏（氧化铯）光电管铯）光电管 6251000nm ，光电倍增管，光电倍增管3. 比色皿比色皿(coloritrough) 也称吸收池也称吸收池。 。 它是由无色透明、耐腐蚀、化学性质相