示差吸光光度法

A bc
两种吸收系数之间的关系为：ε=aM （2）桑德尔(Sandell)灵敏度S • 桑德尔(Sandell)灵敏度(灵敏度指数) 用 S来表示。S是指当仪器的检测极限 A=0.001时，单位截面积光程内所能检 测出来的吸光物质的最低含量，其单位为 μg· cm-2，S 与ε及吸光物质摩尔质量M 的关系为： M
2.吸收系数和桑德尔(Sandell)灵敏度 （1）吸收系数 *吸收系数a 当浓度c用g· L-1，液层厚度b用cm为单位表示时，则K用 a来表示称为吸收系数，单位为L· g-1· cm-1，它表示物质的 量浓度为l g· L-1，液层厚度为lcm时溶液的吸光度。
A=abc
* 摩尔吸收系数 molar absorptivity 当浓度c 用mol· L-1，液层厚度b 用cm为单位表示，则 K 用另一符号ε来表示。ε称为摩尔吸收系数，单位为 L· mol-l· m-1，它表示物质的量浓度为l mol· L-1，液层厚度 为l cm时溶液的吸光度。
克服非单色光引起的偏离的措施是使用比较 好的单色器，从而获得纯度较高的“单色光”， 使标准曲线有较宽的线性范围；入射光波长选择 在被测物质的最大吸收处，保证测定有较高的灵 敏度，此处的吸收曲线较为平坦，在此最大吸收 波长附近各波长的光的ε值大体相等，由于非单色 光引起的偏离要比在其他波长处小得多；测定时 应选择适当的浓度范围，使吸光度读数在标准曲 线的线性范围内。 （2）非平行入射光引起的偏离 朗伯-比尔定律要求采用平行光垂直入射。 若入射光为非平行光，就不能保证入射光全部垂 直通过吸收池，可能导致平均光程大于吸收池厚 度，实际测得的吸光度将大于理论值，引起正偏 离。
8.3分光光度计及其基本部件 分光光度计按工作波长范围分类，紫 外、可见分光光度计应用于无机物和有机 物含量的测定，红外分光光度计主要用于 结构分析。分光光度计又可分为单光束和 双光束两类。722型分光光度计是数字显 示的单光束、可见分光光度计 （recording spectrophotometer）。 分光光度计的基本部件有光源、单色 器、比色皿、检测器和显示装置。如图８. ４
二. 光的基本性质
•示的电磁波谱表。
* 单色光（monochromatic light）：具同一波长的光。 * 复合光（multiplex light）：由不同波长组成的光。 * 紫外光（ultraviolet light）：波长200~400 nm。 * 可见光（visible light）：人眼能感觉到的光，波长在 400~750 nm。它是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各 种色光按一定比例混合而成的 * 波段（wave band）：各种色光的波长范围不同。 * 互补色光（complementary color light）：按一定比例 混合，得到白光（white light）。 * 物质的颜色是因物质对不同波长的光具有选择性吸收作用 而产生的。
上。由玻璃或石英制成。玻璃棱镜用于可见光范 围，石英棱镜则在紫外和可见光范围均可使用。 • 光栅（grating）是根据光的衍射和干涉原理将复 合光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波 长的光通过狭缝照射到吸收池上。它的分辨率比 棱镜大，可用的波长范围也较宽。 3.比色皿（coloritrough） • 比色皿也称吸收池。用于盛放试液的容器。它是 由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同、厚度相等 的玻璃或石英制成的，按其厚度分为0.5 cm，l cm，2 cm，3 cm和5 cm。在可见光区测量吸光度 时使用玻璃吸收池，紫外区则使用石英吸收池。 使用比色皿时应注意保持清洁、透明，避免磨损 透光面。
•
• • •
起来的分析方法。包括比色法、可见及紫外分光光度法 及红外光谱法等。我们重点讨论可见光区的分光光度法 （又称分光光度法），其测定对象以金属离子为主。 分光光度法属于仪器分析法，与化学分析法相比，主要 有以下特点： （1）灵敏度高。可用于微量组分（1℅~10-3℅）和痕量 组分的测定（10-4℅~10-5℅） （2）仪器设备简单，操作简便。 （3）准确度较高。一般相对误差为2℅~5℅。 （4）应用广泛。该法不仅可测定绝大多数无机阴离子， 也可测定许多有机物；不仅可用于定量分析，也可用于 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。
S
• ε越大。S越小，则测定方法的灵敏度越
高。

二、标准曲线及其对朗伯-比尔定律的偏离 1.标准曲线的绘制 据光的吸收定律:吸光度A与吸光物质的浓度c 成正比，这是光度法进行定量的基础，标准曲线 就是根据这一原理制作的。具体方法为:（1）配 制一系列不同浓度的标准溶液；（2）在选择的 实验条件下，分别测量各标准溶液的吸光度； （3）以标准溶液中待测组分的浓度为横坐标， 吸光度为纵坐标作A-c曲线，得到一条通过原点 的直线，称为标准曲线。此时测量待测溶液的吸 光度，在标准曲线上就可以查到与之相对应的被 测物质的含量。
• A 解离 大部分有机酸碱的酸式、碱式对光有不 •
•
同的吸收性质，溶液的酸度不同，酸(碱)解离程 度不同，导致酸式与碱式的比例改变，使溶液的 吸光度发生改变。 B 络合 显色剂与金属离子生成的是多级络合物， 且各级络合物对光的吸收性质不同，例如在Fe(Ⅲ) 与SCN-的络合物中，Fe(SCN)3颜色最深，Fe(SCN) ２＋颜色最浅，故SCN-浓度越大，溶液颜色越深， 即吸光度越大。 C 缔合 例如在酸性条件下，CrO42-会缔合生成 Cr2O72-，而它们对光的吸收有很大的不同。 在分析测定中，要控制溶液的条件，使被测 组分以一种形式存在，以克服化学因素所引起的 对朗伯－比尔定律的偏离。
1.朗伯-比尔定律的意义 当一束强度为I0 的平行单色光垂直照射到长 度为b 的液层、浓度为c 的溶液时，由于溶液中 吸光质点(分子或离子)的吸收，通过溶液后光的 强度减弱为I： Io A lg Kbc I
透过光强度I与人射光强度Io之比称为 透射比或透光度，用T 表示.溶液的透射比 愈大，表示它对光的吸收愈小;相反，透射 比愈小，表示它对光的吸收愈大。
• 有时标准曲线不通过
原点。可能是由于参 比溶液选择不当，吸 收池厚度不等，吸收 池位置不妥，吸收池 透光面不清洁等原因 所引起的。若有色络 合物的解离度较大， 特别是当溶液中还有 其他络合剂时，常便 被测物质在低浓度时 显色不完全。找出原 因，加以避免。
2.引起偏离朗伯-比尔定律的因素 在分光光度分析中，经常出现标准曲线不呈直线的情 况，如图8.3，标准曲线有时向浓度轴弯曲（负偏离）， 有时向吸光度轴弯曲（正偏离），这种现象称为偏离朗伯 -比尔定律。若在曲线弯曲部分进行定量，将会引起较大 的误差。偏离朗伯－比尔定律的原因主要是仪器或溶液的 实际条件与朗伯-比尔定律所要求的理想条件不一致。 （1）非单色光引起的偏离 朗伯-比尔定律只适用于单色光，但由于单色器色散 能力的限制和出口狭缝需要保持一定的宽度，所以目前各 种分光光度计得到的入射光实际上都是具有某一波段的复 合光。由于物质对不同波长光的吸收程度的不同，因而导 致对朗伯－比尔定律的偏离。
第八章 分光光度法 Spectrophotometry
8.1 8.2 8.3 8.4 概述 光度分析法的设计 光度分析法的误差 分光光度法的应用
8.1
概述
1 分光光度法的特点 2 光的基本性质 3 物质对光的选择吸收
• 一. 分光光度法的特点
• 定义：分吸光光度法是基于物质对光的选择吸收而建立 •
8.2 光吸收的基本定律
1 朗伯-比尔定律 2 标准曲线及其对朗伯-比尔定律的偏离
一.朗伯(Lambert J H)和比尔(Beer A)定律 朗伯 (Lambert J H)和比尔 (Beer A) 定律 分别于 1760 和 1852 年研究了光的吸收与 溶液的厚度及溶液浓度的定量关系，二者结 合称为朗伯 - 比尔定律，也称为光的吸收定 律。
• 4.检测器（detector） •
检测器是接受从比色皿发出的透射光并转换成 电信号进行测量的。分为光电管和光电倍增管。 光电管（phototube）：一个真空或充有少量惰性 气体的二极管。阴极是金属做成的半圆筒，内侧 涂有光敏物质，阳极为一金属丝。光电管依其对 光敏感的波长范围不同分为红敏和紫敏两种。红 敏光电管是在阴极表面涂银和氧化铯，适用波长 范围为625~1000 nm;紫敏光电管是阴极表面涂锑 和铯，适用波长范围为200~625 nm。 光电倍增管（photomultiplier）：由光电管改进 而成的，管中有若千个称为倍增极的附加电极。 可使光激发的电流得以放大，一个光子约产生 106~107个电子。它的灵敏度比光电管高200多倍。 适用波长范围为160~700 nm。光电倍增管在现代 的分光光度计中被广泛采用。
Io 1 A lg lg I T
* 朗伯 -比尔定律表明：当一束单色光通过含有
吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质 的浓度及吸收层厚度成正比。这是进行定量分 析的理论基础。比例常数K 与吸光物质的性质、 入射光波长及温度等因素有关。 * 含有多种吸光物质的溶液，由于各吸光物质对 某一波长的单色光均有吸收作用，若各吸光物 质的吸光质点之间相互不发生化学反应，当某 一波长的单色光通过这样一种含有多种吸光物 质的溶液时，溶液的总吸光度应等于各吸光物 质的吸光度之和。这一规律称吸光度的加和性。
（3）介质不均匀引起的偏离 朗伯－比尔定律要求吸光物质的溶液是均匀 的。如果被测溶液不均匀，是胶体溶液、乳浊液 或悬浮液时，入射光通过溶液后，除一部分被试 液吸收外，还有一部分因散射现象而损失，使透 射比减少，因而实测吸光度增加，便标准曲线偏 离直线向吸光度轴弯曲，引起正偏离，故在光度 法中应避免溶液产生胶体或混浊。 （4）由于溶液本身的化学反应引起的偏离 溶液中的吸光物质常因解离、缔合、形成新 化合物或互变异构等化学变化而改变其浓度，因 而导致偏离朗伯—比尔定律。
•
• 3. 吸收曲线（吸收光谱）
* 吸收光谱曲线或光吸收曲线（absorption curve）：以波 长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标作图。吸收曲线能准确 地描述物质对不同波长光的吸收情况。 * 最大吸收波长（maximum absorption wavelengh ）：光 吸收程度最大处的波长，用λmax表示 * 吸光度（absorbance）：表示物质对光的吸收程度的大 小，用A表示。 吸收曲线的形状和λmax位置取决于物质的分子结构，不 同物质因分子结构不同而具有各自特征的吸收曲线，据 此可进行物质的定性分析。在同一波长下吸光度随着浓 度的增大而增大，据此可进行物质的定量分析。 图8.1是KMnO4溶液的吸收曲线。在可见光区， KMnO4溶液对波长525nm附近绿色光的吸收最强，而对 紫色和红色的吸收很弱。λmax=525 nm。浓度不同时， 光吸收曲线形状相同，λmax位置不变。
1.光源 （light source） 在仪器工作的波长范围内，要求光源能发射足 够强度、稳定且波长连续变化的复合光，即要求 电源电压保持稳定，通常在仪器内同时配有电源 稳压器。在可见光区一般用6~12 V钨丝灯作为光 源，其发出的连续光谱在360~800 nm 范围内。在 紫外光区，用氢灯或氘灯为光源，它们能发射出 185~375 nm范围的光。 2.单色器（monochromator） 单色器的作用是将光源发出的连续光谱分解为 单色光的装置。分为棱镜和光栅。 • 棱镜（prism）：根据光的折射原理而将复合光色 散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光 通过一个很窄的狭缝（slit）照射到吸收池
• 三. 物质对光的选择吸收
• 1. 物质对光产生选择吸收的原因
物质分子内部具有一系列不连续的特征能 级，包括电子能级、振动能级和转动能级。在 一般情况下，分子都处于能量最低的基态。当 用一束连续光照射某物质时，若光的能量恰与 分子的某一能级能量差相等，则分子会吸收光 的能量从基态跃迁到激发态。由于不同物质的 分子结构不同，对光的吸收具有选择性，因而 产生其特征的吸收光谱。 2. 物质的颜色与光吸收的关系 物质的颜色是因物质对不同波长的光具有 选择性吸收作用而产生的，物质呈现出的颜色 是它所吸收的光的互补色。