分析化学 第七章 吸光光度分析法

图8-4-2 工作曲线
21
§7-2
光源 显示
光度计及其基本部件
单色器 样品室 检测器
一、主要部件
1．光源 在整个可见光谱区可以发射连续光谱，具有足 够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿 命。钨灯作为光源，其辐射波长范围在
320～2500 nm。
22
23
2．单色器
将光源发射的复合光分解成单色光并可从 中选出任一波长单色光的光学系统。 ①入射狭缝：光源的光由此进入单色器； ②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平 行光束； ③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜 或光栅； ④聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后 所得单色光聚焦至出射狭缝； ⑤出射狭缝。
A2 A1、A2分别为两种吸光物质的
吸光度。
14
朗伯-比耳定律的物理意义：当平行 单色光通过单一均匀的、非散射的吸光 物质溶液时,溶液的吸光度与溶液浓度 和液层厚度的乘积成正比。
朗伯-比耳定律是吸光光度法的理论 基础和定量测定的依据。广泛地应用于 紫外光、可见光、红外光区的吸收测量， 也适用于原子吸收测量。
（Planck常数：h=6.626 × 10 -34 J × S ) 光的波长越短（频率越高），其能量越大。 白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光 单色光：单波长的光(由具有相同能量的光 子组成) 可见光区：400-750 nm 紫外光区：近紫外区200 - 400 nm 远紫外区10 - 200 nm （真空紫外区）
（3）吸收曲线可以提供物质的结构信息， 并作为物质定性分析的依据之一。
9
（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波 长下吸光度 A 有差异，在λmax处吸光度A 的 差异最大。此特性可作为物质定量分析的依 据。 （5）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最 大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析 中选择入射光波长的重要依据。
13
吸光度A 描述溶液对光的吸收 程度： A＝lg（I0/I) A T 透过度T 描述入射光透过溶液 的程度: A T T = I0 /It 吸光度A 与透光度T 的关系: A ＝ －lg T A、T、c 三者的关系如右图所 C 示。 吸光度A具有加合性： A总= A1+ 图8-3 A，T，C关系曲线
(2)化学性因素
朗伯-比耳定律假定：所有的吸光质点之 间不发生相互作用，实验证明，这种假定只有 在稀溶液时才基本符合。
20
当溶液浓度c >10-2mol·-1时，吸光质点间 L 可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光 的吸收。朗伯-比耳定律只适用于稀溶液。 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。 (3)工作曲线不过原点 存在系统误差：吸 收池不完全一样；参比 溶液选择不当等。
A
pH 图8-11 吸光度与pH关系曲线
三、干扰的消除
1.加入掩蔽剂 选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分 反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产 物不干扰待测组分的测定。 例：测定Ti4＋，
33
加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+(黄色)成为［Fe(PO )2］3-(无色)，消除Fe3+的干扰；又如用铬 ４ 天菁S光度法测定Al3+时，加入抗坏血酸作掩 蔽剂将Fe3+还原为Fe2+，消除Fe3+的干扰。
2
可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范
围400750 nm ，主要用于有色物质的定量 分析。 吸光光度法的特点： （1）灵敏度高； （2）准确度高； （3）操作简便
快速；
（4）应用广泛。
3
光的基本性质

光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动 性可用波长、频率、光速c、波数（cm-1）等参数 来描述： = c ； 波数 = 1/ = /c 光是由光子流组成，光子的能量：
30
进行测定。 常用的无机显色剂有：硫氰酸盐、钼酸铵、过 氧化氢等几种。 有机显色剂种类繁多：如三苯甲烷类有铬天青 S、二甲酚橙等； 偶氮类有偶氮胂Ⅲ、PAR等。
31
二、显色条件的选择 1.显色剂用量： A A A 吸光度A与显色 剂用量 cR的关系曲 cR cR cR 线如图12-8所 示。 图8-10 吸光度与显色剂用量关系曲线 选择曲线变化平坦 处 作为显色条件。 2.溶液的pH值 在相同实验条件下，分别测定不同pH值条 件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度 较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。 3.显色时间与温度 显色反应一般在室温下进行，有的反应需 加热，应通过实验找出适宜的温度范围。 32
11
朗伯-比耳定律的数学表达式为： A＝lg（I0/I)= ε b c 或: A＝lg（I0/I)= a b c 式中A：吸光度； I0 ：入射光强度； I：透射光强度； b ：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单 位； ε ：摩尔吸光系数，单位L· -1· -1 ；溶 mol cm 液的浓度c单位mol·-1 ； L a ：吸光系数，单位L·-1· -1 ； 溶液的浓 g cm 度c单位g·-1 。 L
25
图8-5 光电管示意图
图8-6 光电倍增管示意图
26
二、分光光度计的类型简介
1. 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，一般不能 作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有 很高的稳定性。
27
2. 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。
28
3.双波长分光光度计：
将不同波长的两束单色光(λ 1、λ 2) 快速 交替通过同一吸收池而后到达检测器，产生 交流信号，无需参比池。两波长同时扫描 （ = 1～2nm）即可获得导数光谱。
图8-9 分光光度计的类型
29
§7-3显色反应及显色条件的选择
一、显色反应的选择
选择显色剂 选择显色反应时应考虑的因素：灵敏度高、 选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长 处无明显吸收，与有色物最大吸收波长之差 （对比度），应满足 >60nm。 常用配位显色反应或氧化还原显色反应对 待测离子进行显色后测定。例如：钢中微量 锰的测定，Mn2＋不能直接进行光度测定，可 将其氧化成紫红色的Mn(Ⅶ)，在525 nm处
24
3. 样品室 样品室放置各种类型的吸收池和相应的池 架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。 在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃 池。 4.检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变成 可测的电信号，常用的有光电池、光电管或 光电倍增管。 5.信号显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行仪器自动控 制和结果处理。
2.选择适当的显色反应条件 通过控制适宜的显色条件，消除干扰组分 的影响。 3.选择适宜的波长 避开干扰物的最大吸收，配制适当的参比 液，消除干扰组分的影响。
34
4.提高显色反应的选择性
利用被测物能形成三元络合物的特点，提 高显色反应的选择性。
5.分离干扰离子
采用适当的分离方法预先除去干扰物质。
35
10
三、光吸收的基本定律
1.朗伯—比耳定律 • 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于
1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收
层厚度的关系。A∝b
• 1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和
吸收物浓度之间也具有类似的关系。A∝ c • 二者的结合称为朗伯—比耳定律，其数学表 达式为：
17
3.偏离朗伯—比耳定律的原因
标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发 现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度 较高时），这种现象称为对朗伯—比耳定律 的偏离。 引起这种偏离的因素（两大类）： （1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；
（2）化学性因素。
18
（1）物理性因素
难以获得真正的纯单色光。 朗伯—比耳定律的前提条件之一是入射光为单色
§7-4
吸光光度测量条件的选择
1.选择适当的入射波长 一般应该选择λ max为入射光波长。但如果 λ max处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵 敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。
2.选择适当的参比溶液
吸收池表面对入射光有反射和吸收作用； 溶液的不均匀性所引起的散射；过量显色剂、 其它试剂、溶剂等引起的吸收，这些因素影 响待测组分透光度或吸光度的测量。采用参
用不同波长的单色光照射，测吸 光度— 吸收曲线与最大吸收波长 max；
7
光吸收曲线
用不同波长的单色光照射某一物质测定吸 光度，以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标， 绘制曲线，描述物质对不同波长光的吸收能 力。
图8-1吸收曲线
8
吸收曲线的讨论：
（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不 同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收 波长λmax （2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线 形状相似λmax不变。而对于不同物质，它们 的吸收曲线形状和λmax则不同。
光。
分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合 光可导致对朗伯—比耳定律的正或负偏离。
非单色光、杂散光、非平行入
射光都会引起对朗伯—比耳定律的 偏离，最主要的是非单色光作为入
射光引起的偏离。
图8-4-1 工作曲线
19
｜Δ ε ｜很小时，则可近似认为是单色光。为 克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好 的单色器。此外还应将入射光波长选定在待测 物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。
max处的摩尔吸光系数，常以ε max表
示。ε
。
max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，
也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度
16
（5） ε
max越大表明该物质的吸光能力越强，
用光度法测定该物质的灵敏度越高。 ε >105：超高灵敏； ε =(6～10）×104 ：高灵敏； ε =(2～6）×104 ：中等灵敏； ε <2×104：不灵敏。 （6）ε 在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚 度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。
表8-1 物质的颜色与吸收光颜色的互补关系
5
6
二、物质对光的选择性吸收及吸收曲线
M + h M * 激发态 （△E） E2 M + 热
基态 E1
E = E2 - E1 = h
M + 荧光或磷光
量子化 ；选择性吸收; 分子结构的复杂性使其对不同波 长光的吸收程度不同； 光的互补：蓝 黄
15
பைடு நூலகம்2.摩尔吸光系数ε 的讨论
（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数； （2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和
波长等条件一定时，ε 仅与吸收物质本身的性质有
关，与待测物浓度无关； （3）可作为定性鉴定的参数； （4）同一吸收物质在不同波长下的ε 值是不同的。在 最大吸收波长λ
4
E = h = h c /
一、物质的颜色
物质的颜色是由于物质对不同波长的光 具有选择性吸收而产生的。
ï Ê Õ « Î Ö Ñ É Æ Ì » Â Æ » È ³ ì º Ï ì ׺ × Ï ¶ À Ì ¶  À ¶ Ì À Â Î Ê ¹ ü Õ â Õ « Ñ É × Ï ¶ À Ì ¶  À ¶ Ì À Â Ì Â Æ Ì » Â Æ » È ³ ì º ¨³ ² ¤/nm 400¡ 450 « 450¡ 480 « 480¡ 490 « 490¡ 500 « 500¡ 560 « 560¡ 580 « 580¡ 600 « 600¡ 650 « 650¡ 750 «
12
ε 与a的关系为： ε = Ma （ M为物质的摩尔质量） 摩尔吸光系数ε (L· -1· -1)在数值上等 mol cm 于浓度为1mol·-1 、液层厚度为1cm时该溶液 L 在某一波长下的吸光度。 吸光系数a(L·g-1· -1)相当于浓度为1g·cm L 1 ，液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的 吸光度。
第七章
§7-1 §7-2 §7-3 §7-4 §7-5 §7-6 思考题
吸光光度分析法
吸光光度法基本原理 光度计及其基本部件 显色反应及显色条件的选择 吸光光度测量条件的选择 吸光光度法的应用 紫外吸收光谱简介
1
§7-1
吸光光度法基本原理
在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸 收而建立起来的分析方法称为吸光光度法, 主要有: 红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波 长范围2.51000m , 主要用于有机化合物结构鉴定。 紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波 长范围200400 nm（近紫外区） ，可用于 结构鉴定和定量分析。