分光光度法

单色光和互补光
➢ 单色光：具有同一波长的光。 ➢ 复合光：含有多种波长的光。如:日光，白炽灯光。
➢ 可见光：400～760 nm
➢互补色光：适当颜色的两种色光按一定强度 比例可以混合成为白光，这两种色光叫做互 补色光。
一、物质的颜色
物质的颜色是由于物质对不同波长 的光具有选择性吸收而产生的。
物质的颜色显示其吸收光的互补色。
第四节 可见分光光度法
一、显色反应和显色剂
1、待测组分＋显色剂＝有色化合物
➢ 选择性好 ➢ 灵敏度高。生成的有色化合物ε大 ➢ 生成的有色化合物组成恒定，化学性质稳定。 ➢ 显色剂在测定波长处无明显吸收；
两种有色物质“对比度”大，最大吸收波长之
差➢:显色条件宜于控制
Δλ>60n m
2、显色剂
无机显色剂：硫氰酸盐、钼酸铵、氨水、过氧化氢等
朗伯-比耳定律是吸光光度法的理论 基础和定量测定的依据。广泛地应用 于紫外光、可见光、红外光区的吸收 测量，也适用于原子吸收测量。
二、摩尔吸光系数
A＝εb c
1.摩尔吸光系数与吸光系数 或: A＝a b c
摩尔吸光系数ε(L·mol-1·cm-1)在数值上等于吸光物 质浓度为1mol·L-1 、液层厚度为1cm时该溶液 在某一波长下的吸光度A。
用不同波长的单色光照射某一物质测定吸光度， 以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制曲线， 描述物质对不同波长光的吸收能力。
(nm) ~A
寻找
max
吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据
邻二氮菲-Fe2+配合物
max=510 nm 吸
收
曲
吸收蓝绿色光
显示橙红色
线
吸收曲线的讨论：
（1）高锰酸钾溶液对不同波长光的吸收程 度是不同的。吸光度最大处对应的波长称为 最大吸收波长λmax。
2.可作为定性鉴定的参数。 3.同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大 吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。
εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映 了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。εmax越 大表明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。
ε>105：超高灵敏； ε=(6～10）×104 ：高灵敏； ε=(2～6）×104 ：中等灵敏； ε<2×104：不灵敏。
三、常用紫外－可见分光光度计的使用 1、721型分光光度计
2、UV-754C紫外 －可见分光光度计
四、分光光度计的检验与维护保养 1、分光光度计的检验
➢ 波长准确性检验 ➢ 透射比正确度检验 ➢ 稳定度的检验
➢ 吸收池配套性检验
2、分光光度计的维护与保养
➢ 对仪器工作环境的要求 ➢ 仪器保养与维护方法
四、标准曲线的绘制 标准曲线法绘图示例：
A~c 或
A~
c单位mol/L
单位 g/L 、mg/L、 g/L
A
0.8 0.6 0.4 0.2
01 23 4 5
工作曲线
mg·L-1
三、偏离朗伯—比耳定律的原因
标准曲线法测定未知溶液的浓度时发现：标 准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时）， 这种现象称为对朗伯-比耳定律的偏离。
一般尽量采用水相测定
6、显色反应中干扰及消除
（1）干扰离子的影响 ➢ 共存离子本身具有颜色 ➢ 共存离子与显色剂或被测组分反应 ➢ 共存离子与显色剂反应
（2）干扰的消除方法 ➢ 控制溶液的酸度 ➢加入掩蔽剂 ➢ 改变干扰离子的价态 ➢ 选择适当的入射光波长 ➢ 选择合适的参比溶液 ➢ 分离干扰离子 ➢ 利用双波长、导数光谱法等新技术
引起这种偏离的因素（两大类）： 一类是物理性因素，即仪器的非理想引起的； 另一类是化学性因素。
1.物理性因素
朗伯-比耳定律的前提条
A
A
件是入射光为单色光。分
光光Biblioteka Baidu计只能获得近乎单
色的狭窄光带。复合光可
导致对朗伯-比耳定律的
偏离。
非单色光、杂散光、非平
行入射光都会引起对朗伯
-比耳定律的偏离。
c
c
为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的 单色器。此外还应将入射光波长选定在待测物质的 最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。
1、单光束
结构简单、价格低，适用于定量分析。测定结 果受光源强度波动的影响较大，误差较大。
2、双光束
能连续改变波长， 自动地比较样品及 参比溶液地透光强 度，自动消除光源 强度变化所引起地 误差。
3、双波长
将不同波长的两束单色光（λ1 、λ2）快速交替 通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。 无需参比池。Δ λ＝1～2nm。两波长同时扫描 即可获得导数光谱。
❖ 选择参比溶液的原则
尽可能全部抵消各种共存有色物质的干扰，使 试液的吸光度真正反映待测物的浓度。
❖ 选择参比溶液的方法
➢ 溶剂参比：仅有待测物质与显色剂的反应产物 有吸收时。消除溶剂、吸收池等因素的影响。
➢ 试剂参比：显色剂或其他试剂在测定波长处有吸 收时。消除试剂中的组分的影响。
➢ 试液参比：试样中其他试剂在测定波长处有吸 收，显色剂在测定波长处无吸收时。用不加显色剂 的“试液空白”作参比，消除有色离子的影响。
物质吸收光谱产生的机理
（1）分子运动及其能级跃迁
分子内部运动方式：电子运动、分子振动和分 子转动,对应电子能级、振动能级和转动能级。
M+hν M* 基态 激发态 E1 (ΔE1) E2
M+热 M+光
ΔE= E2- E1=hc/λ 量子化，选择性吸收
互
补
色
白光
光
示
意
图
光的互补：蓝➢ 黄
二、光吸收曲线
2.化学性因素
朗伯-比耳定律假定：所有的吸光质点之间不 发生相互作用，实验证明，这种假定只有在稀 溶液时才基本符合。
当溶液浓度较大时，吸光质点间可能发生缔 合等相互作用，直接影响了对光的吸收。朗伯比耳定律只适用于稀溶液。
溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合 物的形成等化学平衡时，使吸光质点的浓度发 生变化，影响吸光度。
➢ 光电倍增管：响应速度快， 灵敏度高，应用广泛。
4、检测器
特点： ➢ 对透过光响应时间短 ➢ 光电流与照射到检测器上的光强度成正比 ➢ 灵敏度高
5、信号显示器
检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理 ➢ 以检流计或微安表为指示仪表 ➢ 数字显示和自动记录型装置
二、紫外－可见分光光度计的类型及特点
X射线
10-1~100nm
跃迁类型 分析方法 K和L层电子 X射线光谱法
远紫外光 近紫外光 可见光 近红外光 中红外光 远红外光 微波
10~200nm 200~400nm 400~750nm
0.75~2.5m 2.5~5.0m 5.0~1000m
0.1~100cm
中层电子 真空紫外光度法 外层电子 紫外光度法 外层电子 比色及可见光度法 分子振动 近红外光谱法 分子振动 中红外光谱法 分子转动和振动 远红外光谱法 分子转动 微波光谱法
的单色光聚焦至出射狭缝。
（1）棱镜单色器：光的折射
（2）光栅单色器：光的衍射和干涉
3、吸收池（比色皿）
用于盛放待测液和决定透光液层 厚度的器件。石英池、玻璃池。
4、检测器
基于光电效应，对透过吸收池的 光作出响应，将光信号转变成电 信号输出。 ➢ 光电池
➢ 光电管：蓝敏、红敏 (210~625nm) (625~1000nm)
（2）不同浓度的高锰酸钾溶液，其吸收曲线的 形状相似，最大吸收波长λmax一样。在同一波 长下吸光度A有差异。物质定量分析的依据。
（3）不同物质其吸收曲线形状和λmax各不 相同，因此吸收曲线可以提供物质的结构信 息，物质定性分析的依据之一。
§3 光吸收的基本定律
一、朗伯-比耳定律 朗伯-比耳定律的数学表达式为：
➢ 紫外光光源：氢、氘、氙 灯灯，辐射波长范围325～ 375nm。
2、单色器
将光源发出的连续光谱分解成单色光，并能准确方便地 “取出”所需要地某一波长的光，分光光度计的心脏部分。 ➢ 狭缝：调节光的强度和单色光的纯度，
“取出”所需要的单色光 ➢ 色散元件：关键部件，将复合
光色散成单色光；棱镜或光栅 ➢ 透镜系统：控制光的方向，使 入射光成为平行光束，将分光后
3.工作曲线不过原点 存在系统误差：吸收池不完全一样；参比溶液选择 不当等。
第三节 紫外－可见分光光度计
一、仪器的基本组成部件
光源
单色器
吸收池
检测器 信号显示系统
1、光源
在使用波长范围内提供连续的光谱，光强应 足够大，有良好的稳定性，使用寿命长。
➢ 可见光光源：钨灯，辐射 波长范围325～2500nm。
样品溶液吸收光示意图
吸光度A 描述溶液对光的吸收程度： A＝lg（I0/I)
透过度T 描述入射光透过溶液的程度: T = I/I0
吸光度A 与透光度T 的关系: A ＝ －lg T
朗伯-比耳定律的物理意义
A＝εb c 或: A＝a b c
当平行单色光通过单一均匀的、非散 射的吸光物质溶液时,溶液的吸光度与 溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。
（2）三元离子缔合物:M-电负性配位体R－有机碱或染料A
金属离子首先与配位体生成配阴离子或配阳离子（配位 数已满足），再与带相反电荷的离子生成离子缔合物。
（3）三元胶束化合物
阳离子表面活性剂在水溶液中形成胶束对一些二元配合 物有增溶、增敏作用，提高测定的灵敏度。
讨论：
三元配合物较稳定，可提高分析测定的准确度与重现性 三元配合物比二元配合物灵敏度核对比度高 三元配合物选择性更高
三、测量条件的选择
1、入射光波长的选择
一般应该选择λmax为入射光波长。
如果 λmax 附近有干 扰存在，选择灵敏度 稍低但能避免干扰的 入射光波长（曲线较 平坦处）
2、参比溶液的选择
❖ 选择参比溶液的原因
由于入射光的反射，以及溶剂、试剂等对光的 吸收会造成透射光通量的减弱。为了使光通量 的减弱仅与溶液中待测物质的浓度有关，需要 选择合适的溶液作参比溶液。
➢ 褪色参比：显色剂及样品基体有吸收，在显色剂 中加入褪色剂，用褪色产物作参比溶液。
有机显色剂：种类繁多
三元配合物显色体系：一种金属离子同时与两种不同 的配位体或一种配位体与两种不同的金属离子形成的 配合物
Al-CAS-CTMAC（铝－铬天青S－氯化十六烷基三甲铵） （单核三元配合物）
[FeSnCl5]（双核三元配合物）
三元配合物显色体系中应用较多的是颜色有显著变化的：
（1）三元混配化合物: A-M-R 金属离子M与一种配位体（A或R)形成配位数未饱和的 配合物，再与另一种配位体（R或A）形成配合物.
第十二章 分光光度法
掌握：
朗伯-比耳定律 吸光度A与透过率T之间的关系 摩尔吸光系数的影响因素
第一节 概述
分光光度法（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。
吸光光度法的特点：
（1）灵敏度高； （2）准确度高； （3）操作简便、快速； （4）应用广泛。
表 电磁波谱范围表
光谱名称 波长范围
无线电波 1~1000m
核的自旋 核磁共振光谱法
按所用的光的波谱区域分为：
可见分光光度法（400～760nm）：电子跃迁光谱， 主要用于有色物质的定量分析。
紫外分光光度法（200～400nm）：电子跃迁光谱， 可用于结构鉴定和定量分析。
红外分光光度法（2.5～1000μm）：分子振动光谱， 主要用于有机化合物结构鉴定。 紫外分光光度法和可见分光光度法合称紫外－可见分 光光度法。
改善显色条件……
二、显色条件的选择
1、显色剂用量
M + R = MR
吸光度A 与显色剂用量CR 的关系如图所示的几种情 况。选择曲线平坦处。
2、溶液酸度
选择曲线中吸光度较大，且恒定的平坦区所对应的 pH范围。 3、显色温度 实验确定
4、显色时间
选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的时间。
5、溶剂
吸光系数a(L·g-1·cm-1)相当于浓度为1g·L-1 ，液层厚 度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度A。
ε与a的关系为：
ε = Ma （ M为物质的摩尔质量）
摩尔吸光系数ε的讨论：
1.ε是吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，不 随浓度c 和光程长度b 的改变而改变。在温度和波长等 条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关。
A＝lg（I0/I)= Kb c
A＝lg（I0/I)= εb c 或: A＝lg（I0/I)= a b c
式中:
A：吸光度； I0 ：入射光强度； I：透射光强度； b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位； ε：摩尔吸光系数，单位L·mol-1·cm-1； c : 溶液的浓度c单位mol·L-1 ； a：吸光系数，单位L·g-1·cm-1 ； 溶液的浓度c单位g·L-1