基础化学徐春祥主编第十三章 吸光光度法

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1、第一节 吸光光度法的基本原理第二节 光吸收的基本定律第三节 吸光光度法分析条件的选择第四节 分光光度计第五节 可见吸光光度法的应用第十三章 吸光光度法吸光光度法是基于物质对光的选择性吸收而 建立的一种分析方法，包括比色法、可见吸光光 度法、紫外吸光光度法和红外光谱法等。吸光光度法属于仪器分析方法，它所测定的 是物质对光的吸收程度。吸光光度法主要具有以下特点：（1）测定的灵敏度高。常用于测量质量分数 为 10-3 1 的微量组分，甚至可测定质量分 数低至 10-5 10-4 的痕量组分。（2）测定的准确度较高。一般吸光光度法测 定的相对误差为2 5，若使用精密仪器，相 对误差可降至1 2，完全可

2、以满足微量组分 测定的要求。（3）仪器设备简单，操作简便、快速，选 择性好。由于新的显色剂和掩蔽剂不断发现， 提高了选择性，一般不需分离干扰物质就能进 行测定。（4）应用广泛。几乎所有的无机离子和具 有共轭双键的有机化合物都可以直接或间接地 用吸光光度法进行测定。第一节 吸光光度法的基本原理一、光的基本性 质 二、物质对光的选择性吸收三、吸收曲线一、光的基本性质光是一种电磁波，如果按波长或频率排列，有 如下所示的电磁波谱。波谱名称 波长范围 分 析 方 法 射线 0.005 0.17nm 中子活化分析，穆斯堡尔谱法 X射线 0.1 10nm X射线光谱法 远紫外 10 200nm 真空紫外光谱

3、法 近紫外 200 400nm 紫外光谱法 可见光 400 760nm 比色法，可见吸光光度法 近红外 0.76 2.5红外光谱法 中红外 2.5 50红外光谱法 远红外 50 1000红外光谱法 微 波 1 1000 mm 微波光谱法 射 频 1 1000 m 核磁共振光谱 法 光具有波粒二相性。光的波长、频率 、速率 c、能量 E 之间的关系为：不同波长的光具有不同的能量，光的波长越短， 光的能量就越大；光的波长越长，光的能量就越小。二、溶液对光的选择性吸收人的眼睛能感觉到的光称为可见光，其 波长大约在 400 760 nm范围内。通常将具有同一波长的光称为单色光，由不同波长的单色 光组合

4、得到的光称为复合光。溶液之所以呈现不同的颜色，是由于溶液 对不同波长的单色光选择吸收而产生的。当一 束白光通过一有色溶液时，某种波长的单色光 被溶液吸收，而其他波长的单色光透过溶液。 因此，溶液呈现的颜色取决于透过光的颜色。物质的 颜色 吸 收 光 物质的 颜色 吸 收 光 颜色 /nm颜色 /nm黄绿 紫 400 450紫 黄绿 560 580 黄 蓝 450 480 蓝 黄 580 600 橙 绿蓝 480 490 绿蓝 橙 600 650 红 蓝绿 490 500 蓝绿 红 650 760 紫红 绿 500 560 如果将两种单色光按适当的比例混合后得到 白光，则这种单色光称为互补色光。

5、显然，透过 光和吸收光是互补色光。物质的颜色与吸收光颜色的关系三、吸收曲线如果将不同波长的光通过一定浓度的某 一溶液，分别测定溶液对各种波长的光的吸 光度。以入射光的波长 为横坐标，相应的 吸光度 A 为纵坐标作图，可得到一条吸光度随波长变化的曲线，称为吸收曲线或吸收光 谱。KMnO4 的吸收曲线吸收曲线中吸光度最大时所对应的波长称为最大吸收波长 。当溶液的浓度不同时，其吸收曲线的形状和 的位置不变，只是同一波长下的吸光度随溶液浓度的变化而发生变化。吸收曲线是吸光光度法选择测定波长的重要依据。 第二节 光吸收的基本定律一、Lambert-Beer 定律二、偏离 Lambert-Beer 定律的

6、原因一、Lambert-Beer 定律吸光度和透光率的定义分别为：吸光度与透光率的关系为：A =lgT1760 年， Lambert 指出：一束平行单色光通 过有色溶液后，光的吸收程度与溶液液层的厚度 成正比。A = k1 d 1982年，Beer 指出：一束平行单色光通过有 色溶液后，光的吸收程度与溶液的浓度成正比。A = k2 cB 将 Lambert 定律和 Beer 定律合并起来，就得 到 Lambert-Beer 定律。 例题例13-1 用邻菲罗啉法测定铁，已知 Fe2+ 的质 量 浓度为 1.0 10-3 gL-1。用2cm吸收池，在波长 508 nm 处测得吸光度A 为0.38，

7、计算铁 邻菲罗 啉 配离子的摩尔吸收系数。 解：Fe3+浓度为： 1mol Fe2+能生成1mol Fe 邻菲罗啉配离子，因此配离子浓度也为 。若溶液的组成用质量浓度表示。Lambert- Beer 定律可表示为： 与 a 的关系为：溶液中含有多种吸光物质时，若吸光物质之间没有相互作用，则溶液吸光度等于各吸光 物质的吸光度之和。二、偏离 Lambert-Beer 定律的原因根据 Lambert-Beer 定律，以 A 为纵坐标 ，以 cB或B 为横坐标作图，应得到一条通过 原点的直线。但在实际测定中，常会出现标准曲线偏 离直线的现象，曲线向上或向下发生弯曲，这 种现象称为偏离 Lambert-

8、Beer 定律。标准曲线的偏离1. 非单色光引起的偏离假设入射光仅由波长为 和 的两种单色 光组成， 其强度分别为 I01 和 I02 ，当通过浓度 为cB，厚度为d 的吸光物质溶液后，透射光的强 度分别为 I1 和 I2。引起偏离 Lambert-Beer 定律的原因有物理 因素和化学因素两大类。（一）物理因素引起的偏离对波长为 的单色光：对波长为 的单色光：实际测定时，只能测得它们的总吸光度 A总。 由于总入射光强度为 I01I02，总透射光强度 为 I1I2 ，故：若12，则有：即总吸光度 A总与浓度 cB仍服从 Lambert- Beer 定 律。此结论可能对应以下两种不同的情况：（1

9、） 很小，可近似认为 ， 入射光近似为单色光，故 A 与 cB仍成正比。（2）尽管 较大，但在所选择的入射光波 长 范围附近吸收曲线较平坦，因此变化较小，故A 与 cB仍保持较好的线性关系。若 较大时， 不等于 ，则 A 与 cB 不 成正比而偏离 Lambert-Beer 定律， 与 相 差 越大，偏离就越显著。2. 非平行入射光引起的偏离若入射光束为非平行光，就不能保证光束全部垂直通过吸收池，可能导致光束通过吸收池的实际平均光程大于吸收池的厚度，使实际测得的吸光度大于理论值，从而导致与Beer 定律产生正偏离。3. 介质不均匀引起的偏离若溶液中生成溶胶或发生浑浊，当入射光通过该溶液时，除一

10、部分被吸光物质吸收外，还有一部分被溶胶粒子和粗分散粒子散射而损失，使透光率减小，实测的吸光度偏高，从而对 Lambert-Beer 定律产生正偏离。1. 溶液浓度过高引起的偏离若吸光物质溶液的浓度较高时，吸光粒子之 间的相互作用较强，改变了吸光粒子对光的吸收 能力，使溶液的吸光度与溶液浓度之间的线性关 系发生了偏离。 2. 化学反应引起的偏离Lambert-Beer 定律中的浓度是指吸光物质的 平衡浓度，而在实际工作中常用吸光物质的分析 浓度来代替。当吸光物质的平衡浓度等于其分析 浓度或与分析浓度成正比时，A 与 cB的关系服从 Lambert-Beer 定律。（二）化学因素引起的偏离被测吸光

11、物质在溶液中常发生缔合、解离、 互变异构、逐级配位等反应，形成新的化合物而 改变了其平衡浓度与分析浓度之间的正比关系， 从而导致偏离 Lambert-Beer 定律。第三节 吸光光度法分析条件的 选择一、显色反应及其条件二、测定波长的选择三、吸光度范围的选择四、参比溶液的选择一、显色反应及其条件可见光区的吸光光度法只能用于测定有色溶液。对无色溶液和颜色较浅的溶液进行测定时，必须加入一种能与被测组分反应生成颜 色较深的有色化合物的试剂，然后再进行测定。将被测组分转变成有色化合物的化学反应称为显色反应，能与被测组分反应使之生成有色化合物的试剂称为显色剂。显色剂必须满足下述条件：（1）灵敏度要高：可

12、见吸光光度法一般 用于微量组分的测定，因此要求选择的显色 剂能与待测组分生成摩尔吸收系数较大的有 色化合物。生成的有色化合物的摩尔吸收系 数越大，对入射光的吸收程度越大，测定的 灵敏度就越高。（2）选择性要好：选用的显色剂最好只 与待测组分发生显色反应，而与溶液中共存 的其他干扰离子不显色，或者显色剂与被测 组分所生成的有色化合物的颜色和显色剂与 干扰离子所生成有色化合物的颜色有明显的 不同。（3）显色剂与被测组分生成的有色化合物 要有足够的稳定性，不易受外界条件的影响而 发生变化。（4）显色剂与被测组分生成的有色化合物 的组成要恒定，符合一定的化学式，否则测定 的再现性就较差。（5）有色化合

13、物与显色剂的最大吸收波长 的差别要足够大，一般要求相差 60 nm 以上。（二）显色条件的选择1. 显色剂的用量显色剂的适宜用量常通过实验确定，其方法是取710个相同浓度的被测组分的溶液，并固定其他条件，然后分别在溶液中加入不同量的显色剂，逐一测定吸光度，绘制吸光度 A与显色剂浓度 cB 的关系曲线。吸光度与显色剂用量的关系2. 溶液的酸度溶液的酸度对显色反应的影响主要表现在以下三个方面：（1）溶液的酸度对被测组分存在状态的影 响： 大多数被测金属离子易水解，当溶液 pH 增大时，可能生成各种类型的氢氧基配合物，甚至生成氢氧化物沉淀，使显色反应不能进行 完全。（2）溶液的酸度对显色剂的平衡浓度

14、和颜色的影响：大多数显色剂是有机弱酸或有机弱碱，当溶液的 pH 变化时，将影响显色剂的平衡浓度，并影响显色反应的完全程度。另外，有一些显色剂本身就是酸碱指示剂，它们在不同 pH 的溶液中具有不同的结构，而产生不同的颜色，所以对显色反应也有影响。（3）溶液酸度对有色化合物组成的影响 ：在不同 pH 的溶液中，显色剂与待测离子形成的有色化合物的组成往往不同，其颜色也不同。必须控制合适的pH，才能获得好的分析结果。不同的显色反应的适宜 pH 是通过实验确 定的。具体方法是: 固定溶液中被测组分和显 色剂的浓度， 改变浓度的 pH ，测定此 pH 下溶液的吸光度， 以 pH 为横坐标， 以吸光度为纵坐

15、标 ，作出 pH 与吸光度的关系曲线，从中可找出 适宜的 pH 范围。pH 与吸光度的关系曲线3. 显色温度显色反应一般在室温下进行，但有些显色反 应需要加热到一定温度时才能完成，而有些化合 物当温度较高时又容易发生分解。对不同的显色 反应，应通过实验找出各自的最佳温度范围。 4 . 显色时间通过实验来确定合适的测定时间。实验的方 法是配制一份待测溶液，从加入显色剂起计算时 间，每隔几分钟测定一次吸光度，绘制 A-t 关系 曲线，根据曲线选择合适的测定时间。二、测定波长的选择选择溶液具有最大吸收的波长 max 作为 入射波长。在max处 最大，使测定具有较高 的灵敏度；同时，在max处的一个较小范围内 ，吸光度变化较小，不会偏离 Lambert-Beer 定律，也使测定具有较高的准确度。如果干 扰物质在max处也有强烈吸收时，可选用非最 大吸收处的波长，但应尽可能选择 随波长 改变而变化不大的区域内的波长。三、吸光度范围的选择在吸光光度分析中，分光光度计的读数 误差也是测定误差的主要来源之一。对于同 一台仪器，透光率读数的绝对误差 基本 上为一定值。由于透光率 T 与试样溶液浓度