第十一章 分光光度法

第十一章 分光光度法
11.1 概述 11.2 光吸收定律
11.3 分光光度计
11.4 显色反应和显色条件的选择 11.5 吸光度测量条件的选择 11.6 溶液浓度的测定方法
11.1
概述
利用溶液颜色的深浅来测定溶液中有 色物质的浓度，这种测定方法称为比色分 析法。 用分光光度计进行比色分析的方法 称为分光光度法。
4、有色化合物的稳定性高。若有色化合物不稳定或 易受空气的氧化、日光的照射而分解，就会引入 测量误差。如三磺基水杨酸铁的Kf =1042 , F- 、
H3PO4 对它无干扰。
5、显色过程易于控制，而且有色化合物与显色剂之
间的颜色差别应尽可能大。
|
MR max

R max
| 60nm
+
H
+
③酸对显色剂颜色的影响 如铬黑T，它是三元酸，第一级解离极容易，第二 级和第三级解离较难。在溶液中有下列平衡：
H 2 In
-
紫红 pH＜6
Ka 2- PKa 3= 11 . 5 3P 2= 6 . 3 HIn In + + H H
兰色 pH 7～11
橙色 pH＞12
铬黑T能与许多阳离子如Ca2+,Mg2+,Zn2+,等形成红色配 合物，显然铬黑T在PH ＜6时或PH＞12时游离指示剂的 颜色与形成的金属离子配合物的颜色没有显著的差别。 因此，铬黑T只有在pH7-11的溶液中才可作为金属离子 的显色剂。
数学表达式：
A=Kbc
四、比例系数K 1、吸光系数K 当c用g· -1表示，b用cm表示时，K称为 L 吸光系数，其单位为 L· (g.cm)-1 ，则： A = Kb c
2、摩尔吸光系数κ
c用mol· -1表示，b用cm表示时，K用 L κ 表示，称为摩尔吸光系数，其单位为 L· (mol.cm)-1。则： A= κb c
C (x) ，C ( y ) 分别为组分X和Y的浓度
1 ( x)，1 ( y )
分别为X和Y在波长λ1时的
摩尔吸收系数
2 ( x) ， 2 ( y)
分别为X和Y在波长λ2时的 摩尔吸收系数
摩尔吸收系数，可用X和Y的纯溶液在两种波长下测得。
11.2.2 有色溶液对朗伯-比尔定律的偏离
一、物理因素：
722型光栅分光光度计结构示意图
11.4 显色反应和显色条件的选择
在分光光度分析中，利用显色反应把待测组 分X 转变为有色化合物，然后再进行测定。
使试样中的被测组分与化学试剂作用生成有 色化合物的反应叫显色反应。 mX(待测物)＋nR(显色剂)＝XmRn(有色化合物) 显色反应主要有配位反应和氧化还原反应， 其中绝大多数是配位反应。
(3)κmax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。
κ <104
104< κ <5×104 5×104< κ <105
反应灵敏度低
反应灵敏度中 反应灵敏度高
κ >105
反应灵敏度极高
κ最大≥5×104
灵敏的显色反应
对于微量组分的测定，一般选κ较大的 显色反应，以提高测定的灵敏度。
黄 橙 绿 青 图中处于直线 关系的两种单 青蓝 色光互为补色.
白光
红
紫
蓝
溶液的颜色是由于均匀分布在溶液中的 有色化合物的质点选择性的吸收了某种颜色 的光所造成的。
11.1.3
吸收曲线
一束平行单色光照射溶液时，光的一 部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被 器皿的表面反射。
若入射光强度为Io，吸收光的强度为 Ia，透过光强度为It，反射光的强度为Ir， 它们的关系是：
11.4.2 显色反应条件的选择
1、显色剂用量 ，适当过量。适宜的用量通过实验求得。
A
c(R) A A
c(R)
c(R)
2、溶液酸度 ①酸对金属离子存在状态的影响：大部分高价金属 离子都容易水解，金属离子的水解，对显色反应的 进行是不利的，故溶液的pH值不能太高。 ②酸对显色剂浓度的影响
M
+
HR
MR
11.3 分光光度计及主要部件
1光源：应有足够的发射强度而且稳定,如钨 丝灯。 2单色器：采用棱镜或光栅获得单色光。 3吸收池：比色皿，厚度有0.5、1、2、3cm 等。 4检测器：光电池或光电管。 光源 单色器
吸收池
检测 系统
分光光度计的分类以及721 / 722型分光 光度计的使用方法见实验教材。
1、单色光不纯。 2、散射光的影响。当有胶体 、乳浊液或悬浊液存在时， 入射光除了被吸收之外，还
正误差
A
负误差
会有散射作用，使所测的吸
光度比实际的大，或入射光 不是垂直通过比色皿产生正 偏差。
标准工作曲线图
C
二、化学因素 1、浓度较大时，吸光质点相互作用，产生 负偏差。 朗伯-比尔定律只适合于稀溶液 （c ≤ 10-2 mol· -1 )。 L 2、平衡效应，物质的离解、缔合、互变异构 及化学变化引起的偏离，如： Fe(SCN)3 Fe3+ + 3SCNCr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+
11.5.3
吸光度读数范围的选择
透光率读数的准确度是仪器精度的主要指标。透
光率的精度不能代表测定结果的精度，测定结果的精
将不同波长的光透过某一固定的溶液，测量不同
波长下溶液对光的吸收程度，以吸光度为纵坐标，
以波长为横坐标，作图得到的曲线叫光吸收曲线。
A 1.6
D C
1.2 0.8 0.4
400
A、B、C、D代表不 同浓度下的吸收曲线，吸 收峰不变。
B A
480 560 640 720 nm KMnO4 溶液的吸收曲线
(1) 试样、试剂、显色剂都无色时，用纯水作参 比。 (2) 试样无色，试剂、显色剂有色，采用不加试 样的空白溶液作参比。（试剂空白） (3)试样有色，显色剂、试剂无色，可采用不加 显色剂的试样为参比。（试样空白） (4)试样和显色剂均有色，对试样加入掩蔽剂， 将被测组分掩蔽起来，使之不与显色剂作用， 后再加显色剂等作为参比。(褪色空白)
Io = I a + It + I r
在比色或分光光度法中，测定时都是采 用同样质量的比色皿，反射光的强度基本上 是不变的，其影响可以相互抵消。
分光光度法中简化为：
Io = I a + I t
透过光强度It与入射光强度Io之比称为透 光度或透光率。用 T 表示：
It T Io
It 或 T% 100% Io
11.4.1 对显色反应的要求
1、灵敏度高，选择 较大的显色反应。避免共存组分 干扰。
2、选择性好，显色剂只与被测组分反应。
3、有色化合物的组成要恒定，否则测定的再现性就比 较差。如：
Fe3+ + 磺基水杨酸 → 三磺基水杨酸铁(黄色) （组成固定） Fe3+ + SCN - → FeSCN2+、 Fe(SCN)2 + …… （组成不固定）
从上式可以看出： 溶液的透光度愈大，说明溶液对光的吸 收愈小；相反，透光度愈小，说明溶液对光 的吸收愈大。
吸光度A：
Io 1 A lg lg It T
若光全部透过溶液，Io= It ， A = 0 若光几乎全被吸收，It ≈ 0， A = ∞ 吸光度A也可以用来衡量溶液中吸光物 质对波长为λ的单色光 的吸收程度，值越大 ，其吸收程度越大；反之亦然。
④酸不同配位数的配合物，如铁与水杨酸 的配位反应:
在pH＝2～3
Fe(ssal)+
紫红色 棕橙色 黄色
在pH＝4～7
在pH＝8～10
Fe(ssal)22Fe(ssal)3
3、显色温度和时间，通过实验找出适宜的温度 范围和颜色稳定的时间范围。 4、溶剂，有机溶剂会降低有色物的离解度，从 而提高 显色反应的灵敏度。 5、共存干扰离子的影响及消除 (1) 控制酸度，就可控制显色剂的浓度，使被测 金属离子显色，干扰离子不显色。
分光光度法: 可见光分光光度法, (物质吸收光波长) 紫外分光光度法, 红外分光光度法
根据波长的不同，可分为： 紫外光区：200nm ～ 380nm 可见光区：380nm ～ 760nm 红外光区：760nm ～ 300μm
11.1.1光度分析法的特点
1、灵敏度高，下限为10-5～10-6 mol· -1。适 L 于微量分析。 2、准确度较高，相对误差为2% ～ 5%。 3、操作快速简便，易于掌握。 4、应用广泛。
（3）不同浓度的同一种物质，在某一定波
长下吸光度 A 有差异，A 随浓度的增大而增
大 。此特性可作为物质定量分析的依据。 （4）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。
11.2 光吸收的基本定律
11.2.1 光的吸收定律
实验证明：若保持入射光的波长不变， 溶液对光吸收的程度与溶液的浓度、液层厚 度有关。
(2) 加入掩蔽剂 ，如用SCN-测定Co2+时，Fe3+有 干扰，加入 F- ，Fe3+ + 6F- = FeF63- ， Fe3+ 被掩蔽。 (3) 改变干扰离子价态，测Ni2+时，Fe2+ 有干 扰，加入氧化剂， Fe2+ → Fe3+ .
(4) 分离干扰离子，用萃取、沉淀、电解、离子 交换等方法。 还可选择适当的参比溶液和入射光的波长等
摩尔吸光系数κ的讨论 (1) κ是吸光物质在一定条件下的特征常数 ，不随浓度c和液层厚度b的改变而改变。 在温度和波长等条件一定时， κ仅与吸光 物质本身的性质有关。