第8(1)章 吸收光谱法(1) 吸收光谱法(2)

分光光度法：光强为I0的单色光照射到样品上， 样品中被测组分吸收部分光，透射光强减弱 为 It 。通过测量光强度的变化来得出被测物 质量
3
思 考
物质为何对光有选择性的吸收？ 光强度的减弱如何与物质的浓度联
系起来？ΔI =f(c) 怎样测量光的减弱(ΔI ) ？ 如何获得单色光？
4
绿 蓝绿 绿蓝 蓝 紫 紫红 红
7
复合光
光的互补
黄绿 黄 橙
2 物质对光的吸收——物质的颜色与光的关系
光谱示意
完全吸收
复合光
表观现象示意
黑体
完全透过 各种光部分 均匀被吸收 物体选择性 吸收某种光 入射光 I0 透射光 It
透 明
物体呈现其 互补光颜色
玻璃在可见光区是透明的；石英在紫外光区是透明的
ε ：比例常数
物质的性质
入射光波长
温度
取值与浓度的单位相关 c：mol / L 摩尔吸收系数， L · mol –1 · -1 cm
A CL
c：g / L 相互关系：
M
质量吸收系数， L · –1 · -1 g cm

a
A aCL
M为摩尔质量
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吸光系数可查表或实测得到
例： 双硫腙法测定Pb2+，浓度为 0.080mg/50ml 的Pb2+溶液，用2cm的比 色皿于520nm处测得吸光度=0.28。求摩 尔吸收系数。
光电比色法的局限性： （1）预先知道吸收波长
光电比色计结构示意图
（2）单色光不纯
（3）只限于可见光
31
2
分光光度法
0.575
光源
单色器
吸收池
检测器
显示
特点：（1）可连续分出纯度较高的单色光
（2）精确，可选择最大吸收波长
（3）应用范围可扩展到紫外光和红外光区，对应 称为紫外分光光度计、红外分光光度计
S3 S2 S1 S0 E3 E2 E1 E0
原子对光的吸收
h
物质对光的吸收满足条件： E E2 E0 h
hc

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吸收光谱 Absorption Spectrum h S3 S2 S1 S0 S2 h A S1 S0 E3 E2 E1 E0
吸光度
A
原子纯电子能态 间跃迁
/nm
14
最大吸收波长λmax：最大吸收峰对应的波长
吸收光谱法定性分析与定量分析的基础 B
定性分析基础 物质对光的选择 吸收
max ( A )
max ( B )
A
A

定量分析基础
A C
0
在一定的实验条 件下，物质对光 的吸收与物质的 浓度成正比。
增 大

15
4 溶液的吸光定律
透光率 （透射比）Transmittance 入射光 I0 透射光 It
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双波长分光光度计
分光光度计组件
光源 单色器 氢灯，氘灯，185 ~ 350 nm； 卤钨灯，250 ~ 2000 nm. 基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定 作用：将复合光色散成单色光 棱镜 玻璃， 350 ~ 2500 nm, 石英，185 ~ 4500 nm 光栅 平面透射光栅， 反射光栅 （又称比色皿）玻璃，光学玻璃，石英，按其厚 度分为0.5 cm，l cm，2 cm，3 cm和5 cm。 作用：将光信号转换为电信号，并放大 光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄 像管（多道分析器）
CL
除被测组分对波长为的光有吸收外，还有其他干扰吸收： 1）吸收池对光的反射、吸收； 2）样品中样品基体、显色剂(或其它试剂）和共存组分对光的 吸收 消除措施：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 收等。 I0 I0 I0 I参比 A1 = lg A 2 = lg A = A 2 - A1 = lg I参比 I试液 I试液
T
It I0
10
CL
lg T A CL
CL
或
A lg
I0 It
思考：如何获得单色光？ 单色光的波长如何选择？
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吸光度（Absorbance）与透光率的关系
lg T CL A
T ： 透光率
1.0
T 10
A
10
CL
A： 吸光度 T = 0.0 %
物质的颜色与吸收光、透过光的关系
吸收光颜色 紫 蓝 绿蓝 蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 吸收光波长 /nm 物质颜色（互补色） 400 ～ 450 黄绿 450 ～ 480 480 ～ 490 490 ～ 500 黄 橙 红 红紫 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
9
500 ～ 560
560 ～ 580 580 ～ 610 610 ～ 650 650 ～ 760
A 1
ML2 ML3 ML

3. 稀溶液
浓度增大，分子之间作用增强
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朗伯-比尔定律在定量分析中的应用
溶液浓度的测定
A
A＝ CL
工作曲线法
0.80 Ax 0.60 0.40 0.20
*
(校准曲线)
0.00
cx 0 1.0 2.0 3.0 4.0 c(mg/mL)
25
吸光度的测量
A lg
I0 It
5 郎伯-比尔定律的适用范围

朗伯比尔定律的局限性

A
定律本身的局限性：
只适于稀溶液<0.01mol/L 高浓度时组分间有相互作用：
分子间距减小、相邻粒子的电 荷分布变化等引起ε的变化
C
吸收定律偏离 郎比定律适用前提是对 单色光的吸收，而实际 上波长选择器从连续光 源中分离出的是所需波 长的波长带（多色辐射）
透光率定义：
T
It I0
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T 取值为0.0 % ~ 100.0 %
全部吸收
全部透射
T = 0.0 %
T = 100.0 %
16
Lambert – Beer 光吸收定律：当一束平行单 色光通过均匀的样品时，其吸光度与吸光组 分的浓度、吸收池的厚度乘积成正比.
L
入射光 I0
C
透射光 It
如何测定吸光 度（光强）？
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8. 2
比色法和分光光度法
目视比色法
1 比色法
2
光电比色法
分光光度法
3 分光光度计的校正
4 722型分光光度计
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比色法和分光光度法特点
灵敏度高：测定下限可达10-3～10-6
mol· -1, 10-4%～10-5% L 准确度能够满足微量组分的测定要求： 相对误差2～5％ 操作简便快速 应用广泛
样品池
检测器
信号输出
表头、记录仪、屏幕、数字显示
36
氙灯
氘灯
钨灯
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单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光 的装置。 棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同 玻璃350～3200nm, 石英185～4000 nm
800
λ1
白光
600 500
λ2
入射狭缝 准直透镜 棱镜 聚焦透镜 出射狭缝
400
实际上是以通过参比液 26 的光强作为入射光强I0
参比溶液的选择
溶剂空白:纯溶剂（扣除吸收池干扰）适用 于样品基体、共存组分和显色剂均无色情况
种 类
试剂空白:纯溶剂+显色剂+其他试剂,适用于 样品基体、共存组分无色，显色剂等均有色
样品空白:待测试样溶液,适用于显色剂无色， 共存组分、样品基体有色
空白溶液:显色剂 + 待测试样 + 待测组分的 掩蔽剂，适用于显色剂、样品基体、共存组 分均有色
A = A1 + A2 + … +An
A Ai i Ci L L i Ci
i i i
21
有机物综合指标——紫外吸光度 (Ultraviolet Absorbance UVA)
含不饱和键 和杂原子的 有机物在紫 外光254nm 初的吸光度 之和
吸 光 度
波长254nm
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8.1 吸光光谱




1 2 3 4
电磁波谱 物质对光的吸收 溶液的吸光定律 郎伯-比尔定律适用范围
5
1

10-2 nm 10 nm
射 线 x 射 线 紫 外 光
电磁波谱
0.1 cm 10cm
微 波
102 nm 104 nm
红 外 光
103 cm
105 cm
无 线 电 波
可
见
光
远紫外
（真空紫外）
A
y
X
Y
( A 1 A 1 ) A 2 A 2） （
x
y
x
∵ ∴
y A 1
A 2
x x
y
A A 1 A 2
A 1 2） bC （
x
x
1
x
2

Y 的存在不干扰 X 的测定
检测器
单色器 光 源 单色器
切 光 器 狭 缝 吸 收 池
KMnO4
红
物质呈现透过光的颜色，被吸收的光与透过光呈互补色
3 物质对光选择吸收
光的波粒二象性 光的折射 波动性
E
光的衍射 光的偏振 光的干涉
粒子性
光电效应
一定波长（频率）的光具有一定的能量
E=hv=hc/
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物质对光选择吸收的实质：物质原子或分子的核外电 子能级不同，只能吸收能量与其能级差相匹配的波长 的光。
近紫外 可见
近红外
中红外
远红外
10nm~200nm
200nm ~380nm
380nm ~ 780nm
780 nm ~ 2.5 m
2.5 m ~ 50 m
50 m 6 ~300 m
单色光、复合光、光的互补 单色光 单一波长的光 由不同波长的光组合而成的光 若两种不同颜色的单色光按一定的强度比 例混合得到白光，那么就称这两种单色光 为互补色光
32
（4）可进行多组分的测定
分光光度计的类型
0.575
光源
单色器
吸收池
检测器
显示
单波长单光束分光光度计：一束单色光轮流通过 参比和试样溶液，由于电源波动引起的误差较 大——简易型分光光度计
33
单波长双光束分光光度计
光束分裂器
光源 单色器
比值
吸收池
检测器
显示
34
A A 1 A 2
1
Water Analytical Chemistry
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5
吸光光谱 比色法和分光光度法 显色反应及其影响因素 吸收光谱法定量的基本方法 应用实例
2
基本概念
吸收光谱法：基于被测物质的分子（或原子）
对光 具有选择吸收的特性而建立的分析方法。
入射光 I0 透射光 It
二战期间，美国政府希望士兵得到
较好的营养。但是当时，不知道食 品中到底有什么维生素，有多少。 在当时需要简便快速的测定方法。 1941年，第一台commercial available 的分光光度计问世。 Beckman DU Spectrophotometer. 使得维生素的测定变得非常简单。

锐线光谱

分子核外电子跃迁 带状光谱
12
紫外-可见光区产生吸 收的分子结构中必须 有共轭π键或杂原子 （生色团和助色团）
Cr2O72-、MnO4-的特征吸收光谱
1.0 0.8 Absorbance
350
Cr2O72-
525 545
MnO4-
0.6
0.4 0.2 300 350 400 500 600 700
[Pb2+]= 0.080 x 10-3 / 50 x 10-3 x 207 = 7.7 x 10-6mol /L
A CL
520= A / LC=0.28 / 2x7.7x10-6
= 1.8x104 L /（mol.cm）
20
吸光度的加合性
多组分体系中，如果各组分之间无相互作用， 其吸光度具有加合性，即
29
1）目视比色法
特点
利用眼睛比较被测样品 与标准系列颜色的深浅 利用复合光（太阳光） 测量的是透过光的强度 准确度低,用于限界分析 不可分辨多组分 方法简便，灵敏度高
30
C0
C1
C2
C3
C4
C5
标准系列 观察方向 未知样品
2） 光电比色法
通过滤光片分出一窄范围的光(几十nm，近似单色 光)，照射样品池，测量的是吸收光的强度 吸收滤光片：只允 许指定的窄范围波 长光透过，其他波 长的光均被吸收
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光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等 间距条痕(600、1200、2400条/mm )。 利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。 －平面透射光栅 －反射光栅
平面透 射光栅 透 镜 光屏
M1
波长范围宽, 色散均匀,
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化学偏离：被分析物质与溶 剂发生缔合、离解、溶剂化 反应，产生不同的吸收光谱 仪器偏离：单色光不纯引起

朗伯-比尔定律的适用条件
1. 单色光：应选用max处或肩峰处测定，此时
干扰组分、溶剂等不吸收或有很弱的吸收
ML2 ML3
2. 吸光质点形式不变
A
ML
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).
100
T
A
50
A=∞ T% T = 100.0 % A = 0.0 T = 36.8 %
A
0.5
0
0
C
A = 0.434
18
吸光度适宜的取值范围：0.2~0.8
吸光系数ε
A CL
越大, 灵敏度越高: <104 为低灵敏度;
104～105 为中等灵敏度; >105为高灵敏度.
L ：吸光液层的厚度，光程， cm C：吸光物质的浓度， g / L, mol / L