第七章 吸光光度法

三、吸光度范围的选择 研究表明，当T=0.368，即A=0.434，测量 的相对误差为最小。当T=15%-65%时，即 A=0.2-0.8时测量的相对误差≤±2%，能满 足分析测定的要求，故吸光度在0.2-0.8为 测量的适宜范围。
2、化学因素： ①、Beer定律要求在稀溶液的情况下才适用，当待测液浓度过
高（M>10-2mol.l-1）时，则会引起误差。
②溶液的吸光物质常因解离、综合或互变影响或产生副反应而 改变其浓度，导致偏离。 3、其它因素：如待测试样是胶体溶液，新溶液或有悬浮物质时， 使得吸光物质不均匀，当λ射光透过溶液时，除了部分被吸收
第七章 吸光光度法
内容提要 概述（理解） 吸光光度法的基本原理（掌握） 显色反应及显色条件的选择（了解） 测量条件的选择（掌握） 目视比色与分光光度计（了解） 吸光光度法的应用（掌握）

§7-1 概 述
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
物质吸光能力大小的量度，它表示浓度为1mol.l-1的溶液，在1cm的比
色皿中，在一定温度和一定波长下的吸光度。
在吸光光度法中，有时也用透射比T来表示物质吸收 I 光的能力： T
I0
因此引出A与T之间存在以下关系： A lg I 0
I
lg
1 T
lg T
即：
A lg
1 T
KbC
综合考虑液层厚度与浓度对光吸收的影响，即得到朗伯-比尔的 数学表达式：
A lg
I0 I
KbC
它的物理意义是：当一束单色光平行照射到均匀，非散射性的吸光物质的
溶液时，溶液的吸光度A与溶液浓度C和液层厚度b的乘积成正比。
式中K为吸光系数，在一定条件下（单色光、溶剂、温度）下是固定值，
这的数值根据b、C所用单位不同而不同。当b为cm，以为mol.l-1时，K 的单位为L. mol.l-1cm-1，此时，也称为摩尔吸光系数，摩尔吸光系数是
（λmax）下测定吸光度A，即可对物质进行定量分析。 3、吸收曲线是吸光光度法选择波长（λmax ）的重要依据。
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液层厚度为b的有色溶液时， 由于溶质吸收了光能，透过光的强度就要减弱， 溶液的浓度愈大，液层厚度越大，λ的光强度越强，
则光被吸收的愈多，光强度的减弱也越显著。
在实际工作中，溶液浓度大时，所得工作 曲线将呈现往上或往下弯曲的形状，这种 现象称为偏离朗伯—比尔定律，若采用此 工作曲线法进行测定时，只能使用其上的 直线部分，若使作弯曲部分会引起较大误 差。
偏离朗伯—比尔定律的原因主要有： 1、非单色光：理论要求是单色光，但实际工作中仪器所提供的
λ射光是波长范围较窄的复合光，得不到纯的单色光。
在0.2%以内。但不宜测定含量低于1%的微量成分。 分析实例：含Fe约0.05%的样品 称0.2 g试样, 则m(Fe)≈0.1 mg 重量法
m(Fe2O3)≈0.14 mg, 称不准
容量法
光度法
V(K2Cr2O7)≈0.02 mL, 测不准
结果0.048%～0.052%, 满足要求
• KMnO4水溶液呈深紫色，K2Cr2O7溶液呈黄色，CuSO4 溶液呈蓝色……当这些有色物质溶液的浓度发生变化时， 溶液颜色的深浅也随之改变，浓度越大，颜色越深，可以 通过比较溶液颜色的深浅来测定物质的含量。 • 这种基于比较溶液颜色的深浅进行定量分析的方法，称为
一、显色反应的要求
1）灵敏度要高：生成化合物颜色越深，则灵敏度越高，检测下限就越低， 库尔吸光系数K越大，显色反应灵敏度越高。 2）反应的选择性要好：最好选用只与被测组分发生显色反应的显色剂。
若溶液中存在其它干扰离子，则需加掩蔽剂，或其它方法排除。
3）生成的有色物质组成要恒定，且化学性质稳定：组成恒定即使得被测 组分与有色物质之间有定量关系，如果有色物质越稳定，则其它离子
朗伯研究指出，如果溶液浓度一定，则光的吸收程度与液层 厚度成正比，即朗伯定律：表示为
A lg K 1b I （I0表示λ射光强度、X为透射光强度、b为液层厚度，或比 I0
色皿厚度）
比尔（Beer）在其研究基础上指出，如果液层厚度一定，吸
光强度与物质的浓度成正比，这种关系称为比尔定律，即：
A lg I0 I K2 C
§7-4 测量条件的选择
吸光光度是以朗伯—比尔定律为基础的分析 方法，为了得到可靠的数据，准确的分析 结论，除了严格控制显色反应的条件外， 还必须选择好光度测量条件。 测量条件主要包括λ射光波长的选择、参比 溶液和吸光度范围的选择等。
一、入射光波长的选择
为了使测定结果有较高的灵敏度，λ射光波长的选 择应根据吸收曲线，一般情况下，必须选择溶液
具有最大吸收时的波长为宜。
这主要由两个方面，决定了这种选择特点： 在λmax处，物质的库尔吸光系数K值最大(K越大， 灵敏度越高)。 在λmax的小范围内，吸光度A随波长λ的变化不 大，使得测定时有较高的准确度。 除此以外，在选择适宜的λ射光波长时，如果待测 物质中有干扰物存在时，而且在λmax处也有强烈 吸收，则在选择能避免干扰的λ射光。
外，还有一部分光因反射而损失，因而使它测的A增加。导致
偏离朗伯—比尔定律。
§7-3 显色反应及显色条件的选择
如果有色物质本身具有明显的颜色，则可以 直接在可见光区的吸光光度分析中有用作 比色分析。 如果物质本身颜色很浅或无色，则需加入适 当的显色剂，使被测组分变成适当的物质， 然后再进行比色分析，在此所用的反应叫 显色反应。 显色反应主要有配位反应，氧化还原反应等， 其中配位反应应用最为广泛。
围的光所引起的，在可见光区，溶液的颜色由透射光的波
长所决定。溶液的颜色与吸收光呈现对应关系。
那么物质为什么会对光选择性吸收呢？
当一束光照射到某物质的溶液时，波物质的质点（分子、离子、 或原子）与光子发生碰撞，这部分光子的能量就转移到了物质的质点 上，使得这此质点由最低能态（基态）跃过到较高的能存（激发态） M+hγ→M*，hγ为光子能量被激发的质点在瞬间又回到基态，以热或
2、显色剂用量
若加入太多，则会引起副反应，对测定不利。 显色剂用量的确度方法：固定待测液浓度，T、pH，而仅仅 改变显色剂用量，测定不同用量下溶液的A值，绘制显色 剂用量与A的关系曲线，选择A值变化平坦区间的显色剂， 用量为显色反应显色剂应用适宜范围。 3、温度
显色反应通常在室温下进行。
显色反应适宜的T确定方法同上，绘制A—T曲线，查得。
关系，人为普朗克常数）。
由此可知，不同波长的光（频率），其能量不同，短波能量大，长 波能量少。
同一波长的光我们称为单色光，白光为复合光。它在波长在
400~750nm，范围内依次为从长到短小波长的变化而呈现红，橙、 黄、绿、青、蓝、紫等7种主要颜色。这是人的视觉可以感觉到的
光，所以称为可见光。
• 当一束白光通过溶液时，溶液吸收了一定范围的波长的光，
§7-2 吸光光度法的基本原理
• • • • 内容提要 物质对光的选择性吸收 光吸收基本定律 — Lambert-Beer定律 朗伯-比尔定律的分析应用—溶液浓度的测 定方法 • 偏离朗伯—比耳定律的原因
一、物质对光的选择性吸收
1.光的基本性质
光是一种电磁波，具有波动性和微粒性，它是由一定能量的微粒所 组成（光子、或光量子），光子的能量 E=h.r，（即与辐射频率的
如果用不同波长的光照射到某一固定浓度和液层厚度的溶液，并测量 每一波长下溶液对光的吸收程度（即吸光度A）以吸光度A为纵坐标， 波长为横坐标，即得该物质的吸收曲线，通过它可以清楚地说明物质 对光的吸收情况。
吸收曲线的应用： 1、吸收曲线的形状和物质的特性有关，可以作为物质定性 鉴定的依据。
2、由于不同浓度下，吸光度A不同，因此在选定波长
4、显色时间
有的可瞬间显色，有的需放置一定时间才能显色完全。 原则：在颜色稳定的时间范围内进行比色测定。
5、溶剂
加入有机溶剂，引降低有色物质的解离度，提高显色灵敏 度。
6、共存离子的影响
1）控制酸度 2）加入掩蔽剂，干扰离子与掩蔽剂生成无色配合物 3）氧化还原反应 4）利用参比溶液 5）选用适当方法预先分离除去
虽然A与b、C与正比，而T不与b、C成正比，通 常在比色分析中，使用的液层b为一定厚度的比色 皿，则此时溶液的浓度与吸光度成正比。因此则 出有色物质的吸光度，即可确定溶液的浓度。
三、偏离朗伯—比尔定律的原因
采用定量分析某组分时，通常先配制一系列标准 溶液，按所需条件显色时，选择物质的最大吸收 波长及比色皿厚度，分别测定它们的吸光度A。以 A为纵坐标，C为横坐标，绘制浓度与吸光度的关 系曲线，即得工作曲线或标准曲线。 当溶液中待测组分服从朗伯—比尔定律时，曲线 为通过原点的一条直线。在相同条件下测得试样 的吸光度，从工作曲线查得相对应的试样的浓度， 进而计算试样中待测组分的含量，这个方法叫标 准曲线法。
荧光等形式放出多余的能量。
物质的分子（原子，离子）具有一定数目的，不连续的，量子化 的能级，不同的物质其能级不同。只有当照射光的光子能量E=hv与
被照射物质的分子（离子，原子）由基态到激发态之间能量之差相等
时，这个波长的光才会被吸收。即 E激 - E基= △E = hγ。 由此可以看出，物质对光的吸收具有一定的选择性。
而让其余的光透过溶液，我们所看到的溶液的颜色，就是 透过的这一部分光的颜色。 • 例如：KMnO4溶液吸收了绿光而让紫红色的光透光，因 而KMnO4呈紫红色，CuSO4同吸收了红光而使溶液呈蓝 色，NaCl溶液能使各种颜色的光均透过，因而NaCl溶液 呈无色。 • 所以溶液所呈现的颜色，是由于它选择吸收了一定波长范
目视比色法。