第八章 吸光光度法解析

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
吸光度具有加合性，即体系总的吸光度等于各组份吸光 度之和（设各吸光物质之间没有互相作用）。
A总=A1+A2+……..An =κ1bc1+κ2bc2+……. κnbcn
在吸光度的测量中，有时也用透光率或透光度表示物质对光 的吸收程度。透光率以T表示: T=I/I0 , 则吸光度与透光率之 间的关系为A=lgI0/I=lg1/T 。 2、偏离朗伯-比耳定律的原因 根据朗伯-比耳定律，当吸收池厚度保持不变，以吸光度 对浓度作图时，应得到一条通过坐标原点的直线，该直线称 为标准曲线或工作曲线。在相同条件下测得试液的吸光度， 从工作曲线上就可以查得试液的浓度。但在实际工作中，常 常遇到偏离线性关系的现象，特别是在溶液浓度较高时，常 会出现标准曲线向上或向下弯曲产生负偏离或正偏离（p244, 图9-4）。
由P242，图9-3可以看出：不同浓度的1，10-邻二氮杂 菲亚铁溶液对不同波长的光吸收情况不同，其最大吸收波 长位于510nm，即吸收的是绿光，呈现的是相应的互补色 橙红色。当溶液浓度增大时，吸光度增大，但最大吸收波 长λmax不变。在吸光光度法分析中，一般都在最大吸收波 长处测量吸光度。
二、光吸收的基本定律
偏离朗伯-比耳定律的因素可分为物理因素和化学因素两大类。 （一）物理因素 （1）单色光不纯 朗伯-比耳定律的基本假设是入射光为单色光，但目前 光度分析仪器中，用单色器分光，用狭逢控制光谱带的宽度， 因而投射到吸收溶液的入射光，常常是一个有限宽度的光谱 带，而不是真正的单色光。由于物质对不同波长光的吸收程 度不同，因而引起了对朗伯-比耳定律的偏离。见P245，图95。详细推导见P244-245。 (2)非平行光或入射光被散射 若入射光不垂直通过吸收池，就使通过溶液的实际光程大 于吸收池厚度。此外，入射光发生散射，实测吸光度增大， 导致偏离朗伯-比耳定律。
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。 M（基态）+hυ → M*(激发态)
当照射光光子的能量hυ与物质的基态与激发态能量之差相等 时，即ΔE= hυ，才能发生吸收。 不同的物质由于结构不同而具有不同的能级差，所以吸收 不同波长的光。物质对不同波长光吸收能力的分布情况，称 为吸收曲线，也称为吸收光谱。吸收曲线以波长为横坐标， 吸光度为纵坐标。每种物质的吸收曲线，一般都有一个最大 吸收峰，最大吸收峰所对应的波长叫做最大吸收波长λmax。
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、可见及紫外分光光度法等。本章 主要讨论可见光区的吸光光度法。利用可见光进行吸光光 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、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，这部分光被称为可见光。 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。
１、朗伯-比耳定律 1729年波格（Bouguer）建立了吸光度与吸收介质厚度 之间的关系。1760年朗伯（Lambert）用更准确的数学方法 表达了这一关系。1852年比耳（Beer）确定了吸光度与溶液 浓度及液层厚度之间的关系，建立了光吸收的基本定律，称 为朗伯-比耳定律。
当一束平行单色光通过液层厚度为b、吸光物质的浓度 为c的单一均匀的，非散射的有色溶液时, 溶液的吸光度与 溶液浓度和液层厚度成正比。 A = lgI0/I = abc A：吸光度，A =lgI0/I ；T：透光度，T＝I /I0 ；I0: 入射 光强度； I: 透射光强度；a 称为吸光系数；b：液层厚度 （光程长度），b的单位为 cm ；c为吸光物质的浓度， 若c 的单位为g /L，则a的单位为L· g-1· cm-1。 当c的单位为mol/L，则此时吸光系数称为摩尔吸光系数， 用κ表示，单位为L· mol-1· cm-1，它表示1mol/L吸光物质，溶 液的厚度为1cm时溶液对光的吸收能力。 A=κbc κ=Ma
解：a=A/bc=0.19/(2×5.0×10-4)=190L· g-1· cm-1 κ=A/bc=0.19/(2×5.0×10-4/55.85) =1.1×104 L· moL-1cm-1 或κ = M a＝55.85×190=1.1×104 L· moL-1cm-1
通常认为κ>104的显色反应是灵敏的，κ<103则是不灵敏的。
在分光光度分析的实际工作中，不能直接取1mol/L这样 高的浓度测定摩尔吸光系数κ值，而是在适宜的低浓度下 测量吸光度A，然后通过计算求出κ值。 例：铁（II）浓度为5.0×10-4g /L，与1，10-邻二氮杂菲反 应生成橙红色的配合物，该配合物在波长508nm，比色皿 厚度为2cm时，测得A=0.19，计算该配合物的a及κ。
（一）灵敏度高 吸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10-4Fra Baidu bibliotek%。 （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1g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-邻二氮杂菲与亚铁离子生成橙红色的1，10-邻 二氮杂菲亚铁配合物，就可用吸光光度法来测定。