分析化学第九章吸光光度法
吸光光度法的应用
bc x
△Cx
（Cx > Cs）
△C
c x c x cs
适宜 高 浓度的测定
Analytical Chemistry 分析化学
示差法的误差
方法 常规法
示差法
∵ I0 > Is
Ax bc x lg Tx d dT c Ix cx Tx ln Tx Tx I0 d cx dT Ac bc x lg Tr cx Tr ln Tx Ix Tr d c x dcx Is 有 cx cx ∴ Tr > Tx
Analytical Chemistry 分析化学
在上述实验的基础上作数据处理 对特定 pH
pH < pKa-1
Ai HR [ HR] R [R ]
b = 1 cm
C = [HR]
AHR HR C
pH > pKa+1 C = [R-] 代入，得 整理，得
AR RC
四、弱酸弱碱离解常数的测定
HR HR = H+ + RR
A
HR
R
用光度法可以测定其离解常数
HR
R
[H ][R ] Ka [HR]
[HR] pK a pH lg [R ]
[ HR] [ HR] 用吸光值表征 lg ，相对于pH作图，可求得pKa 或 [R ] [R ]
A
曲线 1 2
3 4 5 6
pH 1.10, 1.38 2.65
3.06 3.48 3.98 5.53,6.80
1
2 3 4 5 6
Aa(HL)
Ab 6
5 4 3 2 1
分析化学-吸光光度法的灵敏度与准确度
1吸光光度法的灵敏度与准确度灵敏度的表示方法1.摩尔吸光系数 (ε)A= ε b c ε=A/bc (L·mol -1·cm -1)ε 越大, 灵敏度越高:ε <104 为低灵敏度;104～105 为中等灵敏度;ε >105为高灵敏度.9.39.3.122. Sandell(桑德尔)灵敏度 (S )定义定义：：截面积为1cm 2的液层在一定波长或波段处的液层在一定波长或波段处，，测得吸光度为0.001时所含物质的量时所含物质的量。
用S 表示表示，，单位：µg ·cm -2A = ε bc =0.001 bc ＝0.001/ εS 小灵敏度高灵敏度高;; ε 相同的物质, M 小则灵敏度高.3210==(g/cm ) 10.00MMS µεε×变换单位:b cm c mol/L=bc M 106 µg/1000cm 23例1 邻二氮菲光度法测铁ρ(Fe)=1.0mg/L,b =2cm , A =0.38 计算ε 、S 和解：c (Fe)=1.0 mg/L=1.0×10-3/55.85 =1.8×10-5(mol·L -1)E 1%1cm 4-1-1-50.38==1.110L mol cm 2 1.810ε×⋅⋅××（）S =M /ε=55.85/1.1×104=0.0051 (µg /cm 2)321g/cm 2cm 0.001==0.0051g/cm 0.38S µµ××或4c =1.0mg/L=1.0×10-3 g /1000mL = 1.0×10-4 g/100mL1%1cm=A Eb c⋅⋅-111%cm-431=0.38/2.010=1.910100mL g cm E −××⋅⋅（）1%1cm53=10=1.110/55.85 /M =9101.Eε××或5例2 比较用以下两种方法测Fe 的灵敏度.B. 用4,7-二苯基邻二氮菲光度法测定铁ε533＝2.2×104 L·mol -1·cm -1S = 55.85/(2.2×104)＝0.0025 (µg ·cm -2)B 方法比A 方法的灵敏度高.A. 用邻二氮菲光度法测定铁时用邻二氮菲光度法测定铁时，，ε508＝1.1×104 L·mol -1·cm -1S = 55.85/(1.1×104)＝0.0051 (µg ·cm -2)准确度—仪器测量误差10080604020T/%1∆c2∆c3T∆T∆T-透光率读数误差c∆c1c1∆c2c2∆c3c3><由于T 与浓度c 不是线性关系性关系，，故不同浓度时的仪器读数误差 T引起的测量误差 c/c不同。
吸光光度法参比溶液的选择原则
吸光光度法参比溶液的选择原则吸光光度法是一种常用的分析化学方法，通过测量溶液对特定波长的光的吸收程度来确定溶液中物质浓度的方法。
在进行吸光光度法测量时，参比溶液的选择非常重要，它直接影响到测量结果的准确性和可重复性。
下面将介绍吸光光度法参比溶液的选择原则。
1.具有稳定的吸光度：参比溶液应该具有稳定的吸光度，在测量时间范围内不发生明显变化。
这可以通过测量该溶液的吸光度随时间变化的曲线来确定。
2.不与待测物相互干扰：参比溶液的吸光度不能受到待测物的影响，否则会导致测量结果的偏差。
因此，在选择参比溶液时要确保它与待测物在所选波长的吸光度范围内没有重叠。
3.与待测物具有相似的化学性质：参比溶液应该与待测物具有相似的化学性质，以确保它们在溶液中的反应行为相似。
这样可以使参比溶液对溶液中可能存在的干扰物的响应与待测物的响应保持一致。
4.与溶剂相容：参比溶液应该与所选溶剂相容，不发生溶解度或稳定性问题。
这样可以确保在测量过程中不会发生结晶、沉淀或其他不可逆反应，从而影响测量结果的准确性和稳定性。
5.易于制备和稀释：参比溶液应该容易制备和稀释。
制备参比溶液的方法应简单、可靠，并且可以精确地控制其浓度。
此外，参比溶液的稀释过程应能够保持其吸光度的稳定性和准确性。
6.已有文献支持：在选择参比溶液时，可以参考已有的文献或相关方法来确定最佳的参比溶液。
这些文献通常提供了制备和使用参比溶液的详细步骤，以及其在特定条件下的吸光度范围和稳定性。
综上所述，参比溶液的选择对于吸光光度法的测量结果至关重要。
通过选择具有稳定吸光度、不受待测物干扰、具有相似化学性质、与溶剂相容、易于制备和稀释，并且有文献支持的参比溶液，可以确保吸光光度法的测量结果准确可靠。
在进行吸光光度法测量时，应对参比溶液的选择进行严格控制，并根据实际分析需要进行优化。
吸光光度法和电位分析法
2021/4/16
(9-1)
第九章 仪器分析法选介
A lg I0 kcb I
19
透光度 T ( Transmittance )
入射光 I0
透射光 It
透光度定义：
T
It I0
2021/4/16
T 取值为0.0 % ~ 100.0 %
全部吸收 T = 0.0 %
全部透射 T = 100.0 %
2021/4/16
第九章 仪
器分析法选
介
6
三、仪器分析方法的分类
classification of instrument analytical method
电化学分析法
光分析法
仪器分析
色谱分析法
其他仪器分析法
2021/4/16
分析仪器联用技术
第九章 仪
器分析法选
介
7
电化学分析方法的分类
classification of electrochemical analysis
c 溶液浓度
[kappa]摩尔吸光系数, L ·mol –1 ·cm -1
2021/4/16
第九章 仪器分析法选介
23
例12-1 浓度为25.0μg/50mL的Cu2+溶液，用双
环已酮草酰二腙分光光度法测定，于波长
600nm处，用2.0cm比色皿测得T=50.1%，求吸
光系数a和摩尔吸光系数。已知M(Cu)=64.0。
此时式（9-1）变为
A(9-3a) bc
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第九章 仪器分析法选介
21
如果浓度c的单位为mol·L-1，b的单位为cm，这时k
常用 表示。 称为摩尔吸光系数(molar absorptivity)
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
18
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
分析化学-第九章_分光光度法
（4） 检测系统
作用：将光强度转换成电流信号来进行测量。光电转换装置。 包括：光电管，光电二极管阵列等
§9.3 显色反应与条件的选择
为什么要进行显色反应？
• 光度分析中，对于本身无吸收的待测组分，先要通过显色反 应将待测组分转变成有色化合物，然后测定吸光度或吸收曲 线。与待测组分形成有色化合物的试剂称为显色剂。
橘
Fe2+ + 3
红
色
显色反应条件的选择
1.显色剂用量
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。
2.反应体系的酸度
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
实验确定
4.溶剂
即朗伯-比尔定律 A lg I0 lg 1 bc
IT
朗伯-比尔定律的数学表达式
注意量纲
A lg I0 bc abc
I
式中 A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；
b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；
c：溶液的摩尔浓度，单位 mol·L-１；
ε ：摩尔吸收系数，单位 L·mol-１·cm-１；
λ
A
420 0.199
430 0.211
440 0.237
450 0.283
460 0.313
470 0.333
480 0.371
490 0.395
500 0.445
510 0.476
520 0.451
530 0.401
540 0.321
分析化学(第四版_高职高专化学教材编写组) 第九章 吸光光度法
第二节 吸光光度法的基本原理
一、物质对光的选择性吸收
（一）光的基本特性 1.电磁波谱：光是一种电磁波
10-2 nm 10 nm
射 线 x 射 线
102 nm 104 nm
紫 外 光 红 外 光
0.1 cm 10cm
微 波
103 cm
105 cm
无 线 电 波
可
见
光
2.可见光、单色光和互补色光
物质呈现不同的颜色其本质是对光的选择性吸收；
颜色深浅随浓度而变化是对光的吸收程度不同。
通过比较溶液颜色的深浅来测定物质的含量的方法，称为 目视比色法。
目前普遍采用分光光度计测量吸光度以代替比较颜色深浅， 应用分光光度计的分析方法称为分光光度法。 分光光度法根据物质对不同波长的单色光的吸收程度不同
进行定性和定量分析。按照研究的波谱区域不同，可分为：
分光光度法
紫外分光光度法——200-400nm
可见分光光度法—— 400-780nm 红外分光光度法——780-3.0×104nm
吸光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的 分析方法。
吸光光度法
比色分析法 分光光度法
二、吸光光度法特点
理解分光光度计的基本结构和工作原理。
掌握定量分析方法和测量条件的选择。
能力目标 能绘制吸收曲线。 能正确选择显色条件和光度测量条件。 能应用吸光光度法对样品中的微量成分进行定量分析。
知识回顾
前面所学滴定分析和质量分析都属于化学分析法，适用于 含量高于1%常量组分的测定，测定结果的相对误差可控制在 0.2%以内。但不宜测定含量低于1%的微量成分。 实例：含Fe约0.05%的样品 称0.2 g试样, 则mFe≈0.1 mg
分析化学—— 吸光光度法
λ1 λ2 λ3 λ4 λ5
A1 A2 A3 A4 A5
17
KMnO4吸收曲线（吸收525nm的绿光而呈紫色）
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）对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则 不同。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。 （3）同一种物质、不同浓度时，其吸收曲线形状相 似、λmax不变；吸光度与浓度成正比。定量分析
例12–3 有一浓度为1.0μg • mL–1的Fe2+溶液，以邻 二氮菲显色后，用分光光度计测定，比色皿厚度为 2.0cm，在波长510nm处测得吸光度A=0.380，计算 该显色反应的吸光系数a和摩尔吸光系数ε。
(2) Fe2+的浓度用mol • L–1表示时， 1.0 10 3 g L-1 c 1.8mol L1 -1 55.85 g mol
（4）不同浓度的同一种 物质，在λmax处吸光度 随浓度变化的幅度最大， 所以测定最灵敏。此特 性可作为物质定量分析 的依据。
吸收曲线是定量分析 中选择入射光波长的重 要依据。
§12-2
光吸收的基本定律
1.朗伯—比耳定律***
当一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、 液体或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一 部分被器皿的表面反射则它们之间的关系为：
溶液的颜色由透射光的波长所决定。 透射光与吸收光为互补色光。 如CuSO4溶液因吸收了白光中的黄色 光的互补：蓝 黄 光而呈现蓝色
3. 吸收曲线
用不同波长的单色光照射某一物质测定吸光度 A(物质对光的吸收程度)，以波长为横坐标，以吸光度 为纵坐标，绘制吸收曲线，可描述物质对不同波长光 的吸收能力。
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光将导致对吸光定律的偏离。
2 1
在实际工作中，入射光通常具有一定的带通。为了避免1.非单 色光带来的影响，一般选用峰值波长进行测定。 选用峰值波长，也2.可以得到较高的灵敏度。
吸光质点间相互作用引起的对吸光定律的偏离
质点间的静电作用 质点间的缔合作用 质点间的化学反应
lg
I01
I01 10λ1bc
I02 I02
10 λ 2bc
λ1 λ2 A 1bc 或 A 2bc
λ1 λ2 A 1bc 或 A 2bc
非单色光引起的对吸光定律的偏离
A K 对吸收光谱而言，b 和 c 固定， A i 反映了A 随波长变化的情况，
Cr2O72-、MnO4-的吸收曲线
350
1.0
Cr2O72-
0.8
0.6
525 545 MnO4-
Absorbance
0.4
0.2 300 350 400
500
600
700
/nm
吸收光谱的获得
A
0 (a)
0 (b)
0 (c)
0
220 240
(d) 260 280 nm
测量某物质对不同波长单色光的 吸收程度，以波长（）为横坐 标，吸光度（A）为纵坐标，绘 制吸光度随波长的变化可得一曲 线，此曲线即为吸收曲线。
A
S1
锐线光谱
S0 分子内电子跃迁
带状光谱
物质对光的选择吸收
物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构 成了物质对光的选择吸收基础。
例： A 物质
E1 E0 2.5 ev 1 ev = 1.610-19 J.
A
hc E
6.62 1034 31010 2.5(ev) 1.6 1019
M
A E11c%mcb
吸收定律与吸收光谱的关系
吸A 光 定 律
吸A
收或
光 谱
C
三A 维 谱 图
max
C
朗伯-比尔定律的分析应用— 溶液浓度的测定
A＝ bc
A
工作曲线法：测定某物质浓 0.8
度时，先配制一系列标准溶 0.6
*
液，按所需条件显色后，分
别测定它们的吸光度A。以A 0.4
成了物质对光的选择吸收基础。
3、在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。
吸光定律 T 10 A 10Kbc lg T Kcb A
c：mol / L K 摩尔吸光系数， L ·mol –1 ·cm -1 A cb
c：g / L K a 吸光系数， L ·g –1 ·cm -1 A acb
100
A=∞ T = 100.0 %
0.5
50
A = 0.0
A T%
T = 36.8 %
0
0
A = 0.434
C
吸光系数
b 吸光液层的厚度，光程，cm
A Kcb
c 吸光物质的浓度, g/L, mol/L
K 比例常数
物质的性质 入射光波长 温度
取值与浓度的单位相关
c：mol / L
K 摩尔吸光系数， L ·mol –1 ·cm -1
吸收池：(比色皿)用于盛待测及参比溶液。
可见光区：光学玻璃池 紫外区：石英池
检测器：利用光电效应，将光能转换成 电流信号。
光电池，光电管，光电倍增管
指示器：
低档仪器：刻度显示 中高档仪器：数字显示，自动扫描记录
单色器
棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同
白光 入射狭缝 准直透镜
λ1
棱镜
λ2
聚焦透镜 出射狭缝
A
0.8
0.6
*
0.4
0.2
0
0 1 2 3 4 mg/ml
1. 邻二氮菲法测定微量铁
试样经溶解，分离干扰物质后，在试液中加入盐 酸羟胺将铁全部还原为二价的铁，加入邻二氮 菲显色剂，并加入HAc-NaAc缓冲溶液，pH 约4.0-5.0，显色3～5min后，以试剂空白为 参比溶液，于510nm处测定A值，在工作曲线 上查得含量，即得到测定结果。
透光率 （透射比）Transmittance
入射光 I0
透射光 It
朗伯-比尔定律公式：
A=lg(I0/It)= lg1/T = kbc
吸光度
透光率 介质厚度(cm)
吸光度 与透光率
lg T Kcb A
T ： 透光率
T 10A 10Kbc
A： 吸光度
T = 0.0 %
1.0
T
A
标准系列 未知样品
光电比色法
分光光度法（紫外-可见分光光度法） UV-VIS
光源 参比
样品
0.575
单色器 吸收池 检测器 显示
I0 A lg It lg T bC
I0
It
注意
入射光 I0
比较
透射光 It
要点
1、Plank 条件
E
E2
E0
h
hc
2、物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构
试液中共存离子有吸收，此时可用不加 入显色剂的试液为参比溶液。
三、吸光度范围的选择
在不同的吸光度范围内仪器读数对测定带 来不同程度的误差，通过计算得出；当T为 15%—65%或A在0.2—0.8时为测量的适宜 范围。
§ 9-5 朗伯-比尔定律的分析应用
一、溶液浓度的测定
A＝ bc
工作曲线法 (标准曲线)
二、显色条件的选择
酸度：酸度对显色反应有影响，要控制合适 的酸度，通过实验确定。 显色剂用量：为使显色反应完全，需加入过 量的显色剂，但有时显色剂太多，引起副反 应，用量通过实验选择。 温度：显色反应要在合适的温度下进行，通 过实验选择。
显色条件的选择
显色时间：有的显色反应瞬间完成，有 的需要放置一定时间。有的放置时间太 长不稳定。 溶剂：有时在显色反应中加入有机溶剂， 可提高显色反应的灵敏度。 溶液中共存离子的影响：共存离子有色 或显色剂反应生成有色物质干扰测定， 需除去。
选择参比溶液的原则
使试液的吸光度真正反映待测组分的浓度。
1. 当试液、显色剂及所用的其它试剂在测量波
长处均无吸收，可用去离子水或纯溶剂作参比溶 液；
2. 如果显色剂或加入的其它试剂在测量波
长处略有吸收，应采用试剂空白（不加 试样而其余试剂照加的溶液）作参比溶 液。
3. 如显色剂在测量波长处无吸收，但待测
完全吸收
复合光 表观现象示意
完全透过 吸收黄色光
当一束光照射到某物质的溶液时，物质 对光的吸收具有选择性，只有当照射光的光 子能量与被照射物质的分子、原子或离子由 基态到激发态之间的能量之差相等时，这个 波长的光才被吸收。
吸收光谱
S3
h
S2
S1
E3
A
E2
E1
S0
E0
纯 电子能态 间跃迁
S2
h
一些典型的紫外光谱
(a) 联苯（己烷溶剂）； (b) 苯（己烷溶剂）； (c) 苯蒸汽； (d) Na蒸汽。
定性分析与定量分析的基础
B
定性分析基础
A
A
物质对光的选择 吸收
max (A) max (B)
定量分析基础
A
在一定的实验条 件下，物质对光 的吸收与物质的 浓度成正比。
增 大 C
二、 光吸收基本定律: Lambert-Beer定律
2.钢铁中锰的分析
锰是钢铁中的有益元素，以金属固溶体 MnS存在。试液用硝酸溶解，用磷酸与三 价铁配合成无色的Fe(HPO4)2-，在催化剂硝 酸银作用下，以(NH4)2S2O8为氧化剂，加热 煮沸使Mn2+氧化为MnO4-，于530nm下测定 A，在工作曲线上查得含量。计算Mn的含量。
二、分析结果的计算
设入射光由 1 和 2 两种波长组成，溶液的吸光质点对 两种波长的光的吸收均遵从吸收定律
1
A1
lg
I01 I1
1bc
2
A2 lg
1 + 2
I02 I2
λ2bc
I1 I01 10λ1bc
I2 I02 10 λ2bc
A lg I01 I02 I1 I2
光源：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(320～2500nm) 紫外区：氢灯，氘灯(180～375nm)
单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的 装置。
棱镜:玻璃350～3200nm, 石英185～4000nm 光栅:波长范围宽, 色散均匀,分辨性能好, 使用方便
§9-4 测量条件的选择
除显色反应条件外，还必须选择好光度测量 条件。
一、入射波长的选择
应根据吸收曲线，选择最大吸收时的波长λ max. 因为灵敏度高，波长小范围内，吸光度随波长λ
变化小。
二、参比溶液的选择： 参比溶液：将不含待测离子的溶液或
试剂加入一比色皿中，试液放入另一比 色皿中，再调节仪器，使不含待测离子 溶液处在T=100%处，此种溶液为参比溶 液。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。
Molar Absorptivity A cb
c：g / L
Ka
吸光系数， L ·g –1 ·cm -1
Absorptivity
A acb
c：g / 100 mL