无机与分析化学比色法和分光光度法
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A lg I0 kc I
•朗伯-比耳定律： A abc
当b单位为cm，c的单位为mol/L时的吸光系数称摩尔吸 光系数（），其单位为cm-1•mol-1 • L。 的大小与吸光物质的性质、入射波长和温度有关。
8
A= ()bc
思考：摩尔吸光系数如何测定方法
朗伯-比耳定律的适用范围： •不仅使用于溶液，也适用于均匀气态吸光物质 和固态吸光物质； •它是各种吸光光度法定量分析的依据。
14
吸收池（比色池、比色皿）： •用无色透明、耐腐蚀的光学玻璃或石英制造。 •因玻璃吸收紫外光，所以玻璃吸收池只能用于可见光区。 •杯差：一对比色池对光吸收的差异，实验前要先校杯差。 检测系统： 光电转换元件（硒光电池、光电二极管）。
结果显示部分： 直接显示出测定结果的数值（吸光度、透过率等）。
15
• 朗伯定律：一束单色光通过吸光物质的溶液后，光 的吸收程度与溶液液层厚度成正比关系。即：
A lg I0 lg 1 kb
I
T
A为吸光度; I0为入射光强
I为透过光强; T为透光度(率) I0
I
k为比例常数
b为液层厚度（光程长度） b
7
•比耳定律：
一束单色光通过吸光物质的溶液后，光的吸收程度与吸 光物质微粒（分子）的数目(浓度c)成正比关系。即：
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§20.3 比色法和分光光度法及其仪器
1. 光度分析方法 • 目视比色法： • 光电比色法：用光电比色计测定未知溶液和标准溶液的吸
光度。 • 分（吸）光光度法：用分光光度计测定未知溶液和标准溶
液的吸光度。
光电比色计用滤光片得到较窄波长范围的入射光； 分光光度计用棱镜或光栅做分光元件得到单色入射光。
10
偏离比耳定律： 即工作曲线在高浓度端发生偏离。
偏离比耳定律的原因： •比尔定律本身的局限性。比尔定律假设了吸光分子之间无相互 作用，事实上，在较高浓度下，分子间相互作用不可忽略。 •入射光为非单色光时的偏离。仪器的分光元件（单色器）很难 得到真正的单色光，而是波长范围很窄的复合光带，而比耳定 律仅在入射光为单色光时才是正确的。 •化学因素引起的偏离。其一是介质不均匀（胶体、乳浊液、悬 浮液）而产生折射、散射和反射，使透过光强减弱（A增大）。 其二是吸光分子发生化学变化而改变浓度。
12
2. 分光光度计的基本部件
检
结
光 源
单 色 器
吸 收 池
测 系 统
果 显 示
光源： 在可见和近红外区使用钨灯或碘钨灯，波长范围320-2500nm； 在紫外区使用氢灯或氘灯，波长范围180-375nm。使用稳压器 保证光强稳定。
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单色器
•色散元件：将连续光谱分解为单色光的元件，如棱镜、光栅； •单色器：由入射狭缝、准直透镜、色散元件、聚焦透镜和出射 狭缝构成。 •玻璃吸收紫外光，所以玻璃棱镜仅用于350-3200nm波长范围， 只能用于可见分光光度计；石英（ 185-源自文库000nm ）则可用于整个 紫外-可见光区。 •光栅利用光的衍射与干涉作用，其优点是适用波长范围宽、色 散均匀、分辨率高；但其缺点是各级光谱有重叠而产生相互干 扰。
§20.4 显色反应与显色条件的选择
• 许多无机离子无色，即使有色的无机离子也多因吸光系数不 大而无法直接进行紫外-可见分光光度测定；
• 很多有机化合物具有较强紫外或可见光吸收，可直接测定。
显色反应：将无色或吸光系数很小的被测物质与显色 剂反应，使被测物转变成具有较强紫外或可见光吸 收的化合物，然后进行测定。
1
二、吸收光谱
1. 光谱区的划分
微波
1000um 远红外
10um
波
近红外
长
可见光
100nm 10nm
近紫外 真空紫外 X-射线
-射线
红 620 － 750nm 橙 590 － 620nm 黄 570 － 590nm 绿 550 － 570nm 青 495 － 550nm 蓝 450 － 495nm 紫 380 － 450nm
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工作曲线（标准曲线）：
测定信号的大小随被测物质浓度变化的曲线，在分 析化学中，要求这一曲线为直线，即测定信号与被 测物浓度成正比。
•理想情况下工作曲线是一过原点，具有一定斜率的直线； •直线的线性范围是有限的；一般的分析方法要求两个数量级 以上的线性范围； •未知样品中被测物的浓度应在工作曲线的线性范围内，否则 测定结果不准确。
§20.1 概述
一、分光光度法及其特点 比色法：利用有色溶液颜色的深度测定该溶液的浓度。 目视比色法：用肉眼直接比较样品和标准溶液的颜色深浅。 分(吸)光光度法：用光电比色计或分光光度计测量溶液吸光度。 分光光度法的特点： • 灵敏度高。10-3 －10-6 mol/L。 • 准确度高。相对误差2－5％。 • 仪器设备简单、操作简便。 • 应用范围广。
190－400nm
2
2. 可见吸收光谱
•单色光：单一波长光 •复合光：复合波长光 •互补光：处于同一直 线上的两种光。 •互补光按一定强度比 例混合，光。 •溶液颜色：即得白互 补光的颜色。
绿
黄
青
橙
白光
青蓝
红
蓝
紫
光的互补色示意图
3
3. 吸收光谱曲线 透过率：某波长的光通过含有紫外-可见光吸收的溶液后， 没有被吸收（透过）的光的比例。
5
•吸收光谱与发射光谱 分子吸收能量后受到激发，分子就从基态能级跃迁到激发态 能级，因而产生吸收光谱。 处于激发态的分子返回基态或能级较低的激发态，就会以光 子的形式释放能量，从而产生发射光谱。
•紫外-可见吸收光谱 分子中的价电子吸收特定波长的光（紫外-可见光）后，从 基态跃迁到激发态。
6
§20.2 光吸收的基本定律
吸光度：某波长的光通过含有紫外-可见光吸收的溶液后， 被吸收的光的比例。
吸收光谱曲线：溶液对不同波长光的吸收强度，即以入射 光波长为横坐标，吸光度为纵坐标所做的一条曲线。
最大吸收波长：物质对该波长的光吸收最大，即吸收光谱 曲线上的最大峰值。
4
4. 物质吸收光的本质 •物质分子的运动状态 分子轨道中价电子的高速旋转；原子在平衡位置的振动； 分子自身的转动。 •分子的能量 价电子能级的能量＋振动能级的能量＋转动能级的能量 •能级差与对应的光谱 价电子能级间的能量差1-20eV，紫外-可见光的能量； 振动能级间的能量差0.05-1eV，红外光的能量； 转动能级间的能量差10-4-0.05eV，远红外光及微波的能量；
•朗伯-比耳定律： A abc
当b单位为cm，c的单位为mol/L时的吸光系数称摩尔吸 光系数（），其单位为cm-1•mol-1 • L。 的大小与吸光物质的性质、入射波长和温度有关。
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A= ()bc
思考：摩尔吸光系数如何测定方法
朗伯-比耳定律的适用范围： •不仅使用于溶液，也适用于均匀气态吸光物质 和固态吸光物质； •它是各种吸光光度法定量分析的依据。
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吸收池（比色池、比色皿）： •用无色透明、耐腐蚀的光学玻璃或石英制造。 •因玻璃吸收紫外光，所以玻璃吸收池只能用于可见光区。 •杯差：一对比色池对光吸收的差异，实验前要先校杯差。 检测系统： 光电转换元件（硒光电池、光电二极管）。
结果显示部分： 直接显示出测定结果的数值（吸光度、透过率等）。
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• 朗伯定律：一束单色光通过吸光物质的溶液后，光 的吸收程度与溶液液层厚度成正比关系。即：
A lg I0 lg 1 kb
I
T
A为吸光度; I0为入射光强
I为透过光强; T为透光度(率) I0
I
k为比例常数
b为液层厚度（光程长度） b
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•比耳定律：
一束单色光通过吸光物质的溶液后，光的吸收程度与吸 光物质微粒（分子）的数目(浓度c)成正比关系。即：
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§20.3 比色法和分光光度法及其仪器
1. 光度分析方法 • 目视比色法： • 光电比色法：用光电比色计测定未知溶液和标准溶液的吸
光度。 • 分（吸）光光度法：用分光光度计测定未知溶液和标准溶
液的吸光度。
光电比色计用滤光片得到较窄波长范围的入射光； 分光光度计用棱镜或光栅做分光元件得到单色入射光。
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偏离比耳定律： 即工作曲线在高浓度端发生偏离。
偏离比耳定律的原因： •比尔定律本身的局限性。比尔定律假设了吸光分子之间无相互 作用，事实上，在较高浓度下，分子间相互作用不可忽略。 •入射光为非单色光时的偏离。仪器的分光元件（单色器）很难 得到真正的单色光，而是波长范围很窄的复合光带，而比耳定 律仅在入射光为单色光时才是正确的。 •化学因素引起的偏离。其一是介质不均匀（胶体、乳浊液、悬 浮液）而产生折射、散射和反射，使透过光强减弱（A增大）。 其二是吸光分子发生化学变化而改变浓度。
12
2. 分光光度计的基本部件
检
结
光 源
单 色 器
吸 收 池
测 系 统
果 显 示
光源： 在可见和近红外区使用钨灯或碘钨灯，波长范围320-2500nm； 在紫外区使用氢灯或氘灯，波长范围180-375nm。使用稳压器 保证光强稳定。
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单色器
•色散元件：将连续光谱分解为单色光的元件，如棱镜、光栅； •单色器：由入射狭缝、准直透镜、色散元件、聚焦透镜和出射 狭缝构成。 •玻璃吸收紫外光，所以玻璃棱镜仅用于350-3200nm波长范围， 只能用于可见分光光度计；石英（ 185-源自文库000nm ）则可用于整个 紫外-可见光区。 •光栅利用光的衍射与干涉作用，其优点是适用波长范围宽、色 散均匀、分辨率高；但其缺点是各级光谱有重叠而产生相互干 扰。
§20.4 显色反应与显色条件的选择
• 许多无机离子无色，即使有色的无机离子也多因吸光系数不 大而无法直接进行紫外-可见分光光度测定；
• 很多有机化合物具有较强紫外或可见光吸收，可直接测定。
显色反应：将无色或吸光系数很小的被测物质与显色 剂反应，使被测物转变成具有较强紫外或可见光吸 收的化合物，然后进行测定。
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二、吸收光谱
1. 光谱区的划分
微波
1000um 远红外
10um
波
近红外
长
可见光
100nm 10nm
近紫外 真空紫外 X-射线
-射线
红 620 － 750nm 橙 590 － 620nm 黄 570 － 590nm 绿 550 － 570nm 青 495 － 550nm 蓝 450 － 495nm 紫 380 － 450nm
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工作曲线（标准曲线）：
测定信号的大小随被测物质浓度变化的曲线，在分 析化学中，要求这一曲线为直线，即测定信号与被 测物浓度成正比。
•理想情况下工作曲线是一过原点，具有一定斜率的直线； •直线的线性范围是有限的；一般的分析方法要求两个数量级 以上的线性范围； •未知样品中被测物的浓度应在工作曲线的线性范围内，否则 测定结果不准确。
§20.1 概述
一、分光光度法及其特点 比色法：利用有色溶液颜色的深度测定该溶液的浓度。 目视比色法：用肉眼直接比较样品和标准溶液的颜色深浅。 分(吸)光光度法：用光电比色计或分光光度计测量溶液吸光度。 分光光度法的特点： • 灵敏度高。10-3 －10-6 mol/L。 • 准确度高。相对误差2－5％。 • 仪器设备简单、操作简便。 • 应用范围广。
190－400nm
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2. 可见吸收光谱
•单色光：单一波长光 •复合光：复合波长光 •互补光：处于同一直 线上的两种光。 •互补光按一定强度比 例混合，光。 •溶液颜色：即得白互 补光的颜色。
绿
黄
青
橙
白光
青蓝
红
蓝
紫
光的互补色示意图
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3. 吸收光谱曲线 透过率：某波长的光通过含有紫外-可见光吸收的溶液后， 没有被吸收（透过）的光的比例。
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•吸收光谱与发射光谱 分子吸收能量后受到激发，分子就从基态能级跃迁到激发态 能级，因而产生吸收光谱。 处于激发态的分子返回基态或能级较低的激发态，就会以光 子的形式释放能量，从而产生发射光谱。
•紫外-可见吸收光谱 分子中的价电子吸收特定波长的光（紫外-可见光）后，从 基态跃迁到激发态。
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§20.2 光吸收的基本定律
吸光度：某波长的光通过含有紫外-可见光吸收的溶液后， 被吸收的光的比例。
吸收光谱曲线：溶液对不同波长光的吸收强度，即以入射 光波长为横坐标，吸光度为纵坐标所做的一条曲线。
最大吸收波长：物质对该波长的光吸收最大，即吸收光谱 曲线上的最大峰值。
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4. 物质吸收光的本质 •物质分子的运动状态 分子轨道中价电子的高速旋转；原子在平衡位置的振动； 分子自身的转动。 •分子的能量 价电子能级的能量＋振动能级的能量＋转动能级的能量 •能级差与对应的光谱 价电子能级间的能量差1-20eV，紫外-可见光的能量； 振动能级间的能量差0.05-1eV，红外光的能量； 转动能级间的能量差10-4-0.05eV，远红外光及微波的能量；