分析化学--分光光度法
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A A C 最大， 最小。所以选λmax为入射光
1-2 光的吸收定律
一、朗伯-比尔定律
1、朗伯定律（Lambert’s
Law）：
1760 Lambert通过实验发现电磁被物质吸 收时，透过能量呈指数减少。假定一辐射 能通过光路后被吸收25%，再通过下一个 光路时被吸收0.75×25%，剩56.25%, 依次类推，在无限大的光路中 将吸收全部辐射能 写成指数形式 T = I / I0 = 10-k b T 称为透光率 lgT = lgI / I0= -k b
二 偏离比尔定律的原因
1、非单色光引起的偏离 假设入射光由λ1和λ2组成 ' 对于λ1， I ' 0
A lg I1
k1bc
I1 I 10
' 0
k1bc
对于λ2
'' I A'' lg 0 k2bc I2
I2 I 10
'' 0
' 0 k1bc '' 0 '' 0
A。 T
2
B。 2T
C。 T
1/2
D。T/2
答案： c
1-3 目视比色法及光度计的基本部件
一、目视比色法
1、定义：用眼睛比较溶液颜色深浅以测 定物质含量的方法。 2、测定方法：标准系列法。
条件：
相同比色管
等量显色剂
标准溶液梯度 待测溶液
3、优点：设备简单，操作方便，不要求严 格遵守比尔定律。 4、用途:用在要求不高的常规分析中。 5、缺点：准确度不高，标准系列制作麻烦， 容易受干扰。
k2bc
复合光入射强度为（I0’+ I0’’）透射光强度为（I1 + I2）
' ''
' 0 '' 0
(I I ) (I I ) A A A lg ( I I ) lg ' k2bc ( I 0 10 I 10 ) 1 2
图9-8 复合光对比尔定律的影响
3 仪器分析的分类
光谱分析法：建立在物质对光的选择性吸 收基础上的方法。
电化学分析法：建立在研究物质及其溶液 所组成电池的电化学性质基础上的方法。 色谱分析法：利用物质在两相中分配情况 的差异建立起来的方法。
光 谱 分 析 法
原子光谱
原子吸收光谱(AAS) 原子发射光谱(AES) 原子荧光光谱(AFS)
可见光区：玻璃滤光片 紫外区：石英滤光片
Ws
λ
b 棱镜：根据光的折射原理而将复合光色散为不
同波长的单色光，然后让所需波长的光通过一个 很窄的狭缝照射到吸收池上。 分辨率比滤光片大，通常为5-10nm的单色光。 玻璃棱镜：400－700nm
石英棱镜：200－1000nm
c 光栅： 利用光的衍射和干涉原
5、某有色物质溶液，遵守比尔定律，当其浓度为c 时， 吸光度A = 0.30，那么当浓度为2 c 时，该溶液的吸光 度A = 0.60 。
6、某有色物质溶液，遵守比尔定律，当其浓度为 c 时， 用1.00cm比色皿测得其透光度为T ，当浓度减小为0.50 c 时，在同样条件下测定，其透光率应为
3、下列表述不正确的是
A。吸收光谱曲线，表明了吸光度随波长的变化关系 B。吸收光谱曲线中,最大吸收处的波长为最大吸收波长 C。吸收光谱曲线，以波长为纵坐标,以吸光度为横坐标 D。吸收光谱曲线，表明了吸光物质的吸收特性 答案： C 4、影响有色物质摩尔吸收系数的因素是 A。吸收池厚度 B。入射光波长 C。有色物质溶液的浓度 D。入射光的强度 答案： B
0.300 0.200 0.100
Ⅲ Ⅱ Ⅰ
Ⅰ——0.0002mol/L Ⅱ——0.0004mol/L Ⅲ ——0.0006mol/L
400
500
600
nm
1,10-邻二氮杂菲亚铁溶液的吸收曲线
结论： ①任何有色溶液都有自身的最大吸收波长； ②对比3组曲线，不同浓度的溶液它的最大吸收波长一样； ③λmax附近， 波长。
对于多组分体系，若吸光物质间无相互作用， 则： A总 ＝ A1 +A2 + … An
7 例题 铁（Ⅱ）浓度为5.0×10-4 g· L-1 的溶液，与1, 10邻二氮杂菲反应，生成橙红色络合物。该络合 物在波长508nm，比色皿厚度为2cm时，测得 A=0.19。计算1，10-邻二氮杂菲亚铁的a及κ。 需要知两个公式 A= a b c 以及κ=Ma 解：先求a，再求κ 已知 M (Fe)=55.85 a =A/bc = 0.19/2×5.0×10-4=190L· g-1· cm-1 κ=Ma =55.85×190=1.1×104L·mol-1·cm-1
2、比尔定律(Beer’s Law):
1852 Beer and Bermard发现类似定律，T 和吸光物质 的浓度有关： T=I/I0=10 -k’ c lgT=lg I/I0=-k’ c
3、朗伯－比尔定律：合并上述两个定律为朗伯-比
尔定律T=I/I0=10 –a b c a 是k 和k ’ 合并常数 lgT=lg I/I0=-a b c A=- lgT=lg1/T=lg I0 / I = a b c, a 是吸收系数； A是吸光度，大小取决于波长和吸光物质的性质 如果c 以摩尔浓度表示，则 A= κbc， κ单位L· mol-1· cm-1，表示物质的量浓度为 1mol·L-1，液层厚度为1cm时溶液的吸光度。
490-500
绿蓝
蓝绿
橙
红பைடு நூலகம்
500-560
560-580
绿
黄绿
红紫
紫
580-610
610-650
黄
橙
蓝
绿蓝
650-760
红
蓝绿
2 物质对光吸收的本质 当一束光照射到某物质时，组成该物质的分 子、原子或离子与光子发生碰撞，光子的能量就 转移到分子、原子上，使这些粒子由最低能态 （基态）跃迁到激发态：
C
一、吸光光度法
1、定义：基于物质对光的选择性吸收而建立 起来的分析方法。它包括比色法，可见分光光 度法，紫外分光光度法及红外分光光度法。
2、特点： （1）灵敏度高：常用于测量1%~1‰的微 量组分，还可测定10－4 ~10－6的痕量组分。 （2）准确度高：比色分析，相对误差 5~10%，分光光度法，2~5%，1~2%； （3）应用广泛：可测定几乎所有无机物和 许多有机物； （4）操作简便，仪器设备易普及。
(2)单色器：将光源发出的连续光谱分解为单 色光的装置，分为滤光片，棱镜和光栅。 a 滤光片：由玻璃或石英构成，滤掉对溶液 吸光度不高的光线，选择有色溶液最大吸收 波长的光作为入射光。 滤光片的颜色应与溶液是互补色。
T%：最大透光度 T% “半宽度”（Ws）： 当最大透光度一半 时曲线宽度。 Ws越小，单色性能 越好， 通常为 30－100nm
2 基本组成 光源—单色器—吸收池—检测系统
0.575
光源
单色器
检测器
显示
吸收池
3 光电比色法与分光光度法的区别 光电比色法：滤光片 分光光度法：棱镜、光栅
6010紫外/可见分光光度计
722 分光光度计
4 各部件的特点
(1)光源：要求稳定，强度高，常用6~12V钨灯，发 320nm~2500nm的连续光谱，覆盖整个可见光区 400~800nm; 氢灯或氘灯，发射光谱为200 - 400nm，紫外区
二、光电比色法和分光光度法
1 与目视比色法比较： （1）是用仪器代替人眼进行测量，消除了 人的主观误差，提高了准确度； （2）待测溶液中有其它有色物质共存时， 可以选择适当的单色光和参比溶液来消除 干扰，因而提高选择性； （3）在分析大批试样时，使用标准曲线法 可以简化手续，加快分析速度。
M+hv→M*
——分子、原子或离子具有不联系的量子 化能级，仅当照射光光子的能级与被照射 物质粒子的基态和激发态能量之差相等时 才会发生吸收。 ——不同的物质粒子由于结构不同而具有 不同的量子化能级，其能量差值也不相同。 因此，物质对光的吸收具有选择性。
3
物质的颜色 ：
4 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。
可见分光光度法400-800nm
分子光谱
紫外分光光度法(UV)200-400nm
红外分光光度法(IR)>800nm
电位分析法
电 化 学 分 析 法 库仑分析法 伏安法
电位滴定法
色 谱 分 析 法
气相色谱法
液相色谱法
4 仪器分析的特点
化学分析 灵敏度 准确度
常量分析 （V>10ml,m>0.1g）
2、化学因素引起的偏离：
①溶液浓度过大（>0.01mol· L-1）；
②介质不均匀；
③吸光组分的解离、缔合、形成化合物或互变异构；
Cr2O72- +H2O （橙色）
2H+ + 2CrO42（黄色）
练习题
1、人眼能感觉到的光称为可见光，其波长范 围是 A。400-800nm B。200-320nm C。200-800nm D。200-1000nm 答案： A 2 、符合比尔定律的一有色溶液，当其浓度 增大时，最大吸收波长和吸光度分别是 A。不变，增加 B。不变，减少 C。增加，不变 D。减少，不变 答案： A
k = M ·a
(L· mol-1· cm-1) (g· mol-1) (L· g-1· cm-1)
6. A 和T 的关系:
透光率 T = I /I0 A =- lgT = lg1/T = lg I0 / I =abc 百分透光率 T % = I /I0×100% A = 2.00-lgT %
仪器分析
微量分析 （V<10ml,m<0.1g）
误差≤0.1% 几天
误差∈（1％，10％）
几分钟
速度
自动化程度
小 小
高
大
成本
第一章
1-1
吸光光度法
概述
许多物质是有颜色的 ——例如高锰酸钾在水溶液中呈深紫色， Cu2+在水溶液中呈蓝色。 这些有色溶液颜色的深浅与这些物质的浓度 有关。浓度愈大，颜色愈深。 因此，可以用比较颜色的深浅来测定物质的 浓度，这种测定分析方法称为比色析分法。
二、物质对光的选择性吸收
1 几个概念
①复合光：不同波长的单色光按照一定比 例混合而成的光。
②单色光：只有一 种波长的光。
③互补光：适当波 长的光按照一定比 例混合形成白光， 这几种单色光就叫 互补光，对应的颜 色叫互补色。
/nm 400-450 450-480
颜色
互补光
紫
蓝
黄绿
黄
480-490
4
朗伯－比尔定律的物理意义：
——物理意义：当一束单色光通过单一均匀 的、非散射的吸光物质溶液时，溶液的吸 光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。
前题条件
入射光是单色光； 吸收发生在均匀介质中； 吸收过程中，吸光物质不发生相互作用。
5 κ的含义（也可用ε表示）
① k是吸光物质在特定波长和溶剂的情况下的一个 特征常数。数值上等于１mol/L吸光物质在１cm光 程中的吸光度，是吸光物质吸光能力的量度。可作 为定性鉴定的参数，也可以用来估量定量方法的灵 敏度(k越大，灵敏度越高；k:103-105)。 ②实验测出的k是用总浓度代替吸光物质的浓度计 算得出，因此称为表观摩尔吸光系数。 ③k 与a的关系
绪 论
什么是仪器分析 仪器分析与化学分析的关系 仪器分析的分类
仪器分析的特点
1 什么是仪器分析
仪器分析是以物质的物理和物理化学性 质为基础建立起来的一类分析方法，测定 时，常常需要使用比较复杂的仪器。
2 仪器分析与化学分析的关系
①联系： 仪器分析是在化学分析的基础上发展起来的。 ②区别： 化学分析— 以化学反应为基础，通过人的感 觉来实现的。 仪器分析— 将化学反应的信息转变为物理信 号，然后检测该信号，从而确定其含量。
理，将复合光分为单色 光。光栅的分辨率比棱 镜大，可达到0.1nm。
（3）比色皿：也称吸收池，长方体，两面 透明，有玻璃和石英玻璃两种，规格有0.5， 1.0，2.0，3.0, 5.0cm等；
（4）检测器：
a 光电转换器
作用是接受从吸收池发出的透射 光并转换成电信号进行测量。分为光电池、光电管、 光电倍增管和光电二极管阵列。
b 显示器 作用是把放大的电信号以吸光度A 或透射比T的方式显示或记录下来。常用的 显示装置是检流计、微安表、数字显示记 录仪。
1-4 显色反应及显色条件的选择
1-2 光的吸收定律
一、朗伯-比尔定律
1、朗伯定律（Lambert’s
Law）：
1760 Lambert通过实验发现电磁被物质吸 收时，透过能量呈指数减少。假定一辐射 能通过光路后被吸收25%，再通过下一个 光路时被吸收0.75×25%，剩56.25%, 依次类推，在无限大的光路中 将吸收全部辐射能 写成指数形式 T = I / I0 = 10-k b T 称为透光率 lgT = lgI / I0= -k b
二 偏离比尔定律的原因
1、非单色光引起的偏离 假设入射光由λ1和λ2组成 ' 对于λ1， I ' 0
A lg I1
k1bc
I1 I 10
' 0
k1bc
对于λ2
'' I A'' lg 0 k2bc I2
I2 I 10
'' 0
' 0 k1bc '' 0 '' 0
A。 T
2
B。 2T
C。 T
1/2
D。T/2
答案： c
1-3 目视比色法及光度计的基本部件
一、目视比色法
1、定义：用眼睛比较溶液颜色深浅以测 定物质含量的方法。 2、测定方法：标准系列法。
条件：
相同比色管
等量显色剂
标准溶液梯度 待测溶液
3、优点：设备简单，操作方便，不要求严 格遵守比尔定律。 4、用途:用在要求不高的常规分析中。 5、缺点：准确度不高，标准系列制作麻烦， 容易受干扰。
k2bc
复合光入射强度为（I0’+ I0’’）透射光强度为（I1 + I2）
' ''
' 0 '' 0
(I I ) (I I ) A A A lg ( I I ) lg ' k2bc ( I 0 10 I 10 ) 1 2
图9-8 复合光对比尔定律的影响
3 仪器分析的分类
光谱分析法：建立在物质对光的选择性吸 收基础上的方法。
电化学分析法：建立在研究物质及其溶液 所组成电池的电化学性质基础上的方法。 色谱分析法：利用物质在两相中分配情况 的差异建立起来的方法。
光 谱 分 析 法
原子光谱
原子吸收光谱(AAS) 原子发射光谱(AES) 原子荧光光谱(AFS)
可见光区：玻璃滤光片 紫外区：石英滤光片
Ws
λ
b 棱镜：根据光的折射原理而将复合光色散为不
同波长的单色光，然后让所需波长的光通过一个 很窄的狭缝照射到吸收池上。 分辨率比滤光片大，通常为5-10nm的单色光。 玻璃棱镜：400－700nm
石英棱镜：200－1000nm
c 光栅： 利用光的衍射和干涉原
5、某有色物质溶液，遵守比尔定律，当其浓度为c 时， 吸光度A = 0.30，那么当浓度为2 c 时，该溶液的吸光 度A = 0.60 。
6、某有色物质溶液，遵守比尔定律，当其浓度为 c 时， 用1.00cm比色皿测得其透光度为T ，当浓度减小为0.50 c 时，在同样条件下测定，其透光率应为
3、下列表述不正确的是
A。吸收光谱曲线，表明了吸光度随波长的变化关系 B。吸收光谱曲线中,最大吸收处的波长为最大吸收波长 C。吸收光谱曲线，以波长为纵坐标,以吸光度为横坐标 D。吸收光谱曲线，表明了吸光物质的吸收特性 答案： C 4、影响有色物质摩尔吸收系数的因素是 A。吸收池厚度 B。入射光波长 C。有色物质溶液的浓度 D。入射光的强度 答案： B
0.300 0.200 0.100
Ⅲ Ⅱ Ⅰ
Ⅰ——0.0002mol/L Ⅱ——0.0004mol/L Ⅲ ——0.0006mol/L
400
500
600
nm
1,10-邻二氮杂菲亚铁溶液的吸收曲线
结论： ①任何有色溶液都有自身的最大吸收波长； ②对比3组曲线，不同浓度的溶液它的最大吸收波长一样； ③λmax附近， 波长。
对于多组分体系，若吸光物质间无相互作用， 则： A总 ＝ A1 +A2 + … An
7 例题 铁（Ⅱ）浓度为5.0×10-4 g· L-1 的溶液，与1, 10邻二氮杂菲反应，生成橙红色络合物。该络合 物在波长508nm，比色皿厚度为2cm时，测得 A=0.19。计算1，10-邻二氮杂菲亚铁的a及κ。 需要知两个公式 A= a b c 以及κ=Ma 解：先求a，再求κ 已知 M (Fe)=55.85 a =A/bc = 0.19/2×5.0×10-4=190L· g-1· cm-1 κ=Ma =55.85×190=1.1×104L·mol-1·cm-1
2、比尔定律(Beer’s Law):
1852 Beer and Bermard发现类似定律，T 和吸光物质 的浓度有关： T=I/I0=10 -k’ c lgT=lg I/I0=-k’ c
3、朗伯－比尔定律：合并上述两个定律为朗伯-比
尔定律T=I/I0=10 –a b c a 是k 和k ’ 合并常数 lgT=lg I/I0=-a b c A=- lgT=lg1/T=lg I0 / I = a b c, a 是吸收系数； A是吸光度，大小取决于波长和吸光物质的性质 如果c 以摩尔浓度表示，则 A= κbc， κ单位L· mol-1· cm-1，表示物质的量浓度为 1mol·L-1，液层厚度为1cm时溶液的吸光度。
490-500
绿蓝
蓝绿
橙
红பைடு நூலகம்
500-560
560-580
绿
黄绿
红紫
紫
580-610
610-650
黄
橙
蓝
绿蓝
650-760
红
蓝绿
2 物质对光吸收的本质 当一束光照射到某物质时，组成该物质的分 子、原子或离子与光子发生碰撞，光子的能量就 转移到分子、原子上，使这些粒子由最低能态 （基态）跃迁到激发态：
C
一、吸光光度法
1、定义：基于物质对光的选择性吸收而建立 起来的分析方法。它包括比色法，可见分光光 度法，紫外分光光度法及红外分光光度法。
2、特点： （1）灵敏度高：常用于测量1%~1‰的微 量组分，还可测定10－4 ~10－6的痕量组分。 （2）准确度高：比色分析，相对误差 5~10%，分光光度法，2~5%，1~2%； （3）应用广泛：可测定几乎所有无机物和 许多有机物； （4）操作简便，仪器设备易普及。
(2)单色器：将光源发出的连续光谱分解为单 色光的装置，分为滤光片，棱镜和光栅。 a 滤光片：由玻璃或石英构成，滤掉对溶液 吸光度不高的光线，选择有色溶液最大吸收 波长的光作为入射光。 滤光片的颜色应与溶液是互补色。
T%：最大透光度 T% “半宽度”（Ws）： 当最大透光度一半 时曲线宽度。 Ws越小，单色性能 越好， 通常为 30－100nm
2 基本组成 光源—单色器—吸收池—检测系统
0.575
光源
单色器
检测器
显示
吸收池
3 光电比色法与分光光度法的区别 光电比色法：滤光片 分光光度法：棱镜、光栅
6010紫外/可见分光光度计
722 分光光度计
4 各部件的特点
(1)光源：要求稳定，强度高，常用6~12V钨灯，发 320nm~2500nm的连续光谱，覆盖整个可见光区 400~800nm; 氢灯或氘灯，发射光谱为200 - 400nm，紫外区
二、光电比色法和分光光度法
1 与目视比色法比较： （1）是用仪器代替人眼进行测量，消除了 人的主观误差，提高了准确度； （2）待测溶液中有其它有色物质共存时， 可以选择适当的单色光和参比溶液来消除 干扰，因而提高选择性； （3）在分析大批试样时，使用标准曲线法 可以简化手续，加快分析速度。
M+hv→M*
——分子、原子或离子具有不联系的量子 化能级，仅当照射光光子的能级与被照射 物质粒子的基态和激发态能量之差相等时 才会发生吸收。 ——不同的物质粒子由于结构不同而具有 不同的量子化能级，其能量差值也不相同。 因此，物质对光的吸收具有选择性。
3
物质的颜色 ：
4 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。
可见分光光度法400-800nm
分子光谱
紫外分光光度法(UV)200-400nm
红外分光光度法(IR)>800nm
电位分析法
电 化 学 分 析 法 库仑分析法 伏安法
电位滴定法
色 谱 分 析 法
气相色谱法
液相色谱法
4 仪器分析的特点
化学分析 灵敏度 准确度
常量分析 （V>10ml,m>0.1g）
2、化学因素引起的偏离：
①溶液浓度过大（>0.01mol· L-1）；
②介质不均匀；
③吸光组分的解离、缔合、形成化合物或互变异构；
Cr2O72- +H2O （橙色）
2H+ + 2CrO42（黄色）
练习题
1、人眼能感觉到的光称为可见光，其波长范 围是 A。400-800nm B。200-320nm C。200-800nm D。200-1000nm 答案： A 2 、符合比尔定律的一有色溶液，当其浓度 增大时，最大吸收波长和吸光度分别是 A。不变，增加 B。不变，减少 C。增加，不变 D。减少，不变 答案： A
k = M ·a
(L· mol-1· cm-1) (g· mol-1) (L· g-1· cm-1)
6. A 和T 的关系:
透光率 T = I /I0 A =- lgT = lg1/T = lg I0 / I =abc 百分透光率 T % = I /I0×100% A = 2.00-lgT %
仪器分析
微量分析 （V<10ml,m<0.1g）
误差≤0.1% 几天
误差∈（1％，10％）
几分钟
速度
自动化程度
小 小
高
大
成本
第一章
1-1
吸光光度法
概述
许多物质是有颜色的 ——例如高锰酸钾在水溶液中呈深紫色， Cu2+在水溶液中呈蓝色。 这些有色溶液颜色的深浅与这些物质的浓度 有关。浓度愈大，颜色愈深。 因此，可以用比较颜色的深浅来测定物质的 浓度，这种测定分析方法称为比色析分法。
二、物质对光的选择性吸收
1 几个概念
①复合光：不同波长的单色光按照一定比 例混合而成的光。
②单色光：只有一 种波长的光。
③互补光：适当波 长的光按照一定比 例混合形成白光， 这几种单色光就叫 互补光，对应的颜 色叫互补色。
/nm 400-450 450-480
颜色
互补光
紫
蓝
黄绿
黄
480-490
4
朗伯－比尔定律的物理意义：
——物理意义：当一束单色光通过单一均匀 的、非散射的吸光物质溶液时，溶液的吸 光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。
前题条件
入射光是单色光； 吸收发生在均匀介质中； 吸收过程中，吸光物质不发生相互作用。
5 κ的含义（也可用ε表示）
① k是吸光物质在特定波长和溶剂的情况下的一个 特征常数。数值上等于１mol/L吸光物质在１cm光 程中的吸光度，是吸光物质吸光能力的量度。可作 为定性鉴定的参数，也可以用来估量定量方法的灵 敏度(k越大，灵敏度越高；k:103-105)。 ②实验测出的k是用总浓度代替吸光物质的浓度计 算得出，因此称为表观摩尔吸光系数。 ③k 与a的关系
绪 论
什么是仪器分析 仪器分析与化学分析的关系 仪器分析的分类
仪器分析的特点
1 什么是仪器分析
仪器分析是以物质的物理和物理化学性 质为基础建立起来的一类分析方法，测定 时，常常需要使用比较复杂的仪器。
2 仪器分析与化学分析的关系
①联系： 仪器分析是在化学分析的基础上发展起来的。 ②区别： 化学分析— 以化学反应为基础，通过人的感 觉来实现的。 仪器分析— 将化学反应的信息转变为物理信 号，然后检测该信号，从而确定其含量。
理，将复合光分为单色 光。光栅的分辨率比棱 镜大，可达到0.1nm。
（3）比色皿：也称吸收池，长方体，两面 透明，有玻璃和石英玻璃两种，规格有0.5， 1.0，2.0，3.0, 5.0cm等；
（4）检测器：
a 光电转换器
作用是接受从吸收池发出的透射 光并转换成电信号进行测量。分为光电池、光电管、 光电倍增管和光电二极管阵列。
b 显示器 作用是把放大的电信号以吸光度A 或透射比T的方式显示或记录下来。常用的 显示装置是检流计、微安表、数字显示记 录仪。
1-4 显色反应及显色条件的选择