第章比色法和分光光度法
比色法和分光光度计分析法
分光光度计分析法的原理
分光光度计分析法的原理基于朗伯-比尔定律，即当一束单 色光通过溶液时，光线被吸收的程度与溶液的浓度和液层 的厚度成正比。
通过测量特定波长的光线通过溶液后的透射强度，可以计 算出溶液中目标物质的浓度。分光光度计可以自动调整波 长，并使用光电检测器测量透射光线强度，从而得到吸光 度值。
比色法对实验条件要求不高，可 在普通实验室进行。分光光度计 分析法需要使用精密仪器，对实
验室环境有一定要求。
实验时间
比色法操作简便，实验时间较短 。分光光度计分析法需要较长时
间进行波长调整和测量。
准确度的比较
准确度
分光光度计分析法具有较高的准确度 ，能够更准确地测量待测物质的浓度 。比色法准确度相对较低，但适用于 一般实验室和现场检测。
挑战与机遇
挑战
尽管比色法和分光光度计分析法具有许多优点，但仍存在一些挑战，如样品预处理、干扰物质的影响以及仪器设 备的普及程度等。
机遇
随着科学技术的不断进步和应用领域的拓展，比色法和分光光度计分析法将面临更多的发展机遇。同时，政府支 持、市场需求和技术创新也将为其发展提供有力支持。
谢谢您的聆听
THANKS
05
未来展望
技术发展展望
智能化
01
随着人工智能和机器学习技术的进步，比色法和分光光度计分
析法将更加智能化，实现自动化、快速和准确的检测。
高灵敏度
02
提高检测灵敏度是未来的重要发展方向，以便更好地检测低浓
度的物质。
多组分同时检测
03
发展多组分同时检测技术，能够同时测定多种目标物质，提高
分析效率。
应用领域展望
干扰因素
重复性
分光光度计分析法的重复性较好，结 果稳定。比色法重复性相对较差，受 操作影响较大。
分光光度法
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。包括：比色法、可见及紫外吸光光度法和红外光谱法。本章重点介绍：可见吸光光度法。在选定波长下，被测溶液对光的吸收程度与溶液中的吸光物质的浓度有简单的定量关系。吸收光波范围是紫外，可见和红外光区。它所测量的是物质的物理性质－物质对光的吸收，测量所需的仪器是特殊的光学电子学仪器，所以光度法不属于传统的化学分析法，而属于近代的仪器分析，这里只是按照我国现行教学习惯把可见光的光度法作为化学分析部分的一章。
(一)朗伯一比耳定律的推导
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，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿表面反射。设入射的单色光强度为I0，反射光强度为Ir，吸收光强度为Ia，透过光强度为It，则它们之间的关系为：
I0=Ir+Ia+It
因为λ射光常垂直于介质表面射λ，Ir很小(约为λ射光强度的4％)又由于进行光度分析时都采用同样质料，同厚度的吸收池盛装试液及参比溶液，反射光的强度是不变的。因此，由反射所引起的误差可校正，抵消。故上式可简化为：
ΔE=hc/λ
这里，ΔE=E2-E1，表示某一能吸级差的能量。由于不同物质的分子其组成与结构不同，它们所具有的特征能级不同，能级差也不同，所以不同物质对不同波长的光的吸收就具有选择性，有的能吸收，有的不能吸收。在电子能级发生变化时,不可避免地也伴随着分子的振动和转动能级的变化.分子光谱又成为带状光谱.
2、溶液有色的原因。
具有单一波长的光称为单色光，在可见光中，通常所说的白光是由许多不同波长的可见光组成的复合光。由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫这些不同波长的可见光按照一定的比例混合得到白光。进一步的研究又表明，只需要把两种特定颜色的光按一定比例混合，就可以得到白光，如绿光和紫光混合，黄光和蓝光混合，都可以得到白光。
(一)物质对光的选择性吸收
第三节 吸光光度法一、测定原理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、可见分光光度法及紫外分光光度法等。
本章重点讨论可见光区的吸光光度法。
有些物质的溶液是有色的，例如4KMnO 溶液呈紫红色，227K Cr O 水溶液呈橙色。
许多物质的溶液本身是无色或浅色的，但它们与某些试剂发生反应后生成有色物质，例如3Fe +与3Fe +生成血红色配合物； 2Fe +与邻二氮菲生成红色配合物。
有色物质溶液颜色的深浅与其浓度有关，浓度愈大，颜色愈深。
如果是通过与标准色阶比较颜色深浅的方法确定溶液中有色物质的含量，则称为目视比色法，如果是使用分光光度计，利用溶液对单色光的吸收程度确定物质含量，则称为分光光度法。
吸光光度法主要用于测定试样中的微量组分，具有以下特点：(1)灵敏度高。
常可不经富集用于测定质量分数为210-～510-。
的微量组分，甚至可测定低至质量分数为610-～810-的痕量组分。
通常所测试的浓度下限达510-～610-1mol L -⋅。
(2)准确度高。
一般目视比色法的相对误差为5％～l0％，分光光度法为2％～5％。
(3)应用广泛。
几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可以直接或间接地用分光光度法进行测定。
不仅用于测定微量组分，也能用于高含量组分的测定及配合物组成、化学平衡等的研究。
如农业部门常用于品质分析、动植物生理生化及土壤、植株等的测定。
(4)仪器简单，操作方便，快速。
近年来，由于新的、灵敏度高、选择性好的显色剂和掩蔽剂的不断出现，以及化学计量学方法的应用，常常可以不经分离就能直接进行比色或分光光度测定。
（一）物质对光的选择性吸收1．光的基本性质光是一种电磁波，同时具有波动性和微粒性。
光的传播，如光的折射、衍射、偏振和干涉等现象可用光的波动性来解释。
描述波动性的重要参数是波长()m λ、频率()Z H υ，它们与光速c 的关系是：341310cc J sm s E h h λυυλ--=⨯==c λυ= (10．1)在真空介质中光速为2.9979810⨯1m s -，约等于81310m s -⨯还有一些现象，如光电效应、光的吸收和发射等，只能用光的微粒性才能说明，即把光看作是带有能量的微粒流。
分光光度比色法的原理
分光光度比色法的原理
一、物质对光的吸收
分光光度比色法的基础是物质对光的吸收。
当光线穿过物质时，物质会吸收特定波长的光线，导致光的强度减弱。
物质对光的吸收程度与物质的浓度成正比，这是分光光度法进行定量分析的基础。
二、光的色散
光的色散是指光线通过棱镜或光栅等光学元件时，被分解成不同波长的光谱。
通过色散，我们可以将一束白光分解成不同颜色的光谱。
分光光度计利用这个原理，将物质吸收的光线分解成特定波长的光谱，从而确定物质对哪些波长的光线有吸收。
三、比色测定
比色测定是指在特定波长下测量物质对光的吸收程度。
通常，我们将待测物质与已知浓度的标准物质在相同条件下进行比色测定，然后根据标准曲线的斜率和截距计算出待测物质的浓度。
比色测定是分光光度比色法的重要步骤，通过它可以对物质进行定量分析。
四、定量分析
通过比色测定得到的数据，我们可以计算出待测物质的浓度。
在分光光度比色法中，我们通常使用标准曲线法或标准加入法来进行定量分析。
标准曲线法是通过绘制标准物质浓度与吸光度的关系曲线，然后根据待测物质的吸光度在曲线上找到对应的浓度。
标准加入法则是将已知浓度的标准物质加入待测样品中，然后根据吸光度的变化计算待测物质的浓度。
总之，分光光度比色法的原理主要包括物质对光的吸收、光的色散、比色测定和定量分析等方面。
通过这些原理的应用，我们可以快速、准确地测定物质的浓度，广泛应用于化学、生物学、医学等领域。
比色法和分光光度法及其仪器
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分光光度法
分光光度法的优点和缺点
分光光度法的优点包括高精度、高灵敏度和高选择性。它能够提供精确的定量数据，适用 于各种不同物质的测量。此外，分光光度法通常具有较高的灵敏度和较低的检测限，能够 检测到微量的物质 然而，分光光度法也有一些缺点。首先，它需要昂贵的仪器设备，通常只有实验室级别的 分析才使用分光光度计。其次，分光光度法需要一定的操作技能和经验，因为不同物质的 测量可能需要不同的条件和参数设置。此外，对于某些特定物质的测量，可能需要使用特 定的试剂和标准品，这可能会增加实验成本和时间
比色法和分光光度 法及其仪器
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1 比色法 2 分光光度法Biblioteka 比色法和分光光度法及其仪器
比色法和分光光度法是两种常用的化学分析方法，用 于测量溶液中的物质浓度
x
这两种方法都基于朗伯-比尔定律，该定律描述了溶液 的吸光度与溶液浓度之间的关系
PART 1
比色法
比色法
比色法是一种通过比较有色物质 溶液的颜色深度来确定其浓度的
技术
它主要基于颜色的差异，使用肉 眼或比色计来比较样品溶液和标 准溶液的颜色
比色法
比色法仪器
比色法通常使用比色计作为仪器。比色计是一种简单的 光学仪器，它通过比较样品溶液和标准溶液的颜色来测 量浓度。比色计通常由一个光源、一个滤光片和一个接 收器组成。光源发出的光通过滤光片，然后照射到样品 溶液和标准溶液上。接收器接收反射回来的光，并将其 转换为电信号。通过比较样品溶液和标准溶液的反射率 ，可以确定样品的浓度
第四章第1节比色法与色度传感器
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 T%
四、目视比色法（ colorimetry ）
观察方向
方便、灵敏，
不能定量测定光
的强度，准确度 差。常用于限界
ccc112
cc23
cc3 4
c4
分析。
1 2 4 8 16 40 x
五.色度传感器
色度传感器：用光电比色法测定溶液的吸光度。 用滤光片或特定波长的发光二极管得到较窄波长
第四章 其他传感器的初步应用
第一节 比色法与色度传感器
分光光度计通过比色原理测定浓度
你记得吗？ 《化学反应原理》p34
一、方法依据及分类
基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方 法，包括比色法、可见及紫外光度法及红外光谱法等。
比色分析法： 通过比较或测量有色物质溶液的颜色深度，
确定待测组分含量的分析方法。
4.打开计算机，进入软件系统， 显示色度传感器操作窗口。
5.点击“B”按钮，选择蓝色光源。 6.反复压缩、拉伸针筒，绘制透光率
随时间变化的曲线，记录实验结论。
NO2的制备 实验装置
（四）、实验结论
2NO2⇋N2O4平衡体系中，扩大体积，体系的压强瞬间 增小，透光率增大，平衡随即逆向移动，压强又逐渐增大， 透光率减小。反之，缩小体积，压强瞬间变大，透光率瞬 间变小，然后平衡正移，透光率增大。这说明平衡移动会 削弱，但不能消除外界条件的改变。
（二） 、实验器材
仪器：色度传感器、数据采集器、 比色皿、 计算机、大号针筒、橡皮塞、小刀、布
试剂：浓硝酸、铜片
（三） 、实验过程
1.橡皮塞切成方形，并使之恰好 塞紧比色皿口。
2.利用铜与浓硝酸反应获取NO2气 体，并收集在比色皿和针筒中。
分光光度法
光度法的优点
与目视比色法相比，光度法的优点： 1. 用光电仪器进行测量可消除轻度色盲、眼睛 疲劳等主观误差。 2. 有其他物质共存时，可选适当的入射光和参 比溶液来消除干扰，提高选择性。 3. 对于大批试样分析，校正曲线可简化手续， 提高分析速度。
2.3.2.测量条件的选择(1)
（1）选择合适的入射光 由于溶液对光的吸收是有选择性的，因此 必须选择溶液吸收最大的波长作为入射光的波 长。 （2）控制适当的吸光度范围 用光度计测量吸光度，都存在着误差。当 测量小于0.2和大于0.7吸光度时，误差会迅速 增加。为了使测量误差落在0.2～0.7之间，可 以控制试样的称取量。对于组分含量高的试样， 可减少称取量，或是稀释;对于含量低的溶液 可增加称样量或浓缩的方法来提高浓度。
图2－8 721分光光度计的光学系统
几种类型的分光光度计（ 几种类型的分光光度计（三）
图2－9 7530G紫外—可见光分光光度计
几种类型的分光光度计（ 几种类型的分光光度计（四）
图2－10 7530G紫外-可见分光光度计光学系统
检测器和读数装置 （2）
2. 光电管. 是一个二极真空管由一个阳极和一个光敏阴 极组成。 3. 光电倍增管。 是利用光敏阴极把光信号放大的装置。 4. 读数装置。 读数装置常用的是微安计或检流计。
几种类型的分光光度计（ 几种类型的分光光度计（一）
图2－7 721分光光度计
几种类型的分光光度计（ 几种类型的分光光度计（二）
2.分光光度法 2.分光光度法
光度可用光电比色计或分光光度计进 行测量。 测定时常用的是校正曲线法或比较法。
（1）校正曲线法
校正曲线法，又称工作曲线或标准曲线法。 当溶液厚度b固定时，吸光度A与溶液浓度c成 正比.取一系列不同浓度标准溶液（5－7图）， 分别测定其吸光度，以浓度c为横坐标，吸光 度为纵坐标，作校正曲线.试液用同样条件显 色，测定吸光度，从曲线上求得试液浓度。
第二十章 比色法和分光光度法
3、朗伯-比尔定律
4、透光度（透射比） 5、吸光系数（吸收系数） 6、摩尔吸收系数
书P398： 例题20-1
二、吸光度的加和性 测得溶液的吸光度等于各组分的吸光度之 和。 A总 = ∑ Ai ＝κ1 b c1 + κ2 b c2 + …… κn b cn
三、朗伯-比尔定律的偏离 1、比尔定律的局限性 2、非单色入射光引起的偏离
4、颜色的产生：物质对不同波长的光具有选
择性吸收作用而产生了不同颜色。
5、光吸收曲线 6、吸收峰：光吸收程度最大处对应的波长。
7、物质定性分析的依据：不同物质的溶液，
其最大吸收波长不同。
20.2 光吸收的基本定律
一、朗伯-比尔定 1、朗伯定律 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 2、比尔定律 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
一、光度分析法的特点 1、灵敏度高 2、准确度能满足微量组分测定的要求 3、操作简便快速，仪器设备简单
二、物质对光的选择性吸收
1、单色光：同一波长的光称为单色光。 2、复合光：由不同波长的光组成的光称为复
合光。如可见光。 3、互补色光：两种适当颜色的单色光按一定 强度比例混合可成为一种白光，这种两种单 色光称为互补色光。
A
λ1 A
λ2
λ
λ1
λ2
λ
Aλ1= kaλ1bCa ＋kbλ1bCb Aλ2= kaλ2bCa ＋kbλ2bCb
三、光度滴定 四、酸碱解离常数的测定 五、配合物组成的测定 1、饱和法 2、连续变化法
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第20章比色法和分光光度法
【20-1】将下列百分透光度值换算为吸光度：
（1）1% （2）10% （3）50% （4）75% （5）99%
解：A＝2－lg T%
（1）A=2－lg 1 = 2.000
（2）A=2－lg 10 = 1.000
（3）A=2－lg 50 = 0.301
（4）A=2－lg 75 = 0.125
（5）A=2－lg 99 = 0.0044
【20-2】将下列吸光度值换算为百分透光度：
（1）0.01 （2）0.10 （3）0.50 （4）1.00
解：lgT%=2－A
（1）lgT1%=2－0.01 = 1.99 T1%=97.7 %
（2）lgT2%=2－0.10 = 1.90 T2%=79.4 %
（3）lgT3%=2－0.50 = 1.50 T3%=31.6 %
（4）lgT4% =2－1.00 =1.00 T4%=10.0 %
【20-3】有一有色溶液，用1.0 cm 吸收池在527 nm 处测得其透光度T = 60%，如果浓度加倍，则（1）T值为多少？
（2）A 值为多少？
（3）用5.0 cm 吸收池时，要获得T = 60%，则溶液的浓度为原来浓度的多少倍？
解：A＝－lg T =εbc －lg 0.60 = 0.222
浓度增倍时：
（1）lg T =－0.444 T= 36 %
（2）A＝－lg T = 0.444
（3）1.0cm时：c1 = 0.222 5.0cm时：c2 = 0.222
c2/c1= 1.0 /5.0 = 0.2倍
【20-4】有两种不同浓度的KMnO4溶液，当液层厚度相同时，在527nm处透光度T分别为（1）65.0%，（2）41.8%。
求它们的吸光度A各为多少？若已知溶液（1）的浓度为6.51×10-4mol·L-1，求出溶液（2）的浓度为多少？
解：（1）A＝εbc =－lgT＝－lg 0.650 = 0.187
（2）A＝－lg 0.418 = 0.379
（3）当c1= 6.51×10-4 mol • L-1时，
b = 0.187∕6.51×10-4 = 287 mol -1 • L
c 2= 0.379∕287 = 1.32×10-3 mol • L -1
【20-5】在pH=3时，于655 nm 处测得偶氮胂Ⅲ与镧的紫蓝色配合物的摩尔吸光系数为4.50×104。
如果在25mL 容量瓶中有30g La 3+，用偶氮胂Ⅲ显色，用2.0cm 吸收池在655 nm 处测量，其吸光度应为多少？ 解：A =εbc
= (4.50×104×2.0×30×10-6)∕(138.9×0.025) = 0.78
【20-6】有一含有0.088 mgFe 3+的溶液用SCN -显色后，用水稀释到50.00 mL ，以1.0 cm 的吸收池在480 nm 处测得吸光度为0.740，计算Fe(SCN)2+配合物的摩尔吸光系数。
解：ε= A∕bc
= (0.740×55.85×50.00)∕(1.0×0.088) = 2.35 × 104 cm -1 • mol -1 • L
【20-7】当光度计的透光度测量的读数误差△T = 0.01时，测得不同浓度的某吸光溶液的吸光度为 0.010，0.100，0.200，0.434，0.800，1.20。
利用吸光度与浓度成正比以及吸光度与透光度的关系，计算由仪器读数误差引起的浓度测量的相对误差。
解：T = 10－A lg T ＝－A
0.434 c T
c T lg T
=V V 当 A = 0.010 时, T = 10－0.010 ，lg T ＝－0.010 , 又△T = 0.01
c
c
V = 0.434 ×0.01∕10－0.010×(－0.01 0 ) =－44.4 % 同理，当A = 0.100 、0.200、0.434、0.800、1.20时，
c
V =－5.46% ,－3.44 %,－2.72 % ,－3.42 % ,－5.73%
【20-8】设有 X 和 Y 两种组分的混合物。
X 组分在波长1λ和2λ处的摩尔吸光系数分别为1.98 × 103 cm -1 • mol -1 • L 和2.80 × 104cm -1 • mol -1 • L 。
Y 组分在波长1λ和2λ处的摩尔吸光系数分别为2.04×104 cm -1• mol -1•L 和3.13×102cm -1•mol -1•L 。
液层厚度相同，在1λ处测得总吸光度为0.301，在2λ处为0.398。
求算X 和Y 两组分的浓度是多少？
解：A 1X ＝ε1X bc X 、A 1Y ＝ε1Y bc Y
A 1总＝ A 1X + A 1Y ＝ε1X bc X +ε1Y bc (1) 同理A 2总＝ A 2X + A 2Y ＝ε2X bc X +ε2Y bc (2)
由(1) c X ＝( A 1总－ε1Y bc Y )∕ε1X b
代入(2) c Y ＝( ε1X A 2总－ε2X A 1总)∕( ε1X 2Y b －2X 1Y b ) 设 b ＝1.0 cm ，
c Y ＝( 1.98×103×0.398－2.80×104×0.301 )∕(1.98×103×3.13×102×1.0－2.80×104×2.04×104×1.0) = 1.34×10－
5 mol • L －
1
c X = ( 0.301－2.04×104×1.0×1.34×10－
5)∕(1.98×103×1.0) = 1.40×10
－5
mol • L －
1
【20-9】某有色配合物的0.0010%水溶液在510nm 处，用2cm 吸收池测得透光度T 为0.420，已知
510κ=2.5×103L·mol -1·cm -1。
试求此有色配合物的摩尔质量。
解：A=-lgT=-lg0.42=0.376，
c=A/bε=0.376/（2.5×103×2）=7.52×10-5 mol/L
因此，1000mL 中含有色物7.52×10-5×Mg 。
已知含量为0.001%， 故1000/（7.52×10-5M ）=100/0.0010，M=131.5g/mol
【20-10】浓度为2.0×10-4mol·L -1的甲基橙，在不同pH 的缓冲溶液中，于520nm 波长处，用1cm 吸收池测得吸光度值。
计算甲基橙的p K a 值。
pH 0.88 1.17 2.99 3.41 3.95 4.89 5.50 A 0.890
0.890
0.692
0.552
0.385
0.260
0.260
解：设甲基橙酸式组分和碱式组分在波长520nm 处的吸光度分别为A HL 和A L -，由已知数据
可知A HL =0.890，A L -=0.260。
所以： 311HL -41
0.890
=
4.4510L mol cm 1cm 2.010mol L
κ---=⨯⋅⋅⨯⨯⋅，
-311
-41
L 0.260= 1.3010L mol cm 2cm 10mol L
κ---=⨯⋅⋅⨯⋅ （1）用代数法求K a 。
根据HL L =
[H ]a A A A A K -
+
--计算不同pH 值时的K a 值：
pH=2.99时，K a =4.7×10-4；pH=3.41时，K a =4.5×10-4；pH=3.95时，K a =4.5×10-4。
取以上三个K a 的平均值，有K a =4.6×10-4，得到p K a =3.34。
（2）用图解法求K a ：
按已知条件A L -=0.260，A HL =0.890，计算相关数据，填入表中：
pH 0.88 1.17 2.99 3.41 3.95 4.89 5.50 A
0.890 0.890 0.692 0.552 0.385 0.260 0.260 L HL lg
A A
B A A
--=-
0.339
-0.064
-0.606
以pH 值为横坐标，L HL lg
A A
B A A
--=-为纵坐标绘图，如图所示。
直线与横坐标交点处对应的值（或与纵坐标交点处对应的值）即为p K a 。
从图中可得p K a =3.33，K a =4.7×10-4。