第八章吸光光度法

1、n儀器分析法儀器分析法采用較為特殊或復(fù)雜的采用較為特殊或復(fù)雜的儀儀器設(shè)備器設(shè)備，通過測量物質(zhì)的，通過測量物質(zhì)的某些某些物理物理或或物理化學(xué)物理化學(xué)性質(zhì)性質(zhì)參數(shù)或變化參數(shù)或變化來確定其化學(xué)來確定其化學(xué)組成、成分含量或結(jié)構(gòu)的組成、成分含量或結(jié)構(gòu)的分析方法分析方法化學(xué)反應(yīng)非必須條件化學(xué)反應(yīng)非必須條件n化學(xué)分析法化學(xué)分析法使用天平和玻璃器皿，基使用天平和玻璃器皿，基于化學(xué)反應(yīng)平衡之上的試于化學(xué)反應(yīng)平衡之上的試樣分析方法。樣分析方法。第八章第八章 吸光光度法吸光光度法n化學(xué)分析化學(xué)分析分離：分離：沉淀、萃取、蒸沉淀、萃取、蒸餾餾定性：定性：直接或通過簡單直接或通過簡單的化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)測量待測物測量待

2、測物）的顏色、沸熔點、氣的顏色、沸熔點、氣味、光學(xué)性質(zhì)（散射、味、光學(xué)性質(zhì)（散射、反射、衍射等）以及在反射、衍射等）以及在不同溶劑中的溶解特性不同溶劑中的溶解特性定量：定量：重量法、容量法重量法、容量法n儀器分析儀器分析分離：分離：色譜技術(shù)和毛細色譜技術(shù)和毛細管電泳管電泳定性或定量：定性或定量：利用物質(zhì)利用物質(zhì)原子、分子、離子等的原子、分子、離子等的特性，特性， 如如光吸收和發(fā)射光吸收和發(fā)射、電導(dǎo)、電導(dǎo)、電位、質(zhì)荷比電位、質(zhì)荷比、熒光、熒光結(jié)構(gòu)、形態(tài)、狀態(tài)分析結(jié)構(gòu)、形態(tài)、狀態(tài)分析及表征及表征定量分析定量分析n化學(xué)分析化學(xué)分析n容量分析容量分析n重量分析重量分析常量組分，準確度高常量組分，準確度

3、高n儀器分析儀器分析微量、痕量組分，準確微量、痕量組分，準確度較化學(xué)法差，而且不度較化學(xué)法差，而且不同方法之間差別較大同方法之間差別較大bVcaVc待待測測待待測測標標準準標標準準 可可為為任任意意數(shù)數(shù)值值）（aackS smMMmw稱量稱量待測待測稱量稱量待測待測 aclgkS 儀器分析方法的分類儀器分析方法的分類n光學(xué)分析法光學(xué)分析法n電化學(xué)分析法電化學(xué)分析法n色譜分析法色譜分析法（分離分析方法）（分離分析方法）n熱分析法熱分析法n其它分析方法（質(zhì)譜法、中子活化分析等）其它分析方法（質(zhì)譜法、中子活化分析等）n聯(lián)用技術(shù)聯(lián)用技術(shù)光學(xué)分析法光學(xué)分析法特性特性儀器方法儀器方法說明說明光發(fā)射光發(fā)射發(fā)

4、射光譜法、熒光發(fā)射光譜法、熒光/磷光、化學(xué)發(fā)光磷光、化學(xué)發(fā)光光由待測物產(chǎn)光由待測物產(chǎn)生生光吸收光吸收分光光度分光光度、聲光光譜、核磁、聲光光譜、核磁/電子自旋共電子自旋共振振光與待測物作光與待測物作用后發(fā)生變化用后發(fā)生變化光散射光散射濁度法、拉曼光譜濁度法、拉曼光譜光折射光折射折光分析、干涉法折光分析、干涉法光衍射光衍射X-射線和電子衍射光譜射線和電子衍射光譜光偏轉(zhuǎn)光偏轉(zhuǎn)旋光分析、旋光性色散分析、圓二色性光旋光分析、旋光性色散分析、圓二色性光譜譜電化學(xué)分析法電化學(xué)分析法特性特性儀器方法儀器方法說明說明電位電位電位分析電位分析四種電學(xué)特性的測四種電學(xué)特性的測量量電荷電荷電解電解/庫侖分析庫侖分析

5、電流電流-電位電位極譜（伏安）分析極譜（伏安）分析電阻電阻電導(dǎo)分析電導(dǎo)分析儀器分析法的特點儀器分析法的特點靈敏度高，檢測限低，適合微量、痕量、超痕量的成靈敏度高，檢測限低，適合微量、痕量、超痕量的成分的測定分的測定（化學(xué)法適合常量分析）（化學(xué)法適合常量分析）選擇性好選擇性好操作簡便，分析速度快，易于實現(xiàn)自動化操作簡便，分析速度快，易于實現(xiàn)自動化相對誤差較大相對誤差較大（較化學(xué)法準確性低，但在不斷提高）（較化學(xué)法準確性低，但在不斷提高）需要比較昂貴的專用儀器需要比較昂貴的專用儀器300400500600700 /nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2Abs

6、orbance350基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立的分析方法稱為基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立的分析方法稱為吸光光度吸光光度法法。包括比色法、可見及紫外分光光度法等。本章主要討論可。包括比色法、可見及紫外分光光度法等。本章主要討論可見光區(qū)的吸光光度法。利用可見光進行吸光光度法分析時，通見光區(qū)的吸光光度法。利用可見光進行吸光光度法分析時，通常將被測組分通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成有色化合物，然后進行吸光常將被測組分通過化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)變成有色化合物，然后進行吸光度的測量。例如：測量鋼樣中度的測量。例如：測量鋼樣中Mn的含量，在酸性溶液中將的含量，在酸性溶液中將Mn 氧化為氧化為MnO4-，然后進行吸光度的測量。

7、，然后進行吸光度的測量。 t0IIlgT1lgA（一）靈敏度高（一）靈敏度高吸光光度法常用于測定試樣中吸光光度法常用于測定試樣中10.001%的微量組分。的微量組分。對固體試樣一般可測至對固體試樣一般可測至10-4 %。（二）分析微量組分的準確度高（二）分析微量組分的準確度高例如：含鐵量為例如：含鐵量為0.001%的試樣，如果用滴定法測定，稱的試樣，如果用滴定法測定，稱量量1g試樣，僅含鐵試樣，僅含鐵0.01mg，無法用滴定分析法測定。如果用，無法用滴定分析法測定。如果用顯色劑顯色劑1，10-鄰二氮菲與亞鐵離子生成鄰二氮菲與亞鐵離子生成橙紅色橙紅色的的1，10-鄰鄰二氮菲亞鐵配合物，就可用吸光

8、光度法來測定。二氮菲亞鐵配合物，就可用吸光光度法來測定。Fe2+ + 3(1,10-phen) Fe(1,10-phen)3 2+ （三）操作簡便，測定快速（三）操作簡便，測定快速（四）應(yīng)用廣泛（四）應(yīng)用廣泛幾乎所有的無機離子和許多有機化合物都可直接或間接幾乎所有的無機離子和許多有機化合物都可直接或間接地用分光光度法測定?？捎脕硌芯炕瘜W(xué)反應(yīng)的機理、溶液中地用分光光度法測定?？捎脕硌芯炕瘜W(xué)反應(yīng)的機理、溶液中配合物的組成、測定一些酸堿的離解常數(shù)等。配合物的組成、測定一些酸堿的離解常數(shù)等。與化學(xué)分析法比較它具有如下特點：與化學(xué)分析法比較它具有如下特點： 8-1 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理一

9、、物質(zhì)對光的選擇吸收一、物質(zhì)對光的選擇吸收當(dāng)光束照射到物質(zhì)上時，光與物質(zhì)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生當(dāng)光束照射到物質(zhì)上時，光與物質(zhì)發(fā)生相互作用，產(chǎn)生了反射、散射、吸收或透射（了反射、散射、吸收或透射（p238, 圖圖9-1）。）。若被照射的是若被照射的是均勻的溶液，則光在溶液中的散射損失可以忽略。均勻的溶液，則光在溶液中的散射損失可以忽略。 當(dāng)一束由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各種顏色的光當(dāng)一束由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各種顏色的光復(fù)合而成的白光通過某一有色溶液時，一些波長的光被溶液復(fù)合而成的白光通過某一有色溶液時，一些波長的光被溶液吸收，另一些波長的光則透過。當(dāng)透射光波長在吸收，另一些波長的光則透

10、過。當(dāng)透射光波長在400-760nm范圍時，人眼可覺察到顏色的存在，這部分光被稱為可見光。范圍時，人眼可覺察到顏色的存在，這部分光被稱為可見光。透射光和吸收光呈互補色，即透射光和吸收光呈互補色，即物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色是與其吸收光物質(zhì)呈現(xiàn)的顏色是與其吸收光呈互補色的透射光的顏色呈互補色的透射光的顏色。 例如：例如：CuSO4溶液由于吸收了溶液由于吸收了580-600 nm的黃色光，呈的黃色光，呈現(xiàn)的是與黃色呈互補色的藍色。不同波長的光具有不同的顏現(xiàn)的是與黃色呈互補色的藍色。不同波長的光具有不同的顏色，見色，見P238，表，表9-1。 可見光區(qū)物質(zhì)吸光與顏色的關(guān)系可見光區(qū)物質(zhì)吸光與顏色的關(guān)系互補互補 /

11、nm顏色顏色互補光互補光400-450紫黃綠450-480藍藍黃黃480-490綠藍綠藍橙橙490-500藍綠藍綠紅紅500-560綠綠紅紫紅紫560-580黃綠黃綠紫紫580-610黃黃藍藍610-650橙橙綠藍綠藍650-760紅紅藍綠藍綠物質(zhì)吸收了光子的能量由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)（激發(fā)物質(zhì)吸收了光子的能量由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)（激發(fā)態(tài)），這個過程叫做物質(zhì)對光的吸收。態(tài)），這個過程叫做物質(zhì)對光的吸收。M（基態(tài)）（基態(tài)）+h M*(激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)) 當(dāng)照射光光子的能量當(dāng)照射光光子的能量h與物質(zhì)的基態(tài)與激發(fā)態(tài)能量之差相等與物質(zhì)的基態(tài)與激發(fā)態(tài)能量之差相等時，即時，即E= h，才能發(fā)生吸收。，才能發(fā)生吸

12、收。 不同的物質(zhì)由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的能級差，所以吸不同的物質(zhì)由于結(jié)構(gòu)不同而具有不同的能級差，所以吸收不同波長的光。物質(zhì)對不同波長光吸收能力的分布情況，收不同波長的光。物質(zhì)對不同波長光吸收能力的分布情況，稱為稱為吸收曲線吸收曲線，也稱為，也稱為吸收光譜吸收光譜。吸收曲線以波長為橫坐標，。吸收曲線以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標。每種物質(zhì)的吸收曲線，一般都有一個最大吸光度為縱坐標。每種物質(zhì)的吸收曲線，一般都有一個最大吸收峰，最大吸收峰所對應(yīng)吸收峰，最大吸收峰所對應(yīng)的波長叫做的波長叫做最大吸收波長最大吸收波長max。n定量分析基礎(chǔ)定量分析基礎(chǔ)420 440 460 480 500 520 540

13、560 580 600 620 640A1.00.50 樣樣品品池池1c2c3c4c 由由P239，圖，圖9-3可以看出：不同濃度的可以看出：不同濃度的1，10-鄰二氮雜鄰二氮雜菲亞鐵溶液對不同波長的光吸收情況不同，其最大吸收波菲亞鐵溶液對不同波長的光吸收情況不同，其最大吸收波長位于長位于510nm，即吸收的是綠光，呈現(xiàn)的是相應(yīng)的互補色，即吸收的是綠光，呈現(xiàn)的是相應(yīng)的互補色橙紅色。當(dāng)溶液濃度增大時，吸光度增大，但最大吸收波橙紅色。當(dāng)溶液濃度增大時，吸光度增大，但最大吸收波長長max不變。在吸光光度法分析中，一般都在最大吸收波不變。在吸光光度法分析中，一般都在最大吸收波長處測量吸光度。長處測量吸

14、光度。二、光吸收的基本定律二、光吸收的基本定律、朗伯、朗伯-比耳定律比耳定律1729年波格（年波格（Bouguer）建立了吸光度與吸收介質(zhì)厚度）建立了吸光度與吸收介質(zhì)厚度之間的關(guān)系。之間的關(guān)系。1760年朗伯（年朗伯（Lambert）用更準確的數(shù)學(xué)方法）用更準確的數(shù)學(xué)方法表達了這一關(guān)系。表達了這一關(guān)系。1852年比耳（年比耳（Beer）確定了吸光度與溶液）確定了吸光度與溶液濃度及液層厚度之間的關(guān)系，建立了光吸收的基本定律，稱濃度及液層厚度之間的關(guān)系，建立了光吸收的基本定律，稱為為朗伯朗伯-比耳定律比耳定律。當(dāng)一束平行單色光通過液層厚度為當(dāng)一束平行單色光通過液層厚度為b、吸光物質(zhì)的濃度、吸光物質(zhì)

15、的濃度為為c的單一均勻的，非散射的有色溶液時的單一均勻的，非散射的有色溶液時, 溶液的吸光度與溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度成正比。溶液濃度和液層厚度成正比。 A = lgI0/I = abc A：吸光度，：吸光度，A =lgI0/I ；T：透光度，：透光度，TI /I0；I0: 入射入射光強度；光強度； I: 透射光強度；透射光強度；a 稱為吸光系數(shù)；稱為吸光系數(shù)；b：液層厚度：液層厚度（光程長度），（光程長度），b的單位為的單位為 cm ；c為吸光物質(zhì)的濃度，為吸光物質(zhì)的濃度， 若若c的單位為的單位為g /L，則，則a的單位為的單位為Lg-1cm-1。當(dāng)當(dāng)c的單位為的單位為mol/L，則

16、此時吸光系數(shù)稱為，則此時吸光系數(shù)稱為摩爾吸光系數(shù)摩爾吸光系數(shù)，用用表示，單位為表示，單位為Lmol-1cm-1，它表示，它表示1mol/L吸光物質(zhì)，溶吸光物質(zhì)，溶液的厚度為液的厚度為1cm時溶液對光的吸收能力。時溶液對光的吸收能力。A= bc = M a 在分光光度分析的實際工作中，不能直接取在分光光度分析的實際工作中，不能直接取1mol/L這樣這樣高的濃度測定摩爾吸光系數(shù)高的濃度測定摩爾吸光系數(shù)值，而是在適宜的低濃度下值，而是在適宜的低濃度下測量吸光度測量吸光度A，然后通過計算求出，然后通過計算求出值。值。 例：鐵（例：鐵（II）濃度為）濃度為5.010-4g /L，與，與1，10-鄰二氮菲

17、反應(yīng)鄰二氮菲反應(yīng)生成橙紅色的配合物，該配合物在波長生成橙紅色的配合物，該配合物在波長508nm，比色皿厚，比色皿厚度為度為2cm時，測得時，測得A=0.19，計算該配合物的，計算該配合物的a及及 。解：解：a=A/bc=0.19/(25.010-4)=190Lg-1cm-1 =A/bc=0.19/(25.010-4/55.85) =1.1104 LmoL-1cm-1或或 = M a55.85190=1.1104 LmoL-1cm-1通常認為通常認為 104的顯色反應(yīng)是靈敏的，的顯色反應(yīng)是靈敏的， 60 nm）等。等。提高靈敏度和選擇性提高靈敏度和選擇性 22513SCNFeSCN51Fe 例：

18、例：淺黃淺黃無色無色血紅血紅（三）顯色劑在測定波長處無明顯吸收（三）顯色劑在測定波長處無明顯吸收這樣可使試劑空白一般較小。這樣可使試劑空白一般較小。 （四）有色化合物的組成要恒定，化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定（四）有色化合物的組成要恒定，化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定 這樣可以保證在測定過程中吸光度基本不變。這樣可以保證在測定過程中吸光度基本不變。 二、顯色條件的選擇二、顯色條件的選擇顯色反應(yīng)能否滿足光度法的要求，除了主要與顯色劑的顯色反應(yīng)能否滿足光度法的要求，除了主要與顯色劑的性質(zhì)有關(guān)系外，控制好顯色反應(yīng)的條件也是十分重要的。顯性質(zhì)有關(guān)系外，控制好顯色反應(yīng)的條件也是十分重要的。顯色條件包括顯色劑用量、酸度、顯色溫度、顯色

19、時間及干擾色條件包括顯色劑用量、酸度、顯色溫度、顯色時間及干擾的消除。的消除。（一）顯色劑的用量（一）顯色劑的用量M(被測組分被測組分)+R（顯色劑）（顯色劑）= MR（有色化合物）（有色化合物）為了使顯色反應(yīng)盡可能進行完全，加入適當(dāng)過量的顯色劑為了使顯色反應(yīng)盡可能進行完全，加入適當(dāng)過量的顯色劑是必要的。但也不能過量太多，否則會引起副反應(yīng)，對測定是必要的。但也不能過量太多，否則會引起副反應(yīng)，對測定反而不利。在實際工作中，顯色劑的適宜用量是通過實驗求反而不利。在實際工作中，顯色劑的適宜用量是通過實驗求得的。固定被測組分的濃度和其它條件，分別加入不同量的得的。固定被測組分的濃度和其它條件，分別加入

20、不同量的顯色劑，測量吸光度，做吸光度顯色劑，測量吸光度，做吸光度 顯色劑用量曲線。一般有顯色劑用量曲線。一般有三種情況，見三種情況，見P248，圖，圖9-14，其中，其中（a）最為常見。最為常見。 在在a-b范圍內(nèi)曲線平直，吸光度出現(xiàn)穩(wěn)定值，因此可在范圍內(nèi)曲線平直，吸光度出現(xiàn)穩(wěn)定值，因此可在a-b間選擇合適的顯色劑用量。間選擇合適的顯色劑用量。 （二）溶液的酸度二）溶液的酸度溶液酸度對顯色反應(yīng)的影響可從金屬離子、顯溶液酸度對顯色反應(yīng)的影響可從金屬離子、顯色劑及有色配合物三方面考慮。色劑及有色配合物三方面考慮。大部分高價金屬離子都易水解，顯然，金屬離大部分高價金屬離子都易水解，顯然，金屬離子的水

21、解，對于顯色反應(yīng)的進行是不利的，故溶液子的水解，對于顯色反應(yīng)的進行是不利的，故溶液的酸度不能太低。的酸度不能太低。 顯色劑多是有機弱酸，溶液的酸度影響著顯色顯色劑多是有機弱酸，溶液的酸度影響著顯色劑的離解，并影響顯色反應(yīng)的完全程度。此外，許劑的離解，并影響顯色反應(yīng)的完全程度。此外，許多顯色劑本身就是酸堿指示劑，溶液的酸度對顯色多顯色劑本身就是酸堿指示劑，溶液的酸度對顯色劑本身的顏色會產(chǎn)生改變。劑本身的顏色會產(chǎn)生改變。 溶液的酸度對有色配合物的組成及穩(wěn)定性也有溶液的酸度對有色配合物的組成及穩(wěn)定性也有影響。因此，某一顯色反應(yīng)最適宜的酸度可通過實影響。因此，某一顯色反應(yīng)最適宜的酸度可通過實驗來確定。

22、固定待測組分及顯色劑濃度，改變?nèi)芤候瀬泶_定。固定待測組分及顯色劑濃度，改變?nèi)芤簆H，測定其吸光度，做吸光度，測定其吸光度，做吸光度-pH關(guān)系曲線，曲線關(guān)系曲線，曲線平坦部分對應(yīng)的平坦部分對應(yīng)的pH為適宜的酸度范圍。為適宜的酸度范圍。（三）顯色溫度（三）顯色溫度合適的顯色溫度也必須通過實驗確定，做合適的顯色溫度也必須通過實驗確定，做A-T曲線。曲線。（四）顯色時間（四）顯色時間 有些顯色反應(yīng)較慢，需放置使其顯色完全。有些顯有些顯色反應(yīng)較慢，需放置使其顯色完全。有些顯色配合物不夠穩(wěn)定，放置后會產(chǎn)生部分分解，導(dǎo)致吸光色配合物不夠穩(wěn)定，放置后會產(chǎn)生部分分解，導(dǎo)致吸光度降低，因此適宜的顯色時間必須通過實

23、驗來確定。從度降低，因此適宜的顯色時間必須通過實驗來確定。從加入顯色劑計算時間，每隔幾分鐘測定一次吸光度，繪加入顯色劑計算時間，每隔幾分鐘測定一次吸光度，繪制制A-t曲線，來確定適宜的時間。曲線，來確定適宜的時間。（五）干擾的消除（五）干擾的消除主要有三種：利用掩蔽反應(yīng)、控制酸度、分離干擾離主要有三種：利用掩蔽反應(yīng)、控制酸度、分離干擾離子。子。 三、顯色劑三、顯色劑四、三元配合物四、三元配合物 顯色劑主要分為無機顯色劑和有機顯色劑兩大類，其中有機顯色劑由于大多與金屬離子生成極其穩(wěn)定的鰲合物，顯色反應(yīng)的選擇性和靈敏度都較無機顯色反應(yīng)高，因而廣泛地應(yīng)用于吸光光度分析中。這部分內(nèi)容可參考P24925

24、1。由于三元配合物具有獨特的分析特性，因而在分析化學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用。顯色劑種類顯色劑種類n無機無機（SCN-；MoO42-；H2O2）n有機有機OO型：型：磺基水楊酸磺基水楊酸NN型：型：ON型型： PAR S型型:雙硫腙雙硫腙OHCOOHSO3HNNNNNOH OHNH NHNSN8-4 吸光度測量條件的選擇吸光度測量條件的選擇上節(jié)主要介紹了顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇和控制對上節(jié)主要介紹了顯色反應(yīng)和顯色條件的選擇和控制對吸光光度法的影響，為使光度法有較高的靈敏度和準確性，吸光光度法的影響，為使光度法有較高的靈敏度和準確性，還必須控制適當(dāng)?shù)奈舛葴y量條件。選擇合適的測量條件，還必須控制適當(dāng)?shù)?/p>

25、吸光度測量條件。選擇合適的測量條件，可從下面幾個方面考慮：可從下面幾個方面考慮：一、入射光波長一、入射光波長入射光波長一般選擇溶液具有最大吸收時的波長，以入射光波長一般選擇溶液具有最大吸收時的波長，以便獲得較高的靈敏度。如果在最大波長處有干擾物質(zhì)的強便獲得較高的靈敏度。如果在最大波長處有干擾物質(zhì)的強烈吸收，則可選擇次強吸收峰，見烈吸收，則可選擇次強吸收峰，見p252，圖，圖9-15。二 、參比溶液參比溶液 為了使測得的吸光度能真實反映待測物質(zhì)對光的吸收，為了使測得的吸光度能真實反映待測物質(zhì)對光的吸收，必須校正比色皿、溶劑等對光的吸收造成的透射光強度的減必須校正比色皿、溶劑等對光的吸收造成的透射光強度的減弱。采用光學(xué)性質(zhì)相同、厚度相同的比色皿儲存參比溶液，弱。采用光學(xué)性質(zhì)相同、厚度相同的比色皿儲存參比溶液，調(diào)節(jié)儀器使透過參比皿的吸光度為零。也就是說，實際上是