第八章 比色分析法

1、医 学 化 学上页下页返回回主目录第八章 比色分析法 比色分析：是基于溶液对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法，又称吸光光度法。 有色物质溶液的颜色与其浓度有关。溶液的浓度越大，颜色越深。利用光学方法比较溶液颜色的深度，可以测定溶液的浓度。 吸光光度法属于仪器分析方法，它所测定的是物质对光的吸收程度。医 学 化 学上页下页返回回主目录吸光光度法主要具有以下特点：（1）测定的灵敏度高。常用于测量质量分数为 10-3 1 的微量组分，甚至可测定质量分数低至 10-5 10-4 的痕量组分。（2）测定的准确度较高。一般吸光光度法测定的相对误差为2 5，若使用精密仪器，相对误差可降至1 2，完全可

2、以满足微量组分测定的要求。（3）仪器设备简单，操作简便、快速，选择性好。由于新的显色剂和掩蔽剂不断发现，提高了选择性，一般不需分离干扰物质就能进行测定。（4）应用广泛。几乎所有的无机离子和具有共轭双键的有机化合物都可以直接或间接地用吸光光度法进行测定。 医 学 化 学上页下页返回回主目录一、物质的颜色和光的关系 光是一种电磁波。自然光是由不同波长（400700nm）的电磁波按一定比例组成的混合光，通过棱镜可分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色相连续的可见光谱。如把两种光以适当比例混合而产生白光感觉时，则这两种光的颜色互为补色。当白光通过溶液时，如果溶液对各种波长的光都不吸收，溶液就没有颜

3、色。如果溶液吸收了其中一部分波长的光，则溶液就显现透过溶液后剩余部分光的颜色。例如，我们看到KMnO4溶液在白光下呈紫红色，就是因为白光透过溶液时，绿色光大部分被吸收，而其他各色都能透过。在透过的光中除紫红色外都能两两互补成白色，所以KMnO4溶液呈现紫红色。 医 学 化 学上页下页返回回主目录 物质的颜色与吸收光颜色的关系物质的颜色 吸 收 光 物质的颜色 吸 收 光 颜色 /nm颜色 /nm绿 紫 400 450紫 绿 560 580 黄 蓝 450 480 蓝 黄 580 600 橙 青蓝 480 490 青蓝 橙 600 650 红 青 490 500 青 红 650 760 紫红 青

4、绿 500 560 医 学 化 学上页下页返回回主目录同理，CuSO4溶液能吸收黄色光，所以溶液呈蓝色。由此可见，有色溶液的颜色是被吸收光颜色的补色。吸收越多，则补色的颜色越深。比较溶液颜色的深度，实质上就是比较溶液对它所吸收光的吸收程度。 医 学 化 学上页下页返回回主目录二、朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律 当一束平行单色光（只有一种波长的光）照射有色溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液 ：医 学 化 学上页下页返回回主目录设入射光的强度为I0，溶液的浓度为c，液层的厚度为b，透射光强度为I，则：0lgIAI式中lgI0/I 表示光线透过溶液时被吸收的程度，一般称为吸光度（A

5、）或消光度（E）。因此，上式又可写为：A=Kcb上式为朗伯-比尔定律的数学表示式。它表示一束单色光通过溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。 def医 学 化 学上页下页返回回主目录式中，K为吸光系数，当溶液浓度c和液层厚度b的数值均为1时，A=K，即吸光系数在数值上等于c和b均为1时溶液的吸光度。对于同一物质和一定波长的入射光而言，它是一个常数。比色法中常把I/I0 0ITI称为透光度，用T表示，透光度和吸光度的关系如下：defA =lgT医 学 化 学上页下页返回回主目录当c以质量体积浓度（gml-1）表示时，吸光系数称为质量吸光系数，用a表示。当c以molL-1为单位时

6、，吸光系数称为摩尔吸光系数，用表示，其单位是Lmol-1cm-1。吸光系数越大，表示溶液对入射光越容易吸收，当c有微小变化时就可使A有较大的改变，故测定的灵敏度较高。一般值在103以上即可进行比色分析。医 学 化 学上页下页返回回主目录三、吸收曲线 如果将不同波长的光通过一定浓度的某一溶液，分别测定溶液对各种波长的光的吸光度。以入射光的波长 为横坐标，相应的吸光度 A 为纵坐标作图，可得到一条吸光度随波长变化的曲线，称为吸收曲线或吸收光谱。医 学 化 学上页下页返回回主目录KMnO4 的吸收曲线医 学 化 学上页下页返回回主目录吸收曲线中吸光度最大时所对应的波长称为最大吸收波长 。当溶液的浓度

7、不同时，其吸收曲线的形状和 的位置不变，只是同一波长下的吸光度随溶液浓度的变化而发生变化。吸收曲线是吸光光度法选择测定波长的重要依据。例题： maxmax医 学 化 学上页下页返回回主目录已知：在525nm处KMnO4溶液的=2235L mol-1cm-1，若用2cm比色皿，为使所测得的透光率介于20%65%之间，溶液的浓度范围应是多少？则 c = -lg65%/22352.0=4.1910-5(molL-1) 因此，溶液物质的量浓度范围是1.561044.1910-5mol/L医 学 化 学上页下页返回回主目录第二节 比色分析的测定方法和应用一、目视比色法目视比色法：用视力比较样品溶液与标准

8、品溶液的颜色深浅以确定物质含量的方法。依据：被测物质和已知浓度的标准物质在同样条件下显色，当两溶液液层厚度相等且颜色深度相同时（吸收度相同）时，则两者的浓度相等。A标 A样，C标L标C样L样，当L标L样时，C标C样医 学 化 学上页下页返回回主目录目视比色法常用的是标准系列法。标准系列法：在纳氏比色管中测定的，操作步骤：（1）先配制一个已知浓度的标准溶液，然后取一定量标准溶液，按照由少到多的次序置于规格相同的比色管中，加入显色剂并稀释至一定体积，摇匀，称为一系列颜色由浅至深的标准色阶。（2）另取一定量的样品溶液，用同样的方法，在同样条件下使其显色并稀释至相同的体积，制成比色液。（3）将样品液与

9、标准色阶逐一比较，若样品比色液的颜色与某一标准比色液颜色相同，则此两者浓度相同。医 学 化 学上页下页返回回主目录（4）若样品比色液颜色介于某两种标准比色液的颜色之间，则可取它们浓度的平均值作为样品比色液的浓度。 再根据稀释的倍数求出样品溶液的浓度：C样与样品液等色度的标准管溶液浓度稀释倍数医 学 化 学上页下页返回回主目录标准系列法的优点：仪器简单，操作方便，液层厚度大，适用于小额定低浓度溶液，在野战条件下它的应用广泛。标准系列法的缺点：须先配制一系列标准色阶，而色阶不易长期保存，需临时配制，同时目视比色容易引入视觉误差，影响分析结果的准确度。医 学 化 学上页下页返回回主目录二、分光光度法

10、1. 分光光度计 分光光度法是以钨灯或氢灯光作光源，经单色光器分光后，以所需的波长的单色光作入射光，通过测定溶液吸光度来求算溶液中被测物质含量的一种分析方法。分光光度计的基本组成部件为：光源单色器吸收池检测系统读数指示器医 学 化 学上页下页返回回主目录（1）光源在可见分光光度计中，常用钨灯或碘钨灯作光源，它发出波长为 360 1000 nm范围内的连续光谱。（2）单色器单色器是将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。单色器由棱镜或光栅等色散元件及狭缝和透镜等组成。（A）棱镜：棱镜是根据光的折射原理，将复合光色散分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出射狭缝照射到吸收池上。

11、医 学 化 学上页下页返回回主目录（B）光栅：光栅是根据光的衍射和干涉原理来达到色散目的。光栅的分辨率比棱镜高，适用波长范围宽 ，而且色散均匀。（3）吸收池吸收池也称比色皿，是用光学玻璃或石英制成的无色透明的长方体容器，用于盛放参比溶液或待测溶液。（4）检测器利用光电效应将透射光强度转换为电流进行测定的光电转换部件称为检测器。可见分光光度计常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管。医 学 化 学上页下页返回回主目录（A）光电池：常用的光电池是硒光电池，当光照射在光电池上时，半导体硒表面就有电子逸出，被收集于金属薄膜上，因此带负电，成为光电池的负极。由于硒的半导体性质，电子只能单向移动，使铁片成

12、为正极。通过与电阻很小的外电路连接，能产生光电流，可直接用检流计测定，电流大小与照射光强度成正比。医 学 化 学上页下页返回回主目录（B）光电管：光电管是由一个阳极和光敏阴极组成的真空（或充有少量惰性气体）二极管，阴极表面镀有碱金属或碱金属氧化物等光敏材料，当它被具有足够能量的光照射时，能够发射电子。当两极间有电位差时，发射出的电子就流向阳极而产生电流，电流的大小取决于入射光的强度。 医 学 化 学上页下页返回回主目录（C）光电倍增管：光电倍增管中有一个光敏阴极和若干个倍增光敏阴极，当光照射光敏阴极时发射出电子，由于外电场的加速作用，这些电子高速轰击相邻的第一阴极，该阴极经电子轰击后又产生次级

13、电子，其数目较入射的电子多，这些电子再次被加速轰击第二阴极，从而发射出更多的电子。通常使用912个这种阴极，可将电流放大几百万倍以上。最后倍增了电子射向阳极形成电流，光电流通过负载电阻可变成电压信号，经放大后将信号输入读数指示器。医 学 化 学上页下页返回回主目录（5）放大器和指示器 读数指示器的作用是把光电流放大的信号以适当方式显示或记录下来。通常使用悬镜式光电反射检流计测定产生的光电流。检流计光点偏转刻度直接标为吸光度和透光率，测定时一般可直接读出吸光度。透光率的刻度是均匀的，因吸光度与透光率是负对数关系，所以吸光度刻度是不均匀的。医 学 化 学上页下页返回回主目录医 学 化 学上页下页返

14、回回主目录2.可见分光光度法的测定方法（1）标准曲线法： 先配制一系列不同浓度的标准溶液，用选定的显色剂显色。选用合适波长的入射光（光电比色计用滤光片，分光光度计可转动波长调节器）。测定时先以空白溶液调节透光率100%，然后分别测定标准系列的吸光度。以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标作图得到一条通过原点的直线，叫做标准曲线（或称工作曲线）。医 学 化 学上页下页返回回主目录例如，测定维生素B12时，可预先绘制维生素B12的A-c标准曲线，再用完全相同的方法和步骤测定被测溶液的吸光度，即可从标准曲线上找出被测溶液的浓度或含量。这种方法叫做标准曲线法。标准曲线可在固定仪器和方法的条件下多次使用，适合于

15、经常性工作。但若仪器不同或测定方法及条件改变，测得的标准曲线不同。因此在更换任何测定条件时都需重新绘制标准曲线。医 学 化 学上页下页返回回主目录用标准曲线法时，应注意的问题：（1）标准液的测定和被测液的测定应在相同条件下进行。（2）溶液的浓度应在标准曲线的线性范围内。医 学 化 学上页下页返回回主目录在测定溶液吸光度时，为了消除与被测物质吸收无关的因素的影响，如溶剂或其他物质对入射光的吸收，光在溶液中的散射以及吸收池界面对光的反射等，必须采用空白溶液（又称参比溶液）作对照。常用的空白溶液有三种：（1）溶剂空白（2）试剂空白（3）试样空白 P85医 学 化 学上页下页返回回主目录（2）标准对照

16、法若仅对个别样品进行测定，且A-C曲线线性良好，可不作标准曲线而直接比较测定结果。 先配制一个被测物质溶液浓度相近的标准溶液，与被测溶液在相同条件下测定吸光度。根据下式可以计算。A标 = K标c标b标 A测 = K测c测b测由于使用同一波长的入射光，采用同样的比色皿，测定同样的物质。所以K标 = K测 ， b标 = b测因此A标/A测 = c标/c测则c测 = A测/A标c标医 学 化 学上页下页返回回主目录3.可见分光光度法的应用铁含量的测定（1）原理 分析测定溶液中铁的含量有硫氰酸盐显色法、磺基水杨酸法及邻菲罗啉显色法等各各种方法。现以磺基水杨酸法为例介绍铁的含量测定。 在不同酸度下，Fe

17、3+和磺基水杨酸生成组成不同的配合物。若控制溶液PH值在8-11.5的条件下显色，可生成配位数为6的黄色三磺基水杨酸合铁配合物。反应式如：医 学 化 学上页下页返回回主目录可简写为： 溶液的最大吸收波长max=420nm，因此可在420nm 处进行测定 。医 学 化 学上页下页返回回主目录（2）操作步骤： （A）标准曲线的绘制 称取一定量硫酸铁铵NH4Fe(SO4)212H2O用蒸馏水溶解，加适量配制成含 Fe3+0.1gL-1的标准溶液，再稀释成含Fe3+0.025mgL-1的操作溶液。 取25ml容量瓶6只，编号后分别加入操作溶液0.00，1.00，2.00，3.00，4.00及5.00ml，各加入10%NH4Cl溶液2ml和10%磺基水杨酸溶液2ml，滴加氨水至溶液由紫红色变为黄色，并使氨水稍过量，然后用NH3-NH4Cl缓冲溶液稀释至刻度，摇匀，以1号为空白，在420nm处依次测定吸光度。以Fe3+含量为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线。医 学 化 学上页下页返回回主目录(B)样品的测定取25ml容量瓶1只，准确加入经过处理的浓度在标准范围内的被测溶液，按上面标准系列配制的同样加入等量的显色剂和缓冲溶液，在相同条件下测定被测溶液的吸光度，利用标准曲线找出样品溶液的浓度，根据样品溶液的稀释倍数，求出样品的含量。例：P8