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1、第第1010章章 吸光光度法吸光光度法 教学基本要求教学基本要求 掌握光度法的基本原理，理解朗伯比尔定律的数学表达式及意义。了解摩尔吸光系数的意义和计算。 2. 了解选择显色剂的原理及光度分析条件的控制、影响显色反应的因素。 3. 掌握分光光度法的基本原理应用。 重点重点：朗伯比尔定律，光度测量条件的选择，吸光度测量的误差。 难点难点：参比溶液的选择，吸光度测量的误差，示差吸光光度法。 教学教学内容内容 一、一、吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理 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， 包括比色法、紫外-可见分光光度法及红外光谱法等。本章重点讨论可见分光光度法。具有灵敏、
2、准确、快速、选择性好、适于微量组分的测定等优点。 1光的基本性质 光是一种电磁波，具有波粒二象性。光速（2.9979 1010 cm s-1,厘米 秒-1）。如果按照波长或频率排列，可得到电磁波谱图。 紫外光：200400nm 可见光：400750nm 红外：0.7550m 单色光：单一波长的光。 复合光：由不同波长的光组合而成的光。 互补色光：按一定比例混合，能够组成白光的两种光互称为互补色光。溶液呈现的颜色是它吸收光的互补色。两互补色按一定比例混合后，可得到白色。 2. 物质的颜色与光的关系 当一束白炽光作用于某一物质时，如果该物质对可见光各波段的光全部吸收，物质呈黑色；如果该物质对可见光
3、区各波段的光都不吸收，即入射光全部透过， 则物质呈透明无色； 若物质吸收了某一波长的光， 而让其余波段的光都透过，物质则呈吸收光的互补色光。值得注意的是，如果物质分子吸收的是其他波段的光（非可见光）时，则不能用颜色来判断物质分子对光子的吸收与否。 3. 分子能级 在分子同一电子能级中有若干振动能级，而在同一振动能级中又有若干转动能级。电子能级间的能量差一般为120电子伏特（eV），对光产生的吸收位于紫外-可见光区。 左图为分子能级示意图。S代表电子能级，代表振动能级，r代表转动能级，下标0、1、2代表相应能级的基态、第一激发态、第二激发态。电子能级间的能量差一般为120电子伏特（eV），振动能
4、级间的能量差约为0.051 eV，转动能级间的能量差小于0.05 eV。 4. 物质分子对光的选择性吸收 当光子作用于物质分子时，如果光子的能量与物质分子的某能级间的能量差相等时，光子将能量传递给物质分子，分子中的价电子获得能量后从电子基态跃迁到电子激发态，同时伴随着振动、转动的能级变化。 物质对光的吸收满足Plank条件： 不同物质分子的结构是不同的，其分子能级分布也是不同的，所以其吸收的光子波长也不同，这就是物质对光的选择性吸收。 例如： A物质 E1-E0 = 2.5 eV 吸收光的能量为2.5 eV B物质 E1- E0 = 2.0 eV 吸收光的能量为2.0 eV 5. 吸收光谱 如
5、果测量某物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长(/nm)为横坐标，吸收光程度(A)为纵坐标，可得一条Ac曲线，称为吸收曲线或吸收光谱(如图示)。它反映某溶液对不同单色光的吸收程度， 不同的物质具有不同的吸收光谱， 因此，吸收光谱可提供定性分析的信息。 光谱峰值处称为最大吸收，它对应的波长称为最大吸收波长，常用max表示。 （1）定性分析的基础 不同的物质具有不同的吸收光谱，max与c无关，因此，吸收光谱可提供定性分析的信息。 （2）定量分析的基础 对同一物质而言，浓度不同，对特定波长光的吸收强度不同，Ac，因此，吸收强度可提供定量分析的信息。 吸收光谱可分为原子吸收光谱与分子吸收光谱： 原子吸
6、收光谱 由原子外层电子选择性地吸收某些波长的光引起原子电子能级跃迁而产生。 分子吸收光谱 由价电子选择吸收某些波长的光引起分子电子能级、振动能级、转动能级跃迁而产生。 分子对光子的选择性吸收是分光光度法的基础。光子作用于物质分子时，分子对光子选择性地吸收，这一过程与物质分子中电子能级和分子振动、转动能级跃迁有关。 电磁波谱与光学分析方法 光谱名称 波长范围 跃迁类型 辐射源 分析方法 X射线 10-110 nm K和L层电子 X射线管 X射线光谱法 远紫外光 10200 nm 中层电子 氢、氘、氚灯 真空紫外光度法 近紫外光 200400 nm 价电子 氢、氘、氚灯 紫外光度法 可见光 400
7、750 nm 价电子 钨灯 比色及可见光度法 近红外光 0.752.5 mm 分子振动 碳化硅热棒 近红外光光度法 中红外光 2.55.0 mm 分子振动 碳化硅热棒 中红外光光度法 远红外光 5.01000 mm 分子转动和振动 碳化硅热棒 远红外光光度法 微波 0.1100 cm 分子转动 电磁波发生器 微波光谱法 无线电波 11000 m 核磁共振光谱法 6. 光吸收的基本定律 当一束强度为I0的平行单色光通过一均匀、非散射的吸收介质时，由于吸光物质分子与光子的作用，一部分光子被吸收，一部分光子透过介质。设透过的光强度为I 。 （1）朗伯比尔定律 1760年，Lambert 用实验指出，
8、当光通过透明介质时，光的吸收程度与光通过介质的光程b成正比。1852年，Beer研究证明了，光的吸收程度与透明介质中光所遇到的吸光质点的数目成正比，在溶液中即与吸光质点的浓度c成正比。 吸光度： 0lgIAI 透光率： 0ITI A =lgT T = 10-A T = 100.0%时， A =lgT = 0 T = 20.0时， A =lgT = 0.699 朗伯比尔定律：0lgIAKbcI K为比例系数，为吸光物质的特征参数，与物质的性质，入射光波长及温度有关；其值随c的单位的不同而不同。 （2）摩尔吸收系数和桑德尔灵敏度 摩尔吸收（光）系数 AKbc ，当b单位为cm，c单位为mol/L时
9、，改写为A=bc 称为摩尔吸收系数，与温度、波长有关。单位：L.cm-1.mol-1 物理意义：一定下，b1cm，c1 mol/L 时的吸光度。 为吸光物质的特征参数。同一待测组分，若显色反应形成的吸光物质不同， 具有不同的值。对一次分析而言，b为常量，为标准工作曲线的斜率，的大小直接反映出方法的灵敏度。 一般情况： 105 高灵敏度 桑德尔灵敏度指数：S （g/cm2） 在max 时，A=0.001下，单位截面积光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量。S越小，表明方法的灵敏度越高。 S与的关系：A0.001bc，bc0.001/ 2()MSg cm Fe2+与邻二氮菲生成红色络合物，1.1 104 ， 灵敏度高 Fe2+与磺基水杨酸络合物，5.8 103，灵敏度一般 双硫腙与Pb的6.8 104，SM/207/6.8 104=0.0030(g/cm2) 双硫腙与Cu的4.52 104，SM/63.5/4.52 104=0.0014(g/cm2) 灵敏度高 （3）吸光度的加和性 若共存有多种吸光物质，且各组分吸光质点间彼此不发生作用，对同一波长光的吸光度值分别为A1，A2，An，则总吸光度为： A=A1+A2+An （据此可进行多组分的测定） 7. 吸收定律与吸收光谱的关系 吸收定律 A = bc 吸收定律与吸收光谱统一在吸光物质的 A - l - c 三维谱图中
