第二十章 比色法和分光光度法

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（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。可作为物 质定性分析的依据之一。
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（3）不同浓度的同一种物质，在某一定波
20.1.2 物质对光的选择性吸收
1、光的互补
两种颜色的光若按适当比例混合，可 以形成白光，这两种光称为互补色光。
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实验证明：溶液的颜色是由于溶液中的有色 物质吸收了某一波长的光所造成的。 如KMnO4吸收绿色光，因此KMnO4溶液呈现紫 色。
黄 绿 青
橙 红
白光
青蓝
互补色光
紫
蓝
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1、透光率T与吸光度A
Cr2O72- + H2O
*3.仪器引起的误差
2CrO42- + 2H+
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20. 3
分光光度计
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1、光源：应有足够的发射强度而且稳定， 如钨丝灯、氘灯等。 2、单色器：采用棱镜或光栅获得单色光。 3、吸收池：比色皿，厚度有0.5、1、 2、 3 cm等。 4、检测器：光电池或光电管。
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的作用使吸光度增大，或
入射光不是垂直通过比色
皿产生正偏差。
标准工作曲线 图
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C
2.化学因素 (1)吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生 负偏差， 朗伯-比尔定律只适合于稀溶液（C < 10-2 mol/L )。 (2)平衡效应，物质的离解、缔合、互变异构及
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化学变化引起的偏离，如：
Fe(SCN)3 Fe3+ + 3SCN-
某些无机化合物萃取体系，例如CCl4萃取I2。
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20. 5
吸光度测量条件 的选择
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1.入射光的波长的选溶液的选择
Io A lg lg I I参比 I 试液
(1)纯溶剂作空白 试液、试剂、显色剂均无色 (2)试剂空白 试液无色、试剂或显色剂有色 (3)试液空白 试液有色、试剂和显色剂均无色
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104< ε <5×104
5×104< ε <105 ε >105
反应灵敏度中
反应灵敏度高 反应灵敏度超高
(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。
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当 c = 1mol· -1，b = 1cm 时, L A =ε ε值是有色物质在一定波长下的特征常数， 用它来衡量显色反应的灵敏度。ε值越大， 表示该有色物质对此波长光的吸收能力愈强， 显色反应愈灵敏。 在吸收曲线上，与最大吸收波长相对应 的摩尔吸收系数ε，以ε最大 表示。
紫外吸光光度法：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。 可见吸光光度法：吸收光波长范围400750 nm ，主要用于有色物质的定量分析。 本章主要讨论可见吸光光度法。
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20.1.1 光的基本性质 光是一种电磁波，具有波粒二象性，即波 动性、粒子性。
c E h h
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2. 对显色反应的要求 (1)灵敏度高，选择 较大(104～105)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）
关，与待测物浓度无关；
（4）同一吸光物质在不同波长下的ε值是不同的。 在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示 。εmax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。
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(5)εmax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 <104 反应灵敏度低
若读数的绝对误差为△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，p407图20-10.
光源
单色器
吸收池
检测 系统
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20.4
显色反应和显色 条件的选择
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1.显色反应和显色剂 在分光光度分析中，利用显色反应把待测 组分X 转变为有色化合物，然后再进行测定。 使试样中的被测组分与化学试剂作用生成 有色化合物的反应叫显色反应。 mX（待测物）＋nR（显色剂）＝XmRn（ 有色化合物） 显色反应主要有配位反应和氧化还原反应 ，其中绝大多数是配位反应。
（Planck常数：h=6.626 × 10 -34 J · ) S
上式表明光的波长越短，或者说频率
越大，光的能量越高。
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具有同一波长的光称为单色光。
(由具有相同能量的光子组成)
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不同波长组成的光称为复合光。 日常生活中肉眼所见到的白光，如日光等 是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等光按适当 的强度比例混合而成的，是在400~750nm范围 的一种复合光。
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3. 吸光度读数范围的选择
透光率读数的准确度是仪器精度的主要指
标。测定结果的精度常用浓度的相对误差△c/c
表示。
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A lgT bc
0.434 d lg T 0.434d ln T dT bdc T
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dc 0.434dT c T lg T c 0.434T c T lg T
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2+
N
3
N + Fe2+ N
3
Fe
N
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注意： 因为
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Io 1 A lg lg bc T I
在吸光光度法中，b是一定的， A与c成 正比，但T不与 c成正比。
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4、吸光度的加合性
在多组分体系中如果各吸光物质之间无 相互作用这时体系总的吸光度等于各个吸光物 质的吸光度之和。 A总 = ∑ Ai ＝ε1bc1 + ε2bc2 + …… εnbcn
K为常数，表示物质对光的吸收能力，与吸 光物质的本性，入射光的波长及温度等因素有 关，与浓度c无关，数值随c选择的单位变化。
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3、吸光系数和摩尔吸光系数 （1）吸光系数a 当c用g/L表示，b用cm表示时，K用a表示， 称为吸光系数，单位为 L· -1· -1 ，则： g cm A=abc （2）摩尔吸光系数ε
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第二十章 比色法和分光光度法
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20.1 概述 20.2 光吸收定律 20.3 分光光度计 20.4 显色反应和显色条件的选择 20.5 吸光度测量条件的选择 20.6 吸光光度光法的应用
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20.1
概述
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在光谱分析中，基于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,依据物质对不同 波长范围光的吸收，主要有: 红外吸收光谱法：吸收光波长范围2.51000 m ,主要用于有机化合物结构鉴定。
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。 （4）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。
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20.1.4 吸光光度法的特点： 1、灵敏度高，下限为10-5 ∼10-6 mol/L 。 适用于微量分析。 2、准确度较高，相对误差为2% ∼ 5%。 3、快速简便。 4、应用广泛。
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20.2
光吸收定律
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1.朗伯—比耳定律
• 朗伯(Lambert) 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
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•
二者的结合称为朗伯—比耳定律
朗伯—比尔定律：一束平行单色光通过溶 液时，溶液的吸光度A与溶液 的浓度c 和液层 厚度b成正比。 数学表达式： A=Kbc
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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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3. 显色反应条件 (1)显色剂用量 ，适当过量。 (2)溶液酸度，既要防止被测离子生成沉淀， 又需防止有色配合物离解。有效的方法是 加入缓冲溶液（考虑干扰）
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透过光强度I与入射光强度Io之比称为透光度 或透光率。用 T 表示：
I T Io
从上式可以看出：
溶液的透光度越大，说明对光的吸收越 小，浓度低；相反，透光度越小，溶液对光 的吸收越大，浓度高。
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吸光度A：
Io 1 A lg lg T lg T I
若光全部透过溶液，Io= I ， A = 0 。
若全部被吸收， I = 0 ， A = ∞。 吸光度A是用来衡量溶液中吸光物质对 单色光 λ 的吸收程度，A值越大，其吸收程 度越大；反之亦然。
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2、吸收曲线 将不同波长的光依次透过某浓度一定的 溶液，测量不同波长下溶液对光的吸光度，用 A～λ 作图
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KMnO4溶液的吸收曲线
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吸收曲线的讨论
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