第七章 分光光度法

}
I0＝ Ia+It + Ir
近似处理
在分光光度测定中，盛溶液的比色皿都是 采用相同材质的光学玻璃制成的，反射光的强 度基本上是不变的(一般约为入射光强度的4％) 其影响可以互相抵消，于是可以简化为：
I0＝ Ia+It
推
导
纯水对于可见光的吸收极微，故有 色液对光的吸收完全是由溶液中的有色 质点造成的。
点
分光光度法测定物质的浓度下限(最低
浓度)一般可达1~10-3 %的微量组分。对固体
试样一般可测到10-4 ~ 10-5 %的痕量组分。如 果对被测组分事先加以富集，灵敏度还可以 提高1-2个数量级。
(二) 准确度较高
• 一般分光光度法的相对误差为2~5%，若 使用精密仪器，相对误差可降至1~2%，其准
第二节 光吸收的基本定律
一、朗伯-比耳定律
• (1) 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后在 1729年和1760年阐明了物质对光的吸收程度 与吸收层厚度之间的关系； • (2) 比耳(beer)与1852年又提出光的吸收程度 与吸光物质浓度之间也有类似的关系；
• (3) 二者结合起来就得到了朗伯--比耳定律。
2. 单色光和复合光
(1) 单色光：指波长处于某一范围的光。
(2) 复合光：由不同单色光组成的光。
例如：阳光和白炽灯发出的光均为复合光
3. 电磁波谱
表10-1 电磁波谱(1m=106m=109nm=1010Å)
波谱名称 射线 X射线 波长范围 0.005~0.17 nm 0.1~10 nm 分 析 方 法 中子活化分析,莫斯鲍尔谱法 X射线光谱法
1 6 S bcM 10 1000 bcM 10 0.001
3
(1) 若再乘以M( g ·mol-1 )， 则为103cm2的截面积光 程中所含物质的质量(g) (2)若再乘已106，则(g)把 变成了(g)

M
M 10
3
S

例 题：
• 用邻二氮菲分光光度法测铁。已知溶液
摩尔吸收系数()的性质
• ① 表示了吸光物质的浓度为1mol· L-1 ，液层 厚度为1cm，物质对光的吸收能力。 • ② κ与溶液的浓度和液层厚度无关，只与物质 的性质及光的波长等有关。 • ③ 在波长、温度、溶剂等条件一定时
•
κ的大小取决于物质的性质。
• ∴ κ是吸光物质的特征常数，不同物质具有 不同的κ 。
• ⑤ κ常用来衡量光度法灵敏度的高低， • κmax越大，表明测定该物质的灵敏度越高 • 一般认为κmax >104 L · mol-1 ·cm-1的方法较
灵敏。 (所以书写κ时应标明波长)
• 目前最大的κ的数量级可达106
• 如：Cu—双流腙配合物
• κ495=1.5×105 L ·mol-1 ·cm-1
•
当入射光的强度 I0 一定时，如果 Ia 越大， It 就越小，即透过光的强度越小， 表明有色溶液对光的吸收程度就越大。 I0＝ Ia+It
实验证明
•
实践证明，有色溶液对光的吸收
程度，与该溶液的浓度、液层的厚度 以及入射光的强度等因素有关。如果 保持入射光的强度不变，则光吸收程 度与溶液的浓度和液层的厚度有关。
• 当光通过透明物体时，光子是否被物质吸收。 • 取决于：①光子所具有的能量 • ②物质的内部结构 跃迁 价电子从基态（E1） 激发态（E2）
E A E2 E1
hc
A
由于不同物质的分子其结构和组成不同，它们所 具有的特征能级也不同，故能级差也不同。
∴物质对光的吸收具有选择性。
1. 朗伯定律
• 1760 年由朗伯推导出了吸光度于吸收介质 厚度的关系式：
dI k1 Idb dI k1db I It ln k1b I0
b dI k1db I0 I 0 I0 lg 0.434k1b It It
2.比耳定律
• 比耳(beer)在1852年提出光的吸收程度与吸
= A1 + A2 +…… + An
(二)吸收系数和桑德尔灵敏度
1. 吸收系数
朗伯-比尔定律(A=Kbc)中的系数(K)
因浓度(c)所取的单位不同，有两种表
示方式：
(1) 吸收系数(a)
•
当c：g.L-1 b：cm时
•
•K用a表示，称为吸收系数，
•其单位为L.g-1.cm-1 ，
•这时朗伯-比耳定律变为：
例
如：CuSO4溶液
CuSO4
透过蓝光
白光→
人眼
吸收黄光
实验证明： CuSO4溶液浓度越高，对黄色光的吸收 越多，表现为透过的蓝色越强，溶液的蓝色也越深。
（三）吸收曲线
•1. 用不同波长(400-720nm)的光，照射某一
吸光物质的溶液；
•2. 测吸光度(A)
•3. 以—A作图，得一曲线
•直观地表示出物质对光的吸收特征。
(3) 吸收系数(a)与摩尔吸收系数() 的关系
=aM
• 吸收系数(a)常用于化合物组成不明，
相对分子质量尚不清楚的情况。
• 摩尔吸收系数()的应用更广泛。
2. 桑德尔灵敏度(Sandell) S
•
吸光光度法的灵敏度除用摩尔吸收
系数表示外，还常用桑德尔灵敏度S表
示。
• 定义：当光度仪器的检测极限为
溶液的颜色由透过光的波长所决定
• (1)如果物质把各种波长的光完全都吸收，则呈现黑色；
• (2)如果完全反射，则呈现白色；
• (3)如果透过所有的光，则为无色透明溶液；
• (4)如果对各种波长的光吸收程度差不多，则呈现灰色；
• (5)如果物质选择性地吸收某些波长的光，那么，这种
物质的颜色就由它所反射或透过光的颜色来决定。
•
当一束平行的单色光垂直通过某一均匀
的、非散射的吸光物质溶液时，其吸光度(A)
与溶液液层厚度(b)和浓度(c)的乘积成正比。
• 它不仅适用于溶液，也适用于均匀的气
体、固体状态，是各类光吸收的基本定律，也
是各类分光光度法进行定量分析的依据。
Байду номын сангаас
5.朗伯-比耳定律成立的前提
• (1) 入射光为平行单色光且垂直照射。
• (4)该定律奠定了分光光度分析法的理论基础。
(一) 朗伯-比耳定律的推导
• 当一束平行单色光照射到任何均匀、非散射的介质
(固体、液体或气体)。
•例如：溶液时，光的一部分被介质吸收，一部分透过
溶液、一部分被器皿的表面反射。则它们之间的关系为：
入射光的强度为I0， 吸收光的强度为Ia， 如果 透过光的强度为It， 反射光的强度为Ir
4. 可见光和互补光
• (1)可见光:指人的眼睛所能感觉到的光，
波长范围为(400~750nm)的电磁波。 • (2)互补光:将两中适当颜色的光按一定 的强度比例混合，如果能形成白光， 这两种光称为互补光。
图10-1 光的互补色示意图(/nm)
黄 580~600nm 橙 600~650nm 绿 500~580nm 青 490~500nm
第七章
分光光度法
分光光度法(Absorption Photometry)
•
分光光度法是一种基于物质对光的选择性
吸收而建立起来的一种分析方法，是生命科学中 最常用的分析技术之一。 •包括： •(1) 可见分光光度法 •(2) 紫外-可见分光光度法(主要) •(3) 红外光谱法等
特
(一) 灵敏度高

图10-2 KMnO4溶液的吸收曲线
(c KMnO4 ：a<b<c<d )
结
论
• 1.某物质的吸收光谱表明了该物质对不同波长的光的吸收能力 的分布情况。 • 2.C↑、A↑，即光的吸收程度越大 • 3.最大吸收处只有一个，称为最大吸收波长。 • • • • • • 即：同一物质，只有一个最大吸收峰，即最大吸收波长是固 定不变的，该峰对应的波长叫λ max。 KMnO4溶液的λ max=525 nm。 定量测定时，必须用λ max的光照射。 不同物质，其内部结构不同，则吸收曲线不同，λ max不 同。 λ max只与物质的种类有关，而与浓度无关。 任何可见光区内、溶液的颜色主要是由λ max决定。
(二) 物质的颜色与光吸收的关系
• 在可见光区，不同波长的光具有不同的颜色。当
一束阳光(白光)通过棱镜后就色散成红、橙、黄、
绿……等颜色的光，这些光具有不同的波长。
•
•
所以不同颜色光，其波长不同，物质的颜色正是
当一束白光通过某一物质或溶液时，由于物质对
由于他们对不同波长的光具有选择性吸收而产生的。 光的选择性吸收，某些波长的光被吸收，另一些波长 的光则不被吸收而透过溶液。
光物质浓度之间的关系：
dI k 2 Idc dI k 2 dc I It ln k 2 c I0
c dI k 2 dc I0 I 0 I0 lg 0.434k 2 c It It
3.朗伯-比耳定律
• 如果同时考虑溶液的浓度和液层厚度的变化，则 上述两个定律可合并为朗伯-比耳定律，即得到：
• ④ 对于同一物质，当其他条件一定时(温度 等) ，κ的大小取决于波长。 • κ = f ( ) • ∴ κ能表示物质对某一波长的光的吸收能力。 • κ越大，表明物质对某的光吸收能力越强。 • 当为max， κ为κmax • κmax是一重要的特征常数，它反映了某吸光 物质吸收能力可能达到的最高度。
确度虽不如滴定分析法及重量法，但对微量
成分来说，还是比较满意的，因为在这种情
况下，滴定分析法和重量法准确度更差，甚
至无法进行测定。
(三)操作简便，测定速度快 (四) 应用广泛

几乎所有的无机离子和有机化合物都可
直接或间接地用分光光度法进行测定。不仅
用于定量分析，也可用于某些有机物的定性
分析，还可用于某些物理化学常数及络合物
白光
青蓝 480~490nm
蓝 450~480nm
红 650~750nm
紫 400~450nm
二、物质对光的选择性吸收
如果我们把具有不同颜色的各种物
体放置在黑暗处，则什么颜色也看不到。 可见物质呈现的颜色与光有着密切的关 系，一种物质呈现何种颜色，是与光的 组成和物质本身的结构有关的。
(一)物质对光产生选择性吸收的原因
组成的测定。
第一节
物质对光的选择性吸收
一、光的基本性质
• 1. 光的基本性质
• 光是一种电磁波，具有波粒二象性。 • 其波长、频率与速度之间的关系为：

普朗克方程
c

Eh
c

h：普朗克常数，其值为6.63×10-34J·s • 普朗克方程表示光的波动性与粒子性之间的关系。
• 波长越长，能量越低；波长越短，能量越高。
远紫外 近紫外 可见光 近红外 中红外 远红外 微 波 射 频
10~200 nm 200~400 nm 400~750 nm 0.75~2.5 m 2.5~50 m 50~1000 m 1~1000 mm 1~1000 m
真空紫外光谱法 紫外光谱法 比色法,可见吸光光度法(光度法) 红外光谱法 红外光谱法 红外光谱法 微波光谱法 核磁共振光谱法
Io Io lg Kbc 设A lg It It Io 1 A lg lg Kbc It T
光吸收定律的数学表达式
式中:A:吸光度， K:比例常数，与入射 光的波长、物质的性 质和溶液的温度等因 素有关。 It/I0=T:透射比(透光度)，
b：液层厚度(cm)
4.朗伯-比耳定律物理意义
A=0.001时，单位截面积光程内所能检
出的吸光物质的最低质量
• 单位：g·cm-2
3.桑德尔灵敏度(S)与摩尔吸收
系数()的关系
• 由桑德尔灵敏度S的定义可得到：
•
A=0.001=bc
bc
0.001

S 单位：g·cm-2
∵b : cm c : mol· L-1=mol/103cm3 ∴bc = mol/103cm2
• (2) 吸光物质为均匀非散射体系。
• (3) 吸光质点之间无相互作用。
• (4) 辐射与物质之间的作用仅限于光吸收， 无荧光和光化学现象发生。
6.吸光度的加和性
• 当介质溶液中含有多种吸光组分时，
只要各组分间不存在着相互作用，则在某
一波长下介质的总吸光度是各组分在该波
长下吸光度的加和。
• 即：A
•
A＝abc
(2) 摩尔吸收系数()
•
•
当c：mol.L-1 ， b：cm时
• K用ε表示，称为摩尔吸收系数，
• 其单位为L.mol-1.cm-1 ，
• 这时朗伯-比耳定律变为：
•
A＝ εbc
摩尔吸收系数()的物理意义
• 当吸光物质的浓度为1mol· L1，吸收层厚度为1cm时，吸光物
质对某波长光的吸光度。
中Fe2+的浓度为500 g ·L-1 ，液层厚度为