第十章 吸光光度法

第10章吸光光度法Chapter10Absorptiometry

9/23/20231分析化學(xué)教研室吸光光度法又稱為分光光度法（Spectrophotometry）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、可見及紫外吸光光度法及紅外光譜法等。本章重點討論可見光區(qū)的吸光光度法。9/23/20232分析化學(xué)教研室10.1物質(zhì)對光的選擇性吸收和光吸收的基本定律10.1.1物質(zhì)對光的選擇性吸收光是一種電磁波，具有波粒二象性。可見光的波長范圍為400～750nm。紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。理論上將具有同波長的光稱為單色光，包含不同波長的光稱為復(fù)合光?；パa(bǔ)光：若兩種特定顏色的光按一定比例混合可以得到白光，則這兩種特定顏色的光稱為互補(bǔ)光。9/23/20233分析化學(xué)教研室物質(zhì)對光的選擇性吸收：光的吸收是物質(zhì)與光相互作用的一種形式，吸光物質(zhì)對可見光的吸收必須符合普郎克條件：只有當(dāng)入射光能量與物質(zhì)分子能級間的能量差

E相等時，才會被吸收，即9/23/20234分析化學(xué)教研室當(dāng)用頻率為

電磁輻射照射分子，若電磁輻射的能量h

恰好等于該分子的較高能級與較低能級能量差

E時，在微觀上出現(xiàn)分子由較低能級躍遷到較高能級；在宏觀上則體現(xiàn)在透射光的強(qiáng)度變?nèi)酢?/23/20235分析化學(xué)教研室吸收光譜有原子吸收光譜和分子吸收光譜。原子吸收光譜是由原子外層電子選擇性地吸收某些波長的電磁波而引起的。分子吸收光譜比較復(fù)雜，這是由于分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性所引起的。分子的能量：E分子=E電子+E振動+E轉(zhuǎn)動9/23/20236分析化學(xué)教研室分子內(nèi)部三種不同運動涉及三種躍遷能級三種能級躍遷所需能量大小的順序為△E電子＞△E振動＞△E轉(zhuǎn)動所以需要不同能量（波長）的電磁輻射使它們躍遷，即在不同的光學(xué)區(qū)出現(xiàn)吸收譜帶：△E電子(1～20eV)對應(yīng)的是紫外及可見光譜△E振動(0.05～1eV)對應(yīng)的紅外光譜△E轉(zhuǎn)動（0.005～0.05eV）9/23/20237分析化學(xué)教研室當(dāng)分子的價電子能級發(fā)生躍遷常伴隨著振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷，故價電子在每兩個能級間的躍遷所對應(yīng)的能量差往往不是象原子那樣表現(xiàn)為一個確定的數(shù)值，而是表現(xiàn)為多個彼此相差很小的數(shù)值，因此，紫外可見光譜為帶狀光譜。9/23/20238分析化學(xué)教研室10.1.2光吸收的基本定律當(dāng)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。I0=Ia+It+Ir在吸光光度法中，通常將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(qiáng)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(qiáng)度。此時反射光強(qiáng)度基本上是不變的，且其影響可以相互抵消，故上式可簡化為：I0=Ia+It9/23/20239分析化學(xué)教研室透過光強(qiáng)度It與入射光強(qiáng)度I0之比稱為透射比或透光度，用T表示：溶液的透射比愈大，表示它對光的吸收愈小；相反，透射比愈小，表示它對光的吸收愈大。9/23/202310分析化學(xué)教研室實踐證明，溶液對光的吸收程度，與溶液濃度、液層厚度及入射光波長等因素有關(guān)。保持入射光波長不變，朗伯(LambertJH)和比爾(BeerA)分別研究了光的吸收與溶液層的厚度及溶液濃度的定量關(guān)系，二者結(jié)合稱為朗伯-比爾定律，也稱為光的吸收定律。A為吸光度K為比例常數(shù)當(dāng)一束強(qiáng)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)點的吸收，通過溶液后光的強(qiáng)度減弱為I，則9/23/202311分析化學(xué)教研室上式是朗伯-比爾定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它表明：當(dāng)一束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)。式中比例常數(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)。吸光度A與溶液的透射比的關(guān)系為：9/23/202312分析化學(xué)教研室上式中的K值隨c、b所取單位不同而不同。當(dāng)濃度c用mol·L-1，液層厚度b用cm為單位表示，則K用

來表示，稱為摩爾吸收系數(shù)，單位為L·mol-1·cm-1，它表示物質(zhì)的量濃度為1mol·L-1，液層厚度為1cm時溶液的吸光度。A=bc摩爾吸收系數(shù)

反映吸光物質(zhì)對光的吸收能力，也反映用吸光光度法測定該物質(zhì)的靈敏度。在一定條件下是常數(shù)。9/23/202313分析化學(xué)教研室桑德爾靈敏度SS是指當(dāng)儀器的檢測極限為A=0.001時，單位截面積光程內(nèi)所能檢測出來的吸光物質(zhì)的最低含量，其單位為

g·cm-2，S與

及吸光物質(zhì)摩爾質(zhì)量M的關(guān)系為：9/23/202314分析化學(xué)教研室10.2分光光度計及吸收光譜9/23/202315分析化學(xué)教研室分光光度計的基本部件有：光源、單色器、比色皿、檢測器和顯示裝置。光源：通常用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(yīng)該穩(wěn)定。單色器：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置。分為棱鏡和光柵。比色皿：也稱吸收池。用于盛放試液的容器。9/23/202316分析化學(xué)教研室檢測器：接受從比色皿發(fā)出的透射光并轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行測量。分為光電管和光電倍增管。顯示裝置：把放大的信號以吸光度A或透射比T的方式顯示或記錄下來。分光光度計常用的顯示裝置是檢流計、微安表、數(shù)字顯示記錄儀。9/23/202317分析化學(xué)教研室如果測量某種物質(zhì)對不同波長單色光的吸收程度，以波長為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，可得到一條吸收光譜曲線。光吸收程度最大處的波長稱為最大吸收波長，用

max表示。濃度不同時，光吸收曲線形狀相同，最大吸收波長不變，只是相應(yīng)的吸光度大小不同。10.2.2吸收光譜9/23/202318分析化學(xué)教研室吸光度法特點靈敏度高：常用于測定試樣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～10-5

的微量組分，甚至可以測定低至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-6～10-8的痕量組分。準(zhǔn)確度高：2%～5%應(yīng)用廣泛：幾乎所有的無機(jī)離子和許多有機(jī)化合物都可以直接或間接地用吸光度法進(jìn)行測定。儀器簡單、操作簡便、快速。9/23/202319分析化學(xué)教研室參比溶液的選擇在進(jìn)行光度測量時，利用參比溶液來調(diào)節(jié)儀器的零點，可以消除由于吸收池壁及溶劑對入射光的反射和吸收帶來的誤差，并扣除干擾的影響。a.當(dāng)試劑及顯色劑均無色時，可用蒸餾水作參比溶液。b.顯色劑為無色，而被測試液中存在其他有色離子，可用不加顯色劑的被測試液作參比溶液。9/23/202320分析化學(xué)教研室c.顯色劑有顏色，可選擇不加試樣溶液的試劑空白作參比溶液。d.顯色劑和試液均有顏色，可將一份試液加入適當(dāng)掩蔽劑，將被測組分掩蔽起來，使之不再與顯色劑作用，而顯色劑及其他試劑均按試液測定方法加入，以此作為參比溶液，這樣就可以消除顯色劑和一些共存組分的干擾。e.改變加入試劑的順序，使被測組分不發(fā)生顯色反應(yīng)，可以此溶液作為參比溶液。9/23/202321分析化學(xué)教研室10.3顯色反應(yīng)及其影響因素將無色或淺色化合物轉(zhuǎn)化為有色化合物的反應(yīng)稱為顯色反應(yīng)，所用的試劑稱為顯色劑。1.顯色反應(yīng)的選擇選擇性好，干擾少，靈敏度足夠高，有色物質(zhì)

的應(yīng)大于104。b.有色化合物的組成恒定，符合一定的化學(xué)式。10.3.1顯色反應(yīng)和顯色劑9/23/202322分析化學(xué)教研室c.

有色化合物的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)足夠穩(wěn)定，至少保證在測量過程中溶液的吸光度基本恒定。d.有色化合物與顯色劑的顏色差別要大。2.顯色劑有機(jī)顯色劑分子中一般都含有生色團(tuán)和助色團(tuán)。3.多元絡(luò)合物（自學(xué)）9/23/202323分析化學(xué)教研室10.3.2影響顯色反應(yīng)的因素溶液的酸度酸度對顯色反應(yīng)的影響主要表現(xiàn)為：a.

影響顯色劑的平衡濃度和顏色顯色劑很多都是有機(jī)弱酸，酸度會影響顯色劑的平衡濃度，并影響顯色反應(yīng)的完全程度。如二甲酚橙。b.

影響被測金屬離子的存在狀態(tài)金屬離子在低酸度下易水解。c.

影響絡(luò)合物的組成。9/23/202324分析化學(xué)教研室顯色反應(yīng)的適宜酸度是通過實驗來確定的。具體方法是：固定溶液中被測組分與顯色劑的濃度，調(diào)節(jié)溶液不同的pH值，測定溶液的吸光度值。9/23/202325分析化學(xué)教研室2.顯色劑的用量3.顯色反應(yīng)時間配制一份顯色溶液,從加入顯色劑起計算時間,每隔幾分鐘測量一次A，制作A～t曲線，根據(jù)曲線來確定適宜的時間。9/23/202326分析化學(xué)教研室4.顯色反應(yīng)溫度通常，顯色反應(yīng)大多數(shù)在室溫下進(jìn)行，有些反應(yīng)必需加熱至一定溫度才能完成。5.溶劑有機(jī)溶劑常降低有色化合物的解離度，從而提高了顯色反應(yīng)的靈敏度。6.干擾及其消除方法干擾組分本身有顏色或與顯色劑反應(yīng)；干擾物質(zhì)在測量條件下從溶液中析出，使溶液變渾濁。9/23/202327分析化學(xué)教研室干擾消除方法：a.

控制酸度：b.加入掩蔽劑：掩蔽劑不與待測離子作用，掩蔽劑以及它與干擾組分形成的絡(luò)合物的顏色應(yīng)不干擾待測離子的測定。c.利用氧化還原反應(yīng)，改變干擾離子的價態(tài)：d.利用校正系數(shù)：e.利用參比溶液消除顯色劑和某些共存有色離子的干擾：9/23/202328分析化學(xué)教研室10.4吸光光度分析及誤差控制10.4.1測定波長的選擇和標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作1.測量波長的選擇最大吸收原則：選擇被測物質(zhì)的最大吸收波長的光作為入射光，此時，不僅靈敏度高，而且能夠減少或消除由非單色光引起的對朗伯-比爾定律的偏離。吸收最大、干擾最小原則：適用于在最大吸收波長有其他波長物質(zhì)干擾測定的情況。9/23/202329分析化學(xué)教研室2.標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作根據(jù)朗伯-比爾定律：吸光度與吸光物質(zhì)的含量成正比。這是吸光度法的定量基礎(chǔ)。在確定的測量波長和選擇的實驗條件下分別測量一系列不同含量的標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，以標(biāo)準(zhǔn)溶液中待測組分的含量為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，得標(biāo)準(zhǔn)曲線（或稱為工作曲線）。9/23/202330分析化學(xué)教研室吸光光度法誤差主要有：一是偏離朗伯-比爾定律；二是吸光度測量引起的誤差。10.4.2對朗伯-比爾定律的偏離在吸光光度分析中，經(jīng)常出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線不呈直線的情況，特別是當(dāng)吸光