分光光度分析法

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2015年1月30日
在可见光，KMnO4溶液对波 长525 nm附近绿色光的吸收 最强，而对紫色和红色的吸 收很弱。λmax=525 nm。 浓度不同时，光吸收曲线形 状相同，λmax不变，吸光度不 同。
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* 单色器 单色器的作用是将光源发出的连续光谱分解为单色光 的装臵。分为棱镜和光栅。 * 比色皿也称吸收池或样品池。用于盛放试液的容器。 它是由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同、厚度相 等的玻璃或石英制成，按其厚度分为 0.5cm ， lcm ， 2cm，3cm和5cm。 使用比色皿时应注意保持清洁、透明，避免磨损透 光面。 紫外光只能用石英比色皿； 可见光可用石英或玻璃比色皿。
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12.3.2 标准曲线法 借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制 标准曲线，根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求得被 测物质的浓度或含量。
A
标液 A
1 C1 A1
2 C2 A2
3 4 5 C3 C4 C5 A3 A4 A5
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12.3 光度分析的方法和仪器 12.3.1 目视比色法 用眼睛观察、从管口垂直向下观察（比色管），比较待 测溶液和标准溶液颜色的深浅，以确定物质含量的方法。
优点是仪器简单，操作简便，适宜 于大批试样的分析。灵敏度高，因为 是在复合光-白光下进行测定，故某 些显色反应不符合朗伯-比尔定律时， 仍可用该法进行测定。 主要缺点是准确度不高，标准系列 不能久存，需要在测定时临时配制。
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* 互补色光：按一定比例混合，得到白光。 * 物质的颜色是因物质对不同波长的光具有选择性 吸收作用而产生的。
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* 吸收光谱曲线或光吸收曲线： 以波长为横坐标，吸光度 为纵坐标作图。 * 最大吸收波长：光吸收程度 最大充处的波长，用λmax表 示。 * 吸光度A(也称消光度E或光 密度 D) ：溶液对光的吸收 程度。
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相关概念 *吸收光谱：原子吸收光谱 和分子吸收光谱。是因物 质对不同波长的光具有选 择性吸收作用而产生的。 * 单色光：具同一波长的光。 * 复合光：由不同波长组成 的光。 *波段：各种色光的波长范 围不同。
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在分光光度分析法中，试液和空白溶液分别臵于同样质 料及厚度的吸收池中，然后让强度为I0的单色光分别通过 这两个吸收池，再测量其透过光的强度。此时反射光强 度基本上是不变的，且其影响可以相互抵消。 透光度或透光率 透过光强度It与入射光强度Io之比称为透光度或透光率， 用T表示溶液的透光度愈大，表示它对光的吸收愈小 ; 相 反，透光度愈小，表示它对光的吸收愈大。
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12.4 显色反应和显色条件 12.4.1 显色反应 待测物质本身有较深的颜色，直接测定； 待测物质是无色或很浅的颜色，需要选适当的试剂 与被测离子反应生成有色化合物再进行测定，此反应 称为显色反应，所用的试剂称为显色剂。 按显色反应的类型来分，主要有氧化还原反应和络 合反应两大类，而络合反应是最主要的。
2
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* 桑德尔(Sandell)灵敏度(灵敏度指数) S 指当仪器的检测极限A=0.001时，单位截面积光程内所 能检测出来的吸光物质的最低含量，其单位为μg·cm-2，S 与ε及吸光物质摩尔质量M的关系为：
cb : ? mol/ 1000 cm2
优点： （1）大大提高了测定准确度，可完全扣除背景 （2）可用于微量组分的测定 （3）可用于混浊液和多组分混合物的定量测定
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12.3.5多组分定量方法 由于吸光度具有加合性，因此可以在同一试样中测定 多个组份。设X,Y 组份在波长 1 和 2 处的摩尔吸光 系数 可由已知浓度的 X, Y 纯溶液测得。解上述方 程组可求得 cx 及 cy。
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* 检测器 接受从比色皿发出的透射光并转换成电信号进行测 量。分为光电管和光电倍增管。
* 显示装臵
作用是把放大的信号以吸光度A或透射比T的光度分析法 的设计方式显示或记录下来。分光光度计常用的显示装臵 是检流计、微安表、数字显示记录仪。
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（1） 显色反应的选择 A 选择性好，干扰少，或干扰容易消除;灵敏度高，有色 物质的ε应大于104。 B 有色化合物的组成恒定，符合一定的化学式。 C 有色化合物的化学性质稳定，至少保证在测量过程中 溶液的吸光度基本恒定。这就要求有色化合物不容易 受外界环境条件的影响。 D 有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大，即显色剂 对光的吸收与络合物的吸收有明显区别，要求两者的 吸收峰波长之差Δλ(称为对比度)大于60 nm。
It T I0
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I0 I a It
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朗伯(Lambert J H)和比尔(Beer A)分别于1760和1852年 研究了光的吸收与溶液层的厚度及溶液浓度的定量关系， 二者结合称为朗伯-比尔定律，也称为光的吸收定律。 当一束强度为I0的平行单色光垂直照射到长度为b的液层、 浓度为c的溶液时，由于溶液中吸光质点(分子或离子)的吸 收，通过溶液后光的强度减弱为I：
A bc
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例 浓度为25.5μg/50mL的Cu2+溶液，用双环已酮草 酰二腙光度法测定，在波长600nm处用2cm比色皿测量 A=0.297，计算摩尔吸光系数。 解：
25.5 106 6 1 [Cu ] 8 . 0 10 m ol . L 50103 63.55 A 0.297 4 1 1 1 . 9 10 L . m ol . cm bc 8.0 106 2
样品 CX AX
AX λ
特点：入射光是纯度较高的单色光，故使偏离朗伯-比 尔定律的情况大为减少，标准曲线直线部分的范围更大， 分析结果的准确度较高。
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CX
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12.3.3 比较法： • 在一定条件下，配制标准溶液和样品溶液， 在λmax下测 A 标准溶液 As=εCsL 被测溶液 Ax=εCxL Cx=CsAx/As 注意： Cs 与 Cx大致相当
A a b
x y x y A lc 1 x 1 lc y 1 x y x y A lc 2 x 2 lc y 2
E
F
λ 1测
λ2 参
λ
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12.3.6 分光光度计 及其基本部件 分光光度计的 基本部件:光源、 单色器、样品池 （比色皿）、检 测器和显示装臵。
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12.2 光吸收基本定律 12.2.1 朗伯-比尔定律 当一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液 体或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一 部分被器皿的表面反射。如图所示，设入射光强度为I0 ， 吸收光强度为Ia，透过光强度为It，反射光强度为Ir。
I0 I a It I r
光源
单色器
样品池
显示装置
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检测器
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*光源 光源的作用是提供辐射--连续复合光 可见光区 钨灯 320-2500nm 优点：发射强度大、使用寿命长 紫外光区 氢灯或氘灯 180-375nm 氘灯的发射强度比氢灯大4倍 玻璃对这一波长有强吸收，必须用石英光窗。 紫外-可见分光光度计同时具有可见和紫外两种光源。
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（2）显色剂 无机显色剂不多，因为生成的络合物不稳定，灵敏度 和选择性也不高。如用KSCN显色测铁、钼、钨和铌； 用钼酸铵显色测硅、磷和钒;用H2O2显色测钛等(Ti4+能 与过氧化氢反应产生橙黄色)。
Io A lg Kbc I
Io 1 A lg lg I T
定量分析的理论基础。
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比例常数K与吸光物质的性质、入射光波长及温度等 因素有关。 含有多种吸光物质的溶液，如果各吸光物质对某一 波长的单色光均有吸收作用，且各吸光物质的吸光质 点之间相互不发生化学反应，则：
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12.3.4 扣除法 1为选好的测定波长，一般为待测物质的max 2为选好的参比波长，一般为待测物质的min 测得的是样品在两种波长1和2处的吸光度之差A， A 为扣除了背景吸收的吸光度
A=A1 -A2= （ε1 -ε 2） CL
cb M 10 6 cbM 10 3 (? g / cm 2 ) S 1000
cb 0.001

S cbM 10 3
0.001

M 10 3
M

( g / cm 2 )
桑德尔灵敏度越小，表示显色反应越灵敏。
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第12章 分光光度法 12.1 概述 12.1.1定义 分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，包括比色法、可见及紫外分光光度法及红 外光谱法等。本章重点讨论可见光区的分光光度法。
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12.1.2 分光光度法的特点 a 灵敏度高。常用于测定试样中质量分数为1%~10-5 的微量组分，甚至可测定低至质量分数为10-6~10-8的痕量 组分。 b 准确度较高。目视比色法的相对误差为5%~10%，分 光光度法为2%~5%。 c 应用广泛。几乎所有的无机离子和许多有机化合物都 可以直接或间接地用目视比色法或分光光度法进行测定。 d 仪器简单、操作简便、快速。
A总 A1 A2 An
这一规律称吸光度的加和性。
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12.2.2 摩尔吸收系数和桑德尔灵敏度 * 摩尔吸收系数 当浓度c用mol· L-1，液层厚度b用cm为单位表示，则K 用另一符号ε来表示。ε称为摩尔吸收系数，单位为 L· mol-l· cm-1，它表示物质的量浓度为l mol· L-1，液层厚 度为l cm时溶液的吸光度。
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12.1.3 溶液的颜色与光吸收的关系
光是一种电磁波。根据波长或频率排列，得到如表的电磁 波谱表。
表 电磁波谱范围表
光谱名称 x射 线 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 无线电波 波长范围 -1 10 ～l0nm 10～200nm 200～400nm 400～750nm 0.75～2.5μ m 2.5～5.0μ m 5.0～1000μ m 0.1～100cm 1～1000m 跃迁类型 辐 射 源 K 和 L 层电子 x 射线管 中层电子 氢、氘、氙灯 价电子 氢、氘、氙灯 价电子 钨灯 分子振动 碳化硅热棒 分子振动 碳化硅热棒 分子转动和振动 碳化硅热棒 分子转动 电磁波发生器 分析方法 x 射线光谱法 真空紫外光度法 紫外光度法 比色及可见光度法 近红外光度法 中红外光度法 远红外光度法 微波光谱法 核磁共振光谱法