仪器分析技术W3201-4-微教材

《仪器分析技术》课程-微教材
知识讲解
1. 透光率与吸光度
透光率（transmittance ）：当一束平行的单色光通过某一均匀的有色溶液时，光的一部分被比色皿的表面反射回来，一部分被溶液吸收，一部分则透过溶液。

如图1所示。

在分光光度法中，由于采用相同质地的比色皿，反射光的强度基本相同，其影响可以相互抵消，不予考虑。

图1 有色溶液与光线关系
设入射光的强度（incident light intensity ）为，吸收光强度（absorptive light intensity ）为a I ，透射光的强度（transmission intensity ）为，则
I 0＝ I a +I t
透射光强度与入射光强度之比称为透光率（transmittance ），用T 表示，
T = I t /I 0
透光率越大，溶液对光的吸收越少；反之，透光率越小，溶液对光的吸收越多。

吸光度(absorbance)：透光率的负对数称为吸光度，用符号A表示。

A越大，溶液对光的吸收越多。

A = -lg T =-lg(I t/I0)= lg(I0/I t)
2.朗伯比尔定律
物质对光吸收的定量关系很早就受到了科学家的注意并进行了研究。

皮埃尔·布格（Pierre Bouguer）和约翰·海因里希·朗伯（Johann Heinrich Lambert）分别在1729年和1760年阐明了物质对光的吸收程度和吸收介质厚度之间的关系；1852年奥古斯特·比尔（August Beer）又提出光的吸收程度和吸光物质浓度也具有类似关系，两者结合起来就得到有关光吸收的基本定律——布格－朗伯－比尔定律，简称朗伯－比尔定律。

朗伯定律指出：当一定波长的单色光通过一固定浓度溶液时，其吸光度A与光通过的溶液层厚度b成正比关系。

朗伯定律适用于任何均匀、有吸光质点的溶液、气体、固体。

比尔定律指出：当一定波长的单色光通过溶液时，若溶液厚度一定，则吸光度与溶液浓度c成正比，与被测物质的性质、入射光波长、溶剂、液层厚度及温度有关。

当溶液浓度大到一定值时，有色溶液的解离或聚合程度会发生变化，导致吸光度与浓度不能保持严格的正比关系。

所以比尔定律只适用于稀溶液。

如果同时考虑液层厚度和溶液浓度对光吸收的影响，则上述两个定律可合并为朗伯-比耳定律，当一适当波长单的单色光通过溶液时，若液层厚度一定，则吸光度与溶液浓度呈正比，并且与吸光物质种类、溶剂、入射光波长、液层厚度和溶液温度有关，且对所以的均匀介质（即低浓度溶液）和单色光都适用。

表示为
A=Kbc
式中，b为液层厚度，一般以 cm 为单位；为溶液浓度；K称为吸光系数。

当c的单位为g/L，b的单位为cm时，K用a表示，比例系数a称为质量吸收系数，单位L·g-1·cm-1。

它与入射光波长、物质的本性及溶液的温度等有关。

A = abc
当c的单位为mol/L，b的单位为cm时，K用ε表示，比例系数ε称为摩尔吸收系数，数值上ε等于a与吸光物质的摩尔质量的乘积，即ε=a·M，单位是L·mol-1·cm-1。

A = εbc·cm-1
在给定单色光、溶剂和温度等条件下，摩尔吸光系数表示物质对某一特定波长光的吸收能力。

ε越大表示该物质对某波长光的吸收能力越强，测定灵敏度越高。

因此进行测定时，为了
提高分析的灵敏度，必须选择摩尔系数大的有色化合物进行测定，选择具有最大ε值的波长作入射光。

一般ε值大于103即可进行分光光度法测定。

例题：有一溶液，每升含有5.00×10-3g 溶质，该溶质的摩尔质量为125g ·mol -1将此溶液放在厚度为2.00cm 的吸收池内，测得吸光度为0.500，求该溶质的a 和ε。

解：b=2.00cm ，c=5.00×10-3g ·L -1,A=0.500,M=125g ·mol -1 a=bc A =3
1000.500.2500.0-⨯⨯ L ·g -1·cm -1=5.00×105 L ·g -1·cm -1 ε=aM=5.00×105×125 L ·mol -1·cm -1=6.25×107 L ·mol -1·cm -1
3. 偏离朗伯比尔定律的原因
（1）朗伯-比耳定律广泛应用于紫外、可见、红外光区的吸收测量该定律不仅适用于溶液，也适用于其他均匀、非散射的吸光物质（包括气体和固体）。

对于多组分体系，若体系中各组分间无相互作用，则各组分的吸光度有加和性。

即
A = A 1 + A 2 + A 3 + ……+A n = ∑n
n A 1
因此，该定律即可用于单组分分析，也可用于多组分的同时测定。

应用光吸收定律时必须符合三个条件：一是入射光为平行单色光且垂直照射；二是被测样品为均匀介质；三是在吸收过程中，吸光物质之间无相互作用；
（2）什么叫标准曲线“偏离朗伯一比尔定律现象”？有哪些原因？
由朗伯一比尔定律知：溶液的吸光度A 与溶液的浓度C 之间呈线性关系。

在光度分析中正是利用这种关系，采用标准曲线法，可以很方便地测定溶液中某组分的含量。

但是在分析过程中，常常会出现标准曲线偏离直线的情况，这种情况称为“偏离朗伯一比尔定律现象”，如图2所示。

图2 标准曲线的弯曲
引起标准曲线偏离朗伯一比尔定律的原因，主要有如下几个：
①入射光为非单色光
从理论上讲，朗伯一比尔定律只适用于单色光。

但在分析实践中人们发现，分光光度计得到的入射光实质上都是某一波长的复合光。

由于物质对不同波长光的吸收程度不同，导致标准曲线对朗伯-比尔定律的偏离。

为了克服上述情况的发生，在光度测定中通常选择被测物最大吸收波长的光作为人射光。

这样不仅可以提高测定时的灵敏度，而且由于此处的吸收曲线比较平坦，偏离朗伯一比尔定律的程度也较小。

②化学反应引起的偏离
溶液中的化学反应溶液中的化合物，常因离解、聚合、形成新的化合物或异构体等化学变化而改变浓度，从而导致对朗伯一比尔定律的偏离。

因此严格控制显色反应的条件、维持溶液中的化学平衡，是防止偏离朗伯一比尔定律的主要措施。

③比尔定律的局限性引起偏离
比尔定律是一个有限定律，它只适用于浓度小于0.01mol/L的稀溶液，当溶液中待测组分浓度较稀(例：小于0.01mol/L)时，溶液吸光度A与溶液浓度C基本服从朗伯一比尔定律；但当待测组分浓度超过0.01mol/L时，“偏离现象”就比较严重。

这是因为随着待测组分浓度的增加，溶液中吸光粒子数目增多，粒子间平均距离减小，粒子的电荷发生改变，使吸光粒子的摩尔吸光系数发生变化，从而导致“偏离现象”的发生。

当被测溶液中其他组分浓度高时，也会产生类似效应。

因此要保证光度分析的准确性，待测组分的浓度应控制在0.01mol/L以下，并注意待测溶液中其他组分对测定的干扰。

④测定条件
测定条件主要包括显色剂用量，溶液酸度、温度、时间、溶剂效应的影响等。