分光光度法

第七章
②物质对光的选择性吸收
分光光度法
一种物质呈现何种颜色，是与入射光的组成和物质本身 的结构有关。溶液呈现不同的颜色是由溶液中的质点（离子 或分子）对不同波长的光具有选择性吸收而引起的。 当白光通过某一有色溶液时，该溶液会选择性地吸收某 些波长 (wavelength) 的光而让未被吸收的光透射过，即溶液 呈现透射光的颜色，亦即呈现的是它吸收光的互补光的颜色。 例如： KMnO4 溶液能选择吸收了白光中的绿光，与绿 色光互补的紫色光因未被吸收而透过溶液，所以 KMnO4 溶 液呈现紫色。
第七章
分光光度法
4、吸光系数、摩尔吸光系数与桑德尔灵敏度 朗伯-比尔定律A=kbc中的系数k因浓度c所取的单位不同， 有两种表示方式： (1) 若 c 以 g· L-1 ， b 以 cm 表示时，常数 k 则以 a 表示，称为 吸光系数，单位为L/(g· cm)。此时，朗伯-比耳定律为： A＝abc。 (2)若c用mol · L-1，b用cm表示，则k用ε来表示，称为摩 尔吸光系数，单位为L· mol-1· cm-1 。这时，朗伯-比耳定律为： A＝εbc。 ε与入射光波长λ有关，表示ε时，应注明波长。
在实际工作中，经常发现标准曲线向浓度轴弯曲的情况， 称为偏离朗伯 - 比耳定律。引起偏离的原因较多，有来自仪 器方面的，有来自溶液方面的。
第七章
1、非单色光引起的偏离
分光光度法
朗伯-比耳定律只适用于单色光，但所用的入射光多是
复合光，因而导致对朗伯-比耳定律的偏离。
设检测器（光电池或光电管）对两种波长的光的灵敏度 相同，则可以证明：ε1与ε2 相差愈大，吸收池愈厚，则偏离
波谱名称 射线 X射线
分光光度法
远紫外
近紫外
波长范围 分 析 方 法 0.005~0.17 nm 中子活化分析,莫斯鲍尔谱法 0.1~10 nm X射线光谱法 10~200 nm 真空紫外光谱法 200~400 nm 紫外光谱法
可见光
近红外 中红外 远红外
400~750 nm
0.75~2.5 m 2.5~50 m 50~1000 m
第七章
分光光度法
KMnO4溶液的吸收曲线
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分光光度法
吸收曲线(absorption spectrum)的讨论 1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处 对应的波长称为最大吸收波长(max) 2）同一物质不同浓度的溶液，光吸收曲线形状相似，其最 大吸收波长不变；但在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增 加而增大。这个特性可作为物质定量分析的依据。在实际测 定时，只有在λmax处测定吸光度，其灵敏度最高，因此，吸 收曲线是吸光光度法中选择测量波长的依据。 3）不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相同。光 吸收曲线与物质特性有关，故据此可作为物质定性分析的依 据。
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分光光度法
吸光光度分析的灵敏度可用吸光系数 a或ε表示。a或ε反 映吸光物质对光的吸收能力，也反映用吸光光度分析法的灵 敏度。 例如，用铜试剂测定钢， ε436=12800 ；而用双硫腙测定 铜，ε495=158000，灵敏度较前者高很多。 吸光光度分析的灵敏度也用桑德尔灵敏度（灵敏度指数） S来表示。 桑德尔灵敏度：规定仪器的检测极限为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，以 μg/cm2表示。S与ε的关系如下： S＝M/ε (μg/cm2) S小灵敏度高， 相同的物质，M小则灵敏度高。
越低)，光量子的能量越低，反之，波长越短(频率越高)，光
量子的能量越高。
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(2)单色光和复合光
分光光度法
单色光：具有相同能量(相同波长)的光。
复合光：由不同单色光组成的光。例如：阳光和白炽灯 发出的光均为复合光
(3)可见光和互补光
可见光：指人的眼睛所能感觉到的光，包括的波长范围 为：400~750nm。
吸光度与光程的关系 A = bc
吸光度
光源
0.00
检测器 吸光度
光源
0.22
b
检测器 吸光度
0.44
b
光源
检测器
吸光度与光程的关系 A = bc
吸光度
光源
0.00
检测器
吸光度
光源
0.22
b
样品 b b
检测器
吸光度
0.44
光源
检测器
样品
样品
吸光度(A)、透光率(T)与浓度(c)的关系
A
T
T = 10
红紫
紫 蓝 绿蓝 蓝绿
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2、吸收光谱的产生 ①吸收光谱的分类
分光光度法
吸收光谱有原子吸收光谱和分子吸收光谱。 原子吸收光谱：由原子外层电子选择性地吸收某些波长 的电磁波而引起的。原子光谱通常为线状。 原子吸收分光光度法：根据原子具有选择性地吸收电磁 波的这种性质建立起来的方法。 分子吸收光谱：由分子选择性地吸收某些波长的电磁波 而引起的。分子的电子光谱通常呈带状。 分子结构多样性，导致分子吸收光谱的的复杂性。其吸 收光谱有红外光谱，紫外可见光谱，核磁共振谱等。
比色法,可见吸光光度法
红外光谱法 红外光谱法 红外光谱法
微 波 射 频
1~1000 mm 1~1000 m
微波光谱法 核磁共振光谱法
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分光光度法
波动性是指光按波动形式传播。 光的波长λ，频率ν与速度c的关系为：λν=c
粒子性是指光是由光量子或光子所组成的。
光量子的能量与波长的关系为：E=hν 短波的能量大，长波的能量小。 光具有波粒二象性： E=hν=hc/λ 结论：一定波长的光具有一定的能量，波长越长 ( 频率
同一物质，浓度不同时，吸收光谱的形状相同，Amax 不 同——定量分析的基础。
(Absorption spectra of Cr2O72-、MnO4- ) 350 1.0 525 545
Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱
0.8 Absorbance
0.6 0.4 0.2 300 400 500 600 700 /nm Cr2O72440 nm MnO4-
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分光光度法
Cr2O72-的最大吸收波长为 350nm，CrO42-的最大吸收波 长为 375nm 。两曲线于波长 445nm 及 335nm 处相交，称为等 吸收点。此时，溶液中两吸光组分的吸光度相等。 如果在波长 350nm 处进行测量，则随着 K2Cr2O7 浓度的 增加，CrO42-的相对浓度越来越小，其结果将导致标准曲线 向下弯曲。 如果是在波长450nm处进行测量，此时由于Cr2O72-所产 生的吸光度较CrO42- 产生的吸光度为大，故使标准曲线向上 弯曲。 如果是在等吸收点波长445nm处进行测量，尽管Cr2O72离解为CrO42-，也不会发生偏离朗伯-比耳定律的情况。
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光吸收的基本定律
一、朗伯-比耳定律
1. 朗伯-比耳定律 如图所示，当一束强度为 I0的平行单色光垂直照射到单 一均匀的、非散射的吸光物质溶液时，溶质吸收了光能，光 的强度就要减弱。令通过吸光物质溶液后光的强度为I:
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透光度(透射比）T： T = I / I0 溶液的透光率愈大，表示它对光的吸收愈小；相反，透 光率愈小；表示它对光的吸收愈大。 吸光度A与溶液的透光率的关系为 A = lg(1/T)= -lgT = lg(I0/I) = kbc 实验发现：溶液的浓度c愈大，液层厚度b愈厚，入射光 愈强，则光吸收得愈多，且满足 A = lg(1/T)= -lgT = lg(I0/I) = kbc 式中：A为吸光度；T为透光度，T=I/I0；I0为入射光强度，I 为透射光强度；k为比例系数，k与吸光物质的性质、入射光 波长及温度等有关；c为吸光物质浓度；b为吸收层厚度。上 式就被称为朗伯－比尔定律。
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摩尔吸光系数()的讨论
分光光度法
1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，可
作为定性鉴定的参数；
2）不随浓度 c 和光程长度 b的改变而改变。在温度和波 长等条件一定时， ε 仅与吸收物质本身的性质有关，与待测
物浓度无关；
3）同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大 吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。εmax表明了 该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物 质可能达到的最大灵敏度。
物质颜色和吸收颜色的关系
物质颜色 黄绿 黄 橙 红 紫红 紫 蓝 绿蓝 蓝绿 颜色 紫 蓝 绿蓝 蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 红 吸收光 波长范围/nm 400～450 450～480 480～490 490～500 500～560 560～580 580～600 600～650 650～750
第七章
第七章
分光光度法
4）εmax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。
ε>105：超高灵敏；
ε=(6～10）×104 ：高灵敏；
ε<2×104 ：不灵敏。
5）ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为
1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。
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分光光度法
二、偏离朗伯-比耳定律的原因
第七章
分光光度法
三、标准曲线的绘制及应用
1、标准曲线
配制一系列已知浓度的标准溶液，在确定的波长和光程 等条件下，分别测定系列溶液的吸光度 A，然后以吸光度为 纵坐标，以浓度 c 为横坐标作图，得到一条曲线，称标准曲 线，也称做工作曲线。
2、标准曲线的应用 (1)曲线的斜率为b，由于b是定值，由此可得到摩尔吸 收系数 ； (2) 根据未知液的Ax，在标准曲线上查出其浓度cx。
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3、比色法与分光光度法的特点
分光光度法
比色法和分光光度法主要应用于测定试样中微量组分的
含量，它们的特点是：
①灵敏度高。常用于测定试样中1－10-3％的微量组分； ②准确度较高。比色法的相对误差为5－10％，分光光
度法为2－5％；
③应用广泛。大多无机离子和许多有机化合物都可以直 接或间接地用比色法或分光光度法进行测定； ④操作简便、快速。
导致实测吸光度增加，产生正偏差。 ②由于溶液中的化学反应引起的偏离：溶液中的吸光物
质常因离解、缔合、形成新化合物或互变异构等化学变化而
改变其浓度，导致偏离朗伯-比耳定律。 例如，K2Cr2O7在溶液中有下列平衡： Cr2O72- ＋ H2O <==> 2 HCrO4- <==> 2 H+ ＋ 2 CrO42-
第七章
分光光度法
分光光度法：也叫吸光光度法，是基于物质对光的选择 性吸收而建立起来的分析方法，包括比色法、可见及紫外分
光光度法及红外光谱法等。本章重点讨论可见光区的吸光光
度法。
一、概述
1、光的基本性质 (1)光具有二象性：波动性和粒子性
光是一种电磁波，按照波长或频率排列可得到下表所示
的电磁波谱表：
第七章
互补光：将两中适当颜色的光按一定的强度比例混合， 如果能形成白光，则这两种光称为互补光。
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/nm
分光光度法
颜色 紫 蓝 互补光 黄绿 黄
400-450 450-480
480-490
490-500
绿蓝
蓝绿
橙
红
500-560
560-580 580-610 610-650 650-760
绿
黄绿 黄 橙 红
愈严重。
入射光的波长范围窄，偏离朗伯-比耳定律的程度小。 选择最大吸收波长的入射光，不仅有较高的灵敏度，偏离朗 伯-比耳定律的程度较小。
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分光光度法
2、由于溶液本身的化学和物理因素引起的偏离 ①由于介质不均匀性引起的偏离：当被测试液是胶体溶
液、乳浊液或悬浮物质时，部分入射光还因散射现象而损失，
-kbc
A=kbc
线性关系
指数关系
c
第七章
分光光度法
2、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(b)和浓度(c)的 乘积成正比。 朗伯—比尔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。 3、朗伯-比尔定律的适用条件： 1) 单色光：应选用max处或肩峰处测定； 2) 吸光质点形式不变：离解、络合、缔合会破坏线性关 系， 应控制条件； 3) 稀溶液： 浓度增大，分子之间作用增强。
③吸收曲线
分光光度法
用不同波长(400-720nm)的光，照射某一吸光物质的溶液；
测吸光度 (A) ，以波长 为横坐标，吸光度 A 为纵坐标得到的 一条曲线，直观地表示出物质对光的吸收特征。它反映某溶 液对不同波长单色光的吸收程度。在最大吸收波长处测定吸 光度，则灵敏度最高。
不同物质吸收光谱的形状以及max 不同 ——定性分析的 基础。