AnalyticalChemistry吸光光度法第10章第10章§1吸光光度法的基本原理1.1吸光光度法概述1.2光的基本性質(zhì)1.3物質(zhì)對(duì)光的吸收1.4溶液的吸光定律1.1吸光光度法概述

定義：是基于被測(cè)物質(zhì)的分子

對(duì)光

具有選擇性吸收的特性而建立的分析方法。包括：比色法、可見及紫外吸光光度法及紅外光譜法等。本章我們重點(diǎn)討論可見光區(qū)的吸光光度法。1.2光的基本性質(zhì)光的電磁波性質(zhì)射線x射線紫外光紅外光微波無線電波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可見光（400~750nm）光的波粒二象性波動(dòng)性粒子性E光的折射光的衍射光的偏振光的干涉光電效應(yīng)E：光子的能量（J,

焦耳）

：光子的頻率（Hz,赫茲）

：光子的波長（cm）c：光速（2.99791010cm.s-1）h：Plank常數(shù)（6.625610-34J.s

焦耳.秒）單色光、復(fù)合光、光的互補(bǔ)單色光復(fù)合光光的互補(bǔ)單一波長的光由不同波長的光組合而成的光若兩種不同顏色的單色光按一定的強(qiáng)度比例混合得到白光，那么就稱這兩種單色光為互補(bǔ)色光，這種現(xiàn)象稱為光的互補(bǔ)。藍(lán)黃紫紅綠紫黃綠綠藍(lán)橙紅藍(lán)綠物質(zhì)的顏色是因物質(zhì)對(duì)不同波長的光具有選擇性吸收作用而產(chǎn)生的。

表2物質(zhì)顏色和吸收光顏色關(guān)系

吸

收

光

物質(zhì)顏色

顏

色

波長范圍λ/nm

黃

綠

黃

橙

紅

紫

紅

紫

藍(lán)

綠

藍(lán)

藍(lán)

綠

紫

藍(lán)

綠

藍(lán)

藍(lán)

綠

綠

黃

綠

黃

橙

紅

400~450

450~480

480~490

490~500

500~560

560~580

580~600

600~650

650~750

吸收光譜光作用于物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)吸收了可見光，而顯示出特征的顏色，這一過程與物質(zhì)的性質(zhì)及光的性質(zhì)有關(guān)。物質(zhì)對(duì)光的吸收物質(zhì)對(duì)光的吸收滿足Plank條件hS2S0E2E0hhh物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收Selectedabsorption物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)不同，所能吸收光的波長也不同，這就構(gòu)成了物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收基礎(chǔ)。例：A物質(zhì)B物質(zhì)同理，得：1ev=1.610-19J.定性分析與定量分析的基礎(chǔ)定性分析基礎(chǔ)定量分析基礎(chǔ)物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收ABA在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，物質(zhì)對(duì)光的吸收與物質(zhì)的濃度成正比。AC增大1.4溶液的吸光定律透光率（透射比）Transmittance透光率定義：T取值為0.0%~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光I0透射光It★

朗伯-比爾定律表明：當(dāng)一束平行單色光通過含有吸光物質(zhì)的溶液后，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正比。這是進(jìn)行定量分析的理論基礎(chǔ)。比例常數(shù)K與吸光物質(zhì)的性質(zhì)、入射光波長及溫度等因素有關(guān)?！?/p>

吸光度的加和性：多組分體系中，如果各組分之間無相互作用，其吸光度具有加合性，這一規(guī)律稱吸光度的加和性。利用這一性質(zhì)，可進(jìn)行多組分測(cè)定及某些化學(xué)反應(yīng)平衡常數(shù)測(cè)定。吸收定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：摩爾吸收系數(shù)和桑德爾靈敏度

★

摩爾吸收系數(shù)當(dāng)濃度c用mol·L-1，液層厚度b用cm為單位表示，則K用符號(hào)ε來表示。ε稱為摩爾吸收系數(shù)，單位為L·mol-l·m-1，它表示物質(zhì)的量濃度為lmol·L-1，液層厚度為lcm時(shí)溶液的吸光度。

★

桑德爾(Sandell)靈敏度或稱(靈敏度指數(shù))用S來表示。S是指當(dāng)儀器的檢測(cè)極限A=0.001時(shí)，單位截面積光程內(nèi)所能檢測(cè)出來的吸光物質(zhì)的最小含量，其單位為μg·cm-2

b×c為單位截面積光程內(nèi)吸光物質(zhì)的摩爾數(shù)，即mol/1000cm2

可見，某物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)k越大，其桑德爾靈敏度S越小，即該測(cè)定方法的靈敏度越高。對(duì)摩爾系數(shù)的理解之一332+桔紅色508鄰二氮菲=1.1104測(cè)定工作曲線的斜率即為摩爾吸收系數(shù)摩爾吸收系數(shù)是對(duì)吸光物質(zhì)而言，是由吸光物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征，入射光波長等因素決定。AC0吸光系數(shù)aSandell靈敏度S單位為g．cm-2。Sandell靈敏度與的關(guān)系摩爾吸光系數(shù)靈敏度靈敏度2.1吸光分析的幾種方法2.2吸光分析法的儀器簡(jiǎn)介§

2吸光分析法的方法與儀器簡(jiǎn)介2.1吸光分析的幾種方法一、目視比色法標(biāo)準(zhǔn)系列未知樣品特點(diǎn)利用自然光比較吸收光的互補(bǔ)色光準(zhǔn)確度低（半定量）不可分辨多組分方法簡(jiǎn)便，靈敏度高

二、吸光光度法

Spectrophotometry

★

借助分光光度計(jì)來測(cè)量一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（工作曲線），根據(jù)被測(cè)試液的吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線上求得被測(cè)物質(zhì)的濃度或含量。

標(biāo)準(zhǔn)曲線工作曲線★吸光光度法特點(diǎn):(1)入射光是純度較高的單色光。偏離朗伯-比爾定律的情況大為減少，標(biāo)準(zhǔn)曲線直線部分的范圍更大，分析結(jié)果的準(zhǔn)確度較高。

(2)可任意選取某種波長的單色光，故利用吸光度的加和性，同時(shí)測(cè)定溶液中兩種或兩種以上的組分。

(3)許多無色物質(zhì)，只要它們?cè)谧贤饣蚣t外光區(qū)域內(nèi)有吸收峰，也可以測(cè)定。

2.2吸光分析法的儀器簡(jiǎn)介紫外-可見分光光度計(jì)組件光源單色器吸收池檢測(cè)器信號(hào)輸出氫燈，氘燈，185~350nm（紫外光源）

；鹵鎢燈，250~2000nm（可見光源）.作用：將復(fù)合光色散成單色光棱鏡光柵玻璃，350~2500nm,石英，185~4500nm平面透射光柵，反射光柵也稱比色皿：玻璃（可見光區(qū)），石英（紫外光區(qū)）作用：將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并放大光電池、光電管，光電倍增管等表頭、記錄儀、屏幕、數(shù)字顯示單波長雙光束分光光度計(jì)比值光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示光束分裂器美國Perkin-Elmer美國BeckmanCoulter要點(diǎn)1、Plank條件2、物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)不同，所能吸收光的波長也不同，這就構(gòu)成了物質(zhì)對(duì)光的選擇吸收基礎(chǔ)。3、在一定的實(shí)驗(yàn)條件下，物質(zhì)對(duì)光的吸收與物質(zhì)的濃度成正比。吸光定律c：mol/L摩爾吸光系數(shù)，L·mol–1·cm-1K

c：g/LK

a吸光系數(shù)，L·g–1·cm-1§3

光度分析法的設(shè)計(jì)3.1顯色反應(yīng)3.2顯色條件的選擇3.3測(cè)量波長和吸光度范圍的選擇3.4參比溶液的選擇3.5標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作3.1顯色反應(yīng)

待測(cè)物質(zhì)本身有較深的顏色，直接測(cè)定；待測(cè)物質(zhì)是無色或很淺的顏色，需要選適當(dāng)?shù)脑噭┡c被測(cè)離子反應(yīng)生成有色化合物再進(jìn)行測(cè)定，此反應(yīng)稱為顯色反應(yīng)，所用的試劑稱為顯色劑（colorreagent）。按顯色反應(yīng)的類型來分，主要有氧化還原反應(yīng)和絡(luò)合反應(yīng)兩大類，而絡(luò)合反應(yīng)是最主要的。(1)選擇性要好，干擾少，或干擾容易消除。(2)靈敏度要高，一般要求有色物質(zhì)的ε應(yīng)大于104

。(3)對(duì)比度要大。即如果顯色劑有顏色，則有色化合物與顯色劑的最大吸收波長的差別要大，一般要求max在60nm以上。(4)有色化合物的組成要恒定，化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定，至少保證在測(cè)量過程中溶液的吸光度基本恒定。一、對(duì)顯色反應(yīng)要求

M(被測(cè)組分)+R(顯色劑)=MR(有色絡(luò)合物)

二、顯色劑

(1)無機(jī)顯色劑：許多無機(jī)試劑能與金屬離子起顯色反應(yīng)，如Cu2+與氨水形成深藍(lán)色的絡(luò)離子Cu(NH4)42+，SCN-與Fe3+形成紅色的絡(luò)合物Fe(SCN)2+或Fe(SCN)63-等。但是多數(shù)無機(jī)顯色劑的靈敏度和選擇性都不高，其中性能較好，目前還有實(shí)用價(jià)值的有硫氰酸鹽、鉬酸銨、氨水和過氧化氫等。(2)有機(jī)顯色劑：許多有機(jī)試劑，在一定條件下，能與金屬離子生成有色的金屬螯合物(具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物)。顯色劑中的生色團(tuán)和助色團(tuán)

在有機(jī)化合物分子中，凡是包含有共軛雙鍵的基團(tuán)如—N＝N—、—N＝O、對(duì)醌基、＝C＝O、＝C＝S等，一般都具有顏色，原因是這些基團(tuán)中的л電子被光激發(fā)時(shí)，只需要較小的能量，能吸收波長大于200nm的光，因此，稱這些基團(tuán)為生色團(tuán)；某些含有未共用電子對(duì)的基團(tuán)如胺基—NH2，RHN—，R2N—(具有一對(duì)未共用電子對(duì))，羥基-OH(具有兩對(duì)末共用電子對(duì))，以及鹵代基—F，—Cl，—Br，—I等，它們與生色基團(tuán)上的不飽和鍵互相作用，引起永久性的電荷移動(dòng)，從而減小了分子的活化能促使試劑對(duì)光的最大吸收“紅移”

(向長波方向移動(dòng))，使試劑顏色加深，ε增大，這些基團(tuán)稱為助色團(tuán)。

有機(jī)顯色劑示例A磺基水楊酸

OO型螯合劑，可與很多高價(jià)金屬離子生成穩(wěn)定的螯合物，主要用于測(cè)Fe3+。B丁二酮肟

NN型螯合顯色劑，用于測(cè)定Ni2+。C1，10-鄰二氮菲

NN型螯合顯色劑，測(cè)微量Fe2+。D二苯硫腙含S顯色劑，萃取光度測(cè)定Cu2+，Pb2+，Zn2+，Cd2+，Hg2+等。E偶氮胂Ⅲ(鈾試劑Ⅲ)

偶氮類螯合劑，強(qiáng)酸性溶液中測(cè)Th(Ⅳ),Zr(Ⅳ)，U(Ⅳ)等；在弱酸性溶液中測(cè)稀土金屬離子。F鉻天青S

三苯甲烷類顯色劑，測(cè)定Al3+。G結(jié)晶紫三苯甲烷類堿性染料，測(cè)定Tl3+。三、多元絡(luò)合物

多元絡(luò)合物是由三種或三種以上的組分所形成的絡(luò)合物。

*三元混配絡(luò)合物金屬離子與一種絡(luò)合劑形成未飽和絡(luò)合物，然后與另一種絡(luò)合劑結(jié)合，形成三元混合配位絡(luò)合物，簡(jiǎn)稱三元混配絡(luò)合物。*離子締合物金屬離子先與絡(luò)合劑生成絡(luò)陰離子或絡(luò)陽離子，再與帶反電荷的離子生成離子締合物。主要用于萃取光度法。*金屬離子-絡(luò)合劑-表面活性劑體系

金屬離子與顯色劑反應(yīng)時(shí)，加入某些表面活性劑，可以形成膠束化合物，它們的吸收峰向長波方向移動(dòng)(紅移)，ε增大，而測(cè)定的靈敏度顯著提高。*雜多酸

溶液在酸性的條件下，過量的鉬酸鹽與磷酸鹽、硅酸鹽、砷酸鹽等含氧的陰離子作用生成雜多酸，作為吸光光度法測(cè)定相應(yīng)的磷、硅、砷等元素的基礎(chǔ)。3.2顯色條件的選擇

實(shí)驗(yàn)條件包括:溶液酸度，顯色劑用量，試劑加入順序，顯色時(shí)間，顯色溫度，有機(jī)絡(luò)合物的穩(wěn)定性及共存離子的干擾等。（1）溶液的酸度

M+HR=MR+H+*影響顯色劑的平衡濃度和顏色*影響被測(cè)金屬離子的存在狀態(tài)*影響絡(luò)合物的組成*由pH與吸光度關(guān)系曲線確定pH范圍。（2）顯色劑的用量

M(被測(cè)組分)+R(顯色劑)==MR(有色絡(luò)合物)

為使顯色反應(yīng)進(jìn)行完全，需加入過量的顯色劑。但顯色劑不是越多越好。有些顯色反應(yīng)，顯色劑加人太多，反而會(huì)引起副反應(yīng)，對(duì)測(cè)定不利。在實(shí)際工作中根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來確定顯色劑的用量。

（3）溫度的選擇：顯色反應(yīng)大多在室溫下進(jìn)行。但是，有些顯色反應(yīng)必需加熱至一定溫度完成。實(shí)際工作中，作A~T

曲線，尋找適宜反應(yīng)溫度。ATATAT（4）顯色時(shí)間的選擇：有些顯色反應(yīng)瞬間完成，溶液顏色很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，并在較長時(shí)間內(nèi)保持不變;有些顯色反應(yīng)雖能迅速完成，但有色絡(luò)合物的顏色很快開始褪色;有些顯色反應(yīng)進(jìn)行緩慢，溶液顏色需經(jīng)一段時(shí)間后才穩(wěn)定。實(shí)際工作中，作A~t

曲線，尋找適宜反應(yīng)時(shí)間。（5）干擾及其消除方法試樣中存在干擾物質(zhì)會(huì)影響被測(cè)組分的測(cè)定。例如干擾物質(zhì)本身有顏色或與顯色劑反應(yīng)，在測(cè)量條件下也有吸收，造成正干擾。干擾物質(zhì)與被測(cè)組分反應(yīng)或與顯色劑反應(yīng)，便顯色反應(yīng)不完全，也會(huì)造成干擾。為消除以上原因引起的干擾，可采取以下幾種方法：a.控制溶液酸度利用酸效應(yīng)消除干擾。b.加入掩蔽劑選取的條件是掩蔽劑不與待測(cè)離子作用，掩蔽劑以及它與干擾物質(zhì)形成的絡(luò)合物的顏色應(yīng)不干擾待測(cè)離子的測(cè)定。c.利用氧化還原反應(yīng)，改變干擾離子的價(jià)態(tài)d.用參比溶液消除顯色劑和某些共存有色離子的干擾。e.選擇適當(dāng)?shù)牟ㄩLf.分離以上方法均不奏效時(shí)，采用預(yù)先分離的方法。原則：扣除非待測(cè)組分的吸收以顯色反應(yīng)為例進(jìn)行討論M+R=M-R（有色）

試液M

顯色劑R溶劑吸光物質(zhì)參比液組成無吸收無吸收光學(xué)透明溶劑吸收無吸收吸收不加顯色劑的試液無吸收吸收吸收不加試液的試劑空白吸收吸收吸收吸收顯色劑+試液+待測(cè)組分的掩蔽劑若欲測(cè)M-R

的吸收A（樣）=A（待測(cè)吸光物質(zhì)）+

A