分光光度法

某一波长下的吸光度。
若溶液的组成用质量浓度表示。LambertBeer 定律可表示为： A = a ·b · ：质量浓度(g ·L-1) b：为液层厚度(cm) a：质量吸光系数(L · g-1 · cm-1) a 和 的换算关系为： =aM 吸光度A与透光率T： A =－lgT = ·b ·c T = 10 - bc
CuSO4溶液：之所以呈蓝色，是因为吸收了白光中的 黄光，透过其黄光的互补光蓝光。
又例如： KMnO4溶液，吸收了白光
中的绿光，透过的为其互补光紫色，故其 溶液呈紫色。
再例如：NaCl、KNO3溶液，对其射
入的可见光全不吸收，光全透过，因此溶 液为无色。
物质对光的吸收曲线
某一溶液对何种波长的光吸收？吸收的程度如 何？
这可通过使不同波长的光通过某一固定浓度 的有色溶液，分别测量每一波长下对应的光的 吸收程度[吸光度， A]， 作A-λ曲线，即吸收光谱曲线。
• 图中Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ三条曲线， 代表同一被测 物质含量由低 到高的吸收曲 线。
邻二氮杂菲亚铁溶液的吸收曲线
（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光
物质的颜色：
•
•
在可见光区(400~760nm)不同波长的光具有不同的颜色。
溶液呈现一定的颜色是对光选择性吸收的结果。当一束白光 通过一有色溶液时，某些波长的光被溶液吸收，另一些波长的 光则透过，溶液的颜色由透过光决定。
• 透射光与吸收光又可组成白光，这两种光称为互补色光。
溶液的颜色 ⑴溶液为什么会有颜色？ 溶液之所以呈现不同的颜色，是由于溶液中 的质点选择性地吸收某种颜色的光所引起的。 ⑵ 吸收光与溶液颜色的关系： 当白光通过某一均匀溶液时： ①如溶液对其全不吸收，光全透过，溶液为无色； ②如溶液对其全部吸收，无光透过，溶液呈黑色； ③如溶液对其部分吸收，其余光透过，溶液 呈透过光的颜色。
A
A
A
cR
cR
cR
吸光度与显色剂用量关系曲线
(a)适合进行光度分析(对显色剂浓度控制不严格)
(b)只能选择较窄的显色剂浓度范围
(c)必须严格控制显色剂浓度。
• 2. 酸度 • • 酸度对显色反应的影响是多方面的： H+浓度大，不利于有色配合物的形成；酸度 还影响有些显色剂的颜色；某些被测组分与显 色剂能形成不同组成的配合物；金属离子在酸 度下降时会水解。
肉眼可感受到的光
光的基本知识
具有单一波长的光叫单色光，比如红光，蓝 光等。 由不同波长的光组成的光叫复色光。比如日 光等 棱镜实验------色散 如果两种适当颜色的单色光按适当的强度比 例混合能得到白光，则这两种颜色的光叫做 互补色光。
互补色光
紫 红 橙
蓝
白光
黄
青蓝
青
绿
物质对光的选择性吸收
• A = k b c，k 在一定波长下是一常数，如入射光不 为单色光，则k不为常数，A 与c 不成直线关系。
A
•
在最大吸收波长附近
通常有一个吸收强度相
差较小的区域，如入射
光在此范围内，因k 变
化较小，引起的偏离也 较小，A与c基本上呈直 λmax λ 线关系。
3.由于溶液本身发生化学变化 的原因引起的偏离
1.比尔定律的局限性
•
通常在用分光光度法进行分析时，多采用标准工作 曲线法。即固定液层厚度、入射光的波长，测定一系 列不同浓度标准溶液的吸光度，此时A与c应成直线关 系。
在实际工作上， 特别是在浓度较 高时，常出现标 准曲线不为直线， 即偏离了朗伯— 比尔定律。
•
比尔定律是一个有限制性的定律，它假设入射光为
透光率愈大，溶液对光的吸收愈少。 透光率的负对数称为 吸光度(A) I0 A lg T lg It 吸光度愈大，溶液对光的吸收愈多。
二．光的吸收定律
(Lambert-Beer定律)
1760 年， Lambert 指出：一束平行单色光通过有色吸溶 液后，光的吸收程度与溶液液层的厚度成正比。 A = k1·b 1982年，Beer 指出：一束平行单色光通过有色溶液后， 光的吸收程度与溶液的浓度成正比。 A = k2 ·c 将 Lambert 定律和 Beer 定律合并起来，就得到 LambertBeer定律。
⑵准确度高,相对误差仅有2~5%；
⑶操作简便、迅速，所需设备并不复杂；
⑷应用广泛。
缺点： ⑴仅适合微量分析； ⑵所需仪器相对昂贵。
第一节 分光光度法基本原理
1．光的基本性质 光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波
长、频率、光速c、波数（cm-1）等参数来描述： = c ； 波数 = 1/ = /c 光是由光子流组成，光子的能量： E = h = h c / 6 （Planck常数：h=6.626 × 10 -34 J/S ) 光的波长越短（频率越高），其能量越大。 可见光区：400-750 nm
•
由于被测物质在溶液中发生缔合、离解或溶剂化、 互变异构、配合物的逐级形成等化学因素，造成对 比耳定律的偏离。
Cr2O72- + H2O 橙色 2CrO42- + 2H+ 黄色
•
应控制条件，使溶液中仅存在Cr2O72-或CrO42- ，这样， c与A 之间才成直线
第二节 分光光度计
一．分光光度计的基本组成
• 如“c”的单位：mol· L-1(物质的量浓度)，液 层厚度以厘米(cm)表示，此时的吸光系数称 为摩尔吸光系数 ε
• A＝lg（I0/It)= εb c
2.摩尔吸光系数ε 的讨论
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
可作为定性鉴定的参数；
显色反应条件的选择
• 1．显色剂的用量 • 通常显色反应可用下式表示： • M(被测离子) + HR(显色剂) MR + H+ 从平衡角度看，显色剂过量越多，越有利于有色配 合物的形成。但显色剂过量太多，有时会引起副反应， 故有一适宜用量，通常由实验确定。 固定其它条件，改变显色剂的浓度，测A，作A ~ c R曲 线，选择原则：选择曲线上平坦部分
• 3. 吸收池
• 作用：用于盛放试样溶液。也叫比色皿。 • • 吸收池主要有石英和玻璃两种。在紫外区须采用石 英吸收池，可见区一般用玻璃吸收池。 吸收池大多是长方形的，一般仪器都配有一套厚度 为0.5、1、2、3cm的吸收池。吸收池放置的位置应使 透光面垂直于光束方向。
• 注意事项： 拿吸收池时，接触毛玻璃，不能接触光学面
溶液的浓度愈大吸光度光愈大——是定量分析的基础
透光率和吸光度
入射光强度I0，吸收光 强度Ia，透过光强度It， 反 射光强度为Ir I0 ＝ Ia + It + Ir
被测溶液和参比溶液的 吸收池同样材料和厚度，反 射光强度影响相互抵消，上 式简化为 I0 ＝ I a + It
透射光的强度 It与入射光的强度I0的比值称为透 光率(T) It T I0
•
当一束平行的单色光通过均匀、透明的有色溶液 时，如溶液的浓度越大、液层厚度越大，则光强度的 减弱越显著 。
I0 A lg bc It
c：溶液中吸光物质的浓度 b：液层厚度 K：吸光系数 其数值的大小，与物质的性质、入射光波长、溶 剂种类及溶液温度等因素有关。当波长等其他因素 一定时，只与物质的性质有关。 “A” 称为吸光度，量纲为1
单色光，吸收粒子间没由于吸光物质微粒间相互影响， 从而改变了它对光的吸收能力，使吸光度与浓度的线 性关系发生偏离。
2. 非单色光引起的偏离
• 比尔定律假设入射光为单色光，但是目前仪器所能
提供的入射光不是严格的单色光，是由波长范围较窄的
光带组成的复合光。
第十章
主要内容：
(Vis-UV Spectrophotometry)
分光光度法
q 分光光度法的基本原理 q 仪器的测定原理 q 分光光度法应用示例
重点难点：
q 重点 q 难点 溶液显色的原因、光吸收定律，仪器测定原理。 朗伯－比耳定律。
光度分析法的特点
•
有色物质颜色的深浅和浓度有关，利用比 较溶液颜色深浅来测定含量的分析方法称为比 色分析法。 • 目视比色称为比色法；利用分光光度计测 试，称为分光光度法。
1.概念：分光光度法是根据物质的吸收光 谱和光的吸收定律，对物质进行定量、定性分 析的一种仪器分析方法。 2.方法分类： 根据测定时所选用的光源： 可见分光光度法(400800nm) 紫外分光光度法(200400 nm) 红外分光光度法(800nm50m)
3.分光光度法的优缺点 优点：⑴灵敏度高,主要用于微量分析；
光学面不能与硬物或赃物接触，用擦镜纸或丝绸擦拭光 学面 保持干净，不能盛放腐蚀玻璃的物质 不得加热或烘烤
4．检测系统 利用光电效应将透射光强度转换为电信 号进行测定，电信号大小和透过光强度成 正比。 可见分光光度计常用的检测器有光电池、 光电管和光电倍增管。
分光光度计的类型
显色反应和显色条件
度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax （2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似， λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和 λmax则不同。 （3）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以 测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长
的重要依据。
吸收曲线的形状和max ——是定性分析的基础
• 例20-1：已知含Fe2+浓度为1.0mg· L-1的溶液，用邻二 氮菲光度法测定铁(Fe2+与邻二氮菲反应，生成橙红色 配合物)。使用厚度为2 cm的吸收池，在波长510nm处 测得 吸光度A= 0.390。计算该配合物的 摩尔吸光系 数。。
• 解：已知铁的相对原子质量为 55.85。
1.0 10 c 1.8 105 m ol L1 55.85
分光光度法对显色反应的要求
在光度分析法中，使被测物质在试剂（显色剂） 的作用下形成有色化合物的反应称为显色反应。对 于显色反应，一般必须满足下列要求：
（1）选择性好。即在显色条件下，显色剂尽可能不 要与溶液中其他共存离子显色，如果其他离子也和 显色剂反应，干扰离子的影响应容易消除。
(2)灵敏度高。显色反应的灵敏度高，才能测定低含量的 物质。灵敏度可从摩尔吸光系数来判断，但灵敏度高 的显色反应，不一定选择性好。在实践中应全面考虑。 通常 k 值达104~105 （3）显色产物应具有固定的组成，符合一定的化学式。 对于形成不同配合比的配合物的显色反应，需要严格 控制实验条件，使生成一定组成的配合物，以提高其 重现性。 （4）显色产物的化学性质应该稳定。在测量过程中溶液 的吸光度应改变很小。 (5）显色产物与显色剂之间的颜色差别要大。
等条件一定时，ε 仅与吸收物质本身的性质有关；
摩尔吸光系数ε 的讨论
ε 反映了物质对某一特定波长光的吸收能力，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 <1×104 ：低灵敏。 ε 在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在
3
A 0.390 4 1 1 1 . 1 10 L mol cm bc 2 1.8 10 5
• 例：用双硫腙光度法测定Pb2+。 Pb2+的浓度为 0.08mg/50mL，用2 cm比色皿在520 nm下测得
• T = 53%，求 k。 • 解：已知铅的相对原子质量为 207.2
0.08 6 1 c 7.7 10 mol L 207 .2 50
A lg T lg 53% 0.28
A 0.28 4 1 1 k 1 . 8 10 L mol cm 6 bc 2 7.7 10
对朗伯-比尔定律的偏离
• 1.比尔定律的局限性 • 2.非单色入射光引起的偏离 • 3.由于溶液本身发生化学变化的原因 • 引起的偏离
读出系统
光源
单色器
吸收池
检测器
1．光源 在所需光谱区域内发射连续的、足够强度、 稳定、寿命长的辐射光。 可见区：钨灯；紫外区：氢灯、氘灯 2．单色器 单色器是将光源发出的连续光谱分解为单色 光的装置。 单色器由棱镜或光栅等色散元件及狭缝和透 镜等组成。
玻璃棱镜适用于可见光区
石英棱镜适用于紫外-可见整个光谱区