第九章_吸光光度法

分光光度计内部光的传播途径
9.2 显色反应及其影响因素 一、显色反应
选用适当的试剂将待测离子转化为有色物质的反应，称之 “显色反应”，所用试剂称之“显色剂”。
如：
被测离子 显色剂 有色物
Fe3 SC络N 合反F应eSCN2 Fe3 3磺基螯水合杨反酸应 FeR3
Mn2 S2O82氧 化 Ag还原M反n应O4
3）溶液本身的化学反应引起的偏离
朗伯-比耳定律除要求吸收粒子是独立的，彼此之间无相互作 用，因此稀溶液能很好地服从该定律。 在高浓度时(通常＞0.01 mol·L－1)由于吸收组分粒子间的平均 距离减小，粒子间的相互作用增强，可使它们的吸光能力发生 改变。吸光度与浓度间的关系就偏离线性关系，浓度越大，相 互作用越强，偏离就越大。
第九章 吸 光 光 度 法
9.1 吸光光度法概述 9.2 显色反应及其影响因素 9.3 吸光光度法分析及误差控制 9.4 吸光光度法的应用
9.1 吸光光度法概述
化学分析法
仪器分析法
✓ 容量分析法：酸碱滴定法，配位滴定法， ✓光学分析法
氧化还原滴定法，沉淀滴定
✓电化学分析法
✓ 重量分析法
✓色谱
化学分析(Chemical analysis)： 常量组分(>1%), Er 0.1%～0.2% 依据化学反应, 使用玻璃仪器
吸光度与透光率
lg T Kcb A T 10A 10Kbc
T ： 透光率
A： 吸光度
T = 0.0 % A = ∞
1.0
TA
100
T = 100.0 % A = 0.0
A T%
0.5
50
T = 36.8 % A = 0.434
0
0
C
✓朗伯-比尔定律
b I0
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：
络合物
络合物
试剂
515 655
415 500
2）标准曲线的制作 A bc
在确定的测定波长和实验条件下，测定一系列含量不同的 标准溶液的吸光度，A-C
A
25
20
15
10
5
0
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22
C
2、对朗伯－比尔定律的偏离
实际工作中常出现标准曲线不 成直线（发生弯曲）的现象，特 别是溶剂液浓度较高时（＞ 0.01mol/L），常发生向C轴的弯 曲(负偏离)；有时会发生向A轴弯 曲（正偏离），此现象称之对朗 伯－比尔定律的偏离。
能检测出来的吸光物质的最小含量，其单位为μg·cm-2，
A 0.001 bc
S 1 bcM 106 bcM 103 0.001 M 103 M
1000
SM
吸光度的加和性：当某一波长的单色光通过一种含有多 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。 利用这一性质，可进行多组分测定及某些化学反应 平衡常数测定。
分子内能量 E = E电子 + E振 + E转 = Ee + Ev+ Er 当 △E = E光子= h v时， 才会产生跃迁
★由于分子结构的复杂造成
了分子光谱比较复杂：同一 电子能级中由几个振动能级； 而在同一振动能级中又有几 个转动能级。
★在电子能级变化时，不可 避免地伴随有分子振动和转 动能级的变化，因此分子光 谱比原子光谱复杂得多，成 带状光谱。
准确度高
仪器分析(Instrumental analysis)： 微量组分(<1%), Er 1%～5%
灵敏度高
依据物理或物理化学性质, 需要特殊的仪器
一、物质对光的选择性吸收
1、光的基本性质
电磁辐射谱
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
仪器型号 光源 单色器 比色皿
检测器 显示器
72 钨灯 玻璃棱镜 玻璃
硒光电池 检流计
721 钨灯 玻璃棱镜 玻璃
硒光电池 检流计
722 钨灯 光栅
玻璃
光电管 数显
724 钨灯 光栅 玻璃、石英 光电倍增管 数显
753 氘灯 光栅 玻璃、石英 光电倍增管 数显
工作范围 (nm)
420～700 360～700 180～860 325～850 200～800
样品池
检测器
显示装置
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
3.吸收池(cell):用于盛待测及参比溶液。
玻璃 — 能吸收UV光，仅适用于可见光区 石英 — 不吸收紫外光，适用于紫外和可见光区 ✓ 要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）
★ 吸光光度计基本部件
光源
单色器
样品池
检测器
显示装置
4、检测器(detector)：利用光电效应，将光能转成电流讯号。 光电池，光电管，光电倍增管
光电管
光电倍增管（160-700 nm） 1个光电子可产生106～107个电子
★ 吸光光度计基本部件
光源
单色器
样品池
检测器
显示装置
5、指示器(display) 刻度显示、数字显示，自动扫描记录、计算机
按工作波长分 按入射光束数量分
紫外 用于无机物和有机物的测定 可见 用于无机物和有机物的测定 红外 用于有机物的结构分析 单光束 双光束
A lg Io Kbc I
★ 摩尔吸收系数 当浓度c用mol·L-1，液层厚度b用cm为单位表示，则K
用符号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。
A bc
★桑德尔(Sandell)灵敏度或称(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
吸收光谱 以λ为横坐标，被吸收能（A）为纵坐标，所绘制的谱图称
之“吸收光谱”。
①物质对光具选择性吸收 λmax或各吸收峰(谷)的λ值—鉴定不同物质(定性) ②对同一物质，当C不同时， λmax不变，在λmax处：A∝C——测定物质含量（定量）； ③在λmax处，测量吸光度A的灵敏度最高——波长选择依据
二、显色反应的选择性（符合的条件） （1）灵敏度高、选择性好 （ε>104）； （2）有色络合物组成恒定，符合一定的化学式； （3）有色络合物性质稳定； （4）有色络合物与显色剂间颜色差别足够大（即显色剂在 测定波长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：
“对比度”，要求△ > 60nm）；
（5）显色反应条件易于控制（以保证测定结果良好的重现 性）。
灵敏度高：测定下限可达10－5～10－6 mol/L 准确度能够满足微量组分的测定要求：
相对误差2～5％ （1～2％） 操作简便快速 应用广泛
二、光吸收的基本定律---朗伯-比尔定律
当一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液 体或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一部 分被器皿的表面反射。设入射光强度为I'0，吸收光强度为 Ia，透过光强度为It，反射光强度为Ir。
A lg Io Kbc A lg Io lg 1
I
IT
A lg Io Kbc I
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。
摩尔吸收系数和桑德尔灵敏度
假设入射光强为Ｉ。吸收光强为Ｉ ，透射光强为Ｉ， a
损失的散射光强为Ir，则Ｉo=Ia + Ir + I 实际测得的透光率
T实＝ＩＩt o
＝Ｉo
Ia Io
Ir
如果没有发生散射，Ir=0，Ia不变，则理想的透光率
T理
I I0
Io Ia Io
可见Ｔ实＜Ｔ理，或Ａ实＞Ａ理
故在光度法中应避免溶液产生胶体或混浊
2．吸收光谱产生的原理
吸收光谱的产生：电磁辐射作用于粒子，粒子选择性地吸收
某些频率的辐射能，并从低能级跃迁至高能级：
M + hv 基态E1
吸 收E 激M发* 态（E量2子化）
原子吸收光谱 Atomic absorption spectrum
吸收光谱 分子吸收光谱
molecular absorption spectrum
x 射射 线线
紫红 外外 光光
微
无
波
线
电
波
可见光
光的波粒二象性
光的折射
波动性
光的衍射 光的偏振
光的干涉
粒子性
E
光电效应
E h hc
E：光子的能量（J, 焦耳） ：光子的频率（Hz, 赫兹） ：光子的波长（cm） c：光速（2.99791010 cm.s-1）
h：Plank常数（6.625610-34 J.s 焦耳. 秒）
1 2 A 1bc 成线性关系 1 2 A与c不成线性关系，偏离Beer定律 （1 2） A与c偏离线性关系越严重
结论： • 选择较纯单色光（Δλ↓，单色性↑） • 选λmax作为测定波长（Δ↓，S↑且成线性）
2）介质不均匀引起的偏离
朗伯－比耳定律要求吸光物质的溶液是均匀的。 如果溶液不均匀，例如产生胶体、乳浊液或悬浊液，当λ 射光通过不均匀溶液时，除了被吸光物质所吸收，还将有部分 光强因散射等而损失，使透光率减小，即吸光度增大，导致工 作曲线向吸光度轴弯曲偏离。
1) 非单色光的影响
✓ Beer定律应用的重要前提——入射光为单色光