溶液的颜色与吸收光颜色的关系
比色分析的基本原理朗伯比尔定律,吸光度,消光度,吸光系数
比色分析的基本原理(朗伯-比尔定律,吸光度,消光度,吸光系数)( 关键词：比色分析,吸光光度法,光电比色法,分光光度法,朗伯-比尔定律,吸光度,消光度,吸光系数)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。
利用光学比较溶液颜色的深度，可以测定溶液的浓度。
根据吸收光的波长范围不同以及所使用的仪器精密程度，可分为光电比色法和分光光度法等。
比色分析具有简单、快速、灵敏度高等特点，广泛应用于微量组分的测定。
通常中测定含量在10-1～10-4mg·L-1的痕量组分。
比色分析如同其他仪器分析一样，也具有相对误差较大（一般为1%～5%）的缺点。
但对于微量组分测定来说，由于绝对误差很小，测定结果也是令人满意的。
在现代仪器分析中，有60%左右采用或部分采用了这种分析方法。
在医学学科中，比色分析也被广泛应用于药物分析、卫生分析、生化分析等方面。
一、物质的颜色和光的关系光是一种电磁波。
自然是由不同波长（400～700nm）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。
图8-1中处于同一直线关系的两种色光（如绿与紫、黄与蓝）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，溶液就没有颜色。
如果溶液吸收了其中一部分波长的光，则溶液就蜈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。
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。
分光光度计
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。
根据物质对不同波长范围的光的吸收，吸光光度法包括比色分析，可见与紫外分光光度法以及红外吸收光谱分析等。
包括比色分析和分光光度法的吸光光度法（简称光度法），历史悠久，应用十分广泛。
它是现代分析化学中的“ 常规武器” 。
其主要特点为：1 、灵敏度高：与滴定分析和重量法相比，光度法具有很高的灵敏度，测定物质的浓度下限（最低浓度）一般可达10-5～10-6 mol?L-1，相当于含量低于0.01 ～0.001 ％的微量组分。
2 、准确度较高：分光光度法的相对误差一般为2 ～5 ％，但对微量组分的测定是允许的。
例如测定试样中含量为0.02 ％的杂质，即使相对误差为±5 ％，则测定的结果为0.019 ～0.021 ％，这样的结果应该认为是很准确的。
3 、操作简便、快速、应用广泛：比色分析和分光光度法无需复杂，昂贵的仪器设备，操作也比较简便，分析速度快。
例如钢铁中Mn 、P 、Si 三元素的快速比色分析，一般在 3 －4min 内可报出结果。
几乎所有无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用光度法测定。
本章主要讨论比色分析和可见光区的吸光光度法。
1 物质对光的选择性吸收1.1 光的基本性质比色分析和分光光度法的依据是物质对光的选择性吸收。
为此，必须对光的基本性质有所了解。
我们知道，光是一种电磁辐射，具有波动性和微粒性。
光在传播时表现了它的波动性，例如光的折射、衍射、偏振和干涉等现象。
描述波动性的主要物理量是波长（λ ）、频率（ν ）和速度（с ），它们的关系是：λν ＝с式中с 为光速，在真空中约等于3×108 m ·s-1；ν 为光的频率，以Hz 表示；λ 为光的波长，在紫外和可见光区，以纳米（1nm=10-9 m ）为单位。
波长在400 ～760 nm 范围内的电磁辐射，人眼可以看见，称为可见光；波长在10 ～400 nm 是紫外光区。
吸光光度法知识点
第九章吸光光度法知识点吸光光度法是基于分子对光的选择性吸收而建立的一种分析方法，包括比色法、紫外一可见吸光光度法、红外光谱法等。
1．吸光光度法的基本原理①物质对光的选择性吸收：当光照射到物质上时，会产生反射、散射、吸收或透射。
若被照射的物质为溶液，光的散射可以忽略。
当一束白光照射某一有色溶液时，一些波长的光被溶液吸收，另一些波长的光则透过，溶液的颜色由透射光的波长所决定。
吸收光与透射光互为补色光(它们混合在一起可组成白光)。
分子与原子、离子一样，都具有不连续的量子化能级，在一般情况下分子处于最低能态(基态)。
当入射光照射物质时，分子会选择性地吸收某些频率的光子的能量，由基态跃迁到激发态(较高能级)，其能级差E激发态一E基态与选择性吸收的光子能量hv的关系为Hv=E激发态一E基态分子运动包括分子的转动、分子的振动和电子的运动。
分子转动、振动能级间隔一般小于1 eV，其光谱处于红外和远红外区。
电子能级间的能量差一般为1～20 eV，由电子能级跃迁而产生的吸收光谱位于紫外及可见光区，其实验方法为比色法和可见-紫外吸光光度法。
②吸收曲线：以波长为横坐标，以吸收光的强度为纵坐标绘制的曲线，称为吸收光谱图，也称吸收曲线。
它能清楚地描述物质对不同波长的光的吸收情况。
③光的吸收定律——朗伯一比尔定律：当一束平行单色光垂直通过一厚度为b、非散射的均匀吸光物质溶液时，吸光物质吸收光能，致使透射光强度减弱。
若用I。
表示入射光强度，I t表示透射光强度，I。
与I t之比称为透光率或透光度T，T=I。
/I t，吸光物质对光的吸收程度，还常用吸光度A表示，A=lgT=log I。
/I t。
实验证明，当一束平行单色光垂直照射某一均匀的非散射吸光物质溶液时，溶液的吸光度A与溶液浓度c和液层厚度b的乘积成正比，此即朗伯一比尔定律，其数学表达式为A=lgT=log I。
/I t =abc式中，a为吸收系数。
溶液浓度以g·L-1为单位、液层厚度以cm 为单位时，a的单位为L·g-1·cm-1。
化学实验：物质的颜色与光的关系
光的散射现象：光在物质中发生散射，使得物质呈现颜色 物质的结构与光的散射：物质的结构决定了光的散射方式和程度，从而影响物质的颜色 不同颜色的物质：不同颜色的物质具有不同的结构，导致光的散射和吸收特性不同 实验验证：通过实验观察不同物质对光的散射和吸收，验证物质结构与光的关系
光的散射是指光 在通过物质时， 物质中的微小颗 粒对光线的散射 作用，使得物质 呈现出不同的颜
颜色变化在化学实 验中的应用
指示剂：用于判断反应是否发生及 反应进程
颜色变化在化学实验中的应用：通 过观察颜色变化，可以了解物质性 质和反应机理
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显色反应：用于鉴定物质的存在或 结构特点
颜色变化在化学实验中的应用：有 助于实验结果的分析和解释
酸碱指示剂：利用颜色变化判断溶 液的酸碱性
光滑表面的反射光比较集中，呈色 光鲜明的现象。
物质的颜色与光的反射有关，光滑 度越高，反射越强烈。
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粗糙表面会散射和吸收部分光线， 反射光比较分散。
不同物质的光滑度不同，反射光的 效果也不同。
光的反射：光在 物质表面发生反 射，反射光的颜 色取决于物质的 表面结构。
实验现象：不同温 度的物质表面反射 光的能力不同
结论：物质的颜 色与光的反射和 物质的温度有关
化学实验中的颜色 变化
在化学实验中，物质的颜色变 化通常是由于反应过程中分子 结构的改变。
物质的颜色是由其分子结构对 光的吸收和反射作用决定的。
颜色变化可以作为判断化学 反应是否发生的指示剂。
掌握化学实验中的颜色变化对 于深入理解化学反应的本质和
表面结构：物质 的表面结构影响 光的反射，不同 的表面结构会导 致不同的反射效 果。
溶液颜色检查法
溶液颜色检查法本法系将药物溶液的颜色与规定的标准比色液比较，或在规定的波长处测定其吸光度。
品种项下规定的“无色”系指供试品溶液的颜色相同于水或所用溶剂，“几乎无色”系指供试品溶液的颜色不深于相应色调0.5号标准比液。
第一法除另有规定外，取各品种项下规定量的供试品，加水溶解，置于25ml的纳氏比色管中，加水稀释至10ml。
另取规定色调和色号的标准比色液10ml，置于另一25ml纳氏比色管中，两管同置白色背景上，自上向下透视，或同置白色背录前，平视观察，供试品管呈现的颜色与对照管比较，不得更深。
如供试品管呈现的颜色与对照管的颜色深浅非常接近或色调不完全一致，使目视观察无法辨别两者的深浅时，应改用第三法（色差计法）测定，并将其测定结果作为判定依据。
比色用重铬酸钾液精密称取在120℃干燥至恒重的基准重铬酸钾0.4000g，置500ml量瓶中，加适量水溶解并稀释至刻度，摇匀，即得。
每lml溶液中含0.800mg的K2Cr2O7。
比色用硫酸铜液取硫酸铜约32.5g，加适量的盐酸溶液(1→40)使溶解成500ml，精密量取10ml，置碘量瓶中，加水50ml、醋酸4ml与碘化钾2g，用硫代硫酸钠滴定液（0.1mol/L）滴定，至近终点时，加淀粉指示液2ml，继续滴定至蓝色消失。
每lml硫代硫酸钠滴定液（0.1mol/L)相当于24.97mg的CuSO4•5H2O根据上述测定结果，在剩余的原溶液中加适量的盐酸溶液（1→40），使每lml溶液中含62.4mg的CuSO4•5H2O，即得。
比色用氯化钴液取氣化钴约32.5g，加适量的盐酸溶液（1→40）使溶解成500ml，精密量取2ml，置锥形瓶中，加水200ml摇匀，加氨试液至溶液由浅红色转变至绿色后，加醋酸-醋酸钠缓冲液（pH6.0）10ml，加热至60℃，再加二甲酚橙指示液5滴，用乙二胺四醋酸二钠滴定液（0.05mol/L）滴定至溶液显黄色。
每lml乙二胺四醋酸二钠滴定液（0.05mol/L）相当于11.90mg的CoCl2•6H2O。
比色分析
为了提高测定的灵敏度和准确度，减少分析误差，必须选择合适的反应条件和分析条 件。
A=-lgT=kbc
(7－5)
式7-5即为朗伯－比尔定律的数学表达式。它是分光光度法定量分析的依据。
其中k为吸光系数(absorptivity)。在溶液的组成量度c用mol⋅L-1，液层厚度b以cm为单位
时，则吸光系数称为摩尔吸光系数(molar absorptivity)，常用符号ε表示，其单位为L⋅mol-
人眼能感觉到的光的波长大约在400∼700nm之间，称为可见光。白光是一种混合光， 若将白光通过棱镜，便可分解为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等七种颜色的光。这种单一
波长的光叫单色光。各种单色光的近似波长范围如表7-2。 表7-2 各种色光的近似波长范围颜色λFra biblioteknm红
620∼760
橙
590∼620
黄
560∼590
光灯
棱镜
器
WFD－7型
国产751型分光光度计，是最早使用的分光光度计之一，其光学系统图如图7-6所示
。
图7-6 751型分光光度计光学系统立体图
由光源发出的连续辐射光线，射到聚光镜上，会聚后再经过平面镜转角90°，反射至 入射狭缝，由此入射到单色器内，狭缝正好位于球面准直镜的焦面上，当入射光经过准直 镜反射后就以一束平行光射向棱镜(该棱镜背面度铝)，光线进入棱镜后，进行散射，入射 角在最小偏向角，入射光在铝面上反射后是依原路稍偏转一个角度后反射回来。这样从棱 镜色散出来的光再经过准直镜反射后，就会聚集在出射狭缝上，出射狭缝和入射狭缝是一 体的。
单色光是很不容易得到的。它通常是包含一定波长范围的有限宽度的谱带。若所含的波长
范围越宽，则单色光越不纯。单色光不纯将导致吸收系数值改变，从而使测定结果发生偏
4-UV-VIS吸光光度法解析
移)。吸收强度即摩尔吸光系数ε
增大或减小的现象分别称为增色效 应或减色效应，如图所示。
2.金属配合物的紫外—可见吸收光谱
金属离子与配位体反应生成配合物的颜色一般不同于游离金属离子 (水合离子)和配位体本身的颜色。金属配合物的生色机理主要有三种类 型：
⑴配位体微扰的金属离子d一d电子跃迁和ｆ一ｆ电子跃迁
(三)操作简便，测定速度快
(四)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。
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。
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。
摩尔吸收系数ε很小，对定量分析意义不大。
⑵金属离子微扰的配位体内电子跃迁
金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。变化与成 键性质有关，若静电引力结合，变化一般很小。若共价键和配位键结合， 则变化非常明显。
⑶电荷转移吸收光谱
在分光光度法中具有重要意义。
电荷转移吸收光谱
当吸收紫外可见辐射后，分子中原定域在金属M轨道上电荷的转移
分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级 三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量 分子的内能：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er
即 E＝Ee+Ev+Er ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr
能级跃迁
紫外-可见光谱属于电子 跃迁光谱。
电子能级间跃迁的同时 总伴随有振动和转动能级间 的跃迁。即电子光谱中总包 含有振动能级和转动能级间 跃迁产生的若干谱线而呈现 宽谱带。
二、紫外可见吸收光谱
物质的颜色与光的吸收关系实验研究
物质的颜色与光的吸收关系实验研究物质的颜色是由其对光的吸收和反射程度所决定的。
本实验旨在研究不同颜色的物质对光的吸收情况，并分析其相关关系。
实验将采用标准的实验步骤和工具，通过对各种颜色溶液的光吸收测试，以及对实验结果的分析，来探究物质颜色与光的吸收的关系。
实验材料：1. 不同颜色的溶液（如红色、蓝色、绿色等）2. 白色背景纸片3. 过滤纸4. 光谱仪或分光计5. 光源（如白炽灯或激光器）6. 实验记录表格实验步骤：1. 准备不同颜色的溶液，并将它们置于透明的杯子中。
2. 将白色背景纸片固定在实验台上，确保其表面洁净。
3. 利用过滤纸将各种颜色的溶液滤过，以去除其中的悬浮物。
4. 将光源与光谱仪或分光计对准，确保获得稳定的光源并启动仪器。
5. 将不同颜色的溶液分别置于光源和光谱仪或分光计之间，记录各溶液的光谱特征。
6. 重复上述步骤多次，以确保结果的准确性和可靠性。
7. 将实验结果整理并进行数据分析，包括不同颜色溶液的光谱曲线和吸收率。
实验结果：通过实验，我们测量了不同颜色溶液的光谱特征，并计算了它们的吸收率。
以下是我们对实验结果的总结：1. 红色溶液：红色溶液对绿光的吸收率较高，对红光和蓝光的吸收率较低。
2. 蓝色溶液：蓝色溶液对红光的吸收率较高，对绿光和蓝光的吸收率较低。
3. 绿色溶液：绿色溶液对红光和蓝光的吸收率较高，对绿光的吸收率较低。
实验讨论与结论：通过对实验结果的分析，我们可以得出几个结论：1. 物质的颜色与其对光的吸收特性密切相关。
不同颜色的物质吸收不同波长的光，从而产生了各种颜色。
2. 红色溶液具有较高的吸收绿光的能力，因此人眼看到的是红色。
3. 蓝色溶液具有较高的吸收红光的能力，因此人眼看到的是蓝色。
4. 绿色溶液对红光和蓝光的吸收较高，因此人眼看到的是绿色。
5. 实验结果验证了物质的颜色与其对光的吸收关系的理论基础。
结论：本实验研究了不同颜色的物质对光的吸收关系。
通过测量各种颜色溶液的光谱特征，我们发现不同颜色的物质对不同波长的光有不同的吸收能力。