第十一章吸光光度法(Absorptionphotometry)本章内容第一节吸光光度法基本原理第二节吸光光度法的仪器第三节显色反应及其影响因素第四节吸光度的测量及误差控制第五节吸光光度分析
方法
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第六节吸光光度法的应用——基于物质分子对光的选择吸收而建立起来的分析方法KMnO4白光吸收绿光。浓度越大,颜色越深,吸收越大；浓度越小,颜色越浅,吸收越小。吸光光度法(分光光度法)比色法目视比色法光电比色法：光电比色计分光光度法可见分光光度法（本章内容）紫外分光光度法红外吸收光谱法现代分析化学的“常规武器”[特点]（与化学分析比较）：a.灵敏（可测1%-10-3%微量组分，甚至10-4%-10-5%微量组分)b.准确（Er=2%-5%）c.操作简便，快速（测微量）d.应用广（无机、有机均可测）各类分析方法比较2%-5%<1%仪器分析法吸光光度法重量分析法0.1%-0.2%>1%化学分析法滴定分析法相对误差含量类别分析方法光的波粒二象性波动性粒子性λνE光的折射光的衍射光的偏振光的干涉光电效应E：光子的能量（J,焦耳）ν：光子的频率（Hz,赫兹）λ：光子的波长（nm）c：光速（2.9979×1010cm.s-1）一、物质对光的选择性吸收第一节吸光光度法基本原理（普朗克方程）（一）单色光和复合光↘，E↗；↗，E↘射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光可见光：400-750nm近紫外：200-400nm近红外：750－2500nm电磁波谱:按照波长的长短顺序排列而成。可见光400-750nm色散红橙黄绿青青蓝蓝紫650-750nm600-650nm580-600nm500-580nm490-500nm480-490nm450-480nm400-450nm单色光:单一波长的光。通常意义的单色光是指波长处于很窄的某一范围的光。复合光:由不同波长的光组合而成的光。混合光的互补: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。蓝黄紫红绿紫黄绿绿蓝橙红蓝绿完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意
表
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观现象示意复合光（二）物质对光的选择性吸收Why???光作用于物质时，物质吸收了可见光，而显示出特征的颜色。物质呈现的颜色与光有着密切的关系，物质呈现何种颜色，与光的组成和物质本身的结构有关。1、颜色与光的关系物质选择性地吸收白光中某种颜色的光，物质就会呈现其互补色光的颜色。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。溶液颜色的深浅，取决于溶液中吸光物质浓度的高低。红蓝绿紫红绿紫黄绿蓝黄绿蓝橙400-450450-480480-490490-500500-560560-580580-600600-650650-750紫蓝绿蓝蓝绿绿黄绿黄橙红黄绿黄橙红紫红紫蓝绿蓝蓝绿波长范围(l,nm)颜色吸收光物质的颜色互补色（三）吸收曲线（吸收光谱）——吸光度（A）与波长（λ）的关系曲线定性分析基础不同的物质具有不同的分子结构，因而具有不同的吸收曲线，可以根据吸收曲线的形状和最大吸收波长的位置，对物质进行定性分析。定量分析基础在同一波长下，物质的浓度越大，物质对光吸收程度越大。图11-2KMnO4溶液的吸收曲线(cKMnO4:a
证明
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：A=f(C、b、[Io])=lgIo/It=lg1/T=-lgT透射比光吸收定律——朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律I0IrItIa透射比或透光度TT=It/I0吸光度AA=lg(I0/It)＝lg(1/T)朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比（二）朗伯－比耳定律吸光光度法的理论依据，研究光吸收的最基本定律两者结合起来，得到朗伯—比尔定律：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的浓度及光程（溶液的厚度）成正比关系－－－朗伯比尔定律－－－光吸收定律其中，A:吸光度，T:透射比，K:比例常数，b:溶液厚度，c:溶液浓度K与吸光物质的性质、入射波长及温度有关。对于同一物质，当其它条件一定时，的大小就取决于如射光的波长λ。即=f(λ)A=bcA=Kbcc:mol/L表示物质的浓度为1mol/L，液层厚度为1cm时溶液的吸光度。单位：(L•mol-1•cm-1)c:g/LA=abcK为常数，它表示物质对光吸收的能力。K值随C的单位不同有两种表示方式。a:吸收系数，L·g-1·cm-1:摩尔吸收系数，L·mol-1·cm-1与吸光物质的性质、入射光波长、温度和溶剂等因素有关。不同物质具有不同的，它是在一定条件下，某物质对某一波长的光的吸收能力大小的量度。对于同一物质，当其它条件一定时，的大小就取决于如射光的波长λ。即=f(λ)λmax→max是衡量光度法灵敏度高低的重要指标。max越大，表明该物质的灵敏度越高。一般认为max>104L·mol-1·cm-1的方法是较灵敏的。与a的关系为：=aM桑德尔灵敏度S：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。ug/cm2朗伯—比尔定律的使用条件：解：吸光度A具有加和性。注意：A=A1+A2+..........+An在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各个吸光物质的吸光度之和。A1=1bc1A2=2bc2···An=nbcnA=1bc1+2bc2+···+nbcn三、引起偏离朗伯－比耳定律的因素负偏离正偏离（一）物理因素原因：1.非单色光；2.非平行入射光；3.介质不均匀1.非单色光（仪器本身所致）仪器使用的是连续光源，用单色器分光，由于单色器色散能力的限制和出口狭缝要保持一定的宽度，所以我们不可能得到纯的单色光。非单色光引起的偏移复合光由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。△A1=A1-A2△A2=A3-A4△A1>△A2直线偏向c轴 所以，比尔定律应在一定的浓度范围内使用A克服方法：3.介质不均匀散射、假吸收。克服方法：避免溶液产生胶体或浑浊2.非平行入射光导致光束的平均光程b′大于吸收池厚度b，实际测得的吸光度大于理论值，产生正偏离。入射光会因散射而损失，导致T减小，实测的A偏高b.入射波长选择在峰值位置（在波峰有一个A值相差较小的区域）a.尽量选用较好的单色器例，聚合引起的对吸光定律的偏离单体：2max=660nm二聚体：max=610nmA660nm610nmACmax=660nm（二）化学因素1.溶液浓度过高；2.化学反应——有色物离解、缔合....... [例如]Cr2O72-+H2O=2HCrO4-=2H++2CrO42- 橙色黄色λ1max=350nm λmax=375nm λ2max=450nm 等吸收点：λ335和λ445的曲线相交处两吸收物质的吸光度相等第二节吸光光度法的仪器一、目视法c4c3c2c1c1c2c3c42.特点：简单、可测微量，复合光，误差大。观察方向观察方向1.方法：二、光电比色法通过滤光片得一窄范围的光(几十nm)光电比色计结构示意图1.方法：（滤光片获取单色光）AC2.特点：准确度较高（消除人眼的主观因素）选择性较好（滤光片、参比液可消除干扰）三、分光光度法1.方法：同上。不同点：光栅或棱镜获取单色光四、基本构造由光源、单色器（分光系统）、吸收池（比色皿）、检测系统、信号显示系统五大部分组成。单色光纯度高测定多组分（利用A的加和性）应用范围广（无色、有色）2.特点：分光光度计的组成光源单色器吸收池检测系统显示系统紫外-可见分光光度计组件光源单色器吸收池检测系统信号显示系统氢灯，氘灯，185~375nm；钨灯，360~2500nm.基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定作用：将复合光色散成单色光棱镜光栅玻璃，360~3200nm,石英，200~4000nm平面透射光栅，反射光栅玻璃，光学玻璃，石英。玻璃比色皿——可见光区石英比色皿——可见光区、紫外光区作用：接收透射光，将光信号转换为电信号，并放大光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管（多道分析器）表头、记录仪、屏幕、数字显示常用光源各种谱学手段特有激光光源原子光谱特有空心阴极灯红外1000~3500能斯特灯紫外、可见（荧光）180~1000氙灯紫外，可见，近红外250~2000卤钨灯可见，近红外360~2500钨灯紫外185~400氘灯紫外185~375氢灯适用于波长范围(nm)光源第三节显色反应及其影响因素一、显色反应的类型及要求广义，有吸收对显色反应或显色剂的要求：[定义]显色反应：将被测组分转变为“有色物质”的反应ⅰ选择性好（最好是特效反应）ⅲ对比度要大，(max)最大吸收波长相差60nm以上ⅴ显色反应的条件要易于控制ⅱ灵敏度高（max﹥104L•mol-1•cm-1）ⅳMR稳定，组成恒定M无色+R=MR有色(主要是络合反应、氧化还原反应）lmax对比度(Δlmax)：络合物最大吸收波长(lMRmax)与试剂最大吸收波(lRmax)之差Δl络合反应氧化还原反应显色反应类型在分析化学中应用较多的是有机显色剂。二、无机离子的常用显色剂无机显色剂:过氧化氢，硫氰酸盐，氨水和钼酸铵等。无机显色剂在光度分析中应用不多，这主要是因为生成的络合物稳定性差，灵敏度和选择性都不高。有机显色剂与金属离子能形成稳定的、具有特征颜色的螯合物，其灵敏度和选择性都较高。有机显色剂：[定义]显色剂：能与被测组分反应生成有色物质的试剂三、影响显色反应的因素11112345661.溶液的酸度：[H+]一切反应的基础a.影响M的存在状态，[H+]↘，M会水解；b.影响[R]及颜色，[H+]↗，影响[R]（大多有机弱酸）影响颜色（大多酸碱指示剂）c.影响MRn组成显色反应酸度由实验测得：例如：铁（Ⅲ）与水杨酸的显色反应：pH<4时，生成1׃1紫色络合物Fe(ssal)+;pH=4～9时，生成1׃2红色络合物Fe(ssal)2-;pH>9时，生成1׃3黄色络合物Fe(ssal)33-。pH曲线中平坦部分所对应的pH范围即为显色反应适宜的酸度范围。2.显色剂的用量（CR）为使显色反应完全，一般R过量（同离子效应），但R也不能大过头，否则，物极必反（盐效应）。a.R本身有色，空白↗b.改变络合比，无法定量。例：Mo(Ⅴ)与SCN-:CR由实验确定3.时间tAtt由实验确定。显色后，至少应保持到测定工作做完。4.温度T大多显色反应在室温下进行，但也有需要加热才能完成的。V=f(T)T↗,V↗。但T太↗，有色物分解。合适的T由实验确定。5.溶剂和表面活性剂溶剂影响有色络合物的离解度溶剂影响有色络合物的显色速度溶剂影响有色络合物的颜色表面活性剂胶束增溶形成三元络合物6.干扰及消除a.干扰干扰物本身有色或与显色剂显色，+干扰干扰物与M、N反应，使显色不完全，-干扰b.消除控制酸度，使M显色，干扰不显色氧化还原，改变干扰离子价态掩蔽校正系数参比液：可消除显色剂和某些离子的干扰选择测，可避开干扰的吸收增加显色剂用量分离第四节光度法的测量及误差控制一.测量波长的选择(1)“最大吸收”原则—无干扰，选择max为测量波长(2)“吸收较大，干扰最小”原则—有干扰，选择不受干扰的次强吸收波长为测量波长AA1）非单色光影响小2）灵敏度高I0It参比I0´IrIaI0´Ir二.参比溶液的选择显色反应：M+R=MR有色A(样)=A(待测吸光物质)+A(干扰＋池)A(参比)=A(干扰+池)光度分析时，入射光先射入参比溶液，然后再入射样品溶液。参比溶液的作用：1）调节仪器的工作零点；2）消除吸收池、溶剂和试剂对光的吸收、反射或散射；3）扣除干扰。参比溶液的选择原则：扣除非待测组分的吸收A（样）=A（待测吸光物质）+A（干扰＋池）A（参比）=A（干扰+池）M无色+R=MR有色M’MRR’MRR’M’MRMR示意图显色空白有色有色试剂空白有色无色试样空白无色有色溶剂空白无色无色参比液试剂不只是R试样不只是M一般情况下，可选择不加试样溶液的试剂空白作参比溶液。显色空白（M、R均有色）加入试剂将M掩蔽：M+nL=MLn测定溶液：M+R+A+B+C+···参比溶液:MLn+R+A+B+C+···试剂空白（M无色、R有色）测定溶液：M+R+A+B+C+···参比溶液:R+A+B+C+···试样空白（M有色、R无色）测定溶液：M+R+A+B+C+···参比溶液:M+A+B+C+···三.吸光度测量的误差光度分析法的误差除了来源于朗伯－比耳定律的偏离以外，仪器测量不准确也是导致误差的原因。偏离A=bC任何光度计都有一定的测量误差。这些误差可能来源于光源不稳定、实验条件的偶然变动、读数不准确等。普通分光光度计的仪器测量误差主要是透射比的读数误差控制A=0.15～0.8T=70%～15%减少测量误差吸光度范围的控制方法选择CA=bC选择bA=bC为了减少仪器测量误差，应控制吸光度（透射比）的读数范围。可见：1）T在15%-70%（即A为0.15-0.8）时，由dT引起的Er较小；2）当T=e-1=0.368，即A=0.434时，Er最小，即浓度的测量误差最小。(1)选择合适的显色反应和显色条件(2)绘出被测组分的吸A收光谱曲线(用标液)λ(3)在λmax下测一系列
标准
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溶液A的A值，绘制工作曲线A-c(4)与工作曲线相同的方法，测未知物AX，从工作曲线上查（或计算）得到c查，计算得到cx。AxCC查第五节吸光光度分析方法一、经典光度分析方法（一）校准曲线法（工作曲线法）标准对照法(直接比较法)要求A与c线性关系良好，被测样品溶液与标准溶液浓度接近，以减少测定误差。用一份标准溶液即可计算出被测溶液的含量或浓度，方便，操作简单。将试样溶液和一个标准溶液在相同条件进行显色、定容，分别测出它们的吸光度，按下式计算被测溶液的浓度。k标=k测b标=b测所以（二）示差光度法（测高含量，技术处理）A0.81.20.4原理：设用于参比的标准溶液的浓度为Cs，待测试液的浓度Cx，且CspKa+2)：AB=BbC（3）在某一pH下(pH在pKa附近)，HB、B-均存在：2、络合物组成的测定(1)摩尔比法:[前提]：1.M、R均无色，即M和R均不干扰MRn；2.MRn稳定；3.n值大M+nR＝MRn(有色）最终体积10mL固定CM，改变CR，配制一系列CR/CM不同的溶液，在λmax处分别测量各溶液的吸光度A，作A∽CR/CM图。CM=CR=1:13:1c(R)/c(M)A1.02.03.0n=(CR/CM)转折点摩尔比法适用于解离度小、稳定性高、络合比高的络合物组成的测定。(2)等摩尔连续变化法:M+nR＝MRn(有色）保持CM+CR为常数，连续改变CR和CM比值，配制一系列显色溶液，分别测量系列溶液的吸光度A，以A对CM/（CM+CR）作图。最终体积10mLCR=CM=CM+CR=CM:R=1:10.50.33cM/ccM/cM:R=1:2n=(CR/CM)转折点等摩尔连续变化法适用于络合比低、稳定性较高的络合物组成的测定。络合物不稳定常数K′的测定(设M、R均无吸收)0.5cM/cM:R=1:1A0AMR=M+RCC(1-)CCBB´
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