第十章 吸光光度法

*第十章1第十章吸光光度法教材分析：

吸光光度法屬于光分析，是儀器分析的內(nèi)容，但由于這種方法的應用廣泛，儀器簡單，故均在分析化學課程中討論。③方法的具體應用。本章的重點是：①光吸收定律。②測量條件的選擇。*第十章2§10－1概述一、方法與特點基于物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的一種定量測試方法。它具有如下特點：2準確度好—相對誤差大（5%）但絕對誤差小。1靈敏度高—可測1%～10-5%甚至10-8%的組分。3操作簡便、測定快速—是儀器分析中最簡單的。4應用廣泛—可測物質(zhì)多，大小廠礦均有配備。*第十章3二、方法分類1根據(jù)比色的方法不同：目視比色法—利用人的眼睛來辨別顏色深淺的方法。光電比色法—利用光電轉(zhuǎn)換來辨別顏色深淺的方法。2根據(jù)儀器所用單色器不同：光度法—用濾光片分光的比色法。其儀器叫光度計。分光光度法—用棱鏡或光柵分光的比色法。其儀器叫分光光度計。*第十章43根據(jù)入射光的波長不同：紅外光譜法—物質(zhì)在紅外區(qū)對光的吸收。可見分光光度法—物質(zhì)在可見光區(qū)對光的吸收。紫外分光光度法—物質(zhì)在紫外區(qū)對光的吸收。本章僅討論可見光區(qū)的吸光光度法。*第十章5三、有色溶液的光學性質(zhì)1光是一種電磁波—具有波粒二重性。波動性粒子性可見光的波長越短，光的能量越大。光譜名稱波長范圍X射線0.1~10nm遠紫外光10~200nm近紫外光200~400nm可見光400~750nm近紅外光0.75~2.5um中紅外光2.5~5.0um遠紅外光5.0~1000um微波0.1~100cm無線電波1～1000m*第十章62光的互補—顏色相互轉(zhuǎn)換的原因。我們能見到的光叫可見光，白光是由7種不同顏色的單色光混合而成。即：

波長（nm)400450480500560600650750

顏色紫色藍色青色綠色黃色橙色紅色只有一種顏色的光叫單色光（嚴格地說是只有一種波長的光）。由幾種顏色組合而成光叫復合光。*第十章7白光紅橙黃黃綠綠青青藍藍紫紫紅若兩種不同顏色的單色光按一定的強度比混合而成為白色光。則這兩種單色光互稱為互補光。光的互補圖*第十章83光的選擇性吸收—物質(zhì)顯色的本質(zhì)。物質(zhì)所顯示出來的顏色是由于該物質(zhì)選擇性地吸收了該顏色的互補色。例如：CuSO4溶液顯藍色—吸收了白光中的黃色光KMnO4溶液顯紫色—吸收了白光中綠色光粉筆呈白色—粉筆對所有顏色的光全反射黑板呈黑色—黑板對所有顏色的光全吸收*第十章94吸收光譜。衡量某物質(zhì)對不同波長單色光的吸收程度的曲線叫吸收光譜，或叫吸收曲線。A

520KMnO4溶液的吸收光譜注意:1光吸收程度最大處所對應的波長叫最大吸收波長,用

max表示2濃度改變時吸光度相應改變,但

max不變,吸收曲線形狀不變。3繪制吸收曲線的目的是尋找該物質(zhì)的

max。*第十章10§10－2光吸收的基本定律光吸收基本定律討論的是溶液對光吸收程度的定量關(guān)系。即朗伯—比耳定律。一、朗伯定律。(Lambertlaw)一束單色、平行的入射光被溶液吸收的多少與溶液厚度成正比，這一規(guī)律叫朗伯定律。這一規(guī)律是1760年由朗伯提出，其定量關(guān)系推導如下：*第十章11如圖：IoIb△b入射光每經(jīng)過一個△b則減少：微分并整理：積分為：*第十章12根據(jù)：得：換成常用對數(shù)，并定義為吸光度，用A表示：······10－1*第十章13二、比耳定律。(Beerlaw)一束單色、平行的入射光通過液層厚度一定的均勻、非散射溶液時，被溶液吸收的多少與溶液的濃度成正比，這一規(guī)律叫比耳定律。這一規(guī)律是1852年由比耳提出，其定量關(guān)系推導如下：將db換成dc：······10－2*第十章14三、朗伯－比耳定律。(Lambert－Beerlaw)將上述兩個定律合并，即為朗伯－比耳定律。

當一束單色、平行光通過一均勻、無散射溶液時，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及液層厚度成正比?；颍菏街校篈—吸光度，無單位。k—吸光系數(shù)，有三種不同表示。c—溶液濃度，單位視k不同而異。b—液層厚度，單位為㎝。T—透光率，無單位。朗伯－比耳定律的物理意義：*第十章15四、常數(shù)k的不同表示。1吸光系數(shù)—a在A=k·b·c中，當c以g·L-1，b以㎝表示時，常數(shù)k以a表示。a稱為吸光系數(shù)，單位為：L·㎝-1·g-1

。則：A=a·b·c*第十章162摩爾吸光系數(shù)—

在A=k·b·c中，當c以mol·L-1，b以㎝表示時，常數(shù)k以

表示。

稱為摩爾吸光系數(shù)，單位為：L·mol-1·㎝-1

。則：A=

·b·c摩爾吸光系數(shù)是衡量有色物質(zhì)對光吸收能力的一個重要指標。它反映了在吸光光度分析中測定該物質(zhì)的靈敏度或顯色靈敏度。*第十章17①影響值大小的主要因素：物質(zhì)的種類—不同物質(zhì)其值不同。定性依據(jù)。入射光的波長—同一物質(zhì)在不同波長下測定，其值不同。溫度和其它條件—酸度、時間、共存離子干擾等。*第十章18②

值的獲得：從相關(guān)手冊中查找—但要嚴格控制使用條件。用實驗數(shù)據(jù)計算。3桑德爾靈敏度—S桑德爾靈敏度又叫靈敏度指數(shù)，其定義為：當溶液的吸光度為0.001時，單位截面積液柱所含待測物質(zhì)的最低含量，用S表示，單位為ug·㎝-2。A=S·b·c*第十章19例題1已知Cd2+含量為280ug·L-1的溶液用雙硫腙顯色后，用2㎝比色皿于520nm處測得其A為0.18，求

值？解：已知A=0.18,b=2MCd=112.4答：

值為3.6×104L·mol-1·㎝-1。*第十章204a、

、S三者之間的關(guān)系：①a與s關(guān)系：∵A=a·b·c=0.001則：c的單位是g·L-1

，可表示為：106ug·(1000㎝3)-1;b的單位是㎝，則b·c的單位是ug·㎝-2正好是s的單位。代入上式得：兩者在數(shù)值上互為倒數(shù)且兩者的單位保持不變。單位轉(zhuǎn)換*第十章21②s與

關(guān)系：同理有：兩者的關(guān)系是M與之對應倒數(shù)之乘積且兩者的單位保持不變。③a與

關(guān)系：同理有：兩者的關(guān)系是正比關(guān)系，比例系數(shù)是M。且兩者的單位保持不變。*第十章22例題2例1中求得

值為3.6×104L·mol-1·㎝-1

，則該有色化合物的S和a是多少？解：已知

=3.6×104L·mol-1·㎝-1

；MCd=112.4則：*第十章23五、吸光度的加和性。對于含有多種吸光物質(zhì)的有色溶液，在某一波長處的總吸光度為各吸光物質(zhì)的吸光度之和。吸光度的加和性是多組分定量測定的理論依據(jù)和計量基礎(chǔ)。*第十章24AC正偏離負偏離標準曲線（一）單色光不純設入射光由

1和

2組成對于

1有：對于入2同樣有：入1I01I1入2I02I2六、偏離朗伯－比耳定律的原因。*第十章25則總吸光度為：當

1=

2時，A與C成線性關(guān)系，符合朗伯-比耳定律。當

1≠

2時，則上式無法成立，故此時A與C不再成線性關(guān)系，偏離朗伯-比耳定律。與相差越大，這種偏離越嚴重。*第十章26設含相同的吸光物質(zhì)（a）、(b)兩液，其（a）>(b)的吸收曲線如右圖。測量時應選擇最大吸收波長λ1為測量波長，此時（a）液吸光度為A1，(b)液為A3。實際操作中，入射光為λ2～λ3的復合光，故(a)液吸光度介于A1～A2之間，產(chǎn)生負偏差。同理，(b)液則為A3～A4之間。由圖可見，（a）的吸收曲線陡峭，吸光度隨λ變化較大，負偏差嚴重，(b)液負偏差較小，故溶液的濃度越大，負偏差越大。在λmax附近，A隨λ變化較小，故此處負偏差較小，常選擇λmax處測量。*第十章27減少由非單色光引起的偏離朗伯－比耳定律的方法：①在合適的濃度范圍內(nèi)測定AC1C2A2A1

max在合適的濃度范圍內(nèi)測定引起的吸光度誤差最小。在

max附近測定引起的吸光度誤差最小。C3A3

選擇合適波長的入射光測定。*第十章28（二）溶液本身的化學反應和物理因素1由于溶液的化學反應引起的偏差。由于吸光物質(zhì)的離解、締合、絡合等化學變化而改變其濃度，因而引起朗伯比耳的偏差。例如：在強酸性溶液中，主要組分是在強堿性溶液中，主要組分是通過改變?nèi)芤核岫瓤煞謩e測得和的吸收曲線。曲線*第十章29當與不同時，引起偏差但當=時所對應的

稱為等吸點。在等吸點處測量可消除由于吸光物質(zhì)的離解而產(chǎn)生對朗伯—比耳定律的偏差。如酚紅在不同pH的吸光度：2由于介質(zhì)不均勻引起的偏差。嚴格地講，不能在膠體、乳濁液、懸浮液中測量。*第十章30§10－3顯色反應及反應條件的選擇一、吸光光度法對顯色反應的要求：1.靈敏度高2.選擇性好3.有色化合物組成恒定，性質(zhì)穩(wěn)定4.有色化合物與顯色劑有較大的顏色區(qū)別*第十章31二、顯色反應（一）、顯色劑R1、無機顯色劑無機顯色劑，如NH3、CN-等，由于生成的絡合物不夠穩(wěn)定，且靈敏度不高和分步絡合等原因而應用不多。到目前為止，可用的無機顯色劑僅有硫氰酸鹽、鉬酸銨和過氧化氫等。*第十章322、有機顯色劑大多數(shù)的有機顯色劑可與金屬離子生成穩(wěn)定的有色螯合物，顯色反應的靈敏度高、選擇性好，同時有色螯合物易被有機溶劑萃取，使比色靈敏度更高。常用有機顯色劑有：

磺基水揚酸測Fe3+

丁二酮肟測Ni2+

鄰二氮菲測Fe2+

雙硫腙測Cu2+、Pb2+、

Zn2+、

Cd2+、

Hg2+

偶氮胂測Th(Ⅳ)

、Zr(Ⅳ)

、U(Ⅳ)

、

鉻天青S測Al3+

結(jié)晶紫測Tl(鉈）*第十章33（二）、多元絡合物多元絡合物是由三種或三種以上的組分所形成的絡合物。目前應用較多是由一種金屬離子與兩種配位體所組成的三元絡合物。三元絡合物的特點組成恒定性質(zhì)穩(wěn)定選擇性好測定靈敏度高*第十章34三元絡合物的類型1.三元混配絡合物三元混配絡合物是由一種金屬離子與一種絡合劑先形成未飽和的絡合物后再與另一種絡合劑作用生成的三元混合配位絡合物。例如：V（V）·H2O2·PAR[4-(2-吡啶偶氮)間苯二酚],1:1:1測VTi（IV）·H2O2·XO(二甲酚橙),1:1:1測Ti*第十章35形成三元混配絡合物的條件：①金屬離子與兩種絡合劑都有形成絡合物的能力。

金屬離子有形成未飽和絡合物的性質(zhì)。即金屬離子具有較大的配位數(shù)n≥6。

兩種絡合劑與金屬離子配位時,要有適當?shù)目臻g因素。即先配位的絡合劑體積小,后配位的絡合劑體積大。這樣不會因第一種絡合劑體積大而阻礙第二種絡合劑的配位。*第十章362.離子締合物（離子對化合物）金屬離子先與一種絡合劑生成絡陰離子或絡陽離子，然后再與一種帶有相反電荷的離子形成離子締合物。例如：+溴鄰苯三酚紅陰離子深藍色*第十章373.金屬離子－絡合劑－表面活性劑體系某些金屬離子M與絡合劑L反應時，加入長碳鏈的季胺鹽、OP乳化劑等表面活性劑，可形成膠狀化合物而使吸收峰紅移，使測定靈敏度顯著提高。例如：Be(II)與鉻天青S反應無CPB存在：

max=569nm,=2×104有CPB存在：

max=625nm,=1×105此法可測天然水中的痕量鈹，S=0.2ug·L-1*第十章384.雜多蘭在酸性介質(zhì)中鉬酸根+磷酸根硅酸根砷酸根磷鉬酸銨硅鉬酸銨砷鉬酸銨（黃色沉淀）（雜多酸）雜多酸雜多蘭*第十章39三、顯色條件的選擇

（一）顯色劑用量M（待測組分）+R（顯色劑）

MR（有色絡合物）(a)種情況適用于光度分析，(b)種情況是生成淺色的高元絡合物，如Mo(SCN)n：*第十章40Mo(SCN)32+

Mo(SCN)5

Mo(SCN)6

淺紅橙紅

淺紅（c）種情況，是生成顏色逐漸加深的多元絡合物，如：Fe(SCN)n:Fe(SCN)2+…Fe(SCN)63-

顏色加深

（二）酸度由于大多數(shù)顯色劑是有機弱酸，且?guī)в兴釅A指示劑的性質(zhì)，在溶液種存在下列平衡：*第十章41HR

H++R-（顯色劑）+Men+

MeRn(有色絡合物)

影響顯色劑的平衡濃度及顏色，改變Δl

影響待測離子的存在狀態(tài)，防止沉淀形式pHλmax(nm)形式pHλmax(nm)H4L+1.2462-465Sn4+1.0530H3L4.8-5.2462,490Ga3+5.0550H2L-8.4-9.0512HL2-11.4-12.0532-538pH對苯芴酮及其絡合物的顏色影響*第十章42固定待測組分及顯色劑的濃度，改變?nèi)芤簆H值，測定其吸光度，作出吸光度—pH關(guān)系曲線，選擇曲線平坦部分對應的pH值作為測定條件。

影響絡合物組成*第十章43（三）顯色溫度、時間、溶劑及干擾的消除顯色溫度：一般在室溫下進行（實驗確定）2.顯色時間：通過實驗，作出吸光度-時間曲線，求出適宜的顯色時間。3.溶劑的影響有機溶劑降低有色化合物的解離度，提高顯色反應的靈敏度，如在Fe(SCN)3中加入丙酮顏色加深。還可能提高顯色反應的速度，影響有色絡合物的溶解度和組成等。*第十章444.干擾的消除：1）加入絡合掩蔽劑或氧化還原劑，使干擾離子生成無色絡合物或離子；2）選擇適當?shù)娘@色劑以避免干擾；3）分離干擾離子；4）選擇適當?shù)墓舛葴y量條件，消除干擾離子的影響。*第十章45§10－4比色方法及其儀器一、目視比色法目視比色法是用人的眼睛來辨別溶液顏色深淺以確定物質(zhì)含量的方法。目視比色法無需正規(guī)的儀器設備，所用的玻璃儀器就是幾支比色管和一組標準色階。目視比色法具有簡單、快速、方便之特點，適用于野外探礦和工業(yè)流程的監(jiān)控，但該法的缺點是準確度較差（TE：5%～20%）。*第十章46二、光電比色法光電比色法是用光電轉(zhuǎn)換裝置來辨別溶液顏色深淺以確定物質(zhì)含量的方法。光電比色法所用的儀器根據(jù)其單色器不同可分為：分光光度法按其工作波長不同又可分為：可見分光光度法：420－700nm，鎢燈，棱鏡，光電管，721,722。紫外可見分光光度法：200－1000nm,鎢燈+氫燈,光柵,光電管,751。紅外分光光度法：760－4000nm,輝光燈，棱鏡，輻射熱器,WFD。*第十章47主要部件：光源；單色器；比色皿；檢測器。*第十章481、光源作用：產(chǎn)生一定強度的光輻射。部件：6—12V鎢燈，

：360～1100nm

氫燈或氘燈，

：185～375nm。要求：產(chǎn)生的光輻射強度要恒定。2、單色器作用：將復合光分解為單色光。部件：棱鏡或光柵。要求：產(chǎn)生的單色光要有一定的純度和強度。*第十章493、比色皿作用：裝待測溶液。部件：玻璃比色皿或石英比色皿。要求：厚度均勻，透明無擦痕。比色皿使用注意事項a、比色皿其兩邊是透明的，使光路通過，手只能拿另兩邊磨砂面。b、用擦鏡紙輕吸透明面水跡，不要用力擦透明面。c、淋洗三次被測液后，加試液至2/3或4/5處，吸干外表面d、比色皿放置位置應緊貼光源一邊，垂直放，壓條壓緊。壓條凸面朝胸口。e、洗滌比色皿方法：浸泡→水洗→蒸餾水洗。洗滌液：鹽酸∶乙醇=1∶2。*第十章504、檢測器作用：將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柌@示。部件：光電管或光電倍增管。要求：檢測靈敏，讀數(shù)穩(wěn)定。*第十章51§10－5儀器測量誤差和測量條件的選擇一、儀器測量誤差1、測量誤差的來源：①光源強度不穩(wěn)定②單色光不純③雜散光干擾④比色皿透光率不一致⑤光電效應非線性⑥讀數(shù)波動⑦實驗條件的偶然變動等*第十章522、吸光度A的大小與測量誤差的關(guān)系：

對于分光光度計，我們知道透光率的標尺是均勻的，而吸光度A的標尺是不均勻的。根據(jù)朗伯－比耳定律：*第十章53TC△T△C1△T△T△C2△C3T—C關(guān)系TET0.368TE—T關(guān)系0.150.65討論：（△T一定）①低濃度區(qū)：△C

C

②中濃度區(qū)：△C≈△T③高濃度區(qū)：△C

△C

*第十章54用數(shù)學方法推導出TE最小的吸光度讀數(shù)?！摺?第十章55或由此可見：誤差最小時所對應的T=0.368;A=0.434。一般來說：當T為0.15～0.65

或A為0.2～0.8時可作為光度分析的適宜讀數(shù)范圍。*第十章56二、測量條件的選擇1、選擇合適波長的入射光。原則：吸收最大，干擾最小。A入ab入1入22、控制適當?shù)奈舛茸x數(shù)范圍?？刂莆舛華在0.2～0.8范圍內(nèi)。若A超出此范圍，可通過改變?nèi)芤簼舛群瓦x用不同厚度的比色皿來調(diào)節(jié)。*第十章573、選擇合適的參比溶液。參比溶液是用來調(diào)節(jié)儀器的吸光度讀數(shù)為零，以消除比色皿厚度不均勻和溶劑對入射光的反射與吸收而帶來的測量誤差。參比溶液的選擇原則是：①當試液和顯色劑均無色時，用蒸餾水作參比。②若試液有色而顯色劑無色，用試液作參比。③若顯色劑有色而試液無色，用顯色劑作參比。④若顯色劑和試液均有色，則取一份試液先加適當?shù)难诒蝿⒋郎y組分掩蔽后，再加顯色劑和其它試劑，以此作參比。*第十章58§10－6示差分光光度法對于微量組分的測定，可用一般分光光度法。對于高含量和痕量組分的測定，可用示差分光光度法。示差分光光度法就是用標準溶液作參比的分光光度法。設待測溶液的濃度為Cx,參比溶液的濃度為Cs(Cx

＞Cs)。則：兩式相減：即：*第十章59△A△c高吸光度法：光電檢測器未受光時，其透光度為零，光通過一個比試樣溶液稍稀的參比溶液后照到光電檢測器上，調(diào)其透光度（T）為100％，然后測定試樣溶液的吸光度。此法適用于高含量測定。

低吸光度法：先用空白溶液調(diào)透光度為100％，然后用一個比試樣溶液稍濃的參比溶液，調(diào)節(jié)透光度為零，再測定試樣溶液的吸光度。此法適用于痕量物質(zhì)的測定。

雙參比法：選擇兩個組分相同而濃度不同的溶液作參比溶液（試樣溶液濃度應介于兩溶液濃度之間），調(diào)節(jié)儀器，使?jié)舛容^大的參比溶液的透光度為零，而濃度較小的參比溶液的透光度為100％，然后測定試樣溶液的吸光度。

分類：*第十章62例：硫脲還原－硫氰酸鹽比色法測定鋼鐵中的鉬。酸溶，硫酸－高氯酸介質(zhì)中，硫脲還原鐵（III）為鐵(II),除干擾，還原鉬（VI）為五價，2.00mg/100ml的鉬標準溶液為參比溶液，用2.00-2.30mg/100ml的鉬標準溶液，繪制工作曲線和測定樣品溶液的吸光度,480nm測定A。*第十章63§10－7吸光光度法的應用一、物質(zhì)含量的測定。1、單組分含量的測定。①計算法。（比較法）*第十章64②工作曲線法。ACAxCx注意：Cx為測定液的濃度，而非原試液的濃度。一般應進行如下?lián)Q算：*第十章652、多組分含量的測定如圖：方法一：A

xyx+y

1

2x,y

相互干擾，但可利用吸光度的加和性聯(lián)立方程求解。即：*第十章66因在同一儀器上測定，b是常數(shù)，可與

合并為k，則：解之得：*第十章67方法二：雙波長分光光度法雙波長選擇原則：干擾組分在雙波長下吸光度相等；待測組分在雙波長下測得的△A越大越好。選擇兩個波長λ1和λ2，則分別測得吸光度值：

A1=εx1bcx+εy1bcy

A2=εx2bcx+εy2bcy*第十章68λ1

、λ2下：εy1bcy=εy2bcy，∴A1-A2=εx1bcx-εx2bcx△A=εbcx

△A∝cx作用：解決渾濁樣品光