第10章 吸光光度分析

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二、物质对光的选择性吸收
1.单色光、复合光、互补色光 单色光：具有同一波长的光 复合光：由不同波长的光组 成的光 互补色光：适当颜色的两种单
色光按一定的强度比例混合， 也可以成为白光，这两种单色 光被称为互补色光
光的互补色示意图 无机及分析化学
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2、溶液的颜色与光的选择性吸收
• (1)物质对光的选择性吸收 • (2)光吸收曲线 • 将不同波长的单色光通过某 一固定浓度的有色溶液，测 量对应波长下溶液对光的吸 光度，然后以波长为横坐标， 吸光度为纵坐标作图，即可 得一曲线，称为光吸收曲线。 • 光吸收程度最大处的波长称 为最大吸收波长 , 用λmax 表 示。
第十章 吸光光度分析法
本章主要介绍可见分光光度法的基本原理、仪器的 基本结构和有关应用。
学习要求
1、熟悉吸光光度法的特点； 2、掌握吸光光度法的基本原理及适用范围； 3、了解吸光光度法的分析方法以及显色反应和显 色条件的选择； 4、了解吸光光度法仪器构造及测量条件的选择。
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§10－1 吸光光度法的基本原理
MR
(有色化合物)
显色反应：加入某种试剂使被测组分变成有色化合物的反应 在光度分析中生成有色物质的反应主要有配位反应、 氧化还原反应等，其中以配位反应应用最广。 显色剂 与待测组分形成有色化合物的试剂
无机显色剂 有机显色剂 价格便宜,但灵敏度和选择性不高,应用不多 种类多,灵敏度和选择性较高,应用广泛
四、偏离朗伯－比耳定律的原因
1.非单色光引起的偏离 2.化学因素引起的偏离
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思考2：已知KMnO4溶液的最大吸收波长是 525nm，在此波长下测得某KMnO4溶液的吸光度 为0.710。如果不改变其他条件，只将入射光波长 改为550nm，则其吸光度将会( )。 A. 增大 √ B. 减少 C. 不变 D. 不能确定
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应用朗伯－比耳定律时，必须掌握好以下条件： ①入射光波长应为λmax，且单色性好； ②被测溶液具有均匀性、非散射性(不浑浊,也不呈胶体)； ③被测物质的浓度应在一定范围内。 必须指出： 朗伯－比耳定律不仅适用于可见 光，也适用于红外光和紫外光；不仅 适用于均匀非散射的液体,也适用于 固体和气体。因此，它是各类吸光光 度法定量的依据,用途很广。
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• • • •
•
吸光光度仪器的一般操作程序 a.选合适的波长作为入射光，接通电源预热仪器。 b.调透光率为零，即仪器零点。光路应断开，光电转 换元件不应受光，显示系统显示T%=0.0，如不在“0” 处，则应调节到“0”。 c.调T%=100.0 。将参比溶液置于光路，接通光路(盖 上吸收池暗箱盖)，显示系统显示T%= 100.0 。2、3 步应反复调整。 d.将样品溶液推入光路，读取吸光度A。溶液的吸光 度应控制在0.2～0.8范围内，使测定结果有较高的准 确度。而当 A=0.434 或 T%=36.8 时，测定的误差最小。 过大或过小应予以调节。 e. 整理好仪器。 无机及分析化学
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二、分光光度法及分光光度计
1.基本原理 由光源发出白光，采用分光装置，获得单色光， 让单色光通过有色溶液，透过光的强度通过检测器 进行测量，从而求出被测物质含量。
光源 单色器 吸收池 检测器 显示系统
2.分光光度计的主要部件 ①光源 紫外光源一般使用氢灯或氘灯，可见光源使 用钨灯和卤钨灯。 ②单色器 选择波长的装置。如棱镜或光栅。 无机及分析化学
⑤干扰的消除 加掩蔽剂、选择适当的显色条件、
分离干扰离子等。 无机及分析化学
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思考4：显色反应是指( )。 A. 将无色混合物转变为有色混合物 B. 将无机物转变为有机物 √C. 将待测离子或分子转变为有色化合物 D. 向无色物质中加入有色物质
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§10－3 光度分析法及其仪器
一、目视比色法 用眼睛观察、比较溶液颜色深浅以确定物质含量的方法。 仪器：由相同质料制成的、形状大小相同的比色管 方法：将一系列不同量的标液依次加入各比色管中，再分 别加入等量的显色剂及其他试剂，并控制其他实验条件相 同，最后稀释至同样的体积。配成一套颜色逐渐加深的标 准色阶。将一定量被测试液置于另一相同的比色管中，在 同样条件下显色，并稀释至同样体积。然后从管口垂直向 下观察，也可以从比色管侧面观察，若试液与标准系列中 某管溶液的颜色深度相同，则说明两者浓度相等；若试液 颜色介于两标准溶液之间，则其浓度介于两者之间。
思考3：在符合朗伯-比尔定律的范围内，有色物 的浓度、最大吸收波长、吸光度三者的关系是( )。 A.增加，增加，增加 B.减小，不变，减小 C.减小，增加，增加 D.增加，不变，减小
√
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§10－2 显色反应及其影响因素
一、显色反应与显色剂
显色反应一般可表示为： M + R ⇌
(被测组分) (显色剂)
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③吸收池(比色皿) 有玻璃和石英两种。吸收池用来 盛装待测溶液。使用时应注意保护透光面的光洁。 ④检测器 将透过吸收池的光转换成光电流并测量出 其大小的装置称为检测器（光电转换元件）。检测器 主要有：光电池、光电管、光电倍增管等。其共同的 弱点：它们长时间受光照射，光电转换效率就会降低， 这种现象称为“光电转换元件疲劳”。故这些元件都 安装在仪器的暗盒内。非测量状态和仪器预热时，它 们不应受到光照，只有测量时才接通光路，测完一组 样品后，应立即断开光路。 ⑤显示系统 有检流计、微安表、电位表、数字电位 表、记录仪及示波器等显示。
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2、参比溶液 溶剂空白：试液及显色剂均无色 试样空白：被测试液中存在其他有色离子 试剂空白：显色剂有色，而试液本身无色 如果显色剂和试液均有颜色，可将一份试液加入 适当掩蔽剂，将被测组分掩蔽起来，使之不再与显色 剂作用，而显色剂及其他试剂均按试液测定方法加入， 以此作为参比溶液，这样可以消除显色剂和一些共存 组分的干扰。
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思考6、用分光光度计测量有色物质的浓度，相对 误差最小是吸光度为： A. 0.343 B. 0.334 C. 0.443 D. 0.434 √ 思考7、在作分光光度测定时，下列有关的几个 操作步骤：①旋转光量调节器，②将参比溶液置 于光路中，③调节至T＝0，④将被测溶液置于光 路中，⑤调节零点调节器，⑥测量A值，⑦调节 A＝0。其合理顺序是 A. ②①③⑤⑦④⑥ B. ②①⑦⑤③④⑥ C. ⑤③②①⑦④⑥ D. ⑤⑦②①③④⑥ √
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3、吸光度范围
被测溶液的吸光度值在0.2～0.8范围内，使测定
结果有较高的准确度，过大或过小应予以调节。 而当A= 0.434或T% = 36.8时，测定的误差最小。 为此可从以下三方面加以控制： 一是改变试样的称样量，或采用稀释、浓缩、富
集等方法来控制被测溶液的浓度；
二是选择适宜厚度的吸收池； 三是选择适当的显色反应和参比溶液。
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例题 浓度为0.51μg/mL的Cu2+溶液，用双环已酮 草酰二腙比色测定，在波长600nm处，用厚度为 2.0cm比色皿测得T = 50.5%，问吸光系数a，摩尔 吸光系数ε为多少? (MCu= 63.55 g/mol) 解：此题是关于a、ε的计算和转化 Cu2+的质量浓度为 c = 0.51×10-6/10-3 = 5.1×10-4 ( g· L-1) A = -lgT = -lg0.505 = 0.297 a = A/bc = 0.297/(2.0×5.1×10-4 ) = 291(L· g - 1· cm-1) ε= A/bc = 0.297/[(2.0×5.1×10-4 )/63.55] =1.9×104（L· mol-1· cm-1） 无机及分析化学
It T 透光率T I0 透光率倒数的对数则表示有色溶液对光的吸收程度，称 为吸光度A I0 1 A lg lg T It
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实践证明，有色溶液对光的吸收程度，与溶 液的浓度、液层厚度及入射光波长等因素有关。 保持入射光波长不变，Lambert和Beer分别 研究了光的吸收程度与液层厚度及溶液的浓度之 间的定量关系。 吸光度、溶液的浓度及液层厚度之间的关系 如下： A = Kbc 朗伯-耳定律的数学表达式
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§10－1
吸光光度法的基本原理
吸光光度分析：利用物质对光的选择性吸收特性进行 测定一种分析方法，主要适用于微量组分分析。包括可 见光吸光光度法、紫外吸光光度法、红外吸收光谱法。 紫外-可见光吸光光度法简称为吸光光度法。
一、吸光光度法的特点
1.灵敏度高 测定含量可低至10－4～10－6% ； 2.准确度好 相对误差一般为2～5% ； 3.快速简便 步骤包括将样品处理成溶液、显色、测定， 所需的仪器设备均不复杂，操作简便，易于掌握 ； 4.应用广泛
为横坐标作图，得到一条通 过原点的直线，称为工作曲 线或标准曲线。 • 再在相同条件下用相同方法 配制样品溶液，并测出其吸 光度 Ax，在工作曲线上即可 查得相应的浓度cx。 注意：待测样的测定结果应 在工作曲线范围内，不能延 长工作曲线；工作曲线也只 能在同一次测定中应用。
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显色反应必须符合下列要求：
① 显色反应的灵敏度要高。 ② 有色化合物组成要固定、稳定性要高。
③ 反应的选择性要好。
④ 显色剂在测定波长处无明显吸收。 ⑤ 显色反应受温度、pH、试剂加入量的变化影
பைடு நூலகம்
响要小。
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二、显色条件的选择 ①显色剂的用量
②溶液的酸度 通过实验作A－pH 曲线来确定 ③显色温度 ④显色时间 通过实验作A－T 曲线来确定 通过实验作A－t 曲线来确定
一、吸光光度法的特点 三、朗伯—比耳定律 二、物质对光的选择性吸收 四、偏离朗伯—比耳定律的原因
§10－2 显色反应及其影响因素
一、显色反应与显色剂 二、影响显色反应的因素
§10－3 光度分析法及其仪器
一、目视比色法 二、分光光度法及分光光度计
三、吸光度测量条件的选择
§10－4 吸光光度法的应用 无机及分析化学
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§10－4 吸光光度法的应用
单一组分分析 1.比较法（只有几个样品溶液需要分析，而精度要求 又不很高，常采用比较法测定。）
标准溶液 待测溶液
则
As Ksbs cs
Ax K xbx cx
As c s Ax c x
即
Ax c x cs As
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2.工作曲线法（标准曲线法 ） 适用于经常性的、大批试样的分析 • 以A为纵坐标，标液的浓度c
KMnO4溶液的光吸收曲线
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√
思考1、符合比耳定律的有色溶液稀释时，其最 大吸收峰的波长位置 A.向长波方向移动 B.向短波方向移动 C.不移动，但高峰值降低 D.不移动，但高峰值增大
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三、朗伯-比耳定律
当一束平行的单色光照射到任何均匀的、非散射的介质 (固体、液体或气体),例如溶液时，光的一部分被介质吸 收，一部分透过溶液，一部分被器皿的表面反射。如果 入射光的强度为Io，吸收光的强度为Ia，透过光的强度为 It，反射光的强度为Ir，则： Io = Ia + It + Ir 可简化为 ：Io = Ia + It （ Ir 基本上不变 ）
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• A = Kbc
其物理意义是：在一定温度下，一束平行的单 色光通过均匀的非散射的溶液时，溶液对光的吸收程度与 溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。 • A = abc （c：g· L－1，b：cm，K用a表示，其单位为L· g－ 1· cm－1，a称为吸光系数 ） • A =εbc （c：mol· L－1，b：cm，K用ε表示，其单位为 L· mol－1· cm－1，ε称为摩尔吸光系数 ） • ε越大，反应越灵敏,可测定组分的浓度也越低。一般认为ε ＜104的显色反应属低灵敏度，在104～5×104时属中等灵 敏度, 在6×104～105时属高灵敏度, ＞105属超高灵敏度。
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分光光度计
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思考5、分析有机物时，常用紫外分光光度计， 应选用哪种光源和比色皿： A. 钨灯光源和石英比色皿 B. 氢灯光源和玻璃比色皿 C. 氢灯光源和石英比色皿 √ D. 钨灯光源和玻璃比色皿
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三、吸光光度法测量条件的选择
测量条件
1、入射光波长 a.最大吸收波长；b.能避开干扰组分的入射光波长