比色法和分光光度法

450-480 480-490 490-500 500-560 560-580
蓝 绿蓝 蓝绿
绿 黄绿
580-610 黄 610-650 橙 650-760 红
互补光 黄绿
黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
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互补色光
黄
绿
青
橙
白光 青蓝
红
紫蓝
物质的颜色
如KMnO4吸收绿色光，因此KMnO4溶液呈现紫色。
Fe(SCN)3 = Fe3+ + 3SCNCr2O72- + H2O = 2CrO42- + 2H+
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§ 16-3 比色法和分光光度法及其仪器
一、目视比色法：用眼睛比较溶液颜色深浅以 确定物质含量。（也叫标准色阶法）
1 2 34 5
标准系列溶液
待测溶液
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目视比色法的优点是： 1、仪器简单，操作简便，适宜于大批试样分析。 2、测定的灵敏度较高，适宜于稀溶液中微量元素的测定。 3、 白光下进行测定，因此有些显色反应不符合朗伯——比耳
重量分析法
仪器分析－－比色法和分光光度法
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§ 16-1 概述
利用溶液颜色的深浅来测定溶液中有色物质 的浓度，这种测定方法称为比色分析法。
用分光光度计进行的比色分析的方法称为 分光光度法。 目视比色,称为比色法。
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16-1-1光度分析法的特点
—灵敏度高：测定下限可达10－5～10－6mol/L, 10-4%～10-5%
干扰，加入 F- :Fe3+ + 6F- = FeF63- ; Fe3+ 被掩蔽。 (3) 改变干扰离子价态，测Ni2+时，Fe2+ 有干扰， 加入氧化剂， Fe2+ → Fe3+ . (4) 分离干扰离子，用萃取、沉淀、电解、离子 交换等方法。 还可选择适当的参比溶液和入射光的波长等
方法来消除共存离子的干扰。 35
A lg Io K 'b It
K ' 比例常数，与、c、T有关。b：溶液厚度
比尔定律：当 、b 和 T一定时，溶液的吸光度与溶液 的浓度成正比。
A lg Io K "c
It
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朗伯—比尔定律（同时考虑溶液浓度和液层
厚度的影响）一束平行单色光通过溶液，当
和T一定时，其吸光度与溶液的浓度和液层厚
分光光度法中： Io = Ia + It
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透光度:透过光强度It与入射光强度Io之比,用 T 表示 吸光度：用 A表示
T It Io
A lg Io It
从上式可以看出：
溶液的透光度愈大，说明溶液对光的吸收愈小，相反，透
光度愈小，说明溶液对光的吸收愈大.
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朗伯定律：当 、c、T 一定时，溶液的吸光度与液层 的厚度成正比。
2. 单色器(monochromator)：将光源发出的连续 光谱分解为单色光的装置。
棱镜 光栅 玻璃350 ～ 3200 nm, 石英185 ～ 4000 nm
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3.吸收池(cell):用于盛待测液及参比溶液。 玻璃 — 能吸收UV光，仅适用于可见光区 石英 — 不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）
A总 = ∑ Ai =κ1b1c1 + κ2b2c2 + …… κnbncn
A4 A3 A2 A1
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溶液中多组分测定
A1 1(x)bc(x) 1( y)bc( y) A2 2 (x)bc(x) 2 ( y)bc( y)
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16-2-3 对朗伯-比尔定律的偏离
一、物理因素：
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16-4-1 对显色反应的要求
1、灵敏度高，选择κ较大的显色反应。避免共存 组分干扰。
2、选择性好，显色剂只与被测组分反应。 3、有色物组成固定，如： Fe3+ + 磺基水杨酸 → 三磺基水杨酸铁(黄色)
（组成固定） Fe3+ + SCN - → FeSCN2+、 Fe(SCN)2 + ……
（组成不固定）
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【例】：有一浓度为1.0g/ml Fe2+的溶液，以邻 二 氮 菲 显 色 后 ， 在 比 色 皿 厚 度 为 2cm 、 波 长 510nm处测得吸光度为0.380，计算（ 1 ）透光度 T；(2)吸光系数a；（3）摩尔吸光系数κ 。
解（1）T＝10-A＝10-0.380＝0.417
（2）
4. 检测器(detector)：利用光电效应，将 光能转成电流讯号。
光电池，光电管，光电倍增管
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5.读数指示器
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。
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3 吸收曲线
将不同波长的光透过某一固定的溶液，测量不同波长下溶液对光 的吸光度，作图得到光吸收曲线,描述物质对不同波长光的吸收。
A 1.6
λmax
D
A、B、C、D代表不同浓 度下的吸收曲线。
1.2
C 0.8
B
0.4
A
400 480 560 640 720 λnm KMnO4 溶液的吸收曲线
9
§16-2 光吸收的基本定律 16-2-1 朗伯-比尔定律
分光光度法的基本部件：
光源
单色器
吸收 池
检测系统
读数指示器
稳压电 源
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分光光度计内部光的传播途径
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1. 光源(Light source)：发出所需波长范围内的连 续光谱，有足够的光强度,稳定。
可见光区：钨灯，碘钨灯(320 ～ 2500 nm) 紫外区：氢灯，氘灯(180 ～ 375 nm)
1、朗伯—比尔定律
一束平行单色光照射透明溶液时，光的一部分被吸收， 一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。
Ir
Ia It
Io
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若入射光强度为Io，吸收光的强度为Ia，透过光强 度为It，反射光的强度为Ir，它们的关系是：
Io = Ia + It + Ir
在吸光光度法中，测定时都是采用同样质量的 比色皿，反射光的强度基本上是不变的，其影响可以 相互抵消。 空白调零。
E hr h c

具有同一波长的光称为单色光。
不同波长组成的光称为复合光。
白光（如日光）是复合光，是由红、橙、黄、绿、 青、蓝、紫等光按适当的强度比例混合而成的，在 400nm～750nm 范围的一种复合光。
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2、物质对光的选择性吸收
物质为什么有颜色，其实质是什么？--物质本性、光
/nm 颜色 400-450 紫
光具有波粒二象性，即波动性、粒子性。
描述其波动性的主要参数是：波长λ，频率 γ ，光速C。
三者间关系为： λγ＝C
根据波长的不同，可分为：p396
紫外光区：200nm ～ 400nm
可见光区：400nm ～ 750nm
红外光区：750nm ～ 1000μm
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光的粒子性：如光电效应。 光子的能量（E）决定于光的频率和波长：
– 准确度高一般吸光光度法的相对误差为2-5%， 对微量成分来说，还是比较满意的，因为在 这种情况下，滴定分析法和重量法也不够准 确了，甚至无法进行测定。
– 操作简便快速 – 应用广泛:几乎所有的无机离子和有机化合物
都可直接或间接地用吸光光度法进行测定。
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16-1-2 物质对光的选择性吸收
1、光的基本性质
定律时，仍可用目视法测定。
目视比色法的缺点是： 1、有色溶液一般不太稳定，常常临时配制一套标准色阶，较
麻烦费时。 2、依靠人的眼睛来观察颜色深度，有主观误差，准确度不高
，相对误差约为5～20%。
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二、 分光光度计
(spectrophotometer)
通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光.
波长可调, 故选择性好, 准确度高.
1、单色光不纯，导致负偏差。
2、散射光的影响，胶体、 A 乳浊液或悬浊液由于散射的
正误差 负误差
作用使吸光度增大，或入射
光不是垂直通过比色皿产生 正偏差。
标ห้องสมุดไป่ตู้工作曲线图 C
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二、化学因素 1、吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生偏 差， 朗伯-比尔定律只适合于稀溶液（c <10-2 mol·L-1 )。 2、平衡效应，物质的离解、缔合、互变异构 及化学变化引起的偏离，如：
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4、有色物稳定性高，其它离子干扰才小。如 三磺基水杨酸铁的Kf =1042 , F- 、H3PO4 对 它无干扰。
5、显色过程易于控制，而且有色化合物与显 色剂之间的颜色差别应尽可能大。

|
MR max

R max
|
60nm
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16.4.2 显色反应条件的选择（实验确定）
1、显色剂的用量 ，适当过量。适宜的用量通 过实验求得(cM、pH一定)
a

A bc

0.380 2.0 1.0 103
1.9102 L g 1 cm1
（3）
A bc
0.380 2.0 1.0103
1.1104 L mol1 cm1
55.85
17
16-2-2 吸光度的加合性
总的吸光度等于各个吸光物质的吸光度之和。 或溶液的吸光度应等于溶液中各组分的吸光度之和。 （组分间没有干扰）
T
dc 0.434dT dA c T lg T A
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c 0.434T
c T lg T
若透光率刻度的读数的绝对误差为∆T=1%，用不同的T 代入上式，可得相应浓度测量的相对误差∆c/c，作图。