第七章 吸光光度法(1)

' 0 1bc " 0 " 0
可见，κ1=κ2 时，A=κbc，A与c成直线关系。 如果κ1≠κ2 ，A与c则不成直线关系。 κ1，κ2 差别 愈大，A与c之间的线性关系偏离也愈大。
那么，我们如何选用入射光波长？ 选取谱带A处作 入射波长，还可保证 吸光度最大，灵敏度 最好。 尽量选取吸光度随波长变化不大的谱带进 行测量(A)，则A随波长变化小，κ的变化小， 引起的偏离小，A与c基本为直线。若选用谱 带B的复合光进行测量， κ的变化大，A与c的 线性关系也差。
2、化学反应引起的偏离 L-B中浓度(c) 应指吸光物质的平衡浓度， 即吸光型体的平衡浓度。实际常用吸光物质的 分析浓度。只有当平衡浓度等于或正比于分析 浓度时，其吸光度才符合郎比定律。 但溶液中吸光物质常因缔合、离解、互变 异构，络合物的逐级形成，以及与溶剂的相互 作用等而形成新的化合物或改变吸光物质浓度， 这些都将导致偏离比尔定律。如
A lg I 0 / I k 2c
A∝c
式中c：有色溶液浓度 k2：比例常数
两项合并得：朗伯-比尔定律
A lg I 0 / I abc
A ( )bc
a-为吸光系数，单位为 L/g cm, b单位cm, c单位g / L ε(κ)-为摩尔吸光系数，单位为 L/mol· cm, c单位为mol/L
E0
锐线光谱
A

S1
S0
分子内电子跃迁
带状光谱
0 A
(a)
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一些典型的紫外-可见吸 收光谱 (a) 联苯(己烷溶剂)； (b) 苯(己烷溶剂)； (c) 苯蒸汽；
0
(b)
0
(c) (d)
260 280 nm
(d) Na蒸汽。
0
220 240
定性分析与定量分析的基础
B
定性分析基础
A
A
物质对光的选择吸收
界面 反射 损失
入射光束
溶液散 射损失
透射光束
—— —— ———————— —— — ——————— —— —
—— —— ———————— —— — ——————— —— —
如被照射的是均匀溶液，则光的散射可以忽 略。
光的波粒二象性
光的折射 波动性
，
光的衍射 光的偏振 光的干涉
粒子性
E
光电效应
L—B定律基本假设：入射光为单色。
实际上仪器发出的入射光是波长范围较 窄的光带组成的复合光。 设由λ1和λ2两束光组成，其吸光度分别 为A’和A”。
对λ1 对λ2
' I0 A' lg 1bc I1 " I0 A" lg 2bc I2
' I1 I 0 101bc '' I2 I0 10 2bc
第七章 吸光光度法
Spectrophotometry
7.1 概述 • 吸收光谱 • 发射光谱 • 散射光谱
吸光光度法：基于物质对光的选择性吸收 的分析方法，又称分光光度法。 属于分子吸收光谱分析方法 基于外层电子跃迁
7.2 吸光光度法基本原理 1 物质颜色和其吸收光关系 单色光、复合光、光的互补
2、非平行入射光引起的偏离 朗伯-比尔定律要求入射光平行垂直入射。 若入射光束为非平行光，可能导致工作曲线 产生正偏离。
A bc
A' b 'c
b b’
b' b A' A
3、介质不均引起的偏离
朗伯-比尔定律要求吸光物质溶液：均匀的、 非散射的。若溶液不均，如产生胶体或浑浊， 当入射光通过该溶液时，除了一部分光被吸收 外，还有一部分因散射而损失，使实测的吸光 度偏高，从而使工作曲线产生正偏离。
κ与a 的关系
Ma
式中M为物质的摩尔质量。
经研究：当一束单色光，通过任何均匀、非散 射的固体、液体或气体介质时，其吸光度与吸 光厚度和物质浓度成正比。 二、透光度T(transmittance)
T I / I0
吸光度与透光度的关系 A lg I 0 / I lg1 / T lg T bc
测定时入射光的总强度为(I’0+I”0）,透射光 的总强度 为(I1+I2)，因此所得吸光度值为：
(I I ) A lg ( I1 I 2 )
' 0 " 0
' I1 I 0 101bc
I 2 I 10
'' 0
2bc
将I1和I2代入得：
(I I ) A lg ' 2bc ( I 0 10 I 10 )
单色光 复合光 单一波长的光 由不同波长的光组合而成的光
光的互补
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，这种现 象称为光的互补。

10-2 nm 10 nm
射 线 x 射 线
102 nm 104 nm
紫 外 光 红 外 光
0.1 cm 10cm
微 波
κ是吸光物质在特定波长和溶剂的情况下 的一个特征常数，数值上等于1mol/L吸光物 质在1cm光程中的吸光度，是吸光物质吸光能 力的量度。它可作为定性鉴定参数，也可反 映方法灵敏度。
灵敏度表示方法--κ
（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数； （2）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， κ仅与吸收物质本身的性质有关，与 待测物浓度无关；
（3）同一吸收物质在不同波长下的κ值是不同的。在最
大吸收波长λmax处的摩尔吸收系数κmax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。
（4）可作为定性鉴定的参数； （5）物质的吸光能力的度量 κmax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。κ < 2×104 ：不灵敏。 κ = 2×104～ 6×104 ：中等灵敏； κ = (6～10）×104 ：高灵敏； κ >105：超高灵敏； 吸光光度法中，一般要求κ >104 （6） κ在数值上等于浓度为1 mol · L-1、液层厚度为1cm 时该溶液在某一波长下的吸光度。
不同物质吸收光谱不同
定量分析基础
A 增 大
max ( A) max ( B)

相同物质吸收光谱相同
C

在一定条件下，物质对光的 吸收与物质的浓度成正比。
吸收光谱或吸收曲线(absorption,spectrum) 固定被测物质的浓度和吸光厚度， 在不同的波长处测定其吸光度。以吸光 度为纵坐标，以测定波长为横坐标作图， 即为吸收曲线。
T ： 透光度
1.0 T A
A： 吸光度
100
T = 0.0 % A=∞
T = 100.0 %
A
0.5 50
T%
A = 0.0 T = 36.8 % A = 0.434
0
0
三、吸光度的加和性：
C
在多组分体系中，如果各种吸收物质之间 没有相互作用，体系的总吸光度等于各组分吸 光度之和。 A总 A1 A2 .... An 1bc1 2bc2 .... nbcn
3. 某有色化合物的0.0010%水溶液,在510 nm处,用 3 cm比色皿测得吸光度为A=0.57,已知摩尔吸光系 数为2.5×103 L/mol· cm,求该有色配合物的摩尔质 量。 解： A 0.57
C (m ol/ L)
b 2.5 103 3 摩尔质量为： m 1000 0.0010% M ( g / m ol) 131.58 5 n 7.6 10
103 cm
105 cm
无 线 电 波
可
绿 蓝绿 绿蓝 蓝 红
见
光
黄绿 黄 橙
紫 紫红
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
完全透过
吸收黄色光
当光束照射到物质上时，不仅发生吸收 或透射现象，还会产生反射、散射。
界面 反射 损失
—— —— ———————— —— — ——————— —— — —— —— —————— —— —— ———————— —— — ——————— —— —
2 一些基本名词和概念
吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小
A～ 关系
最大吸收波长 max：光吸收最大处的波长
Δ
对比度(Δ ):两有色络合物 最大吸收波长( MRmax) 之 差
max
吸收曲线的讨论：
（1）而对于不同物质， 它们的吸收曲线形状和 λmax不同。
（2）吸收曲线可以提供物质 的结构信息，并作为物质定性 分析的依据之一。
检测器
吸光度
光源
0.22
L
检测器
吸光度
0.44
样品
L L 光源
检测器
样品
样品
吸光度与浓度的关系 A = kbc
吸光度
0.00
L2>L1
光源
检测器
吸光度 光源
0.22
L1
检测器 吸光度
0.42
L2
光源
检测器
例: 1.有一溶液,在λmax=310 nm处的透光率为87%，在 该波长处时的吸光度为多少？ 解：T＝87％； A＝－lgT＝－lg87％＝0.06 2.已知苯胺的λmax=280 nm, ε=1430,有一含苯胺的 水样，在1 cm比色皿中测得吸光度为0.52，求 该水样中苯胺的含量。（以mg/L表示) 解: A 0.52 C (m ol/ L) 3.636104 b 14301 3.636104 92.118103 33.49m g / L
(2) 化学性因素 1、高浓度引起的偏离
L-B定律的基本假设要求溶液中吸光质点是独立的，
彼此间无相互作用，因此稀溶液能很好地服从该定律。
高浓度时(>0.01 mol/L)，由于吸收组分粒子之间的
平均距离减小，相互影响邻近粒子的电荷分布，使吸光
能力发生变化。即改变物质的摩尔吸光系数(κ)。 其相互作用的程度与浓度有关，浓度增大，吸光度 与浓度之间的关系偏离线性关系越大。所以一般认为比 尔定律仅适用于稀溶液。

7.6 105
4 偏离比耳定律的原因
1. 现象
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。
2. 引起偏离的因素（两大类） （1）物理性因素， 即仪器的非理想引起的； （2）化学性因素。
（1）物理性因素：
1 非单色光引起的偏离
1729年，Bouguer首先发现物质对光的吸收 与吸光物质的厚度有关。 1760年他的学生Lambert更明确地指出：如 果溶液的浓度一定，则光的吸收程度与液层的 厚度成正比，这个关系称为朗伯定律。表示为：
b 入射光 I0 透射光 I
A lg I 0 / I k1b
A∝b
1852年，Beer指出：光的吸收与吸光 物质的数量有关；如吸光物质溶于不吸 光的溶剂中，则吸光度与吸光物质的浓 度成正比。即当单色光通过液层厚度一 定的有色溶液时，溶液的吸光度与溶液 的浓度成正比。这个关系称为比尔定律。
（3）同一种物质对不同 波长光的吸光度不同。不 同浓度的同一种物质，其 吸收曲线形状相似λmax不 变。 （4）不同浓度的同一种 物质，在某一定波长下吸 光度 A 有差异，在λmax处 吸光度A 的差异最大，所 以测定最灵敏。此特性可 作为物质定量分析的依据。
3 朗伯-比尔定律 一、吸光度(absorbance)
(原子)
ΔE=E2-E1=hν
不同的物质微粒由于结构不同而具有不同的量子化能级， 其能量差也不相同。仅当照射光光子提供的能量(hν)与被照物 质的基态与激发态能量之差ΔE相等时才能发生吸收。所以物 质对光的吸收具有选择性。
原子
h
S3 S2
E3 E2 E1
A
S1
S0
纯电子能态间跃迁 分子
h S2
hc E h
E：光子的能量（J） ：光子的频率（Hz） ：光子的波长（cm） c：光速（2.99791010 cm.s-1） h：Plank常数（6.625610-34 J.s ）
物质对光吸收的本质
一束光
物质或 溶液 分子 (离子) (原子) M + hν = M* (基态) (激发态) 能级3 λ3 hν3 λ2 hν2(ΔE) λ1 hν 1 能级2 能级1 基态 能量 分子+hν
四、工作曲线
工作曲线又称标准曲线或较正曲线。绘 制时先配制一系列具有不同浓度吸光物质的 标准溶液，然后在确定的波长和吸光厚度(光 程)等条件下，分别测量其吸光度。以吸光度 A为纵坐标，标准物质的浓度c为横坐标作图， 即为工作曲线。
A Ax
cx
c
吸光度与光程的关系 A = kbc
吸光度
光源
0.00
Cr2O72- + H2O = 2H+ + 2CrO42（橙色） （黄色）
max 350nm max 375nm