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1、1,第十二章 吸光光度法,12-1 物质对光的选择性吸收 12-2 光吸收基本定律 12-3 吸光光度法的仪器应用 12-4 吸光光度分析条件的选择 12-5 吸光光度法的应用 思考题,2,吸光光度法,原理：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 分类： 比色法是以比较有色溶液颜色的深浅（透过光）来确定其中有色物质含量的分析方法 分光光度法是通过待测溶液对特定波长光的吸收而确定物质含量的分析方法。,3,吸光光度法,4,吸光光度法,主要用于微量组分的测定，其特点如下 灵敏度高。测定试样中质量分数为10-210-5的微量组分，甚至可以测定质量分数为10-610-8的痕量组分。 准
2、确度较高。一般比色法的相对误差为5%10%，分光光度法为2%5% 操作简单、分析速度快。 应用广泛。几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可以,可见光区：400-750 nm 紫外光区：近紫外区200 - 400 nm 远紫外区10 - 200 nm （真空紫外区） 近红外光 0.752.5 m 中红外光 2.5 5.0 m 远红外光 5.01000 m,400nm,750nm,7,红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000m , 主要用于有机化合物结构鉴定。 紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400 nm（近紫外区） ， 可用于结构鉴定和定量分析。,可见吸收光谱：电
3、子跃迁光谱，吸收光波长范围400750 nm ，主要用于有色物质的定量分析。 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。,二、物质对光的选择性吸收 1、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。 物质对光产生选择性吸收的原因,分子、原子或离子具有不连续的量子化能级。只有照射光中光子的能量h与被照射物质粒子的基态和激发态能量之差E相等的那部分色光才会被物质或其溶液所吸收。不同的物质微粒由于结构不同而具有不同的量子化能级，其能级差也各不相同，因此物质对光的吸收具有选择性。,M + h M *,M + 热,M + 荧光或磷光,基态
4、 激发态 E1 （E） E2,E = E2 - E1 = h ,吸收光,发射光,2、物质的颜色与光吸收 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。 白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光 单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成) 互补色光：如果把适当颜色的两种单色光按一定的强度比例混合，也可以得到白光，这两种单色光就叫做互补色光 。如绿光和紫光互补，蓝光和黄光互补。,互补色光：如绿光和紫光互补，蓝光和黄光互补。,青蓝（绿蓝）,青（蓝绿）,蓝,橙,紫,黄,绿,红,表12-2* 物质的颜色与吸收光颜色的互补关系 武汉大学（四版）*,光的互补：蓝 黄,溶液的颜色由透射光的波长
5、所决定。透射光与吸收光为互补色光。 如CuSO4溶液因吸收了白光中的黄色光而呈现蓝色,用不同波长的单色光照射，测吸光度 吸收曲线与最大吸收波长 max；,3、光吸收曲线 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。,吸收曲线,17,吸收曲线的讨论： （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max （2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似、max不变。 （3）对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。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。,（4）不
6、同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在max处吸光度A 的差异最大。在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。此特性可作为物质定量分析的依据。 吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。,1.朗伯比耳定律 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。如果入射光的强度为I0，吸收光的强度为Ia，透过光的强度为It，反射光的强度为Ir，则它们之间的关系为：,12-2 光吸收的基本定律,I0 = Ia + It + Ir,It,Ir,Ia,b,c,I0 = Ia + It + Ir,Ir基本不变
7、，其影响可以用同样材质和厚度的比色皿相互抵消，故上式可简化为：,I0 = Ia + It,透光率T透过光的强度It与入射光的强度I0之比为透光率（也称透光度、透射比）,吸光度A 物质对光的吸收程度（吸收光 的强度）。,吸光度A与透光率T的关系为：,或： T = 10-A,溶液的透光率越小，吸光度越大，表明溶液对光的吸收越强。,例121 某溶液的透光率为40.2%，其吸光度是多少?,解：已知T = 40.2% = 0.402 则：A= lg T = lg 0.402 = 0.396 透光率为40.2%时，吸光度为0.396。,例122 测得某溶液的吸光度为0.434，其透光率是多少?,解：已知A
8、=0.434 根据A= lg T得 T=10A=100.434=36.8% 吸光度为0.434时，透光率为36.8%。,朗伯比耳定律 实践证明，吸光度与溶液浓度、液层厚度及入射光波长等因素有关。若入射光波长不变 朗伯(Lambert)于1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。Ab 比耳(Beer) 1852年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 二者的结合称为朗伯比耳定律，也称为光的吸收定律。其数学表达式为：,朗伯-比耳定律的数学表达式为： A = Kbc 它表明：当一束平行单色光通过均匀的非散射的溶液时，溶液的吸光度A与吸光物质的浓度c和液层厚度b的乘积成正比
9、。 K为常数，它与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。 它与b、c 的单位有关（但与c 大小无关）,2、吸光系数a和摩尔吸光系数,吸光系数a：当浓度以g L-1表示，液层厚度用cm表示时，常数K用a表示，其单位为L g-1 cm-1。此时朗伯比尔定律表示为：,摩尔吸光系数：当浓度以mol L-1表示，液层厚度用cm表示时，常数K用表示，其单位为L mol-1 cm-1。此时朗伯比尔定律表示为：,A = abc,A= bc,摩尔吸光系数 摩尔吸光系数在数值上等于浓度为1moL L1、光程（液层厚度）为 1cm溶液的吸光度。 是吸光物质在特定波长下的特征常数，它与入射光波长、溶液的性质以及
10、温度等因素有关，而与溶液的浓度及液层厚度无关，通常所说某物质的摩尔吸光系数是指在最大吸收波长处的摩尔吸光系数max。 值愈大，显色反应的灵敏度愈高。一般认为，,如果改变入射光的波长，则摩尔吸光系数、max 也改变?,错。 改变，max 不变。,104 属低灵敏度， 104 5104 属中等灵敏度， 5104 属高灵敏度。 在实际分析中，为了提高灵敏度常选择值较大的有色化合物为被测物质，选择有最大值的光波 作为入射光。,例123 有一浓度为1.0g mL1的Fe2+溶液，以邻二氮菲显色后，用分光光度计测定，比色皿厚度为2.0cm，在波长510nm处测得吸光度A=0.380，计算该显色反应的吸光系
11、数a和摩尔吸光系数。,解：已知 b=2.0cm A=0.380 铁的摩尔质量M=55.85 g mol1 (1) Fe2+的浓度用g L1表示时，c=1.0103 g L1 吸光系数a =,=1.9102 L g1 cm1,例123 有一浓度为1.0g mL1的Fe2+溶液，以邻二氮菲显色后，用分光光度计测定，比色皿厚度为2.0cm，在波长510nm处测得吸光度A=0.380，计算该显色反应的吸光系数a和摩尔吸光系数。,(2) Fe2+的浓度用mol L1表示时， c= =1.8 mol L1,摩尔吸光系数=,= 1.1104 L mol1 cm1,33,例12-4 某有色溶液在2.00cm比
12、色皿中，测得透光率T=50.0%，若改用1.00cm比色皿时，其T1和A1各为多少？,解：有色溶液在2.00cm比色皿中的吸光度为： A = lgT = lg0.500 = 0.301 根据朗伯比尔定律，吸光度与液层厚度成正比，则改用1.00cm比色皿时，其A1和T1各为： A1 = 1/2A=0.150 由于A1 = lgT1 则 T1 =10=10 = 0.708=70.8%,3、标准曲线的绘制及其应用,根据 A = Kbc 若b不变，A c,这是分光光度法进行定量分析的基础，标准曲线就是根据这一原理制作的。 标准曲线的绘制：在选定的实验条件下分别测量一系列浓度递增的标准溶液的吸光度，以待
13、测组分的含量为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得到的通过原点的直线称为标准曲线或工作曲线。,标准曲线法：在同样条件下，测量待测溶液的吸光度，在标准曲线上查到与之相对应的待测物质的含量。,标准曲线的绘制及标准曲线法,1 2 3 4 5 样品 标液 C1 C2 C3 C4 C5 CX A A1 A2 A3 A4 A5 AX,标准曲线不通过原点原因*（后讲） 可能是由于参比溶液选择不当，比色皿厚度不等，比色皿位置不妥，比色皿透光面不清洁等原因所引起的。 如果有色配合物的解离度较大，特别是当溶液中还有其他配合物时，常使待测物质在低浓度时显色不完全，这也是标准曲线有时不通过原点的原因。,4.偏离朗伯比耳定律
14、的原因 标准曲线法测定未知溶液的浓度时，有时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）： （1）物理性因素； （2）化学性因素。,（1）物理性因素,难以获得真正的纯单色光。 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。复合光可导致对朗伯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，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。,图12-3 工作曲线,很小时，则可近似认为是单色光。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
15、在待测 物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。,介质不均匀、散射引起正偏离,朗伯比尔定律只适用于均匀溶液。不均匀的胶体溶液、乳浊液或悬浮液时，散射（均匀溶液没有散射）使透光率减少，所测吸光度增大，导致对朗伯比尔定律的偏离 。,。,(2)化学性因素 高浓度引起的偏差 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。朗伯-比耳定律只适用于稀溶液。 当溶液浓度c 10-2molL-1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。,反应条件变化引起的偏差 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
16、，影响吸光度。因此，严格控制显色反应的条件，就可减少和防止偏离朗伯比尔定律。,例如，以Cr2O72- 形式测定铬的含量在水溶液中存在如下平衡： Cr2O72-（橙色）+H2O = 2H+2 CrO42- (黄色),吸光度大 吸光度小 因此，要严格控制pH值,在符合朗伯比尔定律的范围内，有色物质浓度、最大吸收波长、吸光度三者的关系为 A、增加，增加，增加 B、减小，不变，减小 C、减小，增加，增加 D、增加，不变，减小,下列因素中不会引起偏离朗伯比尔定律的因素（A）单色光不纯 （B）溶液浓度太高 （C）比色皿的厚度 （D）介质不均匀,12-3 吸光光度法的仪器,分光光度法目前应用最广泛，其主要特点如下： 1.准确度高。利用分光光度法测定，可以得到纯度较高的单色光，使偏离朗伯比尔定律的现象大为
