吸光光度分析(2)
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。
分析化学吸光光度法
3. 稀溶液
浓度增大，分子之间作用增强
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亚甲蓝阳离子 单体 max= 660 nm 二聚体 max= 610 nm
(nm)
亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱 a. 6.36×10-6 mol/L b. 1.27×10-4 mol/L c. 5.97×10-4 mol/L
二聚体的生成破坏 了A与c的线性关系
It
s
b dx
A=lg(I0/It)=k1b
比尔定律(1852)
A=lg(I0/It)=k2c
A=lg(I0/It)=kbc
吸光度
介质厚 度(m)
12
T－透光率（透射比）
（Transmittance）
T=
It I0
A = lg (I0/It) = lg(1/T) = -lgT = kbc
-kbc -A T = 10 = 10
7
光学光谱区
远紫外
（真空紫外）
近紫外 可见
近红外
中红外
远红外
10nm~200nm 200nm ~380nm
380nm 780 nm ~ 780nm ~ 2.5 m
2.5 m ~ 50 m
50 m ~300 m
8
3. 溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱
不同颜色的可见光波长及其互补光
/nm
19
朗伯-比尔定律的分析应用
溶液浓度的测定
A＝ bc
0.8
A
工作曲线法
0.6 0.4 0.2 0
*
(校准曲线)
0
1
2
3
4
mg/ml
20
6. 吸光度的加和性与吸光度的测量 A = A1 + A2 + … +An
【分析】第八篇吸光光度法
【关键字】分析第八章吸光光度法基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法称为吸光光度法。
包括比色法、看来及紫外分光光度法等。
本章主要讨论看来光区的吸光光度法。
利用看来光进行分光光度法分析时，通常将被测组分通过化学反应转变成有色化合物，然后进行吸光度的测量。
例如：测量钢样中Mn的含量，在酸性溶液中将Mn 氧化为MnO4-，然后进行吸光度的测量。
与化学分析法比较它具有如下特点：（一）灵敏度高分光光度法常用于测定试样中1－0.001%的微量组分。
对固体试样一般可测至10-4%。
（二）分析微量组分的准确度高例如：含铁量为0.001%的试样，如果用滴定法测定，称量试样，仅含铁0.01mg，无法用滴定分析法测定。
如果用显色剂1，10-邻二氮杂菲与铁生成橙红色的1，10-邻二氮杂菲亚铁配合物就可用吸光光度法来测定。
Fe2+ + 3(1,10-phen) → [ Fe(1,10-phen)3] 2+（三）操作简便，测定快速（四）应用广泛几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用分光光度法测定。
可用来研究化学反应的机理、溶液中配合物的组成、测定一些酸碱的离解常数等。
§8-1 吸光光度法基本原理一、物质对光的选择吸收当光束照射到物质上时，光与物质发生相互作用，产生了反射、散射、吸收或透射（p241, 图9-1）。
若被照射的是均匀的溶液，则光在溶液中的散射损失可以忽略。
当一束由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的光复合而成的白光通过某一有色溶液时，一些波长的光被溶液吸收，另一些波长的光则透过。
当透射光波长在400-700nm范围时，人眼可觉察到颜色的存在，这部分光被称为看来光。
透射光和吸收光呈互补色，即物质呈现的颜色是与其吸收光呈互补色的透射光的颜色。
例如：CuSO4溶液由于吸收了580-600 nm的黄色光，呈现的是与黄色呈互补色的蓝色。
不同波长的光具有不同的颜色，见P294,表9-1。
物质吸收了光子的能量由基态跃迁到较高能态（激发态），这个过程叫做物质对光的吸收。
第10章 吸光光度分析
无机及分析化学
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3、吸光度范围
被测溶液的吸光度值在0.2～0.8范围内，使测定
结果有较高的准确度，过大或过小应予以调节。 而当A= 0.434或T% = 36.8时，测定的误差最小。 为此可从以下三方面加以控制： 一是改变试样的称样量，或采用稀释、浓缩、富
无机及分析化学
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质量吸光系数，摩尔吸光系数
• 质量吸光系数 a: 当一定波长的单色光，通过浓度 为 1g/L，吸收池的液层厚度为 1cm的溶液时，测 得的吸光度。单位为L.g-1.cm-1
• 摩尔吸光系数ε • 物理意义：当一定波长的单色光，通过浓度为 1mol/L，吸收池的液层厚度为1cm的溶液时，测 得的吸光度。单位为L.mol-1.cm-1
比耳定律假设了吸收粒子之间是无相互作用的， 因此仅在稀溶液（c < 10-2 mol/L )的情况下才适用。
(2)非单色光引起的偏离
朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，但 在实际工作中，入射光是具有一定波长范围的。
无机及分析化学
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化学因素
溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。
不同的显色反应的适宜 pH 是通过实验确定的。 无机及分析化学
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3 、显色温度：要求标准溶液和被测溶液在测定 过程中温度一致。
4 、显色时间：通过实验确定合适的显色时间， 并在一定的时间范围内进行比色测定。
5、溶 剂：有机溶剂降低有色化合物的解离度， 提高显色反应的灵敏度。 6、共存离子的影响
无机及分析化学
偏离朗伯—比尔定律。
无机及分析化学
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§10－2 显色反应及其影响因素
一、显色反应与显色剂
显色剂
显色反应：加入某种试剂使被测组分变成有色化合物的反应 在光度分析中生成有色物质的反应主要有配位反应、 氧化还原反应等，其中以配位反应应用最广。
第一节 吸光光度法的基本原理第二节 光吸收的基本定律第三节 吸光
第二节 光吸收的基本定律
一、Lambert-Beer 定律 二、偏离 Lambert-Beer 定律的原因
一、Lambert-Beer 定律
吸光度和透光率的定义分别为：
A def lg I0 I
T def I I0
吸光度与透光率的关系为：
A =－lgT
1760 年， Lambert 指出：一束平行单色光通 过有色溶液后，光的吸收程度与溶液液层的厚度 成正比。
吸光度与显色剂用量的关系
2. 溶液的酸度 溶液的酸度对显色反应的影响主要表现在
以下三个方面： （1）溶液的酸度对被测组分存在状态的影
响： 大多数被测金属离子易水解，当溶液 pH 增大时，可能生成各种类型的氢氧基配合物， 甚至生成氢氧化物沉淀，使显色反应不能进行 完全。
（2）溶液的酸度对显色剂的平衡浓度和颜 色的影响：大多数显色剂是有机弱酸或有机弱 碱，当溶液的 pH 变化时，将影响显色剂的平 衡浓度，并影响显色反应的完全程度。另外， 有一些显色剂本身就是酸碱指示剂，它们在不 同 pH 的溶液中具有不同的结构，而产生不同 的颜色，所以对显色反应也有影响。
（3）仪器设备简单，操作简便、快速，选 择性好。由于新的显色剂和掩蔽剂不断发现， 提高了选择性，一般不需分离干扰物质就能进 行测定。
（4）应用广泛。几乎所有的无机离子和具 有共轭双键的有机化合物都可以直接或间接地 用吸光光度法进行测定。
第一节 吸光光度法的基本原理
一、光的基本性质 二、物质对光的选择性吸收 三、吸收曲线
三、吸收曲线
如果将不同波长的光通过一定浓度的某一溶 液，分别测定溶液对各种波长的光的吸光度。以 入射光的波长 λ 为横坐标，相应的吸光度 A 为 纵坐标作图，可得到一条吸光度随波长变化的曲 线，称为吸收曲线或吸收光谱。
测定吸光度实验报告
一、实验目的1. 了解紫外分光光度法的基本原理和应用。
2. 掌握紫外-可见分光光度计的使用方法。
3. 通过实验，学会测定吸光度，并分析实验结果。
二、实验原理紫外-可见分光光度法是利用物质在紫外和可见光区域的吸收特性，对物质进行定性和定量分析的方法。
实验中，通过测定溶液在特定波长下的吸光度，根据朗伯-比尔定律（A = εlc），可以计算出溶液中待测物质的浓度。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：紫外-可见分光光度计、移液管、容量瓶、比色皿、洗耳球等。
2. 试剂：待测溶液、标准溶液、蒸馏水、氢氧化钠溶液、盐酸溶液等。
四、实验步骤1. 标准曲线的制作：首先配制一系列已知浓度的标准溶液，分别测定其吸光度，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。
2. 待测溶液的吸光度测定：将待测溶液稀释至适当浓度，使用移液管准确移取一定体积，置于比色皿中，在特定波长下测定吸光度。
3. 结果分析：根据标准曲线，计算出待测溶液的浓度。
五、实验结果与分析1. 标准曲线的制作：以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。
根据实验数据，得到标准曲线的线性方程为：A = 0.0478c + 0.0018，相关系数R² =0.9982。
2. 待测溶液的吸光度测定：将待测溶液稀释至适当浓度，测定其吸光度为0.745。
3. 结果分析：根据标准曲线，计算待测溶液的浓度为1.56×10⁻³ mol/L。
六、实验讨论1. 实验过程中，要注意溶液的稀释，避免溶液浓度过高或过低，影响吸光度测定的准确性。
2. 实验过程中，要确保比色皿的清洁，避免杂质对吸光度测定的干扰。
3. 实验过程中，要控制好温度和pH值，避免对吸光度测定的结果产生影响。
4. 实验过程中，要注意仪器的操作，避免人为误差。
七、实验总结通过本次实验，我们了解了紫外-可见分光光度法的基本原理和应用，掌握了紫外-可见分光光度计的使用方法，学会了测定吸光度，并分析了实验结果。
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
第9章吸光光度法(2)。
60nm
二、 显色条件的选择
吸光光度法是测定待测物质的吸光度或显色 反应平衡后溶液的吸光度，因此为了得到准确的 结果，必须控制适当的条件，使显色反应完全和 稳定。
显色条件包括: 溶液酸度，显色剂用量，显 色时间，显色温度，有机络合物的稳定性及共存 离子的干扰等。
1、溶液酸度（pH值及缓冲溶液）
在相同条件下测的试液的吸光度， 从工作曲线上就可查到试液的浓 度, 该方法称为工作曲线法。 注意什么？ a. 标准溶液浓度必须在线性范围内，即符合A= bc
b. 试液的吸光度必须在标准曲线范围内，即A1≤ Ax ≤An
五、光度分析法的误差（准确度）
对朗伯－比尔定律的偏离
在实际分析中，常会发现标准曲线发生弯曲，尤其当溶液
2.有机显色剂
有机显色剂分子中含有某些含不饱和键的基 团如偶氮基、对醌基和羰基等生色团（ chromophoric group）和含孤对电子的基团如氨 基 、 羟 基 和 卤 代 基 等 助 色 团 （ auxochrome group）。
生色团：－N＝N－，－N＝O，
O
C=S,－N
（共轭双键）πe
为避免铁的干扰，可以选择波 长 520 nm进行测定，虽然而测镍的 灵敏度有所降低，但酒石酸铁不干 扰镍的测定。
二、参比溶液的选择
为什么要使用参比溶液？ 目的：扣除非待测组分（吸收池和各种试剂）对光的吸收， 使测得的的吸光度真正反映待测物对光的吸收。
测定时，采用两个材质、厚度相同的比色皿进行测量，其中 一个作为参比池，装入参比溶液，调节仪器使透过参比池的吸光 度为零。则测得待测溶液的吸光度为：
显色剂的用量来消除干扰。 g. 采用预先分离的方法。
三、三元配合物在光度分析中的应用特性简介（自学）
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对于简单体系：
即只有被测组分与显色剂形成的化 合物对光吸收（无干扰）。
选择原则：max
对于有干扰体系：
在测量波长范围内，除了被测组分与显色剂形成 的化合物对光吸收外，其它共存组分对光也吸收。
1-亚硝基-2-萘酚-3,6 磺酸 为显色剂测定Co2+含量
以丁二酮肟为显色剂测定Ni2+、 Fe3+试液中Ni2+含量
参比溶液的选择：
参比溶液的作用：调吸光度等于0，即T=100% 原理：利用吸光度的加和性
参比溶液的分类：
水或纯溶剂溶液作参比溶液；
试剂空白作参比溶液；
空 白
试样溶液作参比溶液；
溶
加入掩蔽剂等试剂作参比溶液。 液
三、 吸光度读数范围的选择
A= -lgT= bc
(1)
微分
-
0.434 T
dT
=
bdc
t(min) 4.溶剂：一般尽量采用水相测定
三、共存离子干扰的消除
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＋，可加入H3PO4掩蔽剂使 Fe3+(黄色)成为Fe(PO４)23-(无色)，消除Fe3+的干扰；又如用 铬天菁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。
§9-3 显色反应及显色条件的选择
A ＝ －lg T =εbc
将待测组分转化为有色化合物的反应—显色反应。
M+R
MR
待显
有
测色
色
组剂
化
分
合
物
一般：显色反应分为配位反应和氧化还原反应。
一、显色反应的选择
1.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，两种有色物
离子缔合物 金属离子---络合剂---表面活性剂
§9-4 吸光度测量条件的选择
一、选择适当的入射波长
一般原则：应该选择λmax为入射光波长。但如
果λmax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。
朗伯-比耳定律： A=bc 适用于平行单色光 吸收曲线； 即A-曲线：
物质对不同波长的光 吸收程度不同
c. 影响MR的组成和稳定性，如Fe 3＋－磺基水杨酸
pH组成颜色 pH M：R 颜色
2-3
1：1 紫红
4-8
1：2 棕褐
8-10 1：3 黄色
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。
pH
3.显色时间与温度：实验确定 A T2(℃) T1(℃)
(2)÷(1)
dc C
0.434T lg T
dT
（2）
将微分值用有限值表示：
C 0.434T T C lgT
C ：浓度的相对误差
C
ΔT： 透光率的绝对误差，一般为±0.2%～ ±2%
最佳读数范围与最佳值
设：ΔT=0.5%，则可绘出溶液浓度相对 误差Δc/c与其透光度T 的关系曲线。 如图所示： 当：ΔT =0.5%，T在15%～65%之间时 ，浓度相对误差较小，
多元络合物是由三种或三种以上的组分所形成的络合 物。目前应用较多的是由一种金属离子与两种配位体 所组成的三元络合物，三元络合物在吸光光度分析中 应用较普遍。主要特点为； • 1、稳定性强； • 2、对比度和灵敏度高； • 3、选择性好。
三元混配络合物
VV:H2O2:PAR=1:1:1 TiIV:H2O2:XO=1:1:1 形成三元络合物的条件： (1)金属离子与两种络合剂都有形成络合物的 能力 (2)金属离子有形成未饱和络合物的性质 (3)两种配合剂与M配位时，要有适当的空间
最大吸收波长之差：“对比度”，要求△ > 60nm。
2.氧化还原显色反应 某些元素的氧化态，如Mn（Ⅶ）、Cr（Ⅵ）在可见光区
能强烈吸收，可利用氧化还原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 2 Mn2＋ ＋5 S2O82-＋8 H2O =2 MnO4- + 10 SO42-＋ 16H+ 将Mn2＋氧化成紫红色的MnO4-后，在525nm处进行测定。 3.配位显色反应 当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷 转移跃迁（d—d跃迁），产生很强的紫外—可见吸收光谱。
有干扰存在时：吸收最大，干扰最小
二、 参比溶液的选择
为什么需要使用参比溶液？
由朗-比定律： A=εbc A具有加和性A=A1+A2+A3+…… 定量分析过程中，希望测得的的吸光度A真正 反映待测溶液吸光强度。
为此，除了待测物质，其他所有物质对光的吸收、 比色皿对光的反射等作用都应扣除。
参比溶液的选择原则
4.显色剂
无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。 有机显色剂：种类繁多
偶氮类显色剂：本身是有色物质，生成配合物后，颜 色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选 择性好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂Ⅲ、PAR等。
三苯甲烷类：铬天青S、二甲酚橙等
二、显色反应条件的选择 1.显色剂用量 M + R = MR
试液 显色剂或其它试剂 参比溶液
无色 无色 有色 有色
无色 有色 无色 有色
溶剂空白(H2O) 试剂空白
试液空白
试液中加掩蔽剂后加 显色剂的溶液
使测定的吸光度真正反映待测组分的浓度。
• 目的：是为了消除由于比色皿、溶剂及 试剂对入射光的反射和吸收等带来的误 差。
• 做法：将不含待测离子的溶液或试剂加 入一比色皿中，再调节仪器，使 T=100%处。试液放入另一比色皿中， 在进行测量。
吸光度A与显色剂用量CR的关系会出现如图所
示的几种情况。选择曲线变化平坦处。
Fe2+—邻二氮菲
Mo(SCN)32+ 浅红 Mo(SCN)5 橙红 Mo(SCN)6- 浅红
Fe(SБайду номын сангаасN)n3-n
2.反应体系的酸度
M＋R＝MR（显色剂R存在酸效应αR（H））
a. 影响显色剂的浓度
b. 影响M的存在状态
2.选择适当的显色反应条件
3.分离干扰离子
四、常用的显色剂
(1) 磺基水扬酸，OO型螯合显色剂
ε=1.6×103L·mol-1·cm-1 (2)1，10--二氮菲，NN型
ε=1.1×104 P319
五、提高光度测定灵敏度和选择性的途径
1.合成新的高灵敏度有机显色剂
2.采用分离富集和测定相结合
3.采用三元(多元)配合物显色体系