比色

而显示出特征的颜色，这一过程与物质的性质及光的组成有
关。
当一束白光通过某溶液时，由于物质对光的选择性吸收， 某些波长的光被吸收，另一些波长的光则不被吸收而透过溶 液。溶液的颜色由透过光的波长所决定。 (1)如果物质把各种波长的光完全都吸收，则呈现黑色； (2)如果透过所有的光，则为无色透明溶液； (3)如果对各种波长的光吸收程度差不多，则呈现灰色； (4)如果物质选择性地吸收某些波长的光，那么，溶液的颜色
任何可见光区内溶液的颜色主要是由λmax决定。
吸收曲线是吸光光度法中选择测定波长的主要依据。 同一物质的不同浓度的溶液，在吸收峰附近的A随C↑而增 大——定量分析。
KMnO4溶液的吸收曲线
(c KMnO4 ：a<b<c<d )
4、比色及光度分析的特点
灵敏度高：测定物质的浓度下限(最低浓度)一般可达1～10-3 %的微量组
0.575
光源 参比 I0
单色器
吸收池
检测器
显示
样品
It
I t 未考虑吸收池和溶剂对光子的作用 A lg lg T Lc I0
紫外-可见分光光度计组件 光源
作用：提供一定波长范围的复合光。 氢灯、氘灯:200 ~ 320 nm； 卤钨灯:320 ~ 1000 nm. 基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定。 作用：从复合光分出所需要的单色光。 棱镜：玻璃， 320 ~ 2500 nm, 石英，200 ~ 4500 nm 光栅：平面透射光栅， 反射光栅 玻璃：光学玻璃，石英 作用：将光信号转换为电信号，并放大； 光电管，光电倍增管等
常用ε来衡量光度法灵敏度的高低： 同一待测物质与不同显色剂反应，生成具有不同ε值的有色
物质，所以，在吸光光度分析中，ε值是选择显色反应的依据，
为了提高测定灵敏度，必须选择生成ε值大的有色物质，在其 λmax下测定A。
εmax越大，表明测定该物质的测定灵敏度越高，一般认为
εmax >104 L ·mol-1 ·cm-1的方法较灵敏。 如：Cu—双硫腙配合物 ε495=1.5×105 L ·mol-1 ·cm-1
K 比例常数
A KLc
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
A Lc
c： g / L
K a 吸光系数， L ·g –1 ·cm -1
A aLc
摩尔吸光系数ε的性质
表示了吸光物质浓度为1mol· L-1 、液层厚度为1cm时，对
3、吸光度的加合性
多组分体系中，如果各组分之间无相互作用，则在某一
波长下其吸光度具有加合性，即：
A Ai i Lci L i ci
i i i
4、朗伯-比耳定律的适用范围 (1) 入射光为平行单色光且垂直照射；
(2) 吸光物质为均匀、非散射体系；
(3) 吸光质点之间无相互作用；
就由它所透过光的颜色来决定。
wk.baidu.com 例
如：CuSO4溶液
白光→
CuSO4
透过蓝光
人眼
吸收黄光
实验证明： CuSO4溶液浓度越高，对黄色光的吸收越多， 表现为透过的蓝色越强，溶液的蓝色也越深。
3、物质对光的吸收程度——吸光度A
固定某有色溶液的浓度C和液层厚度L，测量不同λ下的A；
以吸光度A对吸收波长λ作图，就得到——光吸收曲线，或吸收 光谱曲线。如P-127图7-2中KMnO4溶液的光吸收曲线。 不同物质，其内部结构不同，则吸收曲线的形状与最大吸 收波长λmax不同，λmax只与物质的种类有关——初步定性分析。
黄 560~590nm 橙 590~620nm 绿 500~560nm 青 480~500nm
白光
青蓝 480~490nm
蓝 430~480nm
红 620~760nm
紫 400~430nm
2、光的吸收本质
光照射到物质→ 物质的分子、原子、离子与光发生作用
→将光的能量转移其上 → 使其由基态跃迁到激发态。 由于物质微粒的电子结构不同，具有不同的量子化能级， 其能量差也不相同，因此对光的吸收具有选择性。 光作用于物质时，不同物质吸收了对应能量的可见光，
按工作波长分为：可见、紫外、红外分光光度计。
按所用光源分：单光束、双光束、双波长分光光度计等。
单波长单光束分光光度计
0.575
光源
单色器
检测器
显示
吸收池
单波长双光束分光光度计
光束分裂器
光源 单色器
比值
吸收池
检测器
显示
双波长分光光度计
吸光光度法与目视比色法比较：
使用仪器代替人眼进行测量，消除了人的主观误差——
紫外光谱法 比色法,可见吸光光度法(光度法) 红外光谱法 红外光谱法 红外光谱法 微波光谱法 核磁共振光谱法
单色光、复合光、光的互补 单色光 复合光
单一波长的光
由不同波长的光组合而成的光
光的互补
若两种不同的色光按一定的强度比例混合得到白光， 那么就称这两种色光为互补色光，这种现象称为光 的互补。
光的互补色示意图(/nm)
可用于某些有机物的定性分析，还可用于某些物理化学常数及络合物组成的 测定。
仪器简单、操作简单、测定快速。
二、光吸收的基本定律
1、朗伯-比耳定律
当一束平行的单色光（I0）通过液层厚度为L的有色溶液
时，一部分光（Ir）被比色皿表面反射，一部分光（Ia）被溶 质吸收，使透过光强度（It）减弱。
I0 I r I a It
单色器
吸收池 检测器
信号输出
作用：记录、显示测量结果。 表头、记录仪、屏幕、数字显示
单色器（分光系统）
入射狭缝 准直镜 棱镜 单色器色散元件 光栅 聚焦镜 出射狭缝
(1) 棱镜是根据不同波长光的折射率不同来分光的。 (2) 光栅是根据光的衍射和干涉原理来分光的。
分光光度计的类型
6-1
1. 光的基本性质
概述
一、物质对光的选择性吸收
光是一种电磁波，具有波粒二象性。普朗克方程描述了
光的波动性与粒子性之间的关系。其波长、频率与速度之
间的关系为：
E h
hc

h：普朗克常数，其值为6.63×10-34J·s 波长越长，光的能量越低；波长越短，能量越高。
电磁波谱
波谱名称 波长范围 分 析 方 法
分。如果对被测组分事先加以富集，灵敏度还可以提高1～2个数量级。
准确度高：一般吸光光度法的相对误差为2～5%，若使用精密仪器，相对
误差可降至1～2%，其准确度虽不如滴定分析法及重量法，但对微量成分来 说，还是比较满意的，因为在这种情况下，滴定分析法和重量法准确度更差， 甚至无法进行测定。
应用广泛：几乎可测所有无机离子和许多有机物。不仅用于定量分析，也
射线
X射线 远紫外
0.005~0.17 nm
0.1~10 nm 10~200 nm
中子活化分析,莫斯鲍尔谱法
X射线光谱法 真空紫外光谱法
近紫外 可见光 近红外 中红外 远红外 微 波 射 频
200~400 nm 400~750 nm 0.75~2.5 m 2.5~50 m 50~1000 m 1~1000 mm 1~1000 m
由于盛溶液的比色皿采用相同材质，反射光的强度不变，
其影响可以互相抵消，则
I0 I a It
实践证明：有色溶液对光的吸收程度，与该溶液的浓度、液 层厚度、入射光的强度等因素有关。
朗伯-比尔定律物理意义：当一束平行的单色光垂直通过某一
均匀的、非散射的吸光物质溶液时，其吸光度(A)与溶液液层 厚度(L)和浓度(c)的乘积成正比。
2、分光光度法
借助分光光度计来比较有色溶液对某一波长光的吸收情 况：通过测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线，然 后根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求的被测物质的浓 度或含量。
分光光度计及其基本部件
按工作波长分为：可见、紫外、红外分光光度计等。
按所用光源分：单光束和双光束分光光度计两类。
分光光度计及其基本部件（紫外-可见分光光度计）
目视比色法的优缺点 主要缺点是准确度不高，如果待测液中存在第二种有色 物质，甚至会无法进行测定。另外，由于许多有色溶液颜色 不稳定，标准系列不能久存，经常需在测定时配制，比较麻 烦。 但因其设备简单，操作简便，比色管内液层厚使观察颜
色的灵敏度较高，且不要求有色溶液严格服从比耳定律，因
而它广泛应用于准确度要求不高的常规大批量分析中。
某波长光的吸收能力。 所以，ε是由物质的性质及光的波长决定的，书写ε时应标 明波长。 当波长、温度、溶剂等一定时，ε的大小取决于物质的性质。
ε是吸光物质的特征常数，不同物质具有不同的ε。
同一物质，当其他条件一定时，ε的大小取决于波长。ε越 大，表明该物质对该的光吸收能力越强。 λmax→ εmax
(4) 辐射与物质之间的作用仅限于光吸收，无荧光和光化学
现象发生。 所以，朗伯-比耳定律不仅适用于溶液，也适用于均匀 的气体、固体状态，是各类光吸收的基本定律，也是各类分 光光度法进行定量分析的依据。
三、 吸光分析的几种方法
1、目视比色法——标准系列法 标准色阶 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 未知样品
方法简便，灵敏度高
使用一套由同种材料制成的，大小形状相同的平底玻璃
管 ( 称为比色管 ) ，于管中分别加入一系列不同量的标准溶
液和待测液，在实验条件相同的情况下，再加入等量的显色 剂和其他试剂，稀释至一定刻度 ( 比色管容量有 10 ， 25 ，
50 ， 100 等几种 ) 。
观察方法：从管口垂直向下观察，比较待测液与标准溶 液颜色的深浅。若待测液与某一标准溶液颜色深度一致，则 说明两者浓度相等，若待测液颜色介于两标准溶液之间，则 取其算术平均值作为待测液浓度。
准确度高；
在测量溶液中有其他有色物质共存时，可选择适当的单 色光和参比溶液消除干扰——选择性好；并能用于多组分析； 在大批量试样分析时，使用标准曲线法可简化手续—— 速度快。
第六章
比色分析及分光光度法
这是基于物质的分子对光具有选择吸收的特性而建立的 分析方法。主要有： 比色分析法——通过比较有色溶液颜色的深浅来测定物 质的浓度，如目示比色法，光电比色法； 分光光度法——用分光光度计测定物质对某一波长的光
的吸光程度来描述物质的浓度，如紫外分光光度法（200400nm）、可见分光光度法（400-750nm）等。
Io 设A lg It 则 A KLc
K——吸光系数或消光系数，与入射光波长、溶液性质及温度有关。
透光率T（透射比）
It T I0
全部透射T = 100.0 %
T 取值为0.0 %～100.0 %
全部吸收T = 0.0 %
入射光 I0
透射光 It
1 A lg KLc T
2、吸光系数