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1、,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,第6章 吸光光度法,学习要求：1.掌握吸光光度法的有关概念；2.掌握光的吸收定律及其适用范围；3.掌握分光光度法的分析方法；4.了解显色反应及其条件的选择；5.了解分光光度法仪器测量的误差及测量条件的选择；6.了解分光光度法的特点及某些应用。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,6.1概述,cx,有色物质溶液颜色与溶液中有色物质浓度有关,HEBEI NORMAL UNIVERSITY
2、,College of Chemistry&Material Science,吸光光度法：物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。,分光光度法,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,仪器：分光光度计测定：吸收光谱曲线定性、定量分析,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,光度分析法的特点,（1）灵敏度高 测微量、痕量组分分析，下限可达10-4%10-5%或10-310-6 molL1。（2）较高的准确度 比色法的相对误差为5
3、%10%，分光光度法为25，可满足微量分析的要求。若使用精密度高的仪器，误差可达1%2%。（3）操作简便、仪器简单。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,20.1.2 物质对光的选择性吸收,光是一种电磁波，按波长排列，可得电磁波谱表。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,表6-1电磁波谱范围表 P214,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Scien
4、ce,近紫外：200-400nm可见光：人眼能感觉到的波长400-750nm的光。白光：由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光按一定比例混合而成的复合光。,比色分析及可见光区吸光光度法：物质分子或离子对可见区域光的吸收。波段：400-750nm,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,单色光：同一波长的光。=500nm，绿光复合光：由不同波长的光组合而成的光。互补色光：两种光按一定比例混合可得到白
5、光，这两种单色光称为互补色光。见表20-2。,不同颜色的可见光波长及其互补光,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,物质对光的选择性吸收,颜色与光的关系：,白光全吸收,白光全透过,吸收黄光,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,看到的是固体物质反射或溶液透射的光。物质（溶液）吸收的光是反射或透射光的互补
6、光。溶液颜色的深浅，取决于溶液中吸光物质浓度的高低。,物质的颜色：物质对光的选择性吸收,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,为什么物质对光呈现选择吸收？单一吸光物质的分子或离子只有有限数量电子能级的缘故。,同一种物质对不同波长的光表现出不同 的吸收能力。如：溶液呈现颜色 不同的物质对光的选择吸收性质不同。KMnO4 紫红色 K2Cr2O7 橙色,物质对光的选择吸收：,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,HEBEI NOR
7、MAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,光选择吸收的性质：反映了分子内部结构的差异，各物质分子能级千差万别，内部各能级间的间隔也不相同。有色溶液：目视比色法分析 吸光光度法,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,无色溶液对光有吸收？,醋酸水溶液：吸收一定波长的紫外光，吸光光度法测定。,吸收光谱曲线,将各种波长的单色光依次通过一定浓度的(有色)溶液，并测定每一波长下有色溶液对光的吸收程度()。以波长()为横坐标，A为纵坐标作图，得到的曲线，称吸收
8、光谱曲线。最大吸收波长max：光吸收程度最大处对应的波长。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,不同浓度KMnO4 的吸收光谱曲线,浓度不同，不同，max不变。、max是定性、定量分析参数,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,20.2 光吸收基本定律,20.2.1 朗伯-比尔定律,I0=Ir+It+Ia,I0=It+Ia,T透光率（透射比）,A 吸光度,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of
9、 Chemistry&Material Science,A=lg(I0/It)=lg(1/T)=-lgT,朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液液层厚度成正比比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比,当一束平行单色光垂直照射到样品溶液时，溶液的吸光度与溶液中吸光物质的浓度及溶液的厚度成正比朗伯比尔定律光吸收基本定律：定量依据数学表达：Alg(1/T)=KbcK:比例常数，b:溶液厚度，c:溶液浓度,朗伯-比尔定律,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,14,K：与吸光物质的性质、入射光波长及温度有关，称为
10、吸光系数或吸收系数。与吸光物质的浓度、吸收池的厚度、材料无关。K取值与单位取决于c、b的单位：,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,当 c：mol/L，b：cm，用表示，摩尔吸收系数 Lmol-1cm-1 Alg(1/T)=bc当 c：g/L，b：cm，用a表示，吸收系数 Lg-1cm-1 Alg(1/T)=abc,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,光度法灵敏度,的物理意义：是各种吸光物质在特定波长下的一个特征常数。数
11、值上等于1cm的溶液厚度中吸光物质浓度为1 molL-1时的吸光度。吸光能力量度。可表示显色反应的灵敏度。,是有色化合物的重要特性。定性参数。愈大，表示该物质对某波长的光吸收能力愈强，光度测定的灵敏度就越高。反映灵敏度。值不能直接取1mol/L 这样高浓度的有色溶液来测量，而只能通过实验数据计算求得。,溶液中吸光物质的浓度常因离解、聚合等因素而改变。计算 时，必须知道溶液中吸光物质的真正浓度。通常在实际工作中，多以被测物质的总浓度计算，这样计算出的 值称为表观摩尔吸光系数。文献中所报道的 值就是表观摩尔吸光系数值。,P398 例题,Alg(1/T)=bc A=0.390 b=2 c=1.0mg
12、/L=1.010-3/55.85=1.810-5mol/L=A/bc=0.390/21.810-5=1.1104Lmol-1cm-1,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,桑德尔灵敏度S,S：仪器的检测极限为A=0.001时，单位截面积光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量，单位为gcm-2。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,A=0.001，A=0.001=bc，mol/Lcm(mol/1000cm3)cm,故bc为单
13、位截面积光程内的物质量。,S与的关系,例 已知双硫腙光度法测Cd2+时 520=8.8104，求桑德尔灵敏度 MCd=112.4,S越小，灵敏度越高。,S=MCd/520=112.4/8.8104=1.310-3 g/cm2,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,20.2.2 吸光度的加和性,溶液中多种组分，都对某光有吸收各吸光组分彼此不作用：A=A1+A2+An吸光度的加和性。该规律可用于多组分的测定。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Materia
14、l Science,20.2.3 对朗伯-比尔定律的偏离,A=kbcA对c作图，应为一通过原点的直线，称为工作曲线（或称标准曲线）。有时会在工作曲线的高浓度端发生偏离。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,偏离比耳定律的原因主要有：1.比耳定律的局限性假设了吸光粒子之间无相互作用，因此仅在稀溶液的情况下适用。溶液浓度较高（c0.01 molL-1）时，吸光粒子之间平均距离缩小，可能存在相互作用，其对光吸收的能力会改变。因此，高浓度时，A与c的线性关系发生偏离。一般适用于小于0.01 mol/L稀溶液。,HE
15、BEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,2.非单色入射光引起的偏离 朗伯-比耳定律仅适用于单色光。一般仪器单色器所获得的光是有一定波长范围的复合光，这些非单色光会引起对比尔定律的偏离。这并不是定律不正确，而是由于仪器条件的限制所造成的。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,设入射光由1 和 2 组成，入射光强度为I01和I02，对应透过光强为I1和I2。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Ch
16、emistry&Material Science,1=2 Ac 线性关系12 Ac 偏离 线性关系1、2 相差越大，偏离越严重,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,选择较纯单色光（，单色性）选max作为测定波长（，S且成线性）,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,3.由介质的不均匀引起的偏离朗伯比耳定律适用于均匀、非散射溶液。当被测溶液是胶体溶液、悬浊液或乳浊液时，入射光通过溶液后除一部分被吸收外，还有一部分因溶液中存在
17、微粒的散射作用而损失，并使透光度减小。向吸光度轴弯曲-正偏离。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,而当胶体或其他微粒凝聚沉淀时，又会使溶液吸光度下降。向浓度轴弯曲-负偏离。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,4.样品溶液因素 溶液组分间的相互作用不可避免Cr2O72-离子在水溶液中存在着二聚平衡Cr2O72-+H2O 2HCrO42-2H+2CrO42-450nm橙 375nm黄,控制溶液酸度为酸性,HEBEI NO
18、RMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,例.一符合朗伯比尔定律的有色溶液，当浓度为c时，透射比为T，若其它条件不变，浓度为c/3时，T为_，浓度为2c时，T为_。,解:-lgT=kc-lgT1=kc/3 T1=T1/3 T2=T2 这说明浓度与透射比T 的是指数关系。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,比色法和分光光度法及其仪器,目视比色法,cx=c2或cx=(c1+c2)/2。方便、灵敏，准确度差，常带有主观误差。,cx,HEBEI N
19、ORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,分光光度计,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度，稳定。可见光区：钨灯，碘钨灯(3202500nm),HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置称为色散原件，由入射狭缝、出射狭缝和准直镜组成单色器。棱镜:玻璃3503200n
20、m,石英1854000nm光栅:波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同,单色器,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽 度等间距条痕(600、1200、2400条/mm)。,原理：利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chem
21、istry&Material Science,吸收池：(比色皿)用于盛待测及参比溶液。可见光区：光学玻璃池 紫外区：石英池注意：透光面垂直于光束方向，并保持比色皿的光洁。,检测器：利用光电效应，将光能转换成电流讯号。光电池，光电管，光电倍增管,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,检测器,硒光电池,Ag、Au,结构简单，价廉，易疲劳。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,光电管,红敏管 625-1000 nm蓝敏管 200
22、-625 nm,灵敏度高，光敏范围广，不易疲劳。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,读数指示器：将光电流或放大信号显示或记录下来。低档仪器：刻度显示中高档仪器：数字显示，计算机自动扫描记录,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,上刻度：A 下刻度：T两者关系,T=65%A=lg100-lg65=0.187,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Scie
23、nce,读数时，应读A，因A与C成正比。TC 指数关系,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,20.4 显色反应与显色条件的选择,能使被测物质生成有色化合物的反应，叫显色反应，所用的试剂为显色剂。使用显色反应的必要性：待测物质本身无色或颜色很浅显色反应的类型：氧化还原反应、配位反应。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Materia
24、l Science,M+nR=MRn被测离子 显色剂 有色配合物1.灵敏度高，有色物质的值一般应为104105 L mol1 cm1；2.选择性好，只与被测组分显色，干扰少；3.有色配合物组成一定，性质稳定；,20.4.1 对显色反应的要求,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,4.有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大。通常用“反衬度”或“对比度”表示，对比度一般应大于60 nm。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,20
25、.4.2 显色反应条件的选择,实际中，为提高准确度，了解影响显色反应的因素，控制其最佳分析条件。条件通过实验得到。条件：溶液酸度、显色剂用量、试剂加入顺序、显色时间、显色温度等。,1显色剂用量,一般需过量。但有时并非显色剂过量越多越好。实际用量由条件实验决定。方法：固定金属离子的浓度,在其他条件不变的情况下,改变显色剂用量,分别测定吸光度。以吸光度对显色剂用量做图。由图中曲线选择适宜的用量。,显色反应：M+R=MR,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,c(R),c(R),c(R),Mo(SCN)32+浅红M
26、o(SCN)5 橙红Mo(SCN)6-浅红,Fe(SCN)n3-n,1显色剂用量,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,2溶液的酸度,影响显色剂的平衡浓度和颜色：显色剂大多为有机弱酸，酸度会影响其平衡浓度；,M+nR=MRn+nH+=nHR,当c(H+)增大，c(R)减小，使配位反应不完全。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,影响配合物的组成例如，Fe3+与磺基水杨酸的显色反应，在不同酸度下，可生成1:1、1:2、1:3
27、三种颜色不同的配合物。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,pH 1.82.5 48 811.5 12组成 1:1 1:2 1:3 Fe(OH)3颜色 紫色 棕色 黄色,Fe3+与磺基水杨酸配合物,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,影响被测离子的存在状态,许多金属离子在酸度降低时会水解形成羟基配合物、碱式盐、或氢氧化物沉淀。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Ma
28、terial Science,酸度的选择：,固定被测组分与显色剂的浓度，调节溶液不同的酸度，测定吸光度，绘制pH值与A的曲线，从中找到适宜的酸度。,pH1pHpH2,pH,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,3.显色反应的温度和时间,大多在室温下进行，有的必须加热一段时间，有的加热可能分解。例：磷钼蓝法测磷的测定温度为5560，因显色反应速度慢。,反应速率不同，时间不同，由实验确定。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,
29、A,t(min),T2(),T1(),HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,许多有色配合物在水中的解离度较大，而在有机溶剂中的解离度较小，使其颜色加深，提高了测定的灵敏度。有机溶剂还可能提高显色反应的速度，影响有色配合物的溶解度和组成等。,4溶剂的影响,萃取光度法,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,5干扰及其消除方法,干扰的种类：干扰物质本身有色，或与显色剂反应；干扰物质与被测物质反应，使显色反应不完全；干扰物质在测定条
30、件下析出，使溶液变浑浊；,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,消除干扰的方法 控制溶液的酸度;加入掩蔽剂;利用氧化还原反应，改变干扰离子的价态;选择适当波长;利用参比溶液消除干扰;采用如萃取等适当的分离方法,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,如：控制酸度：使M显色，干扰不显色。例：双硫腙法测Hg2+，Cd2+、Cu2+、Co2+、Ni2+、Sn2+、Zn2+、Pb2+、Bi3+干扰，强酸性中只有双硫腙汞稳定。,HEBE
31、I NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,测量波长的选择一般用最大吸收波长max。此时最大，测量灵敏度和准确度最高。但若有干扰存在，应根据具体情况兼顾灵敏度和选择性。吸收最大，干扰最小原则,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,光度计读数范围的选择,A=-lgT=bc微分：d(lgT)=d(0.434lnT)=0.434dT/T=-bdcc/c=0.434 T/(TlgT),T=36.8%(A=0.434)处，浓度测量相对误差最小；,H
32、EBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,A：0.20.8控制吸光度方法：改变比色皿的厚度；改变溶液的浓度或试样的质量。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,20.5.3 参比溶液的选择,参比溶液：在光度测量时，用以调节仪器零点，消除吸收池壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差，并扣除干扰的溶液。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,选择参比
33、溶液的一般规律：（1）蒸馏水参比（试液及显色剂均无 色）；（2）试剂空白（显色剂有色）；P228,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,含铁酸性试液+盐酸羟胺+邻二氮菲+乙酸钠参比：蒸馏水或试剂空白试剂空白：盐酸羟胺+邻二氮菲+乙酸钠,例：邻二氮菲光度法测铁,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,（3）显色剂和试液均有色，或干扰与显色剂反应显色，可取一份试液加入适当掩蔽剂，掩蔽被测组分，然后加入显色剂和其他试剂，以此溶液作参
34、比。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,溶液浓度的测定,工作曲线法或比较法确定溶液浓度。,1.工作曲线法配制一系列不同浓度的被测组分的标准溶液，在相同条件下显色，用相同厚度（b）的比色皿，在同一波长（max）下的单色光下，以适当的参比溶液调节A为零后，分别测量其吸光度。,然后做A-c图，应为一条通过原点的直线，称为工作曲线或标准曲线。再测量待测试液在同条件下的A，在直线上查得对应的浓度。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Scien
35、ce,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,2.比较法,A=bc在与b相同条件下，测量不同浓度两溶液，满足 c:cx=A:Ax 则 cx=（Axc）/A,为避免产生较大误差，标准溶液的浓度应与试样溶液的浓度相近。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,20.6 分光光度法的应用,20.6.1 单组分的测
36、定,采用标准曲线法。例：测P。,用浓硫酸和高氯酸处理样品，使磷的各种形式转变为H3PO4，然后在HNO3介质中，H3PO4与（NH4）2MoO4反应形成磷钼黄杂多酸，反应如下：H3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3=(NH4)3PO412MoO3+12NH4NO3+12H2O 用适当的还原剂如维生素C将其中的Mo(VI)还原为Mo(V)，即生成蓝色的磷钼蓝，其最大吸收波长为max=660nm，用标准曲线法可测得样品的全磷含量。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,磷钼蓝法测定全磷,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&
37、Material Science,20.6.2 多组分的测定,1.不重叠分别在1，2时测A1，A2根据各自标准曲线得出浓度。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,2.重叠,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,找出两个测量波长1，2，要求在此波长下二组分的A较大，相互干扰较小。,在1时，A1=X1bcX+Y1bcY,在2时，A2=X2bcX+Y2bcY,解此联立方程，可计算出二组分浓度。,HEBEI NORMAL UNIV
38、ERSITY,College of Chemistry&Material Science,20.6.4 酸碱解离常数的测定,采用分光光度法测酸碱解离常数是研究酸碱指示剂及金属指示剂的重要方法之一。,1.计算法,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,以一元弱酸HA为例。离解平衡常数表达式为例，HA=H+A-,用1cm吸收池，在特定波长下测定总浓度为CHA，某一酸度下的吸光度为A，则 A=HAHA+AA-,根据分布分数，得到,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry
39、&Material Science,当溶液的酸度非常强时，C=HA，此时测得的吸光度为AHA；则有：AHA=HAC当溶液的碱性非常强时，C=A，此时测得的吸光度为AA，AA=AC，,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,方法：测出一元弱酸在强酸性溶液中的AHA、在强碱性溶液中的AA和在某一pH值下的A，利用上式计算出它的离解常数。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,配合物组成的测定,1饱和法（摩尔比法）固定cM，改变cR
40、,固定CM，增加CR，得到一系列CR/CM比值不同的溶液，并配制相应的试剂空白作参比，测定此系列溶液的吸光度A，以CR/CM比值对A作图，得如图所示曲线。其中，曲线拐点处对应的值为配合比 n。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,2.连续变化法（等摩尔系列法）固定CM+CR，改变CM，CR改变CM和CR的相对量，配制一系列溶液，在max处测量该系列溶液的A，做A-cM/c曲线，该曲线峰值对应的cR/cM即为配位比。,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,HEBEI NORMAL UNIVERSITY,College of Chemistry&Material Science,
