分析化学吸光光度法的基本原理和仪器分析
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分析化学吸光光度法
3. 稀溶液
浓度增大，分子之间作用增强
18
亚甲蓝阳离子 单体 max= 660 nm 二聚体 max= 610 nm
(nm)
亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱 a. 6.36×10-6 mol/L b. 1.27×10-4 mol/L c. 5.97×10-4 mol/L
二聚体的生成破坏 了A与c的线性关系
It
s
b dx
A=lg(I0/It)=k1b
比尔定律(1852)
A=lg(I0/It)=k2c
A=lg(I0/It)=kbc
吸光度
介质厚 度(m)
12
T－透光率（透射比）
（Transmittance）
T=
It I0
A = lg (I0/It) = lg(1/T) = -lgT = kbc
-kbc -A T = 10 = 10
7
光学光谱区
远紫外
（真空紫外）
近紫外 可见
近红外
中红外
远红外
10nm~200nm 200nm ~380nm
380nm 780 nm ~ 780nm ~ 2.5 m
2.5 m ~ 50 m
50 m ~300 m
8
3. 溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱
不同颜色的可见光波长及其互补光
/nm
19
朗伯-比尔定律的分析应用
溶液浓度的测定
A＝ bc
0.8
A
工作曲线法
0.6 0.4 0.2 0
*
(校准曲线)
0
1
2
3
4
mg/ml
20
6. 吸光度的加和性与吸光度的测量 A = A1 + A2 + … +An
【分析】第八篇吸光光度法
【关键字】分析第八章吸光光度法基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法称为吸光光度法。
包括比色法、看来及紫外分光光度法等。
本章主要讨论看来光区的吸光光度法。
利用看来光进行分光光度法分析时，通常将被测组分通过化学反应转变成有色化合物，然后进行吸光度的测量。
例如：测量钢样中Mn的含量，在酸性溶液中将Mn 氧化为MnO4-，然后进行吸光度的测量。
与化学分析法比较它具有如下特点：（一）灵敏度高分光光度法常用于测定试样中1－0.001%的微量组分。
对固体试样一般可测至10-4%。
（二）分析微量组分的准确度高例如：含铁量为0.001%的试样，如果用滴定法测定，称量试样，仅含铁0.01mg，无法用滴定分析法测定。
如果用显色剂1，10-邻二氮杂菲与铁生成橙红色的1，10-邻二氮杂菲亚铁配合物就可用吸光光度法来测定。
Fe2+ + 3(1,10-phen) → [ Fe(1,10-phen)3] 2+（三）操作简便，测定快速（四）应用广泛几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用分光光度法测定。
可用来研究化学反应的机理、溶液中配合物的组成、测定一些酸碱的离解常数等。
§8-1 吸光光度法基本原理一、物质对光的选择吸收当光束照射到物质上时，光与物质发生相互作用，产生了反射、散射、吸收或透射（p241, 图9-1）。
若被照射的是均匀的溶液，则光在溶液中的散射损失可以忽略。
当一束由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的光复合而成的白光通过某一有色溶液时，一些波长的光被溶液吸收，另一些波长的光则透过。
当透射光波长在400-700nm范围时，人眼可觉察到颜色的存在，这部分光被称为看来光。
透射光和吸收光呈互补色，即物质呈现的颜色是与其吸收光呈互补色的透射光的颜色。
例如：CuSO4溶液由于吸收了580-600 nm的黄色光，呈现的是与黄色呈互补色的蓝色。
不同波长的光具有不同的颜色，见P294,表9-1。
物质吸收了光子的能量由基态跃迁到较高能态（激发态），这个过程叫做物质对光的吸收。
第10章 吸光光度分析
无机及分析化学
34
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
无机及分析化学
12
质量吸光系数，摩尔吸光系数
• 质量吸光系数 a: 当一定波长的单色光，通过浓度 为 1g/L，吸收池的液层厚度为 1cm的溶液时，测 得的吸光度。单位为L.g-1.cm-1
• 摩尔吸光系数ε • 物理意义：当一定波长的单色光，通过浓度为 1mol/L，吸收池的液层厚度为1cm的溶液时，测 得的吸光度。单位为L.mol-1.cm-1
比耳定律假设了吸收粒子之间是无相互作用的， 因此仅在稀溶液（c < 10-2 mol/L )的情况下才适用。
(2)非单色光引起的偏离
朗伯一比尔定律只对一定波长的单色光才能成立，但 在实际工作中，入射光是具有一定波长范围的。
无机及分析化学
18
化学因素
溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。
不同的显色反应的适宜 pH 是通过实验确定的。 无机及分析化学
24
3 、显色温度：要求标准溶液和被测溶液在测定 过程中温度一致。
4 、显色时间：通过实验确定合适的显色时间， 并在一定的时间范围内进行比色测定。
5、溶 剂：有机溶剂降低有色化合物的解离度， 提高显色反应的灵敏度。 6、共存离子的影响
无机及分析化学
偏离朗伯—比尔定律。
无机及分析化学
19
§10－2 显色反应及其影响因素
一、显色反应与显色剂
显色剂
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。
武汉大学无机及分析化学ppt (吸光光度法)
选择性
2 测定浓度控制
控制浓度 吸光度A：0.2～0.8
减少测量误差
3 参比溶液选择
仪器调零 消除吸收池壁和溶液对入射光的反射 扣除干扰
试剂空白 试样空白 褪色空白
4 标准曲线制作
理论基础：朗伯-比尔定律
相同条件下 测定不同浓度标准溶液的吸光度A A～c 作图
A
0 .3 5
0 .3 0
0 .2 5
0 .2 0
0 .1 5
0 .1 0
0 .0 5
0 .0 0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
c o n c e n tra tio n
12.6 吸光光度法的误差
对朗伯-比尔定律的偏移 非单色光引起的偏移 物理化学因素：非均匀介质及化学反应 吸光度测量的误差
显M 色+ n反L应= 体M系Ln中显的色副反反应应影响 *其它离子可能与显色剂反应：M´ + nL = M´Ln,消耗显色剂； *L受酸效应影响，有L-、HL+等形态存在；被测离子有络合效应
e 表示物质的浓度为1mol/L,液层厚度为1cm时溶液的吸光度。单位：
(L•mol-1 •cm-1)
桑德尔(sandell)灵敏度： S 当仪器检测吸光度为0.001时，单位截面积光程内所能检测到
的吸光物质的最低含量。 单位：mg/cm2
S=M/e
推导：根据定义0.001＝εbc 故 bc ＝0.001/ε （1） c为浓度，单位为mol/1000cm3,b为cm, bc表示单位截面积光程内的摩尔数，即 mol/1000cm2，如果bc乘以被测物质的分子量M,则得单位截面积光程内被测物质的量， 即桑德尔灵敏度S。 S=（bc/1000）×M×106 = bcM × 103（μg·cm-2），将（1）的bc＝0.001/ε代入，S＝
分析化学第十次、十一次课 吸光光度法
光区
4、检测器：接收透射光，利用光电效应，将光能 转换成电流讯号。 光电池，光电管，光电倍增管
检测器
h Au，Ag Ag、Au
半导体
Se
硒光电池
光电管
h Ni环（片）
碱金属 光敏阴极
红敏管 625-1000 nm 蓝敏管 200-625 nm
光电倍增管
160-700 nm
待扫描
1个光电子可产生106～107个电子
一般通过试验确定
显色剂用量（c(M)、pH一定）
拐点
c(R)
Mo(SCN)32+ 浅红 Mo(SCN)5 橙红 Mo(SCN)6- 浅红
c(R)
c(R)
Fe(SCN)n3-n
当生成不太稳定的有色配合物时， 必须加入相当过量的试剂，以保证 获得足够的有色配合物并有可观的 吸光度。 有时显色剂的用量过大，反而会 引起副反应，对光度测定不利。应 严格控制显色剂的用量，以保证得 到正确的结果。通常，显色剂的用 量是根据实验结果来确定的。
标准曲线法
根据朗伯－比耳定律，保持 液层厚度，入射光波长和其它测 量条件也不变，则在一定浓度范 围内，所测得吸光度与溶液中待 测物质的浓度成正比。因此，配 制一系列已知的具有不同浓度的 标准溶液，分别在选定波长处测 其吸光度A，然后以标准溶液的 浓度c为横坐标，以相应的吸光 度A为纵坐标，绘制出A－c关系 曲线。如果符合光的吸收定律， 则可获得一条直线，称为标准曲 线或称工作曲线。在相同条件下 测量样品溶液的吸光度，就可以 从标准曲线上查出样品的浓度。
显色条件
1.显色剂的用量
被测物质与显色剂的反应可用下列一般式表 示： M 十 R ＝ MR （被测物） （显色剂） （有色配合物） 为了使显色反应尽可能完全，一般应加 入过量的显色剂。如果配合物稳定度高，而 且在一定条件下能保持稳定，显色剂不必大 量过量。在分析实践中，由于待测物质的浓 度未知，稍过量的显色剂是必要的。
分析化学(第四版_高职高专化学教材编写组) 第九章 吸光光度法
第二节 吸光光度法的基本原理
一、物质对光的选择性吸收
（一）光的基本特性 1.电磁波谱：光是一种电磁波
10-2 nm 10 nm
射 线 x 射 线
102 nm 104 nm
紫 外 光 红 外 光
0.1 cm 10cm
微 波
103 cm
105 cm
无 线 电 波
可
见
光
2.可见光、单色光和互补色光
物质呈现不同的颜色其本质是对光的选择性吸收；
颜色深浅随浓度而变化是对光的吸收程度不同。
通过比较溶液颜色的深浅来测定物质的含量的方法，称为 目视比色法。
目前普遍采用分光光度计测量吸光度以代替比较颜色深浅， 应用分光光度计的分析方法称为分光光度法。 分光光度法根据物质对不同波长的单色光的吸收程度不同
进行定性和定量分析。按照研究的波谱区域不同，可分为：
分光光度法
紫外分光光度法——200-400nm
可见分光光度法—— 400-780nm 红外分光光度法——780-3.0×104nm
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。
吸光光度法
比色分析法 分光光度法
二、吸光光度法特点
理解分光光度计的基本结构和工作原理。
掌握定量分析方法和测量条件的选择。
能力目标 能绘制吸收曲线。 能正确选择显色条件和光度测量条件。 能应用吸光光度法对样品中的微量成分进行定量分析。
知识回顾
前面所学滴定分析和质量分析都属于化学分析法，适用于 含量高于1%常量组分的测定，测定结果的相对误差可控制在 0.2%以内。但不宜测定含量低于1%的微量成分。 实例：含Fe约0.05%的样品 称0.2 g试样, 则mFe≈0.1 mg
分析化学—— 吸光光度法
Ι0 Ιt
λ1 λ2 λ3 λ4 λ5
A1 A2 A3 A4 A5
17
KMnO4吸收曲线（吸收525nm的绿光而呈紫色）
吸收曲线的讨论：
（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λmax （2）对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则 不同。吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为 物质定性分析的依据之一。 （3）同一种物质、不同浓度时，其吸收曲线形状相 似、λmax不变；吸光度与浓度成正比。定量分析
例12–3 有一浓度为1.0μg • mL–1的Fe2+溶液，以邻 二氮菲显色后，用分光光度计测定，比色皿厚度为 2.0cm，在波长510nm处测得吸光度A=0.380，计算 该显色反应的吸光系数a和摩尔吸光系数ε。
(2) Fe2+的浓度用mol • L–1表示时， 1.0 10 3 g L-1 c 1.8mol L1 -1 55.85 g mol
（4）不同浓度的同一种 物质，在λmax处吸光度 随浓度变化的幅度最大， 所以测定最灵敏。此特 性可作为物质定量分析 的依据。
吸收曲线是定量分析 中选择入射光波长的重 要依据。
§12-2
光吸收的基本定律
1.朗伯—比耳定律***
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则它们之间的关系为：
溶液的颜色由透射光的波长所决定。 透射光与吸收光为互补色光。 如CuSO4溶液因吸收了白光中的黄色 光的互补：蓝 黄 光而呈现蓝色
3. 吸收曲线
用不同波长的单色光照射某一物质测定吸光度 A(物质对光的吸收程度)，以波长为横坐标，以吸光度 为纵坐标，绘制吸收曲线，可描述物质对不同波长光 的吸收能力。
λ1 λ2 λ3 λ4 λ5
A1 A2 A3 A4 A5
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KMnO4吸收曲线（吸收525nm的绿光而呈紫色）
吸收曲线的讨论：
（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λmax （2）对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则 不同。吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为 物质定性分析的依据之一。 （3）同一种物质、不同浓度时，其吸收曲线形状相 似、λmax不变；吸光度与浓度成正比。定量分析
例12–3 有一浓度为1.0μg • mL–1的Fe2+溶液，以邻 二氮菲显色后，用分光光度计测定，比色皿厚度为 2.0cm，在波长510nm处测得吸光度A=0.380，计算 该显色反应的吸光系数a和摩尔吸光系数ε。
(2) Fe2+的浓度用mol • L–1表示时， 1.0 10 3 g L-1 c 1.8mol L1 -1 55.85 g mol
（4）不同浓度的同一种 物质，在λmax处吸光度 随浓度变化的幅度最大， 所以测定最灵敏。此特 性可作为物质定量分析 的依据。
吸收曲线是定量分析 中选择入射光波长的重 要依据。
§12-2
光吸收的基本定律
1.朗伯—比耳定律***
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则它们之间的关系为：
溶液的颜色由透射光的波长所决定。 透射光与吸收光为互补色光。 如CuSO4溶液因吸收了白光中的黄色 光的互补：蓝 黄 光而呈现蓝色
3. 吸收曲线
用不同波长的单色光照射某一物质测定吸光度 A(物质对光的吸收程度)，以波长为横坐标，以吸光度 为纵坐标，绘制吸收曲线，可描述物质对不同波长光 的吸收能力。
分析化学(第五版) 第10章 吸光光度法
第10章 吸光光度法 章
10.1 概述 10.2 吸光光度法基本原理 10.3 分光光度计 10.4 显色反应及影响因素 10.5 光度分析法的设计 10.6 吸光光度法的误差 10.7 常用的吸光光度法 10.8 吸光光度法的应用
10.1 概述 吸收光谱 发射光谱 散射光谱 分子光谱 原子光谱
吸光光度法：分子光谱分析法的一种， 吸光光度法：分子光谱分析法的一种，又称分光光 度法， 度法，属于分子吸收光谱分析方法 基于外层电子跃迁
e 溶剂 有机溶剂，提高灵敏度、 有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率 f 干扰离子 消除办法： 消除办法： 提高酸度，加入隐蔽剂， 提高酸度，加入隐蔽剂，改变价态 选择合适参比 铬天菁S测 ，氟化铵褪色，消除锆、 钴干扰) 褪色空白(铬天菁 测Al，氟化铵褪色，消除锆、镍、钴干扰 选择适当波长
10.5 光度分析法的设计
2 物理化学因素 非均匀介质 胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射， 胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射，使实测 吸光度增加， 吸光度增加，导致线性关系上弯 化学反应 离解、缔合、 离解、缔合、异构等 如：Cr2O72-+H2O-=2HCrO4-=2H++2CrO42PAR的偶氮－醌腙式 的偶氮－ 的偶氮
根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及 某些化学反应平衡常数的测定
10.3 吸光光度计
1 分光光度计的组成
读出系统 光源 单色器 样品池 检测器
常用光源
光源 氢灯 氘灯 钨灯 卤钨灯 氙灯 能斯特灯 空心阴极灯 激光光源 波长范围(nm) 185~375 185~400 320~2500 250~2000 180~1000 1000~3500 特有 特有 适用于 紫外 紫外 可见，近红外 紫外，可见，近红外 紫外、可见（荧光） 红外 原子光谱 各种谱学手段
10.1 概述 10.2 吸光光度法基本原理 10.3 分光光度计 10.4 显色反应及影响因素 10.5 光度分析法的设计 10.6 吸光光度法的误差 10.7 常用的吸光光度法 10.8 吸光光度法的应用
10.1 概述 吸收光谱 发射光谱 散射光谱 分子光谱 原子光谱
吸光光度法：分子光谱分析法的一种， 吸光光度法：分子光谱分析法的一种，又称分光光 度法， 度法，属于分子吸收光谱分析方法 基于外层电子跃迁
e 溶剂 有机溶剂，提高灵敏度、 有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率 f 干扰离子 消除办法： 消除办法： 提高酸度，加入隐蔽剂， 提高酸度，加入隐蔽剂，改变价态 选择合适参比 铬天菁S测 ，氟化铵褪色，消除锆、 钴干扰) 褪色空白(铬天菁 测Al，氟化铵褪色，消除锆、镍、钴干扰 选择适当波长
10.5 光度分析法的设计
2 物理化学因素 非均匀介质 胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射， 胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射，使实测 吸光度增加， 吸光度增加，导致线性关系上弯 化学反应 离解、缔合、 离解、缔合、异构等 如：Cr2O72-+H2O-=2HCrO4-=2H++2CrO42PAR的偶氮－醌腙式 的偶氮－ 的偶氮
根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及 某些化学反应平衡常数的测定
10.3 吸光光度计
1 分光光度计的组成
读出系统 光源 单色器 样品池 检测器
常用光源
光源 氢灯 氘灯 钨灯 卤钨灯 氙灯 能斯特灯 空心阴极灯 激光光源 波长范围(nm) 185~375 185~400 320~2500 250~2000 180~1000 1000~3500 特有 特有 适用于 紫外 紫外 可见，近红外 紫外，可见，近红外 紫外、可见（荧光） 红外 原子光谱 各种谱学手段
分析化学吸光光度法M
• 参比溶液— 调节光度计T=100%，A=0的溶液。 • 参比溶液的作用— 扣除比色皿对光的反射以及试液中其他 成分吸收入射光对测量造成的影响。 用参比溶液调节A1=0的 实质是设定仪器，使参 参 比液的： I 比 I
0
1
溶 液
A1=lg(I0/I1)
I 0 I1
I0 I1 A2 lg lg I2 I2
一、目视比色法
用眼睛比较溶液颜色的深浅以测定物质含量的 方法。
标准系列法
优点 缺点
二、光度计的基本部件
光电比色法：使用光电比色计测定溶液吸光度进行 定量分析的方法。 分光光度法：——分光光度计——————。
不同仅在于获得单色光的方法：
光电：滤光片 分光：棱镜或光栅 优点：准确度高、选择性高、分析速度快
l l
工作曲线将偏 离比耳定律
2. 由于溶液中的化学反应引起的偏离 例： Cr2O72- + H2O 2H+ + 2CrO42（橙） （黄） 消除方法：使作工作曲线和测量时的条 件一致 3. 被测溶液浓度太大 消除方法：稀释溶液 4. 介质不均匀 消除方法：使溶液澄清、透明
§9-2 目视比色法及光度计的基本部件
p258 式(9-7)
结论： 不同透光度或吸光度下的分析误差是不同的。为了使分析误差 在2.0％以下，应控制读数T =10～70％（A＝1.0～0.15）之间。
当T=36.8% (A=0.434)时,分析误差最小,约为1.4％。→
1.光源
2.单色器
3.吸收池
4.检测系统：
光电管、读数装置
光源
→
单色器
→
吸收池
→
检测系统
§9-3Βιβλιοθήκη 显色反应及显色条件的选择进行光度分析时，首先要把待测组分转变为有色化合物 显色反应：将待测组分转变为有色化合物的反应
0
1
溶 液
A1=lg(I0/I1)
I 0 I1
I0 I1 A2 lg lg I2 I2
一、目视比色法
用眼睛比较溶液颜色的深浅以测定物质含量的 方法。
标准系列法
优点 缺点
二、光度计的基本部件
光电比色法：使用光电比色计测定溶液吸光度进行 定量分析的方法。 分光光度法：——分光光度计——————。
不同仅在于获得单色光的方法：
光电：滤光片 分光：棱镜或光栅 优点：准确度高、选择性高、分析速度快
l l
工作曲线将偏 离比耳定律
2. 由于溶液中的化学反应引起的偏离 例： Cr2O72- + H2O 2H+ + 2CrO42（橙） （黄） 消除方法：使作工作曲线和测量时的条 件一致 3. 被测溶液浓度太大 消除方法：稀释溶液 4. 介质不均匀 消除方法：使溶液澄清、透明
§9-2 目视比色法及光度计的基本部件
p258 式(9-7)
结论： 不同透光度或吸光度下的分析误差是不同的。为了使分析误差 在2.0％以下，应控制读数T =10～70％（A＝1.0～0.15）之间。
当T=36.8% (A=0.434)时,分析误差最小,约为1.4％。→
1.光源
2.单色器
3.吸收池
4.检测系统：
光电管、读数装置
光源
→
单色器
→
吸收池
→
检测系统
§9-3Βιβλιοθήκη 显色反应及显色条件的选择进行光度分析时，首先要把待测组分转变为有色化合物 显色反应：将待测组分转变为有色化合物的反应
分析化学第九章吸光光度法
3. 分光光度计及其基本部件：
光源－单色器－比色皿（吸收池）－检测器－显
（1）光源 : 钨丝灯:可见、红外 400－1000nm氢灯或 氘灯：紫外 160－350nm （2）单色器： a.滤光片：有机玻璃片或薄膜，利用颜色互补原理。 b.棱镜：根据物质的折射率与光的波长有关。玻璃 棱镜:可见,石英棱镜:紫 外、可见。 c.光栅：在玻璃片或金属片上刻划均匀的线，1200 条/mm, 衍射、干涉原理。
吸收光谱有原子吸收光谱和分子吸收光谱 单色 单一波长的光 光 光 复合光 由不同波长的光组合而成的光
两种不同颜色的单色光按一定的强度比 光的互补 例混合得到白光，那么就称这两种单色 光为互补色光
光的互补示意图
KMnO4溶液的 吸收曲线 (cKMnO4:a<b<c <d)
分子、原子、离子具有不连续的量子化能级，仅 能吸收当照射光子的能量hv与被照射粒子的 E激 － E基 ＝（hv）n因为不同物质微粒的结构不同， 共有不同的量子化能级，其能量差也不相同,因此 对光的吸收具有选择性。若固定某一溶液的浓度 C 和液层厚度 b ，测量不同 λ下的 A ，以吸光 度 A 对吸收波长λ 作图，就得到－吸收曲线， 即吸收光谱。 初步定性分析：不同物质吸收曲线的形状与最大 吸收波长不同。 定量分析：不同 C 的同一物质在吸收峰附近的 A 随 C ↑而增大，吸收曲线是吸光光度法中选择测 定波长的主要依据。
3.温度：通过实验确定温度范围，通常在室温下 进行。 4.溶剂：一般螯合物在有机溶剂中溶解度大，提高 显色反应的灵敏度。如Cu(SCN)42－在水中大 部分离 解，几乎无色；在丙酮中呈蓝色。
5.显色时间：通过实验找出适宜的显色时间。
6.干扰组分：共存组分与显色剂生成有色络合物， 正干扰；生成无色络合物，负干扰。 干扰的消除：
吸光光度法
27
例4 已知某钢样含锰约为试样的0.50%,将试样溶解 使锰氧化为MnO4,最后定容于100mL容量瓶中。采用 分光光度法测定锰,在525nm处,以1cm 比色皿测量其 吸光度。为使测量误差所引起的浓度相对误差最小, 问应该称取钢样多少克 ?
解：已知MnO4= 4.3×103L/(mol·cm),
度和重现性。
19
二、 显色反应条件的选择
• 1．显色剂的用量 在显色反应中存在下列平衡： • M(被测离子) + R(显色剂) = MR(有色配合物)
显色剂用量越多，越有利于M转化为MR。加入R稍 过量，显色反应即能定量进行。有时显色剂用量太多， 反而对测定不利。
例如用SCN-作显色剂测定Mo5+时，要求生成 Mo(SCN)5的红色配合物，SCN-浓度过高时，则生成 Mo(SCN)6-的浅红色配合物，致使其吸光度值降低。若 SCN-浓度过低，则生成Mo(SCN)32+的浅红色配合物， 也使吸光度降低。这说明必须严格控制显色剂的用量， 以得到准确的测定结果。
29
§14-6 吸光光度法应用
A
一.单组分的测定
0.8
工作曲线法
(标准曲线)
A＝ bc
0.6 0.4
*
0.2
00 1 2 3 4 mg/ml
用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的吸光度，即消
除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收。配制标
准系列溶液,在同样条件下测定样品AX ，查标准曲线得结果。
• 1.如显色剂仅与被测组分反应的产物有吸收， 其他试剂均无吸收，可以用纯溶剂作参比溶液。
• 2.如显色剂和其他试剂略有吸收，则应用不含 被测组分的试剂溶液作参比溶液。
例4 已知某钢样含锰约为试样的0.50%,将试样溶解 使锰氧化为MnO4,最后定容于100mL容量瓶中。采用 分光光度法测定锰,在525nm处,以1cm 比色皿测量其 吸光度。为使测量误差所引起的浓度相对误差最小, 问应该称取钢样多少克 ?
解：已知MnO4= 4.3×103L/(mol·cm),
度和重现性。
19
二、 显色反应条件的选择
• 1．显色剂的用量 在显色反应中存在下列平衡： • M(被测离子) + R(显色剂) = MR(有色配合物)
显色剂用量越多，越有利于M转化为MR。加入R稍 过量，显色反应即能定量进行。有时显色剂用量太多， 反而对测定不利。
例如用SCN-作显色剂测定Mo5+时，要求生成 Mo(SCN)5的红色配合物，SCN-浓度过高时，则生成 Mo(SCN)6-的浅红色配合物，致使其吸光度值降低。若 SCN-浓度过低，则生成Mo(SCN)32+的浅红色配合物， 也使吸光度降低。这说明必须严格控制显色剂的用量， 以得到准确的测定结果。
29
§14-6 吸光光度法应用
A
一.单组分的测定
0.8
工作曲线法
(标准曲线)
A＝ bc
0.6 0.4
*
0.2
00 1 2 3 4 mg/ml
用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶液的吸光度，即消
除了吸收池对光的吸收、反射，溶剂、试剂对光的吸收。配制标
准系列溶液,在同样条件下测定样品AX ，查标准曲线得结果。
• 1.如显色剂仅与被测组分反应的产物有吸收， 其他试剂均无吸收，可以用纯溶剂作参比溶液。
• 2.如显色剂和其他试剂略有吸收，则应用不含 被测组分的试剂溶液作参比溶液。
第八章 吸光光度法
第四节 吸光度测量条件的选择
一、入射光波长的选择
吸收大，灵敏度高 1、原则： 对朗伯-比尔定律偏离小 一般选λ max处 如有干扰，要避开。 “吸收最大，干扰最小”。
选500nm进行测定 选520nm进行测定
2013-7-14
二、参比溶液的选择 显色剂、其他试剂均无色时 用蒸馏水作参比； 显色剂有色、其他试剂无色时 用同样浓度的显色剂作参比； 显色剂无色、其他试剂有色时 用其他试剂作参比； 显色剂、其他试剂均有色时 用不加待测离子的试剂和显色剂混合溶液作参比。
二、光吸收的基本定律（朗伯-比尔定律） 1、透光率和吸光度 透光率 T 取值为0.0 % ~ 100.0 % 全部吸收 T = 0.0 % 全部透射 T = 100.0 % 吸光度 A lg T A 取值为0 ~ +∞ 全部吸收 A = + ∞
2013-7-14
全部透射
A=0
2、朗伯-比尔定律 当单色光通过均匀的溶液 时，吸光度与溶液的浓度 和液层的厚度成正比。 表示为：A=Kbc A——吸光度 光度法定 K——比例常数 量的依据 b——液层厚度，比色皿 厚度 c——溶液浓度 单色光 2013-7-14 均匀溶液
2013-7-14
2、单色器
作用：将光源发出的复合光转变为所需波长的单色光。 分为棱镜和光栅两种。
2013-7-14
光栅的分辨率比棱镜大， 可用的波长范围也较宽。
3、吸收池（比色皿）
作用：用来盛放待测溶液。 光学玻璃制成的无色透明的长方体容器，规格 有0.5，1.0，2.0，5.0cm等。
2013-7-14
显色反应及显色条件的选择
将待测组分转变为有色化合物的反应。 与待测组分形成有色化合物的试剂。
吸光光度分析
吸光光度分析法基于物质对光选择性吸收而建立起来的分析方法，称为吸光光度分析法。
本章重点讨论可见光区的吸光光度分析。
第一节吸光光度分析概述吸光光度分析法(absorption spectrophotometry)，包括比色分析法、可见分光光度法、紫外分光光度法和红外分光光度法等。
与经典的化学分析方法相比，吸光光度法具有以下几个特点：1．灵敏度高吸光光度法主要用于测定试样中微量或痕量组分的含量。
测定物质浓度下限一般可达10—5～10—6 mol·L—1，若被测组分预先加以富集，灵敏度还可以提高。
2．准确度高比色法测定的相对误差为5%～10%，分光光度法测定的相对误差为2%～5%，完全可以满足微量组分测定的准确度要求。
若采用精密分光光度计测量，相对误差可减小至1%～2%。
3．仪器简便，测定速度快吸光光度法虽然需要用到专门仪器，但与其它仪器分析法相比，比色分析法和分光光度法的仪器设备结构均不复杂，操作简便。
近年来由于新的高灵敏度、高选择性的显色剂和掩蔽剂的不断出现，常常可以不经分离而直接进行比色或分光光度测定，使测定显得更为方便和快捷。
4．应用广泛吸光光度法能测定许多无机离子和有机化合物，既可测定微量组分的含量，也可用于一些物质的反应机理及化学平衡研究，如测定配合物的组成和配合物的平衡常数，弱酸、弱碱的离解常数等。
第二节吸光光度分析的基本原理一、溶液的颜色和对光的选择性吸收1．光的基本性质光是一种电磁波。
电磁波范围很大，波长从10—1 nm～103 m，可依次分为X–射线、紫外光区、可见光区、红外光区、微波及无线电波，见表8—1。
表8-1电磁波谱区域λ/ nmX –射线10-1～10远紫外光区10～200近紫外光区200～400可见光区400～760近红外光区760～5×104远红外光区5×104～1×106微波1×106～1×109无线电波1×109～1×1012注：1 m = 109 nm人的眼睛能感觉到的光称为可见光(visible light)。
分析化学-原子吸收分光光度法
非吸收线干扰是一种背景吸收（background absorption）。
现象：
原子化过程中生成的气体分子、氧化物、盐类等对共振线 的吸收及微小固体颗粒使光产生散射而引起的干扰。
消除方法：
邻近线法、连续光源（在紫外光区通常用氘灯）法、塞 曼（Zeeman）效应法等。
化学干扰 （chemical interference）
∝ 基态原子数N
这是原子吸收法的重要理论基础，如能准确测量积分吸 收，即可求得原子浓度。
峰值吸收法 (peak absorption)
采用锐线光源，通过测定吸收线中心频率的峰值吸收系 数计算待测元素的原子数。
2 ln2 2 ln 2 K K d ν KN K0～N 0 ν Δ ν π ν π
原子从基态激发到能量最低的激发态（称为第一 激发态），为共振激发，产生的谱线称为共振吸 收线。 共振线是元素所有谱线中最灵敏的谱线。常用元 素最灵敏的第一共振吸收线作为分析线。原子吸收 线一般位于光谱的紫外区和可见区。
原子在各能级的分布
理论研究和实验观测表明，在热平衡状态时，激发态原子数 Nj 与基态原子数No的关系可用玻尔兹曼 （Boltzmann）方程表示
压力变宽(pressure broadening)
由于吸光原子与蒸气原子相互碰撞而引起能级稍微变 化，发射或吸收光量子频率改变而导致的变宽。
• 赫鲁茲马克变宽（Holtsmark broadening， ν R ） 又称共振变宽，同种原子间碰撞引起的谱线变宽，它随 试样原子蒸气浓度增加而增加。
检测器的作用是将单色器分出的光信号进行 光电转换，常用光电倍增管。
原子吸收分光光度计的类型
分析化学-吸光光度法
CYJ 11
Analytical Chemistry 分析化学
2、物质对光选择性吸收的实质
一束光通过某物质时该物质的分子、原子或离子与 光子发生碰撞，光子的能量转移至分子、原子或离 子上，使这些粒子发生能级变化，由基态跃迁至较 高能态，这个过程即为吸收。
光是否被物质吸收，取决于
光子的能量 物质的结构 只有当能级差△E 与光子能量h相当时物质吸收光。
（3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质 定性分析的依据之一。
2011.3
分析化学（2011)
CYJ 16
Analytical Chemistry 分析化学
（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光 度 A 有差异，在λmax处吸光度A 的差异最大。此 特性可作为物质定量分析的依据。 （5）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以
A1 = 1/2A=0.150
由于A1 = –lgT1 则 T1 =10-0.15 = 0.708=70.8%
10.6 吸光光度法的误差
10.7 常用的吸光光度法
10.8 吸光光度法的应用
2011.3
分析化学（2011)
CYJ 2
Analytical Chemistry 分析化学
化学分析与仪器分析方法比较
化学分析：常量组分(>1%)，Er 0.1%-0.2% 依据化学反应， 使用玻璃仪器
准确度高
灵敏度高 仪器分析：微量组分(<1%)， Er 2%-5% 依据物理或物理化学性质, 需要特殊的仪器
2011.3
分析化学（2011)
CYJ 12
Analytical Chemistry 分析化学
吸收光谱
光作用于物质时，物质吸收了可见光，而 显示出特征的颜色，这一过程与物质的性 质及光的性质有关。
Analytical Chemistry 分析化学
2、物质对光选择性吸收的实质
一束光通过某物质时该物质的分子、原子或离子与 光子发生碰撞，光子的能量转移至分子、原子或离 子上，使这些粒子发生能级变化，由基态跃迁至较 高能态，这个过程即为吸收。
光是否被物质吸收，取决于
光子的能量 物质的结构 只有当能级差△E 与光子能量h相当时物质吸收光。
（3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质 定性分析的依据之一。
2011.3
分析化学（2011)
CYJ 16
Analytical Chemistry 分析化学
（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光 度 A 有差异，在λmax处吸光度A 的差异最大。此 特性可作为物质定量分析的依据。 （5）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以
A1 = 1/2A=0.150
由于A1 = –lgT1 则 T1 =10-0.15 = 0.708=70.8%
10.6 吸光光度法的误差
10.7 常用的吸光光度法
10.8 吸光光度法的应用
2011.3
分析化学（2011)
CYJ 2
Analytical Chemistry 分析化学
化学分析与仪器分析方法比较
化学分析：常量组分(>1%)，Er 0.1%-0.2% 依据化学反应， 使用玻璃仪器
准确度高
灵敏度高 仪器分析：微量组分(<1%)， Er 2%-5% 依据物理或物理化学性质, 需要特殊的仪器
2011.3
分析化学（2011)
CYJ 12
Analytical Chemistry 分析化学
吸收光谱
光作用于物质时，物质吸收了可见光，而 显示出特征的颜色，这一过程与物质的性 质及光的性质有关。
分析化学 第八章-分光光度法
差相等时才能发生吸收。
∆E = E2 − E1 = hν
不同的物质由于其结构不同而具有不同的量子 化能级，其能量差也不相同，物质对光的吸收 具有选择性。
16
吸收曲线（吸收光谱）： 测量溶液对不同波长光的吸收，以波长为横坐
标，吸光度为纵坐标作图，得到吸收曲线。 描述了物质对不同波长光的吸收能力。
吸收曲线
A ~ λ (nm) 最大吸收波长：λmax
17
同一浓度，不同物质 不同浓度，同一物质
18
吸收曲线的讨论：
（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。 （2）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物 质定性分析的依据之一。也是定量分析中选择入射 光波长的重要依据。 （3）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似。 在某一定波长下吸光度有差异，在λmax处吸光度的差 异最大，测定最灵敏，可用于物质定量分析。
3. 双波长型
λ1 λ2
通过波长选择可校正背景吸收：消除吸收光谱重 叠干扰，适合于混浊液和多组分分析。
只使用一个吸收池：参比溶液即被测溶液，避免 单波长法中因两种溶液组成、均匀性差异及吸收 池差异所引入的误差。
41
8.3 显色反应及显色条件的选择
1. 显色反应的选择 2. 显色剂 3. 显色条件的选择
吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；
不随浓度和光程长度的改变而改变。在温度和 波长等条件一定时，ε 仅与吸光物质本身的性质 有关；
可作为定性鉴定的参数；
同一吸光物质在不同波长下的ε不同。在λmax处 的ε常以εmax表示。εmax越大，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。
分子内部三种 运动形式
电子相对于原子核的 运动
原子核在其平衡位置 附近的相对振动
∆E = E2 − E1 = hν
不同的物质由于其结构不同而具有不同的量子 化能级，其能量差也不相同，物质对光的吸收 具有选择性。
16
吸收曲线（吸收光谱）： 测量溶液对不同波长光的吸收，以波长为横坐
标，吸光度为纵坐标作图，得到吸收曲线。 描述了物质对不同波长光的吸收能力。
吸收曲线
A ~ λ (nm) 最大吸收波长：λmax
17
同一浓度，不同物质 不同浓度，同一物质
18
吸收曲线的讨论：
（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。 （2）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物 质定性分析的依据之一。也是定量分析中选择入射 光波长的重要依据。 （3）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似。 在某一定波长下吸光度有差异，在λmax处吸光度的差 异最大，测定最灵敏，可用于物质定量分析。
3. 双波长型
λ1 λ2
通过波长选择可校正背景吸收：消除吸收光谱重 叠干扰，适合于混浊液和多组分分析。
只使用一个吸收池：参比溶液即被测溶液，避免 单波长法中因两种溶液组成、均匀性差异及吸收 池差异所引入的误差。
41
8.3 显色反应及显色条件的选择
1. 显色反应的选择 2. 显色剂 3. 显色条件的选择
吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；
不随浓度和光程长度的改变而改变。在温度和 波长等条件一定时，ε 仅与吸光物质本身的性质 有关；
可作为定性鉴定的参数；
同一吸光物质在不同波长下的ε不同。在λmax处 的ε常以εmax表示。εmax越大，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。
分子内部三种 运动形式
电子相对于原子核的 运动
原子核在其平衡位置 附近的相对振动
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m
50 m ~300 m
8
3. 溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱
不同颜色的可见光波长及其互补光
/nm 颜色
400-450
紫
450-480 480-490 490-500 500-560 560-580 580-610 610-650 650-760
蓝 绿蓝 蓝绿
绿 黄绿
黄 橙 红
1 m=10-6m, 1nm=10-9m, 1Å=1010m ν－频率，单位：赫芝（周）Hz 次/秒 n－折射率，真空中为1
4
与物质作用
电场向量 Y
Z 磁场向量
X 传播方向
5
微粒性 光量子，具有能量。
Eh
h－普朗克(Planck)常数 6.626×10-34J·s
－频率
E－光量子具有的能量 单位：J(焦耳)，eV(电子伏特)
6
波粒二象性
E = h c = h n
真空中:E h c
结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越
长(频率越低)，光量子的能量越低。
单色光：具有相同能量(相同波长)的光。
混合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在
一起。
7
光学光谱区
远紫外 近紫外 可见 近红外 中红外
（真空紫外）
远红外
10nm~200nm 200nm 380nm 780 nm ~380nm ~ 780nm ~ 2.5 m
可见光区：钨灯，碘钨灯(320～2500nm) 紫外区：氢灯，氘灯(180～375nm)
单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的 装置。
棱镜:玻璃350～3200nm, 石英185～4000nm 光栅:波长范围宽, 色散均匀,分辨性能好, 使用方便
19
朗伯-比尔定律的分析应用
溶液浓度的测定
A＝ bc
工作曲线法 (校准曲线)
A
0.8
0.6
*
0.4
0.2
0
0 1 2 3 4 mg/ml
20
6. 吸光度的加和性与吸光度的测量
A = A1 + A2 + … +An
用参比溶液调T=100%（A=0），再测样品溶 液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，
分析化学
吸光光度法的基本 原理和仪器分析
化学分析与仪器分析方法比较
化学分析：常量组分(>1%), Er 0.1%～0.2% 准确度高 依据化学反应, 使用玻璃仪器 仪器分析：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
例: 含Fe约0.05%的样品, 称0.2g, 则m(Fe)≈0.1mg
11
4. 光吸收基本定律: Lambert-Beer定律
I I-dI
朗伯定律(1760)
I0
s
A=lg(I0/It)=k1b
It
b dx
比尔定律(1852)
A=lg(I0/It)=k2c
A=lg(I0/It)=kbc
吸光度
介质厚
度(cm) 12
T－透光率（透射比） T = I t
（Transmittance）
重量法 m(Fe2O3)≈0.14mg, 称不准 V(K2Cr2O7)≈0.02mL, 测不准
光度法 结果0.048%～0.052%,
2
吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有 选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。
• 特点 (p293)
– 灵敏度高：测定下限可达10－5～10－6mol/L,
10-4%～10-5%
当c的单位用mol·L-1表示时，用 表示.
－摩尔吸光系数 Molar Absorptivity
A＝ bc
的单位: L·mol-1·cm-
1
当c的单位用g·100mL-1表示时，用 E11c%m 表示，
A＝ E11c%m bc，E11c%m 叫做比消光系数
15
吸光度与光程的关系 A =
吸光度
0.00
互补光 黄绿
黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
9
Cr2O72-、MnO4-的吸收光谱
Absorbance
1.0 350
0.8
Cr2O72-
0.6
0.4
0.2
300 350 400
525 545 MnO4-
500
600
700 /nm
10
苯 (254nm)
甲苯 (262nm)
A
230
250
270
苯和甲苯在环己烷中的吸收光谱
通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光. 波长可调, 故选择性好, 准确度高.
光源
单色器
吸收池
检测系统
稳压电源
分光光度法的基本部件
24
722型分光光度计结构方框图
《基础分析化学实验》p93
光 分光 源 系统
吸收池
检测系统
25
分光光度计的主要部件
光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够 的光强度,稳定。
– 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
3
1.光的基本性质 电磁波的波粒二象性
波动性
光的传播速度: V = c =
n
c－真空中光速 2.99792458×108m/s
~3.0 ×108m/s λ－波长，单位：m,cm,mm, m,nm,Å
溶剂、试剂对光的吸收等。
21
8.2 光度分析的方法和仪器
8.2.1 光度分析的几种方法
1.目视比色法
观察方向
c1
c2
c3
c4
cc12
c3
c4
方便、灵敏，准确度差。常用于限界分析。
22
2. 光电比色法
通过滤光片得一窄范围的光(几十nm)
灵敏度和准 确度较差
光电比色计结构示意图
23
3. 吸光光度法和分光光度计
3. 稀溶液 浓度增大，分子之间作用增强
18
x104
亚甲蓝阳离子
单体 max= 660 nm 二聚体 max= 610 nm
(nm)
亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱 a. 6.36×10-6 mol/L b. 1.27×10-4 mol/L c. 5.97×10-4 mol/L
二聚体的生成破坏 了A与c的线性关系
I0
A = lg (I0/It) = lg(1/T) = -lgT = kbc
T = 10-kbc = 10-A
13
吸光度A、透射比T与浓度c的关系
A
T
T = 10-kbc
A=kbc
c
14
K 吸光系数 Absorptivity
当c的单位用g·L-1表示时，用a表示，
A＝abc
a的单位: L·g-1·cm-1
检测器
吸光度
0.22
b
检测器
吸光度
0.44
样品
b
b
检测器
样品 样品
bc
光源 光源
光源
16
吸光度与浓度的关系 A =
吸光度
0.00
bc
光源
检测器 吸光度
0.22
b
检测器
吸光度 b
0.42
光源 光源
检测器
17
朗伯-比尔定律的适用条件
1. 单色光 (见p312证明)
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(酸度、浓度、介质等)