9分光光度分析法解讀課件

第9章分光光度法9.1概述9.1.1定義分光光度法是基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法，包括比色法、可見及紫外分光光度法及紅外光譜法等。我們重點討論可見光區(qū)的分光光度法。9.1.2分光光度法的特點

a靈敏度高。常用于測定試樣中質(zhì)量分數(shù)為1%~10-5的微量組分，甚至可測定低至質(zhì)量分數(shù)為10-6~10-8的痕量組分。b準確度較高。目視比色法的相對誤差為5%~10%，分光光度法為2%~5%。c應用廣泛。幾乎所有的無機離子和許多有機化合物都可以直接或間接地用目視比色法或分光光度法進行測定。d儀器簡單、操作簡便、快速。12/10/2022第9章分光光度法9.1概述12/10/20221相關概念*吸收光譜：原子吸收光譜和分子吸收光譜。是因物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性吸收作用而產(chǎn)生的。*單色光：具同一波長的光。*復合光：由不同波長組成的光。*紫外光：波長200~400nm。*可見光：人眼能感覺到的光，波長在400~750nm。它是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各種色光按一定比例混合而成的。*波段：各種色光的波長范圍不同。*互補色光：按一定比例混合，得到白光。*物質(zhì)的顏色是因物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性吸收作用而產(chǎn)生的。9.1.3溶液的顏色與光吸收的關系

12/10/20221相關概念9.1.3溶液的顏色與光吸收的關系12/10*吸收光譜曲線或光吸收曲線：以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖。*最大吸收波長：光吸收程度最大充處的波長，用λmax表示。*吸光度A(也稱消光度E或光密度D)：溶液對光的吸收程度。在可見光，KMnO4溶液對波長525nm附近綠色光的吸收最強，而對紫色和紅色的吸收很弱。λmax=525nm。濃度不同時，光吸收曲線形狀相同，λmax不變，吸光度不同。12/10/2022*吸收光譜曲線或光吸收曲線：以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標9.2光吸收基本定律9.2.1朗伯-比爾定律當一束平行單色光通過任何均勻、非散射的固體、液體或氣體介質(zhì)時，一部分被吸收，一部分透過介質(zhì)，一部分被器皿的表面反射。如圖所示，設人射光強度為I0收光強度為Ia，透過光強度為It，反射光強度為Ir。12/10/20229.2光吸收基本定律12/10/2022在分光光度分析法中，試液和空白溶液分別置于同樣質(zhì)料及厚度的吸收池中，然后讓強度為I0的單色光分別通過這兩個吸收池，再測量其透過光的強度。此時反射光強度基本上是不變的，且其影響可以相互抵消。透光度或透光率透過光強度It與人射光強度Io之比稱為透光度或透光率，用T表示溶液的透光度愈大，表示它對光的吸收愈小;相反，透光度愈小，表示它對光的吸收愈大。12/10/2022在分光光度分析法中，試液和空白溶液分別置于同樣質(zhì)

朗伯(LambertJH)和比爾(BeerA)分別于1760和1852年研究了光的吸收與溶液層的厚度及溶液濃度的定量關系，二者結(jié)合稱為朗伯-比爾定律，也稱為光的吸收定律。

當一束強度為I0的平行單色光垂直照射到長度為b的液層、濃度為c的溶液時，由于溶液中吸光質(zhì)點(分子或離子)的吸收，通過溶液后光的強度減弱為I：12/10/2022朗伯(LambertJH)和比爾(Bee*摩爾吸收系數(shù)當濃度c用mol·L-1，液層厚度b用cm為單位表示，則K用另一符號ε來表示。ε稱為摩爾吸收系數(shù)，單位為L·mol-l·cm-1，它表示物質(zhì)的量濃度為lmol·L-1，液層厚度為lcm時溶液的吸光度。9.2.2摩爾吸收系數(shù)12/10/2022*摩爾吸收系數(shù)9.2.2摩爾吸收系數(shù)12/10/2022例濃度為25.5μg/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙光度法測定，在波長600nm處用2cm比色皿測量A=0.297，計算摩爾吸光系數(shù)。解：12/10/2022例濃度為25.5μg/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草9.2.3對朗伯-比爾定律的偏離

在分光光度分析中，經(jīng)常出現(xiàn)標準曲線不呈直線的情況，特別是當吸光物質(zhì)濃度較高時，明顯地看到通過原點向濃度軸彎曲的現(xiàn)象(吸光度軸彎曲)。這種情況稱為偏離朗伯-比爾定律。若在曲線彎曲部分進行定量，將會引起較大的誤差。偏離朗伯－比爾定律的原因主要是儀器或溶液的實際條件與朗伯-比爾定律所要求的理想條件不一致。12/10/20229.2.3對朗伯-比爾定律的偏離偏離朗伯－比爾定律（1）非單色光引起的偏離（2）介質(zhì)不均勻引起的偏離（3）由于溶液本身的化學反應引起的偏離:溶液中的吸光物質(zhì)常因解離、締合、形成新化合物或互變異構(gòu)等化學變化而改變其濃度，因而導致偏離朗伯—比爾定律。

較平坦不平坦12/10/2022（1）非單色光引起的偏離較平坦不平坦12/10/20229.3光度分析的方法和儀器9.3.1目視比色法用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法。優(yōu)點是儀器簡單，操作簡便，適宜于大批試樣的分析。靈敏度高，因為是在復合光-白光下進行測定，故某些顯色反應不符合朗伯-比爾定律時，仍可用該法進行測定。主要缺點是準確度不高，標準系列不能久存，需要在測定時臨時配制。12/10/20229.3光度分析的方法和儀器12/10/20229.3.2標準曲線法

借助分光光度計來測量一系列標準溶液的吸光度，繪制標準曲線，根據(jù)被測試液的吸光度，從標準曲線上求得被測物質(zhì)的濃度或含量。12/10/20229.3.2標準曲線法12/10/20229.3.4分光光度計及其基本部件

分光光度計按工作波長范圍分類，紫外、可見分光光度計應用于無機物和有機物含量的測定，紅外分光光度計主要用于結(jié)構(gòu)分析。分光光度計又可分為單光束和雙光束兩類。722型分光光度計是數(shù)字顯示的單光束、可見分光光度計。

分光光度計的基本部件:光源、單色器、比色皿、檢測器和顯示裝置。12/10/20229.3.4分光光度計及其基本部件12/10/2022*光源

用6~12V鎢絲燈作可見光區(qū)的光源，發(fā)出的連續(xù)光譜在360~800nm范圍內(nèi)。光源應該穩(wěn)定，即要求電源電壓保持穩(wěn)定。為此，通常在儀器內(nèi)同時配有電源穩(wěn)壓器。

氫燈氘燈鎢燈汞燈*比色皿也稱吸收池。用于盛放試液的容器。它是由無色透明、耐腐蝕、化學性質(zhì)相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分為0.5cm，lcm，2cm，3cm和5cm。在可見光區(qū)測量吸光度時使用玻璃吸收池，紫外區(qū)則使用石英吸收池。使用比色皿時應注意保持清潔、透明，避免磨損透光面。12/10/2022*光源*比色皿也稱吸收池。用于盛放試液的容器。12/10/*比色皿也稱吸收池。用于盛放試液的容器。它是由無色透明、耐腐蝕、化學性質(zhì)相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分為0.5cm，lcm，2cm，3cm和5cm。

在可見光區(qū)測量吸光度時使用玻璃吸收池，紫外區(qū)則使用石英吸收池。使用比色皿時應注意保持清潔、透明，避免磨損透光面。12/10/2022*比色皿也稱吸收池。用于盛放試液的容器。12/10/2029.4顯色反應和顯色條件9.4.1顯色反應待測物質(zhì)本身有較深的顏色，直接測定；待測物質(zhì)是無色或很淺的顏色，需要選適當?shù)脑噭┡c被測離子反應生成有色化合物再進行測定，此反應稱為顯色反應，所用的試劑稱為顯色劑。

按顯色反應的類型來分，主要有氧化還原反應和絡合反應兩大類，而絡合反應是最主要的。12/10/20229.4顯色反應和顯色條件9.4.1顯色反應12/10/（1）顯色反應的選擇A選擇性好，干擾少，或干擾容易消除;靈敏度高，有色物質(zhì)的ε應大于104。B有色化合物的組成恒定，符合一定的化學式。C有色化合物的化學性質(zhì)穩(wěn)定，至少保證在測量過程中溶液的吸光度基本恒定。這就要求有色化合物不容易受外界環(huán)境條件的影響。D有色化合物與顯色劑之間的顏色差別要大，即顯色劑對光的吸收與絡合物的吸收有明顯區(qū)別，要求兩者的吸收峰波長之差Δλ(稱為對比度)大于60nm。12/10/2022（1）顯色反應的選擇12/10/2022（2）顯色劑無機顯色劑不多，因為生成的絡合物不穩(wěn)定，靈敏度和選擇性也不高。如用KSCN顯色測鐵、鉬、鎢和鈮；用鉬酸銨顯色測硅、磷和釩;用H2O2顯色測鈦等。

12/10/2022（2）顯色劑12/10/2022實驗條件包括：溶液酸度，顯色劑用量，試劑加入順序，顯色時間，顯色溫度，有機絡合物的穩(wěn)定性及共存離子的干擾等。9.4.2顯色條件的選擇（1）溶液的酸度（2）顯色劑的用量（3）顯色反應時間（4）顯色反應溫度（5）溶劑

12/10/2022實驗條件包括：溶液酸度，顯色劑用量，試劑加入順序在分光光度分析中，儀器測量不準確也是誤差的主要來源。任何光度計都有一定的測量誤差。這些誤差可能來源于光源不穩(wěn)定，實驗條件偶然變動，讀數(shù)不準確等。在光度計中，透射比的標尺刻度均勻。吸光度標尺刻度不均勻。對于同一儀器，讀數(shù)的波動對透射比為一定值；而對吸光度讀數(shù)波動則不再為定值。吸光度越大，讀數(shù)波動所引起的吸光度誤差也越大。9.5儀器測量測量誤差和測量條件9.5.1儀器測量測量誤差12/10/2022在分光光度分析中，儀器測量不準確也是誤差的主

透射比很小或很大時，濃度測量誤差都較大，即光度測量最好選吸光度讀數(shù)在刻度尺的中間而不落兩端。待測溶液的透射比T在15%~65%之間，或使吸光度A在0.2~0.8之間，才能保證測量的相對誤差較小。當A=0.434(或透光率T=36.8%)時，測量的相對誤差最小。12/10/2022透射比很小或很大時，濃度測量誤差都較大，即光度（1）測量波長的選擇為了使測定結(jié)果有較高的靈敏度，應選擇被測物質(zhì)的最大吸收波長的光作為入射光，這稱為“最大吸收原則”。選用這種波長的光進行分析，不僅靈敏度高，且能減少或消除由非單色光引起的對朗伯-比爾定律的偏離。但是，在最大吸收波長處有其他吸光物質(zhì)干擾測定時，則可選另一靈敏度稍低，但能避免干擾的入射光波長。9.5.2測量條件的選擇12/10/2022（1）測量波長的選擇9.5.2測量條件的選擇12/10例丁二酮肟光度法測鋼中鎳，絡合物丁二酮肟鎳的最大吸收波長為470nm，但試樣中的鐵用酒石酸鈉掩蔽后，在470nm處也有一定吸收，干擾鎳的測定。為避免鐵的干擾，可以選擇波長520nm進行測定，雖然測鎳的靈敏度有所降低，但酒石酸鐵不干擾鎳的測定。12/10/2022例丁二酮肟光度法測鋼中鎳，絡合物丁二酮（2）吸光度范圍的選擇從儀器測量誤差的角度來看，為使測量結(jié)果得到較高準確度，一般控制標準溶液和被測試液的吸光度在0.2~0.8范圍內(nèi)。可通過控制溶液的濃度或選擇不同厚度的吸收池來達到目的。(3)參比溶液的選擇利用參比溶液來調(diào)節(jié)儀器的零點，可消除由吸收池壁及溶劑對入射光的反射和吸收帶來的誤差，扣除干擾的影響。12/10/2022（2）吸光度范圍的選擇9.6分光光光度法的應用9.6.1標準曲線法9.6.2標準對照法為減少測定誤差，標準品溶液和被測溶液的濃度應相接近。

12/10/20229.6分光光光度法的應用9.6.1標準曲線法為減少測定9.6.2絡合物組成的測定固定一種組分(通常是金屬離子M)的濃度，改變絡合劑(R)的濃度，得到一系列[R]/[M]比值不同的溶液，并配制相應的試劑空白作參比液，分別測定其吸光度。以吸光度A為縱坐標，[R]/[M]為橫坐標作圖。12/10/20229.6.2絡合物組成的測定以吸光度A為縱坐第9章分光光度法9.1概述9.1.1定義分光光度法是基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法，包括比色法、可見及紫外分光光度法及紅外光譜法等。我們重點討論可見光區(qū)的分光光度法。9.1.2分光光度法的特點

a靈敏度高。常用于測定試樣中質(zhì)量分數(shù)為1%~10-5的微量組分，甚至可測定低至質(zhì)量分數(shù)為10-6~10-8的痕量組分。b準確度較高。目視比色法的相對誤差為5%~10%，分光光度法為2%~5%。c應用廣泛。幾乎所有的無機離子和許多有機化合物都可以直接或間接地用目視比色法或分光光度法進行測定。d儀器簡單、操作簡便、快速。12/10/2022第9章分光光度法9.1概述12/10/20221相關概念*吸收光譜：原子吸收光譜和分子吸收光譜。是因物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性吸收作用而產(chǎn)生的。*單色光：具同一波長的光。*復合光：由不同波長組成的光。*紫外光：波長200~400nm。*可見光：人眼能感覺到的光，波長在400~750nm。它是由紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等各種色光按一定比例混合而成的。*波段：各種色光的波長范圍不同。*互補色光：按一定比例混合，得到白光。*物質(zhì)的顏色是因物質(zhì)對不同波長的光具有選擇性吸收作用而產(chǎn)生的。9.1.3溶液的顏色與光吸收的關系

12/10/20221相關概念9.1.3溶液的顏色與光吸收的關系12/10*吸收光譜曲線或光吸收曲線：以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖。*最大吸收波長：光吸收程度最大充處的波長，用λmax表示。*吸光度A(也稱消光度E或光密度D)：溶液對光的吸收程度。在可見光，KMnO4溶液對波長525nm附近綠色光的吸收最強，而對紫色和紅色的吸收很弱。λmax=525nm。濃度不同時，光吸收曲線形狀相同，λmax不變，吸光度不同。12/10/2022*吸收光譜曲線或光吸收曲線：以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標9.2光吸收基本定律9.2.1朗伯-比爾定律當一束平行單色光通過任何均勻、非散射的固體、液體或氣體介質(zhì)時，一部分被吸收，一部分透過介質(zhì)，一部分被器皿的表面反射。如圖所示，設人射光強度為I0收光強度為Ia，透過光強度為It，反射光強度為Ir。12/10/20229.2光吸收基本定律12/10/2022在分光光度分析法中，試液和空白溶液分別置于同樣質(zhì)料及厚度的吸收池中，然后讓強度為I0的單色光分別通過這兩個吸收池，再測量其透過光的強度。此時反射光強度基本上是不變的，且其影響可以相互抵消。透光度或透光率透過光強度It與人射光強度Io之比稱為透光度或透光率，用T表示溶液的透光度愈大，表示它對光的吸收愈小;相反，透光度愈小，表示它對光的吸收愈大。12/10/2022在分光光度分析法中，試液和空白溶液分別置于同樣質(zhì)

朗伯(LambertJH)和比爾(BeerA)分別于1760和1852年研究了光的吸收與溶液層的厚度及溶液濃度的定量關系，二者結(jié)合稱為朗伯-比爾定律，也稱為光的吸收定律。

當一束強度為I0的平行單色光垂直照射到長度為b的液層、濃度為c的溶液時，由于溶液中吸光質(zhì)點(分子或離子)的吸收，通過溶液后光的強度減弱為I：12/10/2022朗伯(LambertJH)和比爾(Bee*摩爾吸收系數(shù)當濃度c用mol·L-1，液層厚度b用cm為單位表示，則K用另一符號ε來表示。ε稱為摩爾吸收系數(shù)，單位為L·mol-l·cm-1，它表示物質(zhì)的量濃度為lmol·L-1，液層厚度為lcm時溶液的吸光度。9.2.2摩爾吸收系數(shù)12/10/2022*摩爾吸收系數(shù)9.2.2摩爾吸收系數(shù)12/10/2022例濃度為25.5μg/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙光度法測定，在波長600nm處用2cm比色皿測量A=0.297，計算摩爾吸光系數(shù)。解：12/10/2022例濃度為25.5μg/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草9.2.3對朗伯-比爾定律的偏離

在分光光度分析中，經(jīng)常出現(xiàn)標準曲線不呈直線的情況，特別是當吸光物質(zhì)濃度較高時，明顯地看到通過原點向濃度軸彎曲的現(xiàn)象(吸光度軸彎曲)。這種情況稱為偏離朗伯-比爾定律。若在曲線彎曲部分進行定量，將會引起較大的誤差。偏離朗伯－比爾定律的原因主要是儀器或溶液的實際條件與朗伯-比爾定律所要求的理想條件不一致。12/10/20229.2.3對朗伯-比爾定律的偏離偏離朗伯－比爾定律（1）非單色光引起的偏離（2）介質(zhì)不均勻引起的偏離（3）由于溶液本身的化學反應引起的偏離:溶液中的吸光物質(zhì)常因解離、締合、形成新化合物或互變異構(gòu)等化學變化而改變其濃度，因而導致偏離朗伯—比爾定律。

較平坦不平坦12/10/2022（1）非單色光引起的偏離較平坦不平坦12/10/20229.3光度分析的方法和儀器9.3.1目視比色法用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法。優(yōu)點是儀器簡單，操作簡便，適宜于大批試樣的分析。靈敏度高，因為是在復合光-白光下進行測定，故某些顯色反應不符合朗伯-比爾定律時，仍可用該法進行測定。主要缺點是準確度不高，標準系列不能久存，需要在測定時臨時配制。12/10/20229.3光度分析的方法和儀器12/10/20229.3.2標準曲線法

借助分光光度計來測量一系列標準溶液的吸光度，繪制標準曲線，根據(jù)被測試液的吸光度，從標準曲線上求得被測物質(zhì)的濃度或含量。12/10/20229.3.2標準曲線法12/10/20229.3.4分光光度計及其基本部件

分光光度計按工作波長范圍分類，紫外、可見分光光度計應用于無機物和有機物含量的測定，紅外分光光度計主要用于結(jié)構(gòu)分析。分光光度計又可分為單光束和雙光束兩類。722型分光光度計是數(shù)字顯示的單光束、可見分光光度計。

分光光度計的基本部件:光源、單色器、比色皿、檢測器和顯示裝置。12/10/20229.3.4分光光度計及其基本部件12/10/2022*光源

用6~12V鎢絲燈作可見光區(qū)的光源，發(fā)出的連續(xù)光譜在360~800nm范圍內(nèi)。光源應該穩(wěn)定，即要求電源電壓保持穩(wěn)定。為此，通常在儀器內(nèi)同時配有電源穩(wěn)壓器。

氫燈氘燈鎢燈汞燈*比色皿也稱吸收池。用于盛放試液的容器。它是由無色透明、耐腐蝕、化學性質(zhì)相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分為0.5cm，lcm，2cm，3cm和5cm。在可見光區(qū)測量吸光度時使用玻璃吸收池，紫外區(qū)則使用石英吸收池。使用比色皿時應注意保持清潔、透明，避免磨損透光面。12/10/2022*光源*比色皿也稱吸收池。用于盛放試液的容器。12/10/*比色皿也稱吸收池。用于盛放試液的容器。它是由無色透明、耐腐蝕、化學性質(zhì)相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分為0.5cm，lcm，2cm，3cm和5cm。

在可見光區(qū)測量吸光度時使用玻璃吸收池，紫外區(qū)則使用石英吸收池。使用比色皿時應注意保持清潔、透明，避免磨損透光面。12/10/2022*比色皿也稱吸收池。用于盛放試液的容器。12/10/2029.4顯色反應和顯色條件9.4.1顯色反應待測物質(zhì)本身有較深的顏色，直接測定；待測物質(zhì)是無色或很淺的顏色，需要選適當?shù)脑噭┡c被測離子反應生成有色化合物再進行測定，此反應稱為顯色反應，所用的試劑稱為顯色劑。

按顯色反應的類型來分，主要有氧化還原反應和絡合反應兩大類，而絡合反應是最主要的。12/10/20229.4顯色反應和顯色條件9.4.1顯色反應12/10/（1）顯色反應的選擇A選擇性好，干擾少，或干擾容易消除;靈敏度高，有色物質(zhì)的ε應大于104。B有色化合物的組成恒定，符合一定的化學式。C有色化合物的化學性質(zhì)穩(wěn)定，至少保證在測量過程中溶液的吸光度基本恒定。這就要求有色化合物不容易受外界環(huán)境條件的影響。D有色化合物與顯色劑之間的顏色差別要大，即顯色劑對光的吸收與絡合物的吸收有明顯區(qū)別，要求兩者的吸收峰波長之差Δλ(稱為對比度)大于60nm。12/10/2022（1）顯色反應的選擇12/10/2022（2）顯色劑無機顯色劑不多，因為生成的絡合物不穩(wěn)定，靈敏度和選擇性也不高。如用KSCN顯色測鐵、鉬、鎢和鈮；用鉬酸銨顯色測硅、磷和釩;用H2O2顯色測鈦等。

12/10/2022（2）顯色劑12/10/2022實驗條件包括：溶液酸度，顯色劑用量，試劑加入順序，顯色時間，顯色溫度，有機絡合物的穩(wěn)定性及共存離子的干擾等。9.4.2顯色條件的選擇（1）溶液的酸度（2）顯色劑的用量（3）顯色反應時間（4）顯色反應溫度（5）溶劑

12/10/2022實驗條件包括：溶液酸度，顯色劑用量，試劑加入順序在分光光度分析中，儀器測量不準確也是誤差的主要來源。任何光度計都有一定的測量誤差。這些誤差可能來源于光源不穩(wěn)定，實驗條件偶然變動，讀數(shù)不準確等。在光度計中，透射比的標尺刻度均勻。吸光度標尺刻度不均勻。對于同一儀器，讀數(shù)的波動對透射比為一定值；而對吸光度讀數(shù)波動則不再為定值。吸光度越大，讀數(shù)波動所引起的吸光度誤差也越大。9.5儀器測量測量誤差和測量條件9.5.1儀器測量測量誤差12/10/2022在分光光度分析中，儀器測量不準確也是誤差的主

透射比很小或很大時，濃度測量誤差都較大，即光度測量最好選吸光度讀數(shù)在刻度尺的中