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1、 第十章第十章 吸光光度法吸光光度法 吸光光度法（Absorption Photometry）是一 种基于物质对光的选择性吸收而建立起来的一种 分析方法。包括可见吸光光度法、紫外-可见吸光 光度法和红外光谱法等。 吸光光度法同滴定分析 法、重量分析法相比，有以下一些特点： (一)灵敏度高 吸光光度法测定物质的浓度下 限(最低浓度)一般可达1-10-3%的微量组分。对固 体试样一般可测到10-4%。如果对被测组分事先加 以富集，灵敏度还可以提高1-2个数量级。 (二)准确度较高 一般吸光光度法的相对误 差为2-5%，其准确度虽不如滴定分析法及重量法， 但对微量成分来说，还是比较满意的，因为在这种
2、 情况下，滴定分析法和重量法也不够准确了，甚至 无法进行测定。 (三)操作简便，测定速度快 (四)应用广泛 几乎所有的无机离子和有机化 合物都可直接或间接地用吸光光度法进行测定。 第一节第一节 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收 一、光的基本性质 光是电磁波。 其波长、频率与速度之间的关 系为： E=h =hc/ h为普朗克常数，其值为6.6310-34Js 二、物质对光的选择性吸收 如果我们把具有不同颜色的各种物体放置在 黑暗处，则什么颜色也看不到。可见物质呈现的 颜色与光有着密切的关系，一种物质呈现何种颜 色，是与光的组成和物质本身的结构有关的。 （一） 物质对光产生选择性吸收和原因
3、 （二） 物质的颜色与吸收光的关系 从光本身来说、有些波长的光线，作用于眼睛 引起了颜色的感觉，我们把人眼所能看见有颜色的 光叫做可见光，其波长范围大约在400-760nm之间 。实验证明：白光(日光、白炽电灯光、日光灯光等 )是由各种不同颜色的光按一定的强度比例混合而成 的。如果让一束白光通过三棱镜，就分解为红、橙 、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光，这种现象称 为光的色散。每种颜色的光具有一定的波长范围。 我们把白光叫做复合光；把只具有一种颜色的光， 叫做单色光。 实验还证明，不仅七种单色光可以混合成白光， 如果把适当颜色的两种单色光按一定的强度比例混合 ，也可以成为白光。这两种单色光就叫做
4、互补色。如 绿光和紫光互补，蓝光和黄光互补，等等。 对固体物质来说，当白光照射到物质上时，物质 对于不同波长的光线吸收、透过、反射、折射的程度 不同而使物质呈现出不同的颜色。如果物质对各种波 长的光完全吸收，则呈现黑色；如果完全反射，则呈 现白色；如果对各种波长的光吸收程度差不多，则呈 现灰色；如果物质选择性地吸收某些波长的光，那么 ，这种物质的颜色就由它所反射或透过光的颜色来决 定。 对溶液来说，溶液呈现不同的颜色，是由于溶液 中的质点(分子或离子)选择性的吸收某种颜色的光所 引起的。如果各种颜色的光透过程度相同，这种物质 就是无色透明的。如果只让一部分波长的光透过，其 他波长的光被吸收，则
5、溶液就呈现出透过光的颜色， 也就是溶液呈现的是与它吸收的光成互补色的颜色。 例如硫酸铜溶液因吸收了白光中的黄色光而呈蓝色； 高锰酸钾溶液因吸收了白光中的绿色光而呈现紫色。 其实，任何一种溶液对不同波长的光的吸收程度是 不相等的。如果将某种波长的单色光依次通过一定浓 度的某一溶液，测量该溶液对各种单色光的吸收程度 ，以波长为纵坐标，以吸光度为纵坐标可以得到一条 曲线，叫做吸收光谱曲线或光吸收曲线。它清楚地描 述了溶液对不同波长的光的吸收情况。（三）吸收曲线 以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，即可 得到一条吸光度随波长变化的曲线，称之为吸收曲 线或吸收光谱。图102是四个不同浓度的KMnO4 溶
6、液的光吸收曲线。从图102可以看出，在可见 光范围内，KMnO4溶液对波长525nm附近的绿色 光有最大吸收，而对紫色和红色光则吸收很少。光 吸收程度最大处的波长，称为最大吸收波长，常用 最大或max表示，任何可见光区内、溶液的颜色主 要是由这个数值决定的。在正常情况下，选用不同 浓度的某种溶液，最大吸收波长也是固定不变的， 说明光的吸收与溶液中物质的结构有关。 图10-2 KMnO4溶液的吸收曲线 (cKMnO4: abcd) 第二节第二节 光吸收的基本定律光吸收的基本定律 一、朗伯-比耳定律 （一）朗伯-比耳定律的推导 朗伯(Lambert)和比耳(beer)分别于1760年和 1852年
7、研究了光的吸收与有色溶液按层的厚度及 溶液浓度的定量关系，奠定了分光光度分析法的理 论基础。当一束平行单色光照射到任何均匀、非散 射的介质（固体、液体或气体），例如溶液时，光 的一部分被介质吸收，一部分透过溶液、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 I0Ir+Ia+It 在分光光度测定中，盛溶液的比色皿都是采用相 同质且的光学玻璃制成的，反射光的强度基本上是不 变的(一般约为入射光强度的4)其影响可以互相抵消 ，于是可以简化为 I0It+Ia 纯水对于可见光的吸收极微，故有色液对光的吸 收完全是由溶液
8、中的有色质点造成的。 当入射光的强度I0一定时，如果Ia越大，It就越小， 即透过光的强度越小，表明有色溶液对光的吸收程度 就越大。 实践证明，有色溶液对光的吸收程度，与该溶液 的浓度、液层的厚度以及入射光的强度等因素有关。 如果保持入射光的强度不变，则光吸收程度与溶液的 浓度和液层的厚度有关。 1.朗伯定律 -dI=k1Idb logI0/I=K1b 2.比耳定律-dI=k2Idc logI0/I=K2c 3.朗伯-比耳定律 如果同时考虑溶液的浓度和液层的厚度都变化， 都影响物质对光的吸收，则上述两个定律可合并为朗 伯-比耳定律，即得到：logI0/I=Kbc 令：A=logI0/I 则：
9、A=KbC 此式为光吸收定律的数学表达式。 式中A称为吸光度， K是比例常数，与入射光的 波长、物质的性质和溶液的温度等因素有关。 I/I0称为透光率，用T表示。它与A的关系为： A=lg1/T（二）吸收系数和桑德尔灵敏度 1.吸收系数 (1) 吸收系数a 当c的单位为g/L，b的单位为cm时,K用a表示， 称为吸收系数，其单位为L/gcm，这时朗伯-比耳 定律变为： Aabc (2) 摩尔吸收系数 当式中浓度c的单位为mol/L，液层厚度的单位 为cm时，则用另一符号表示，称为摩尔吸收系数 ，它表示物质的浓度为1mol/L，液层厚度为1cm时 ，溶液的吸光度。其单位为L/molcm。这时朗伯
10、- 比耳定律就变为: Abc 在分光光度分析实践中,我们不能直接取1mol/L 这样高浓度的有色溶液来测定摩尔吸光系数值，而 是在适宜的低浓度时测定吸光度，然后通过计算求 得值。 2. 桑德尔灵敏度 吸光光度法的灵敏度除用摩尔吸收系数表示外 ，还常用桑德尔灵敏度S表示。 定义：当光度仪器的检测极限为A=0.001时，单 位截面积光程内所能检出的吸光物质的最低质量（ gcm-2）。 由桑德尔灵敏度S的定义可得到： A=0.001=bc 即： S=M/ 可见，某物质的摩尔吸光系数k越大，其桑德 尔灵敏度S越小，即该测定方法的灵敏度越高。 3.标准曲线的绘制及应用 配制一系列已知浓度的标准溶液，在一
11、定条件 下进行测定。然后以吸光度为纵坐标，以浓度为横 坐标作图，得到一条标准曲线，也称做工作曲线。 曲线的斜率为b，由此可得到摩尔吸收系数；也 可根据未知液的Ax,在标准曲线上查出未知液的浓 度cx。二、引起偏离朗伯-比耳定律的原因 (一)物理因素 1.单色光不纯所引起的偏离 严格地讲，朗伯-比耳定律只对一定波长的单色 光才成立。但在实际工作中，目前用各种方法得到 的入射光并非纯的单色光，而是具有一定波长范围 的单色光。那么，在这种情况下，吸光度与浓度并 不完全成直线关系，因而导致了对朗伯比耳定律 的偏离。 2.非平行入射光引起的偏离 非平行入射光将导致光束的平均光程b大于吸 收池的厚度b，实
12、际测得的吸光度将大于理论值。3介质不均匀性引起的偏离 朗伯-比耳定律是建立在均匀、非散射基 础上的一般规律、如果介质不均匀，呈胶体 、乳浊、悬浮状态存在，则入射光除了被吸 收之外、还会有反射、散射作用。在这种情 况下，物质的吸光度比实际的吸光度大得多 ，必然要导致对朗伯-比耳定律的偏离。 （二）化学因素 1溶液浓度过高引起的偏离 朗伯-比耳定律是建立在吸光质点之间没有相 互作用的前提下。但当溶液浓度较高时，吸光物 质的分子或离子间的平均距离减小，从而改变物 质对光的吸收能力，即改变物质的摩尔吸收系数 。浓度增加，相互作用增强，导致在高浓度范围 内摩尔吸收系数不恒定而使吸光度与浓度之间的 线性关
13、系被破坏。 2. 化学变化所引起的偏离 溶液中吸光物质常因解离、缔合、形成新的 化合物或在光照射下发生互变异构等，从而破坏 了平衡浓度与分析浓度之间的正比关系，也就破 坏了吸光度A与分析浓度之间的线性关系。产生 对朗伯-比耳定律的偏离。 第三节第三节 吸光光度法的仪器吸光光度法的仪器 一、基本部件 一般由光源、单色器（分光系统）、吸收池、检 测系统和信号显示系统等五部分组成。 （一）光源 常用的光源为6-12伏低压钨丝灯，电源由温器供 给，为了保持光源强度的稳定，以获得准确的测定果 ，电压必须稳定。 （二）单色器（分光系统） 单色器的作用从光源发出的复合光中分出所需要 的单色光。 单色器通常由
14、由入射狭缝、准直镜、色散元件、 聚焦镜和出射缝组成。（三）吸收池（比色皿） 比色皿是用透明无色的光学玻璃制作的。大多 数比色皿为长方形，也有圆柱形的。一般厚度为0.5 、1、2和3厘米。 （四）检测系统(又叫光电转化器) 在光度计中，常用的是硒光电池。晒光电池和眼 睛相似，对于各种不同波长的光线，灵敏度是不同的 。对于波长为500-600nm的光线最灵敏。而对紫外线 ，红外线则不能应用。 光电管和光电倍增管用于较精密的分光光度计中 。具有灵敏度高、光敏范围广及不易疲劳等特点。 （五）信号显示系统 早期使用的是检流计、微安表、电位计、数字 电压表、自动记录仪等。 现代的分光光度计广泛采用数字电压表、函数 记录仪、示波器及数据处理台等。 测量光电流的检流计常用悬镜式检流计(也称作 直流复射式检流计)，其灵敏度可达10-9安培格。 为了保护检统计，使用中要防止震动或大电流通过
