8章吸光光度法 共91页PPT资料
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2019/10/27
二.偏离比尔定律的原因
2019/10/27
1.非单色光引起的对吸光定律的偏离
I I 10 λ1
A1
lg I01 It1
1bc
t1
01
1bc
λ2
A2
lg
I02 It2
2bc
2019/10/27
It2 I02 102bc
实际上入射光为：λ1 +λ2
例： Cr2O72- + H2O = CrO42- + 2H+ 橙色（λmax=350nm） 黄色（λmax=375nm）
2019/10/27
4.溶液浓度 朗伯—比耳定律是建立在所有的吸光质点之间
不发生相互作用的前提下的，当溶液浓度较高（c >10 -2 mol ·L-1）时，吸光质点间分子或离子的平均距 离减小，就会发生相互作用而改变吸光质点的电荷 分布，改变它们对光的吸收能力，即改变吸光质点 的摩尔吸光系数，浓度越大，这种影响就越显著。 朗伯—比耳定律只适用于稀溶液(c<10-2 mol ·L-1) 。
2019/10/27
光学光谱区
远紫外 近紫外 可见 近红外 中红外
（真空紫外）
远红外
10nm~200nm 200nm 400nm
780 nm 2.5 m
~400nm ~ 780nm ~ 2.5 m ~ 50 m
50 m ~300 m
2019/10/27
三、物质对光的选择性吸收
单色光：具有相同能量(相同波长)的光. 复合光：具有不同能量(不同波长)的光复合 在一起. 例如白光. 互补光：把两种适当颜色的光按一定的强度
a －吸光系数 Absorptivity
A＝a b c
a 的单位: L·g-1·cm-1
当c的单位用mol·L-1表示时，用 ε 表示.
－摩尔吸光系数 Molar Absorptivity
A＝ε b c
ε 的单位: L·mol-1·cm-1
ε= Ma
2019/10/27
灵敏度表示方法
摩尔吸光系数
ε >105 ：
超高灵敏；
ε = (6～10）×104 ：高灵敏；
ε = 104～ 103 ： 中等灵敏；
ε < 103 ：
不灵敏。
2019/10/27
朗伯-比尔定律的适用条件
1. 单色光
应选用lmax处或肩峰处测定.
2. 吸光质点形式不变
离解、配合、缔合会破坏线性关系, 应控制条件(酸度、浓度、介质等).
3.色谱法: 气相色谱, 液相色谱 4.质谱法、热分析法、放射化学法等
2019/10/27
吸收光谱 发射光谱 散射光谱
分子光谱 原子光谱
吸光光度法：分子光谱分析法的一种，又称分光光 度法，属于分子吸收光谱分析方法 基于外层电子跃迁
2019/10/27
8.1 概述
一.特点
– 灵敏度高：测定下限可达10-5～10 -6mol·L-1, (10 -8mol·L-1 )
It 透过光
A = —lgT = lg(1/T) = lg(I0/It) = Kbc
T=10-Kbc=10-A
2019/10/27
吸光度A、透射比T与浓度c 的关
系
1.0
100
0.8 T =10-kbc
80
0.6
A=kbc 60
0.4
40
0.2
20
A
T (%)
c
2019/10/27
K的表示方法
当c的单位用g·L-1表示时，用a 表示，
A = Kbc
c: mol/L c: g/L
A = bc
A = abc a: 吸光系数
表示物质的浓度为1mol/L,液层厚度为1cm时溶液
的吸光度。单位： (L•mol-1 •cm-1)
2019/10/27
ε可作为物质的吸光能力的度量
ε越大表明该物质的吸光能力越强，用光度
法测定该物质的灵敏度越高。
10-邻二氮菲铁的a及ε。
需要知两个公式 A= a b c 以及ε =Ma,
解：先求a，再求ε
已知 M Fe=55.85 a =A / bc = 0.19/2×5.0×10-4=190L·g-1·cm-1 ε =Ma =55.85×190=1.1×104L·mol-1·cm-1
2019/10/27
吸光度的加和性与吸光度的测量 A = A1 + A2 + … +An
用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶 液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，
溶剂、试剂对光的吸收等。
A 1= lgII 参 0 比 A 2= lgII 试 0 液 A = A 2-A 1= lgI I试 参 液 比
波长范围(nm) 185~375 185~400 320~2500 250~2000 180~1000 1000~3500 特有 特有
适用于 紫外 紫外 可见，近红外 紫外，可见，近红外 紫外、可见（荧光） 红外 原子光谱 各种谱学手段
2019/10/27
单色器 作用:产生单色光 常用的单色器：棱镜和光栅
A总lgII0t11
I02 It2
lg I01
I01 101bc
I02 I02
102bc
1bclg(I01 I02)lg(I01 I02 10(12)bc)
当κ1 = κ2 时，A总 = κ1 bc，遵守比耳定律
当κ1 ≠ κ2 时，A总 ≠ κ1 bc，偏离比耳定律
第8章 吸光光度法
8.1 概述 8.2 光吸收的基本定律 8.3 光度计的基本部件 8.4 显色反应与分析条件的选择 8.5 吸光度测量条件的选择 8.6 吸光光度法的应用
2019/10/27
化学分析与仪器分析方法比较
化学分析：常量组分(>1%), Er : 0.1%～0.2% 准确度高 依据化学反应, 使用玻璃仪器
结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越 长(频率越低)，光量子的能量越低.
2019/10/27
1 吸收光谱产生的原因
光:一种电磁波,波粒二象性 光谱名称
X射线
当光子的能量与分子的E匹配时， 远紫外光
就外光
中红外光
远红外光
微波
无线电波
波长范围 0.1~10nm 10~200nm 200~400nm 400~750nm 0.75~2.5um 2.5~5.0um 5.0~1000um 0.1~100cm 1～1000m
（4）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。
2019/10/27
苯 (254nm)
甲苯 (262nm)
A
230
250
270
l
2019/10/27
苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱
8-2 光的吸收定律
──朗伯-比耳（Larnbert-Beer）定律
吸光度与液层厚度 吸光度与物质浓度
2019/10/27
A∝b
A lg
I0 I
k1
b
①
A∝ c
A lg I0 I
k2
c
②
朗伯定律:(1760) A=lg(I0/It)=k1b
当入射光的l ,吸光物质的c 一定时,溶液的 吸光度A与液层厚度b成正比.
比尔定律(1852) A=lg(I0/It)=k2c
当入射光的l ,液层厚度b 一定时,溶液 的吸光度A与吸光物质的c成正比.
2019/10/27
吸光度的加和性
在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收 的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各 个吸光物质的吸光度之和
A1 = 1bc1 A2 = 2bc2 A = 1bc1+ 2bc2
A = A1 + A2 + … +An
根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及 某些化学反应平衡常数的测定
低档仪器：刻度显示 中高档仪器：数字显示，自动扫描记录
3. 稀溶液
浓度增大，分子之间作用增强.
2019/10/27
朗伯-比尔定律的分析应用
溶液浓度的测定
A
A＝ b c
0.80 Ax
0.60
*
工作曲线法 (校准曲线)
0.40
0.20
0.00
0
1.0 2.0
cx 3.0 4.0 c(mg/mL)
2019/10/27
例题
铁（Ⅱ）浓度为5.0×10-4 g·L-1 的溶液，与 1，10邻二氮菲反应，生成橙红色络合物。该配合物在波长 508nm，比色皿厚度为2cm时，测得A=0.19。计算1，
2019/10/27
8.2 光度计及基本部件
1.目视比色法
观察方向
空白 c1
c2
c3
c4
方便、灵敏，准确度差. 常用于限界分析.
2019/10/27
目视比色法 特点
利用自然光 比较吸收光的互补色光 准确度低（半定量） 不可分辨多组分 方法简便，灵敏度高
2019/10/27
标准系列 未知样品
2. 光电比色法
通过滤光片得一窄范围的光(几十nm)
2019/10/27
滤光片的颜色与有 色溶液的颜色互补.
光电比色计结构示意图
3. 吸光光度法和分光光度计
通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光. 波长可调, 故选择性好, 准确度高.
光源
单色器
吸收池
检测系统
分光光度计的基本组成
2019/10/27
常用光源
光源 氢灯 氘灯 钨灯 卤钨灯 氙灯 能斯特灯 空心阴极灯 激光光源
– 准确度高:能够满足微量组分的测定要求： 相对误差2～5％ （1～2％）
– 操作简便快速 – 应用广泛
2019/10/27
包括：比色法、可见分光光度法、紫外分光 光度法、红外光谱法等。
2019/10/27
二、光的基本性质
光是一种电磁波，它具有波粒二象性， 光具有一定的能量。
E = hν = hc/λ
1. 光学分析法: 基于电磁辐射与物质的相互作用.
非光谱法 （折射法，浊度法，旋光法）
光
（不以光的波长为特征讯号）
学 分 光谱法 析
分子光谱法 UV/Vis,IR 原子光谱法 AAS,AES
法 （以光的吸收、发射等作用而建立的分析方法，通过
检测光谱的波长和强度来进行定性和定量的方法）
2.电化学分析法: 依据物质的电化学性质及其变化
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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 质点的散射 质点间的化学反应
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2.散射 试样不均匀,被测液含悬浮物或胶粒等散射指
点时,入射光因散射而损失。 3.化学因素
溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合 物的形成等化学平衡破坏了平衡浓度分析浓度的 正比关系，造成对朗伯—比耳定律的偏离。
2019/10/27
吸收曲线的讨论：
（1）不同物质,曲线形状 不同，最大吸收波长λmax 不同，可用作定性鉴定各 种物质
（2）同一种物质，浓度 不同，其吸收曲线形状相 似，λmax不变。
2019/10/27
（3）同一种物质，浓度不同，在某一定波长下吸光 度 A 有差异，在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最 大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择 入射光波长的重要依据。
黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
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
完全透过
吸收黄色光
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吸收曲线：测量某种物质 对不同波长单色光的吸收 程度，以波长为横坐标， 吸光度为纵坐标，得到的
一条吸收光谱曲线。 用途：
①进行定性分析； ②进行定量分析； ③选择吸收波长； ④判断干扰情况。
2019/10/27
一.朗伯-比尔定律
A=lg(I0/It)=kbc
意义: 当一束平行单色光通过均匀、
透明的吸光介质时，其吸光度与 吸光质点的浓度和吸收层厚度的 乘积成正比.
2019/10/27
透光率(透射比）T（Transmittance）
T = It I0
I0 入射光
吸光度A (Absorbance）
比例混合，成为白光，称为互补色光。
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不同颜色的可见光波长及其互补光
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l/nm 400-450
450-480 480-490 490-500 500-560 560-580 580-610 610-650 650-780
颜色 紫
蓝 绿蓝 蓝绿
绿 黄绿
黄 橙 红
互补光 黄绿
仪器分析：微量组分(<1%), Er : 1%～5% 灵敏度高 依据物理或物理化学性质, 需要特殊的仪器
例: 含Fe约0.05%的样品, 称0.2 g, 则m(Fe)≈0.1 mg
容量法 V(K2Cr2O7)≈0.02 mL, 测不准
光度法 结果0.048%～0.052%, 满足要求
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样品池（比色皿）
厚度(光程): 0.5, 1, 2, 3, 5…cm 材质：玻璃比色皿－－可见光区
石英比色皿－－可见、紫外光区
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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 电流讯号。
光电池，光电管，光电倍增管
检流计（指示器）：
二.偏离比尔定律的原因
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1.非单色光引起的对吸光定律的偏离
I I 10 λ1
A1
lg I01 It1
1bc
t1
01
1bc
λ2
A2
lg
I02 It2
2bc
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It2 I02 102bc
实际上入射光为：λ1 +λ2
例： Cr2O72- + H2O = CrO42- + 2H+ 橙色（λmax=350nm） 黄色（λmax=375nm）
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4.溶液浓度 朗伯—比耳定律是建立在所有的吸光质点之间
不发生相互作用的前提下的，当溶液浓度较高（c >10 -2 mol ·L-1）时，吸光质点间分子或离子的平均距 离减小，就会发生相互作用而改变吸光质点的电荷 分布，改变它们对光的吸收能力，即改变吸光质点 的摩尔吸光系数，浓度越大，这种影响就越显著。 朗伯—比耳定律只适用于稀溶液(c<10-2 mol ·L-1) 。
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光学光谱区
远紫外 近紫外 可见 近红外 中红外
（真空紫外）
远红外
10nm~200nm 200nm 400nm
780 nm 2.5 m
~400nm ~ 780nm ~ 2.5 m ~ 50 m
50 m ~300 m
2019/10/27
三、物质对光的选择性吸收
单色光：具有相同能量(相同波长)的光. 复合光：具有不同能量(不同波长)的光复合 在一起. 例如白光. 互补光：把两种适当颜色的光按一定的强度
a －吸光系数 Absorptivity
A＝a b c
a 的单位: L·g-1·cm-1
当c的单位用mol·L-1表示时，用 ε 表示.
－摩尔吸光系数 Molar Absorptivity
A＝ε b c
ε 的单位: L·mol-1·cm-1
ε= Ma
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灵敏度表示方法
摩尔吸光系数
ε >105 ：
超高灵敏；
ε = (6～10）×104 ：高灵敏；
ε = 104～ 103 ： 中等灵敏；
ε < 103 ：
不灵敏。
2019/10/27
朗伯-比尔定律的适用条件
1. 单色光
应选用lmax处或肩峰处测定.
2. 吸光质点形式不变
离解、配合、缔合会破坏线性关系, 应控制条件(酸度、浓度、介质等).
3.色谱法: 气相色谱, 液相色谱 4.质谱法、热分析法、放射化学法等
2019/10/27
吸收光谱 发射光谱 散射光谱
分子光谱 原子光谱
吸光光度法：分子光谱分析法的一种，又称分光光 度法，属于分子吸收光谱分析方法 基于外层电子跃迁
2019/10/27
8.1 概述
一.特点
– 灵敏度高：测定下限可达10-5～10 -6mol·L-1, (10 -8mol·L-1 )
It 透过光
A = —lgT = lg(1/T) = lg(I0/It) = Kbc
T=10-Kbc=10-A
2019/10/27
吸光度A、透射比T与浓度c 的关
系
1.0
100
0.8 T =10-kbc
80
0.6
A=kbc 60
0.4
40
0.2
20
A
T (%)
c
2019/10/27
K的表示方法
当c的单位用g·L-1表示时，用a 表示，
A = Kbc
c: mol/L c: g/L
A = bc
A = abc a: 吸光系数
表示物质的浓度为1mol/L,液层厚度为1cm时溶液
的吸光度。单位： (L•mol-1 •cm-1)
2019/10/27
ε可作为物质的吸光能力的度量
ε越大表明该物质的吸光能力越强，用光度
法测定该物质的灵敏度越高。
10-邻二氮菲铁的a及ε。
需要知两个公式 A= a b c 以及ε =Ma,
解：先求a，再求ε
已知 M Fe=55.85 a =A / bc = 0.19/2×5.0×10-4=190L·g-1·cm-1 ε =Ma =55.85×190=1.1×104L·mol-1·cm-1
2019/10/27
吸光度的加和性与吸光度的测量 A = A1 + A2 + … +An
用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶 液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，
溶剂、试剂对光的吸收等。
A 1= lgII 参 0 比 A 2= lgII 试 0 液 A = A 2-A 1= lgI I试 参 液 比
波长范围(nm) 185~375 185~400 320~2500 250~2000 180~1000 1000~3500 特有 特有
适用于 紫外 紫外 可见，近红外 紫外，可见，近红外 紫外、可见（荧光） 红外 原子光谱 各种谱学手段
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单色器 作用:产生单色光 常用的单色器：棱镜和光栅
A总lgII0t11
I02 It2
lg I01
I01 101bc
I02 I02
102bc
1bclg(I01 I02)lg(I01 I02 10(12)bc)
当κ1 = κ2 时，A总 = κ1 bc，遵守比耳定律
当κ1 ≠ κ2 时，A总 ≠ κ1 bc，偏离比耳定律
第8章 吸光光度法
8.1 概述 8.2 光吸收的基本定律 8.3 光度计的基本部件 8.4 显色反应与分析条件的选择 8.5 吸光度测量条件的选择 8.6 吸光光度法的应用
2019/10/27
化学分析与仪器分析方法比较
化学分析：常量组分(>1%), Er : 0.1%～0.2% 准确度高 依据化学反应, 使用玻璃仪器
结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越 长(频率越低)，光量子的能量越低.
2019/10/27
1 吸收光谱产生的原因
光:一种电磁波,波粒二象性 光谱名称
X射线
当光子的能量与分子的E匹配时， 远紫外光
就外光
中红外光
远红外光
微波
无线电波
波长范围 0.1~10nm 10~200nm 200~400nm 400~750nm 0.75~2.5um 2.5~5.0um 5.0~1000um 0.1~100cm 1～1000m
（4）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。
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苯 (254nm)
甲苯 (262nm)
A
230
250
270
l
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苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱
8-2 光的吸收定律
──朗伯-比耳（Larnbert-Beer）定律
吸光度与液层厚度 吸光度与物质浓度
2019/10/27
A∝b
A lg
I0 I
k1
b
①
A∝ c
A lg I0 I
k2
c
②
朗伯定律:(1760) A=lg(I0/It)=k1b
当入射光的l ,吸光物质的c 一定时,溶液的 吸光度A与液层厚度b成正比.
比尔定律(1852) A=lg(I0/It)=k2c
当入射光的l ,液层厚度b 一定时,溶液 的吸光度A与吸光物质的c成正比.
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吸光度的加和性
在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收 的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各 个吸光物质的吸光度之和
A1 = 1bc1 A2 = 2bc2 A = 1bc1+ 2bc2
A = A1 + A2 + … +An
根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及 某些化学反应平衡常数的测定
低档仪器：刻度显示 中高档仪器：数字显示，自动扫描记录
3. 稀溶液
浓度增大，分子之间作用增强.
2019/10/27
朗伯-比尔定律的分析应用
溶液浓度的测定
A
A＝ b c
0.80 Ax
0.60
*
工作曲线法 (校准曲线)
0.40
0.20
0.00
0
1.0 2.0
cx 3.0 4.0 c(mg/mL)
2019/10/27
例题
铁（Ⅱ）浓度为5.0×10-4 g·L-1 的溶液，与 1，10邻二氮菲反应，生成橙红色络合物。该配合物在波长 508nm，比色皿厚度为2cm时，测得A=0.19。计算1，
2019/10/27
8.2 光度计及基本部件
1.目视比色法
观察方向
空白 c1
c2
c3
c4
方便、灵敏，准确度差. 常用于限界分析.
2019/10/27
目视比色法 特点
利用自然光 比较吸收光的互补色光 准确度低（半定量） 不可分辨多组分 方法简便，灵敏度高
2019/10/27
标准系列 未知样品
2. 光电比色法
通过滤光片得一窄范围的光(几十nm)
2019/10/27
滤光片的颜色与有 色溶液的颜色互补.
光电比色计结构示意图
3. 吸光光度法和分光光度计
通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光. 波长可调, 故选择性好, 准确度高.
光源
单色器
吸收池
检测系统
分光光度计的基本组成
2019/10/27
常用光源
光源 氢灯 氘灯 钨灯 卤钨灯 氙灯 能斯特灯 空心阴极灯 激光光源
– 准确度高:能够满足微量组分的测定要求： 相对误差2～5％ （1～2％）
– 操作简便快速 – 应用广泛
2019/10/27
包括：比色法、可见分光光度法、紫外分光 光度法、红外光谱法等。
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二、光的基本性质
光是一种电磁波，它具有波粒二象性， 光具有一定的能量。
E = hν = hc/λ
1. 光学分析法: 基于电磁辐射与物质的相互作用.
非光谱法 （折射法，浊度法，旋光法）
光
（不以光的波长为特征讯号）
学 分 光谱法 析
分子光谱法 UV/Vis,IR 原子光谱法 AAS,AES
法 （以光的吸收、发射等作用而建立的分析方法，通过
检测光谱的波长和强度来进行定性和定量的方法）
2.电化学分析法: 依据物质的电化学性质及其变化
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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 质点的散射 质点间的化学反应
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2.散射 试样不均匀,被测液含悬浮物或胶粒等散射指
点时,入射光因散射而损失。 3.化学因素
溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合 物的形成等化学平衡破坏了平衡浓度分析浓度的 正比关系，造成对朗伯—比耳定律的偏离。
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吸收曲线的讨论：
（1）不同物质,曲线形状 不同，最大吸收波长λmax 不同，可用作定性鉴定各 种物质
（2）同一种物质，浓度 不同，其吸收曲线形状相 似，λmax不变。
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（3）同一种物质，浓度不同，在某一定波长下吸光 度 A 有差异，在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最 大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择 入射光波长的重要依据。
黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
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
完全透过
吸收黄色光
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吸收曲线：测量某种物质 对不同波长单色光的吸收 程度，以波长为横坐标， 吸光度为纵坐标，得到的
一条吸收光谱曲线。 用途：
①进行定性分析； ②进行定量分析； ③选择吸收波长； ④判断干扰情况。
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一.朗伯-比尔定律
A=lg(I0/It)=kbc
意义: 当一束平行单色光通过均匀、
透明的吸光介质时，其吸光度与 吸光质点的浓度和吸收层厚度的 乘积成正比.
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透光率(透射比）T（Transmittance）
T = It I0
I0 入射光
吸光度A (Absorbance）
比例混合，成为白光，称为互补色光。
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不同颜色的可见光波长及其互补光
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l/nm 400-450
450-480 480-490 490-500 500-560 560-580 580-610 610-650 650-780
颜色 紫
蓝 绿蓝 蓝绿
绿 黄绿
黄 橙 红
互补光 黄绿
仪器分析：微量组分(<1%), Er : 1%～5% 灵敏度高 依据物理或物理化学性质, 需要特殊的仪器
例: 含Fe约0.05%的样品, 称0.2 g, 则m(Fe)≈0.1 mg
容量法 V(K2Cr2O7)≈0.02 mL, 测不准
光度法 结果0.048%～0.052%, 满足要求
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样品池（比色皿）
厚度(光程): 0.5, 1, 2, 3, 5…cm 材质：玻璃比色皿－－可见光区
石英比色皿－－可见、紫外光区
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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 电流讯号。
光电池，光电管，光电倍增管
检流计（指示器）：