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第 10 章 吸光光度法

第 10 章 吸光光度法. 第 10 章 吸光光度法. 化学分析 原子吸收光谱 电分析 分析化学 原子发射光谱 仪器分析 光分析 吸光光度法 色谱分析 ……. 10.1 物质对光的选择性吸收和光吸收的基本定律.

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第 10 章 吸光光度法

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  1. 第10章吸光光度法

  2. 第10章 吸光光度法 化学分析 原子吸收光谱 电分析 分析化学 原子发射光谱 仪器分析 光分析 吸光光度法 色谱分析 ……

  3. 10.1 物质对光的选择性吸收和光吸收的基本定律 10.1.1 物质对光的选择性吸收

  4. M + h  M * 基态(ground state)激发态(Excited state) E1 △E E2 E = E2 - E1 = h  量子化 ；选择性吸收; 物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。

  5. 单色光、复合光、光的互补 单色光 单一波长的光 由不同波长的光组合而成的光 复合光 若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。 光的互补 黄绿 绿 蓝绿 黄 绿蓝 橙 蓝 红 紫红 紫

  6. 当一束平行单色光通过溶液时，一部分被吸收，一部分透过溶液。设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia，透过光强度为It。当一束平行单色光通过溶液时，一部分被吸收，一部分透过溶液。设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia，透过光强度为It。 1 朗伯-比尔定律（Lambert-Beer law）

  7. 入射光I0 透射光It 透射比（透光度） 透射比定义： T 取值为0.0 % ~ 100.0 % 全部吸收 T = 0.0 % 全部透射 T = 100.0 %

  8. 朗伯(Lambert J H)和比尔(Beer A)分别 于1760和1852年研究了光的吸收与溶液层的 厚度及溶液浓度的定量关系，二者结合称为 朗伯-比尔定律，也称为光的吸收定律。 当一束强度为I0的平行单色光垂直照射到长 度为b的液层、浓度为c的溶液时，由于溶液 中吸光质点(分子或离子)的吸收，通过溶液后 光的强度减弱为It： 推导 A——为吸光度

  9. I I-dI db b 吸收定律的推导 Lambert – Beer Law N ：薄层中的吸光粒子数 dI ∝ N I N0 ：阿伏加德罗常数 N = N0 c dS db I0 It dS ：捕获面积，薄层中光照射的面积 c：吸光溶液的浓度 N = k’c db 故 dI ∝ N I = I k’c db dI = - I kc db , dI / I = - kc db 积分 得 或 得

  10. 朗伯-比尔定律表明：当一束单色光通过含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。这是进行定量分析的理论基础。朗伯-比尔定律表明：当一束单色光通过含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。这是进行定量分析的理论基础。 • 比例常数K与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。

  11. 2.摩尔吸收系数 当浓度c用mol·L-1，液层厚度b用cm为单位表示，则K用另一符号ε来表示。ε称为摩尔吸收系数，单位为L·mol-l·cm-1，它表示物质的量浓度为l mol·L-1，液层厚度为l cm时溶液的吸光度。

  12. 摩尔吸光系数()的讨论 • 1）同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。 • 2）εmax是吸收物质在一定波长（ λmax）和溶剂条件下的特征常数，可作为定性鉴定的参数。 • 3）ε与物质的性质、入射光波长及温度等因素有关，与待测物浓度无关。

  13. 摩尔吸光系数(ε)的讨论 4）εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。 ε=(6～10）× 104：高灵敏； ε=(1～5）×104：灵敏； ε<104 ：不灵敏。 5）ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。

  14. A或 A  C A  max C 吸收定律与吸收光谱的关系 吸光定律 吸收光谱

  15. 桑德尔(Sandell) 灵敏度S S 值表示光程（path lenth ) 为1 cm 吸收池测得吸光度为0.001 时，每mL 溶液中待测物质的微克数。单位为g ．cm-2。 桑德尔(Sandell) 灵敏度 S与的关系

  16. 0.575 入射光I0 透射光It 10.2 分光光度计及吸收光谱 10.2.1 分光光度计 光源 单色器 吸收池 检测器 数据处理装置 I0 参比 It 样品

  17. 单波长单光束分光光度计 0.575 光源 单色器 检测器 数据处理装置 吸收池

  18. 比值 光源 单色器 显示 吸收池 检测器 单波长双光束分光光度计 光束分裂器

  19. 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(320～2500nm) 紫外区：氢灯，氘灯(180～375nm) 氙灯：紫外、可见光区均可用作光源 强度 氙灯（气体放电光源） 钨灯（热辐射光源） 氢灯 /nm 400 600 1000 800 分光光度计的主要部件

  20. 氙灯 氢灯 钨灯

  21. 800 600 500 400 红 λ1 白光 紫 λ2 棱镜 聚焦透镜 出射狭缝 准直透镜 入射狭缝 单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。 棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同. 玻璃350～3200nm, 石英185～4000 nm

  22. 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 )。 利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光。 平面透射光栅 透镜 光屏 M1 M2 出射狭缝 光栅衍射示意图 • －平面透射光栅 • －反射光栅 • 波长范围宽, 色散均匀, • 分辨性能好, 使用方便.

  23. 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 • 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 • 数据处理装置（指示器）： • 低档仪器：刻度显示 • 中高档仪器：数字显示，自动扫描记录

  24. 分光光度计内部光的传播途径

  25. 可见分光光度计

  26. 纤维光度计示意图 镀铝反射镜

  27. 纤维光度计

  28. 10.2.2 吸收曲线 以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，可得物质吸收光谱或称吸收曲线。 最大吸收波长（maximum absorption wavelengh ）： 光吸收程度最大处的波长，用λmax表示 在可见光，KMnO4溶液 对波长525 nm附近绿色光 的吸收最强，而对紫色和 红色的吸收很弱。λmax= 525 nm。浓度不同时， 光吸收曲线形状相同， λmax不变，吸光度不同。 525 nm

  29. 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）同一物质不同浓度的溶液，光吸收曲线形状相似，其最大吸收波长不变；但在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增大。这个特性可作为物质定量分析的依据。在实际测定时，只有在λmax处测定吸光度，其灵敏度最高，因此，吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长的依据。 • 3）不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相同。光吸收曲线与物质特性有关，故据此可作为物质定性分析的依据。

  30. B A A  A 增大 C  定性分析与定量分析的基础 定性分析基础 物质对光的选择吸收 定量分析基础 在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。

  31. 1.显色反应的选择 *灵敏度高，一般ε>104 *选择性好， *组成恒定，性质稳定。 *色差大, λmax>60 nm . *显色条件易于控制。重现性好 （显色反应条件是什么？） 10.3 显色反应及其影响因素 10.3.1 显色反应 显色反应：将试样中被测组分转变成有色化合物的反 应叫显色反应。与被测组分化合成有色物质的试剂称 为显色剂。

  32. 2+ 3 3 邻二氮菲 桔红色 max 显色反应 官能团强吸收 直接测定 UV-VIS 有机物质 官能团弱吸收 衍生化反应 UV-VIS 显色反应 通常通过显色反应生成吸光系数大的有色物质进行测定，以提高灵敏度 无机物质

  33. 10.3.2显色条件的确定 1、酸度 2、显色剂用量 3、显色时间 4、显色温度 5、溶剂 6、共存离子影响

  34. pH 1. 显色反应酸度（cM、 cR等条件一定） pH1<pH<pH2

  35. cR cR cR 2. 显色剂用量(cM、pH等条件一定) Mo(SCN)32+浅红 Mo(SCN)5橙红 Mo(SCN)6- 浅红 Fe(SCN)n3-n

  36. 3. 显色时间及显色温度 A T2(℃) A T2(℃) T1(℃) T1(℃) t(min) t(min) 另外，还有有机溶剂、表面活性剂和离子的干扰等其它条件影响

  37. 作业 P337 2、3、4

  38. 习题1.以MnO4-形式测量合金中的锰。溶解0.500g合金试样并将锰全部氧化为MnO4-后，将溶液稀释至500mL，用1cm比色皿在525nm处测得该溶液的吸光度A=0.400；而1.0010-4 mol·L-1的KMnO4在相同条件下测得的A=0.585。设KMnO4溶液在此范围内服从光的吸收定律。试求合金试样中Mn的质量百分数。 M=54.94 （0.376%）

  39. 习题1 解：

  40. 钍-偶氮砷III 钴-亚硝基红盐 A A 试剂 络合物 络合物 试剂 415 500 515 655 10.4 吸光光度分析及误差控制 10.4 .1 测定条件选择 1.无干扰 “最大吸收”原则 1. 选择适当的测定波长 2.有干扰 “吸收最大干扰最小”原则

  41. 从仪器测量误差的角度来看，为使测量结果得到较高的准确度，一般应控制标准溶液和被测试液的吸光度在0.2~0.8(T=65-15%)范围内。可通过控制溶液的浓度或选择不同厚度的吸收池来达到目的。从仪器测量误差的角度来看，为使测量结果得到较高的准确度，一般应控制标准溶液和被测试液的吸光度在0.2~0.8(T=65-15%)范围内。可通过控制溶液的浓度或选择不同厚度的吸收池来达到目的。 2.吸光度范围的选择 (在吸光度测量误差章节介绍) 1、 调整c 2、 改变b 3.选择适当的参比溶液 参比溶液：是用来调节仪器的工作零点，从而抵消非 被测组分的吸光度（如：溶剂、比色皿、共存组分、 所加试剂等），使测得的吸光度仅为被测组分的有色 质点所吸收的部分。

  42. 3.选择适当的参比溶液 原则： 扣除非待测组分的吸收 A （样） = A （待测吸光物质）+A （干扰）+ A （池） A （参比）=A （干扰）+ A （池） 以显色反应为例进行讨论 M + R = M-R 试液 显色剂 溶剂 吸光物质 参比液组成 无吸收 无吸收 吸收 蒸馏水(或试剂空白) 光学透明 不加显色剂的试液(试液空白) 基质吸收 无吸收 吸收 显色剂(试剂空白) 无吸收 吸收 吸收 显色剂 + 试液 + 待测组分的掩蔽剂 基质吸收 吸收 吸收

  43. 标准曲线的制作 理论基础：朗伯-比尔定律 相同条件下 测定不同浓度标准溶液的吸光度A A～c 作图

  44. 依据Beer定律，A与C关系应为经过原点的直线 偏离Beer定律的主要因素表现为以下两个方面 1. 光学因素 2. 物理和化学因素 10.4.2 偏离Beer定律的因素

  45. 10.4.2 偏离Beer定律的因素 对朗伯-比尔定律的偏移 光学因素：非单色光引起的偏移 物理化学因素：非均匀介质及化学反应 吸光度测量的误差

  46. 1.光学因素 复合光由l1和l2组成，对于浓度不同的溶液a和b,引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。

  47. 2. 物理和化学因素 (1)介质不均匀 当被测试液是胶体溶液、乳浊液、或悬浮物质时，入射光通过溶液后，除了一部分被吸收外，还有一部分因散射现象而损失，使透光率减少，因而实测吸收增加，产生正偏差。

  48. 2. 物理和化学因素 (2)化学反应 物质常因离解、缔合、形成新化合物或互变异构等化学变化而改变其浓度，因而导致偏离朗伯-比耳定律。 例如：K2Cr2O7 Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H++2CrO42- 橙色 黄色 λ最大350nm和450nm 375nm

  49. 光度计的读数误差一般为0.01(ΔT),由于T与浓度c不是线性关系，故不同浓度时的ΔT引起的误差不同。光度计的读数误差一般为0.01(ΔT),由于T与浓度c不是线性关系，故不同浓度时的ΔT引起的误差不同。 c3 c1 c2 c3 T% c1 c2 > < 100 T-透光率读数误差 80 60 40 T 20 T 0 c2 c3 c1 c 10.4.3吸光度测量的测量误差

  50. 令 仪器测量误差公式推导 吸光定律 根据误差传递公式，有 又 浓度测量的相对误差 得 当 d(TlnT)/dT=lnT+1=0 得 T = 0.368 = 36.8 % A = 0.434 此时， 仪器测量误差最小

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