可见光分光光度法

选择显色反应时应考虑的因素：
（1.1）灵敏度高：ε=104～105
Cu2+的显色剂及其配合物的ε 值
显色剂
氨 铜试剂（DDTC）
双环己铜草酰双腙 （BCO） 双硫腙
显色条件
pH5.7～9.2 CCl4萃取 pH8.9～9.6
λ最大 （nm）
④聚焦装置：透镜或凹面 反射镜，将分光后所得单 色光聚焦至出射狭缝； ⑤出射狭缝：单色光由此
光 源 ①
②
④
⑤
③
射入样品室→吸收池→
吸收池
④
检测显示系统。
（3）吸收池
样品室：吸收池（比色皿）和相应的池架附件。 吸收池：石英池（紫外区）和玻璃池（可见区）。
（4）检测系统
利用光电效应将透过吸收池的光信
① 硒光电池
= b×0.010/ Mr M r = b×0.010/(-lgT )
=2.24×103×0.010×2 / (-lg0.522)
= 159 (g/mol)
10.1.3 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。 引起这种偏离的因素（两大类）图：10-4 标准曲线对比耳定律的偏离 一类是物理性因素：由仪器的精度不够引起的。 另一类是化学性因素：溶液发生相互作用引起的 。
（2）摩尔吸光系数ε的特性
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。 可作为定性鉴定的参数。 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λ max处的摩尔吸光系数，常以ε max表 示。 ε max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。
二者的结合称为：
•朗伯—比耳定律，其数学表达式为：
•
A＝lg（I0/It)= εb c
式中A：吸光度,描述溶液对光的吸收程度； b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L－１； ε：摩尔吸光系数，单位L·mol－１·cm－１；
或: A＝lg（I0/It)= a b c
如果完全反射则呈现白色；如果对各种波 长的光均匀吸收则呈现灰色。
各种物质的颜色（透过光）与吸收光 颜色的互补关系列于下表中：
物质颜色与吸收光颜色和波长的关系
物质颜色 （互补色）
黄绿
黄 橙 红 紫红 紫 蓝 绿蓝 蓝绿
吸 颜色
紫
蓝 绿蓝 蓝绿 绿 黄绿 黄 橙 红
收光 波 长（nm）
400～450
450～480 480～490 490～500 500～560 560～580 580～600 600～650 650～750
图10-5 复合光对比耳定律的影响
在图上A-c曲线上部(高浓度区)则弯曲愈严重。 故朗伯—比耳定律只适用于稀溶液。 防止非单色光引起偏离的措施：
首先应选择比较好的单色器。 此外还应将入射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。
（2） 化学性因素
• 朗伯—比耳定律的假定： 所有的吸光质点之间不发生相互作用； 假定只有在稀溶液(c<10-2mol/L)时才基本符合。
氧化剂：过二 氧化还原显色反应: 硫酸根
O
O
2-
OSOOSO
O
O
例如：钢中微量锰的测定，Mn2＋不能直接进行光度测定
2Mn2＋＋5S2O82-＋8H2O = 2MnO4-+ 10SO42-＋16H+ 生成紫红色的MnO4-在525 nm处可以进行光度测定。 配位显色反应:
当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生 电荷转移跃迁，产生很强的紫外—可见吸收光谱。
③不同物质，它们的吸收曲线形状和λ max则都不同。
c4 c3
c2 c1
④吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的依据
a.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=508nm处吸光度A 的差
异最大。
图10-3 phen-Fe(Ⅱ)吸收曲线
此特性可作为物质定量分析的重
要依据。Baidu Nhomakorabea
当溶液浓度c >10 －2 mol/L 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。 • 故：朗伯—比耳定律只适用于稀溶液。 • 当溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物 的形成等化学平衡时，也会使吸光质点的浓度发生 变化，影响吸光度。
例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：
CrO42- ＋2H＋ = Cr2O72- ＋H2O
不同波长的可见光使人们感觉为不同的颜色。
具有单一波长的光称为单色光。 白光（日光）：是由各种单色光组成的复合光， 当日光通过三棱镜时被分解为七色光（光的色散）：
在可见光中
若两种颜色的光按 适当的强度比例混合后组 成白光，则这两种有色光 称为互补色。
如图所示，成直线关系的 两种光可混合组成白光。
有色光的互补关系
吸光系数a(L·g-1·cm-1）相当于浓度为1g/L，
液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。
ε max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 <2×104
：不灵敏。
ε 在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm 时该溶液在某一波长下的吸光度A(通常根据低浓 度时的A间接求得ε )。
第10章 可见光分光光度法
10.1 基本原理 10.2 可见光分光光度法 10.3可见光分光光度法的应用
概述
吸光光度法是以物质对光的选择性吸收 为基础的分析方法。
所用的仪器为分光光度计（又称为分光 光度法）。
根据物质所吸收光的波长范围不同，吸 光光度法又有紫外、可见及红外分光光度分 析法。 本章重点讨论可见分光光度法。
（黄色）
（橙色） 碱性溶液中测 CrO42-或酸性溶液 中测Cr2O72-均可获 得较满意的结果。
若改变溶液的酸度 会导致平衡移动， 发生偏离比耳定律 。
10.2 可见分光光度法
10.2.1分光光度计的基本部件 10.2.2显色反应及影响因素* 10.2.3 吸光度测量条件的选择
10.2.1 分光光度计的基本部件
（2）吸收曲线
M + h
基态
M* 激发态
E1 （△E） E2
E = E2 - E1 = h ：
量子化 、选择性吸收；
用不同波长的单色光 照射，测其吸光度A;
以波长为横坐标, A为 纵坐标作出吸收曲线；
找到最大吸收波长 max。
M +热 M + 荧光或磷光
phen-Fe(Ⅱ)吸收曲线
吸收曲线的特点： ①同一种物质对不同波长光的吸光度不同。 吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λ max ②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λ max 不变（图中：c1＜ c2 ＜ c3 ＜ c4）。
物质之所以呈现不同的颜色，是与它对互 补色光的选择性吸收有关。
（1）物质对光的选择性吸收 当光束照射到某物质或溶液时，某些波长的 光被溶液吸收。另一些波长的光不被吸收，产生 反射、散射或透过溶液。溶液的颜色由透过光的 波长所决定。
若被照 射的是均匀 溶液，则光 的散射可以 忽略。
溶液对光的作用
例如： KMnO4溶液强烈地吸收黄绿色的光，对
（1）物理性因素 ——非单色光引起的偏离
朗伯—比耳定律的前提条件之一是入射光为
单色光。 分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。
难以获得真正的纯单色光。 复合光可导致对比耳定律的正或负偏离。
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。 但主要还是非单色光作为入射光引起的偏离。
非单色光作为入射光引起的偏离
10.1 可见光分光光度法的基本原理
10.1.1 物质对光的选择性吸收与物质的颜色 10.1.2 光吸收的基本定律 10.1.3 偏离朗伯-比尔定律的原因*
10.1.1 物质对光的选择性吸收与物质的颜色
光波是一种电磁波。 电磁波包括无线电波、微波、红外光、可见光、 紫外光、X射线、γ 射线等。 可见光只是电磁波中一个很小的波段。 人眼能感觉的波长在400～750nm，为可见光区。
c：溶液的浓度，单位g·L－１
a：吸光系数，单位L·g－１·cm－１
• a与ε 的关系为：a =ε/M （M为摩尔质量）
透光度(透光率)T
描述入射光透过溶液的程度 T = It／I0
吸光度A与透光度T的关系: A＝εb c ＝ －lg T
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。
其他颜色的光吸收很少或不吸收，所以溶液 呈现紫红色。（黄绿色与紫红色互补）
又如： CuSO4溶液强烈地吸收黄色的光，所
以溶液呈现蓝色。
若溶液对白光中各 种颜色的光都不吸收， 则溶液为透明无色; 反之则呈黑色。
光的互补：蓝 黄
对于固体物质:
当日光（复合光）照射到物质上时，如果 物质对各种波长的光完全吸收则呈现黑色；
63.55
A
0.297
ε= cb = 8.0 106 2
=1.9×104（L·mol-1·cm-1）
例题
一有色化合物的0.0010%水溶液在2cm比色皿中测得透 射比为52.2%。已知它在520nm处的摩尔吸光系数为 2.24×103L/(mol·cm)。求此化合物的摩尔质量。
解： A = -lgT = bc = b×(0.0010×1000/100)/ Mr
工作范围 分光光度计 国产型号
λ/nm
光源
单色器
接收器
应用
可见
72型
分光光度计 721型
420～700 360～700
钨灯 钨灯
玻璃棱镜 硒光电池 无机物和有机 玻璃棱镜 光电管 物含量测定
紫外-可见 和近红外 分光光度计
751型 或
WFD-8型
200～1000
氢灯 及
钨灯
石英棱镜 或
光栅
光电管 或
A＝εb c 或 ε＝ A /b c
例：浓度为25.5μg/50ml的 Cu2+ 溶液，用双
环己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： 已知Cu原子量为63.55，
[Cu2+]= 25.5 103 / 50 =8.0×10-6（mol·L-1）
光源
单色器
吸收池
检测显示系统
（1） 光源
在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱， 具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。
可见光区： 钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500 nm。
（2）单色器
将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一 任波长单色光的光学系统。
①入射狭缝：光源的光由此进入单色器； ②准光装置：透镜或反射镜使入射光成为平行光束； ③色散元件：棱镜或光栅；可将复合光分解成单色光；
号变成可测的电信号。
②光电管 ③指示器
用（硒）光电池（72）、光电管或 光电倍增管（721、751）、
（5）结果显示记录系统
是把放大的信号以A或T的方式显示或记录下来的装置。 有：检流计、微安表、数字显示记录仪、微机等进行仪器 自动控制和结果处理。
图10-7 吸光度与透光率标尺刻度
1. 72型
1.稳压电源开关 2.波长调节器 3.光路闸门 4.单色器光 源开关 5.比色皿定位装置 6.光亮调节器 7.检流计电源 开关 8.零点调节器 9.灵敏度调节器 10.比色皿架
光电倍增管
无机物和有机 物含量测定;
有机物
结构分析
红外 分光光度计
WFD-3型
760～40000
硅碳棒
岩盐
真空 热电偶
有机物 结构分析
10.2.2 显色反应及其影响因素*
（1）显色反应及其选择 （2）显色剂 （3）显色反应条件的选择
（1）显色反应及其选择
显色反应：将待测物转变成有色化合物的反应。
b.在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，
所以测定最灵敏。
10.1.2 光的吸收定律
（1）朗伯—比耳定律
• 布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729 年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度 的关系。A∝b • 1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和 吸收物浓度之间也具有类似的关系。A∝c • I0:入射光强度； It:透过光强度
72型光度计的安装示意图
2. 721型
1.指示灯 2.电源开关 3.灵敏度选择按钮 4.比色皿座 定位拉杆 5.透光率100电位器旋钮 6.透光率0电位器 旋钮 7.波长调节旋钮 8.波长示窗 9.光密度（透光 率）表 10.比色皿暗箱盖
721型分光光度计
3. 751型
附： 几种常用的分光光度计