第7章 比色法与分光光度法

绿 蓝绿 绿蓝 蓝 紫 紫红 红
6
黄绿 黄 橙
物质对光的吸收——物质的颜色与光的关系 物质对光的吸收——物质的颜色与光的关系
光谱示意 完全吸收
复合光
表观现象示意 黑体
完全透过 各种光部分 均匀被吸收 物体选择性 吸收某种光 入射光 I0 透射光 It
透 明
物体呈现其 互补光颜色
玻璃在可见光区是透明的；石英在紫外光区是透明的 玻璃在可见光区是透明的；
A = A1 + A2 + … +An
A = ∑A = ∑εiCi L = L∑εiCi i
i i i
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郎伯-比尔定律的适用范围 郎伯 比尔定律的适用范围
朗伯比尔定律的局限性
定律本身的局限性： 定律本身的局限性：
只适于稀溶液 只适于稀溶液<0.01mol/L 稀溶液<0.01mol/L 高浓度时组分间有相互作用 高浓度时组分间有相互作用： 组分间有相互作用： 分子间距减小、 分子间距减小、相邻粒子的电 荷分布变化等引起ε 荷分布变化等引起ε的变化 C 吸收定律偏离 郎比定律适用前提是对 的吸收， 单色光的吸收 单色光的吸收，而实际 上波长选择器从连续光 源中分离出的是所需波 长的波长带（多色辐射） 长的波长带（多色辐射）
I0 A = lg = εCL It
I0
A1 = lg
I0 I参比
A2 = lg
I0 I试液
I参比 A = A2 - A1 = lg I试液
实际上是以通过参比液的光 25 强作为入射光强 入射光强I 强作为入射光强I0
参比溶液的选择
溶剂空白:纯溶剂（扣除吸收池干扰） 溶剂空白:纯溶剂（扣除吸收池干扰）适用 于样品基体、 于样品基体、共存组分和显色剂均无色情况 种 类 试剂空白:纯溶剂+显色剂+其他试剂, 试剂空白:纯溶剂+显色剂+其他试剂,适用于 样品基体、共存组分无色，显色剂等均有色 样品基体、共存组分无色， 样品空白:待测试样溶液,适用于显色剂无色， 样品空白:待测试样溶液,适用于显色剂无色， 共存组分、 共存组分、样品基体有色 空白溶液: 空白溶液:显色剂 + 待测试样 + 待测组分的 掩蔽剂，适用于显色剂、样品基体、 掩蔽剂，适用于显色剂、样品基体、共存组 分均有色
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A
化学偏离： 化学偏离：被分析物质与溶 剂发生缔合、离解、 剂发生缔合、离解、溶剂化 反应， 反应，产生不同的吸收光谱 仪器偏离：单色光不纯引起 仪器偏离：单色光不纯引起
朗伯朗伯-比尔定律的适用条件
1. 单色光：应选用λmax处或肩峰处测定，此时 单色光： 测定， 处或肩峰处测定
干扰组分、 干扰组分、溶剂等不吸收或有很弱的吸收
L
入射光 I0
C
透射光 It
如何测定吸光 光强）？ 度（光强）？
It T = = 10 −εCL I0
或
− lg T = A = εCL
思考：如何获得单色光？ 思考：如何获得单色光？ 单色光的波长如何选择？ 波长如何选择 单色光的波长如何选择？
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I0 A = lg = ε CL It
吸光度（ 吸光度（Absorbance）与透光率的关系 ）
入射光波长
温度
取值与浓度的单位相关 c：mol / L ： 摩尔吸收系数， 摩尔吸收系数， L · mol –1 · cm -1
A = ε CL
c：g / L ： 相互关系： 相互关系： 质量吸收系数， 质量吸收系数， L · g –1 · cm -1
M=
ε
a
A = aCL
M为摩尔质量
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吸光系数可查表或实测得到
− lg T = εCL = A
T ： 透光率
1.0
T =10
100
−A
=10
−εCL
A： 吸光度 ： T = 0.0 % A=∞ T% T = 100.0 % A = 0.0 T = 36.8 %
T
A
50
A
0.5
0
0
C
A = 0.434
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吸光度适宜的取值范围： 吸光度适宜的取值范围：0.2~0.8
溶液浓度的测定 溶液浓度的测定
A
A＝ε CL ＝
工作曲线法 (校准曲线 校准曲线) 校准曲线
0.80 Ax 0.60 0.40 0.20 0.00
*
cx 0 1.0 2.0 3.0 4.0 c(mg/mL)
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7.4 显色反应及其影响因素
1.显色剂和显色反应的选择 选择性好，灵敏度高，⊿λ>60 nm 显色稳定且重现性好 2.显色条件 显色剂用量 酸度 显色温度 显色时间 显色干扰及其去除
S3 E3 E2 E1 E0
原子对光的吸收 原子对光的吸收
hν
S2 S1 S0
∆E = E2 − E0 = hν = hc 物质对光的吸收满足条件： 物质对光的吸收满足条件：
λ
10
吸收光谱
Absorption Spectrum S3 hν S2 S1 S0 S2 hν A S1 S0 E3 E2 E1 E0 A
λmax(A) λmax(B) λ
定量分析基础 定量分析基础 在一定的实验条 件下， 件下，物质对光 的吸收与物质的 浓度成正比。 浓度成正比。 A C
λ0
增 大
λ
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7.2 溶液的吸光定律
透射比） 透光率 （透射比）Transmittance 入射光 I0 透射光 It
透光率定义： 透光率定义：
2
基本概念
吸收光谱法： 分子（或原子） 吸收光谱法：基于被测物质的分子（或原子） 具有选择吸收的特性而建立的分析方法。 选择吸收的特性而建立的分析方法 对光 具有选择吸收的特性而建立的分析方法。
入射光 I0 透射光 It
分光光度法：光强为 单色光照射到样品上 照射到样品上， 分光光度法：光强为I0的单色光照射到样品上， 样品中被测组分吸收部分光， 被测组分吸收部分光 样品中被测组分吸收部分光，透射光强减弱 通过测量光强度的变化 光强度的变化来得出被测物 为 It 。通过测量光强度的变化来得出被测物 质量
吸光光谱原理（重点） 吸光光谱原理（重点） 7.1 电磁波谱，物质对光的吸收 电磁波谱， 7.2 吸光定律，吸收光谱法定量的基本方法， 吸光定律，吸收光谱法定量的基本方法， 朗伯比尔定律适用范围 p168-170 7.4 显色反应及其影响因素 p179-184 7.5 吸光度测定条件选择 p184-185 7.3 比色法和分光光度法（了解仪器原理） 比色法和分光光度法（了解仪器原理） 7.6 应用：水样中 2+、Cr3+测定（实验） 应用：水样中Fe 测定（实验）
吸光度
原子纯 原子纯电子能态 间跃迁
λ 锐线光谱
λ 分子核外电子跃迁 分子核外电子跃迁 带状光谱
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紫外-可见光区产生吸 紫外 可见光区产生吸 收的分子结构 分子结构中必须 收的分子结构中必须 共轭π键或杂原子 有共轭 键或杂原子 生色团和助色团） （生色团和助色团）
Cr2O72-、MnO4-的特征吸收光谱 的特征吸收光谱
1
二战期间， 二战期间，美国政府希望士兵得到 较好的营养。但是当时， 较好的营养。但是当时，不知道食 品中到底有什么维生素，有多少。 品中到底有什么维生素，有多少。 在当时需要简便快速的测定方法 简便快速的测定方法。 在当时需要简便快速的测定方法。 1941年，第一台 年 第一台commercial available 的分光光度计问世。 分光光度计问世 问世。 Beckman DU Spectrophotometer. 使得维生素的测定变得非常简单。 使得维生素的测定变得非常简单。
8
KMnO4
物质呈现透过光的颜色， 物质呈现透过光的颜色，被吸收的光与透过光呈互补色 透过光的颜色
物质对光选择吸收
光的波粒二象性 光的折射 波动性
λ ν E
光的衍射 光的偏振 光的干涉
粒子性
光电效应
一定波长（频率） 一定波长（频率）的光具有一定的能量 波长 具有一定的能量
E=hv=hc/ λ
9
物质对光选择吸收的实质：物质原子或分子的 物质对光选择吸收的实质：物质原子或分子的核外电 子能级不同，只能吸收能量与其能级差相匹配 子能级不同，只能吸收能量与其能级差相匹配的波长 不同 吸收能量与其能级差相匹配的 的光。 的光。
物质的颜色与吸收光、透过光的关系 物质的颜色与吸收光、
吸收光颜色 紫 蓝 绿蓝 蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 红 吸收光波长 λ /nm 物质颜色（互补色） 物质颜色（互补色） 400 ～ 450 黄绿 450 ～ 480 480 ～ 490 490 ～ 500 500 ～ 560 560 ～ 580 580 ～ 610 610 ～ 650 650 ～ 760 黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
双硫腙法测定Pb 例： 双硫腙法测定 2+，浓度为 0.080mg/50ml 的Pb2+溶液，用2cm的比 溶液， 的比 色皿于520nm处测得吸光度 处测得吸光度=0.28。求摩 色皿于 处测得吸光度 。 尔吸收系数。 尔吸收系数。 [Pb2+]= 0.080 x 10-3 / 50 x 10-3 x 207
780 nm ~ 2.5 µm
2.5 µm ~ 50 µm
50 µm 5 ~300 µm
单色光、复合光、光的互补 单色光、复合光、 单色光 复合光 光的互补 单一波长的光 单一波长的光 由不同波长的光组合而成的光 不同波长的光组合而成的光 若两种不同颜色的单色光按一定的强度比 例混合得到白光， 例混合得到白光，那么就称这两种单色光 为互补色光
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7.5 吸光度测定条件选择
光有吸收外， 除被测组分对波长为λ的光有吸收外，还有其他 干扰吸收： 干扰吸收： 1）吸收池对光的反射、吸收； ）吸收池对光的反射、吸收； 对光的反射 2）样品中样品基体、显色剂 或其它试剂）和 ）样品中样品基体 显色剂(或其它试剂 样品基体、 或其它试剂） 共存组分对光的吸收 共存组分对光的吸收 消除措施 ），再 消除措施：用参比溶液调T=100%（A=0），再 参比溶液调 （ ）， 测样品溶液的吸光度， 消除了吸收池对光的吸 测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸 反射，溶剂、试剂对光的吸收等 对光的吸收等。 收、反射，溶剂、试剂对光的吸收等。