1、1無機及分析化學無機及分析化學 本章主要介紹可見分光光度法的基本原理、儀器的本章主要介紹可見分光光度法的基本原理、儀器的基本結構和有關應用。基本結構和有關應用。第十章第十章 吸光光度分析法吸光光度分析法1 1、熟悉吸光光度法的特點；、熟悉吸光光度法的特點；2 2、掌握吸光光度法的基本原理及適用范圍；、掌握吸光光度法的基本原理及適用范圍；3 3、了解吸光光度法的分析方法以及顯色反應和顯、了解吸光光度法的分析方法以及顯色反應和顯色條件的選擇；色條件的選擇；4 4、了解吸光光度法儀器構造及測量條件的選擇。、了解吸光光度法儀器構造及測量條件的選擇。學習要求學習要求2無機及分析化學無機及分析化學1010

2、1 1 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理二、物質對光的選擇性吸收二、物質對光的選擇性吸收三、朗伯、朗伯比耳定律比耳定律四、偏離朗伯四、偏離朗伯比耳定律的原因比耳定律的原因10103 3 光度分析法及其儀器光度分析法及其儀器一、目視比色法一、目視比色法二、分光光度法及分光光度計二、分光光度法及分光光度計一、顯色反應與顯色劑一、顯色反應與顯色劑 二、影響顯色反應的因素二、影響顯色反應的因素 10104 4 吸光光度法的應用吸光光度法的應用 10102 2 顯色反應及其影響因素顯色反應及其影響因素一、吸光光度法的特點一、吸光光度法的特點三、吸光度測量條件的選擇三、吸光度測量條件的選擇3無機及

3、分析化學無機及分析化學 吸光光度分析：吸光光度分析：利用物質對光的選擇性吸收特性進行利用物質對光的選擇性吸收特性進行測定測定一種分析方法，主要適用于微量組分分析。包括可一種分析方法，主要適用于微量組分分析。包括可見光吸光光度法、紫外吸光光度法、紅外吸收光譜法。見光吸光光度法、紫外吸光光度法、紅外吸收光譜法。 紫外紫外- -可見光吸光光度法簡稱為吸光光度法。可見光吸光光度法簡稱為吸光光度法。10101 1 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理1.1.靈敏度高靈敏度高 測定含量可低至測定含量可低至10104 410106 6% % ； 2.2.準確度好準確度好 相對誤差一般為相對誤差一般為2

4、25%5% ；3.3.快速簡便快速簡便 步驟包括將樣品處理成溶液、顯色、測定，步驟包括將樣品處理成溶液、顯色、測定，所需的儀器設備均不復雜，操作簡便，易于掌握所需的儀器設備均不復雜，操作簡便，易于掌握 ；4.4.應用廣泛應用廣泛一、吸光光度法的特點一、吸光光度法的特點4無機及分析化學無機及分析化學光的互補色示意圖光的互補色示意圖 二、物質對光的選擇性吸收二、物質對光的選擇性吸收1.1.單色光、復合光、互補色光單色光、復合光、互補色光單色光單色光：具有同一波長的光具有同一波長的光復合光復合光：由不同波長的光組由不同波長的光組成的光成的光互補色光互補色光：適當顏色的兩種單適當顏色的兩種單色光按一定

5、的強度比例混合，色光按一定的強度比例混合，也可以成為白光，這兩種單色也可以成為白光，這兩種單色光被稱為互補色光光被稱為互補色光 白光白光青藍青藍青青綠綠黃黃橙橙紅紅紫紫藍藍5無機及分析化學無機及分析化學是由于物質是由于物質對不同波長的光具有選對不同波長的光具有選擇性的吸收作用而產生擇性的吸收作用而產生的，的，。例：硫酸銅溶液吸收白光中的黃色光而呈藍色；例：硫酸銅溶液吸收白光中的黃色光而呈藍色； 高錳酸鉀溶液因吸白光中的綠色光而呈紫色。高錳酸鉀溶液因吸白光中的綠色光而呈紫色。 如果兩種適當顏色的光按一定的強度比例混合如果兩種適當顏色的光按一定的強度比例混合可以得白光，這兩種光就叫可以得白光，這兩

6、種光就叫。物質呈現。物質呈現的顏色和吸收的光顏色之間是互補關系。的顏色和吸收的光顏色之間是互補關系。6無機及分析化學無機及分析化學 /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紅紅藍綠藍綠不同顏色的可見光波長及其互補光不同顏色的可見光波長及其互補光白光白光青藍青藍青青綠綠黃黃橙橙紅紅紫紫藍藍7無機及分析化學無機及分析化學2、吸收光譜或吸收曲線、吸收光譜或吸收曲線 吸收曲線：將不同波長的單色光通過某一固定濃吸

7、收曲線：將不同波長的單色光通過某一固定濃度的有色溶液，測量對應波長下溶液對光的吸光度，度的有色溶液，測量對應波長下溶液對光的吸光度，然后以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，即可得然后以波長為橫坐標，吸光度為縱坐標作圖，即可得一曲線，稱為光吸收曲線一曲線，稱為光吸收曲線。KMnO4 的吸收曲線的吸收曲線最大吸收波長，最大吸收波長， max定量分析的基礎：某一波長定量分析的基礎：某一波長下測得的吸光度與物質濃度下測得的吸光度與物質濃度關系的有關關系的有關8無機及分析化學無機及分析化學9無機及分析化學無機及分析化學300400500600350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.6

8、0.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光譜的吸收光譜350光譜定性分析基礎：吸光譜定性分析基礎：吸收曲線的形狀和最大吸收曲線的形狀和最大吸收波長收波長10無機及分析化學無機及分析化學三、三、 光吸收的基本定律光吸收的基本定律朗朗伯一比耳定律伯一比耳定律1. 朗伯比耳定律朗伯比耳定律 實踐證明：實踐證明：在分光光度法測量中，若入射光為單在分光光度法測量中，若入射光為單色光，則溶液對光的吸收程度僅與溶液的濃度和色光，則溶液對光的吸收程度僅與溶液的濃度和液層的厚度有關，描述它們之間定量關系的定律液層的厚度有關，描述它們之間定量關系的定律是朗伯比耳定律。是朗伯比耳定律。 11

9、無機及分析化學無機及分析化學I0：入射光強度：入射光強度I：透過光強度：透過光強度c ：溶液的濃度：溶液的濃度b：液層寬度：液層寬度0lgIAbcI T透光率（透射比）透光率（透射比）IT =I0tA吸光度吸光度T =10-A12無機及分析化學無機及分析化學 A = Kbc 其其物理意義是物理意義是：在一定溫度下，一束平行的單：在一定溫度下，一束平行的單色光通過均勻的非散射的溶液時，溶液對光的吸收程度與色光通過均勻的非散射的溶液時，溶液對光的吸收程度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比。溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比。 A = abc （c：gL1，b：cm，K用用a表示，其單位為表示，其單位

10、為Lg1cm1，a稱為質量吸光系數稱為質量吸光系數 ） A =bc （c：molL1，b：cm，K用用表示，其單位為表示，其單位為Lmol1cm1，稱為摩爾吸光系數稱為摩爾吸光系數 ） 越大，反應越靈敏越大，反應越靈敏,可測定組分的濃度也越低。一般認為可測定組分的濃度也越低。一般認為104的顯色反應屬低靈敏度，在的顯色反應屬低靈敏度，在1045104時屬中等靈時屬中等靈敏度敏度, 在在6104105時屬高靈敏度時屬高靈敏度, 105屬超高靈敏度。屬超高靈敏度。13無機及分析化學無機及分析化學 質量吸光系數質量吸光系數a:當一定波長的單色光，通過濃度當一定波長的單色光，通過濃度為為1g/L，吸收

11、池的液層厚度為，吸收池的液層厚度為1cm的溶液時，測的溶液時，測得的吸光度。單位為得的吸光度。單位為L.g-1.cm-1 摩爾吸光系數摩爾吸光系數 物理意義：當一定波長的單色光，通過濃度為物理意義：當一定波長的單色光，通過濃度為1mol/L，吸收池的液層厚度為，吸收池的液層厚度為1cm的溶液時，測的溶液時，測得的吸光度。單位為得的吸光度。單位為L.mol-1.cm-1質量吸光系數，摩爾吸光系數質量吸光系數，摩爾吸光系數14無機及分析化學無機及分析化學解解：此題是關于：此題是關于a、的計算和轉化的計算和轉化Cu2+的質量濃度為的質量濃度為c = 0.5110- -6/10- -3 = 5.110

12、- -4 ( gL- -1)A = - -lgT = - -lg0.505 = 0.297a = A/bc = 0.297/(2.05.110- -4 ) = 291(Lg- -1cm- -1)= A/bc = 0.297/(2.05.110- -4 )/63.55 =1.9104（Lmol- -1cm- -1）例題例題 濃度為濃度為0.51g/mL的的Cu2+溶液，用雙環已酮溶液，用雙環已酮草酰二腙比色測定，在波長草酰二腙比色測定，在波長600nm處，用厚度為處，用厚度為2.0cm比色皿測得比色皿測得T = 50.5%，問吸光系數，問吸光系數a，摩爾，摩爾吸光系數吸光系數為多少為多少? (M

13、Cu= 63.55 g/mol)15無機及分析化學無機及分析化學解解: 由由A=-lgT=abc可得可得 T=10-abc 當當b1=1cm時，時，T1=10-ac=T 當當b2=2cm時，時，T2=10-2ac=T2例例2 某有色溶液，當用某有色溶液，當用1cm比色皿時，其透光度為比色皿時，其透光度為T，若改用，若改用2cm比色皿，則透光度應為多少？比色皿，則透光度應為多少？16無機及分析化學無機及分析化學 應用朗伯比耳定律時，必須掌握好以下條件應用朗伯比耳定律時，必須掌握好以下條件：入射光波長應為入射光波長應為maxmax，且單色性好；，且單色性好；被測溶液具有均勻性、非散射性被測溶液具有

14、均勻性、非散射性( (不渾濁不渾濁, ,也不呈膠體也不呈膠體) )；被測物質的濃度應在一定范圍內。被測物質的濃度應在一定范圍內。 必須指出：必須指出： 朗伯比耳定律不僅適用于朗伯比耳定律不僅適用于可見可見光光，也適用于，也適用于紅外光紅外光和和紫外光紫外光；不僅；不僅適用于適用于均勻非散射均勻非散射的液體的液體, ,也適用于也適用于固體固體和和氣體氣體。因此，。因此，它是各類吸光光它是各類吸光光度法定量的依據度法定量的依據, ,用途很廣。用途很廣。 17無機及分析化學無機及分析化學4、偏離朗伯、偏離朗伯比耳定律的因素比耳定律的因素 定量分析時，通常液層定量分析時，通常液層厚度是相同的，按照比爾

15、厚度是相同的，按照比爾定律，濃度與吸光度之間定律，濃度與吸光度之間的關系應該是一條通過直的關系應該是一條通過直角坐標原點的直線。但在角坐標原點的直線。但在實際工作中，往往會偏離實際工作中，往往會偏離線性而發生彎曲。線性而發生彎曲。 0 1 2 3 4 mg/mLA。 。 。 。*0.80.60.40.20工作曲線工作曲線18無機及分析化學無機及分析化學 物理因素物理因素(1)(1)比爾定律的局限性比爾定律的局限性 比耳定律假設了吸收粒子之間是無相互作用的，比耳定律假設了吸收粒子之間是無相互作用的，因此僅在稀溶液因此僅在稀溶液（c 10-2 mol/L )的情況下才適用。的情況下才適用。(2)(

16、2)非單色光引起的偏離非單色光引起的偏離 朗伯一比爾定律只對一定波長的單色光才能成立，但朗伯一比爾定律只對一定波長的單色光才能成立，但在實際工作中，入射光是具有一定波長范圍的。在實際工作中，入射光是具有一定波長范圍的。19無機及分析化學無機及分析化學 溶質的離解、締合、互變異構及化學變化也會引起偏離。溶質的離解、締合、互變異構及化學變化也會引起偏離。例：例： 測定時，在大部分波長處，測定時，在大部分波長處，Cr2O72-的的k值與值與CrO42-的的k值是很不相同的。值是很不相同的。A與與c不成線性關系。不成線性關系。例：顯色劑例：顯色劑KSCN與與Fe3+形成紅色配合物形成紅色配合物Fe(S

17、CN)3，存在下列平，存在下列平衡：衡： Fe(SCN)3 Fe3+ + 3SCN溶液稀釋時一倍時，上述平衡向右，離解度增大。所以溶液稀釋時一倍時，上述平衡向右，離解度增大。所以Fe(SCN)3的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導致的濃度不止降低一半，故吸光度降低一半以上，導致偏離朗伯偏離朗伯比爾定律。比爾定律。 化學因素化學因素20無機及分析化學無機及分析化學顯色反應一般可表示為顯色反應一般可表示為： M + R MR (被測組分被測組分) (顯色劑顯色劑) (有色化合物有色化合物)102 顯色反應及其影響因素顯色反應及其影響因素一、顯色反應與顯色劑一、顯色反應與顯色劑顯色反應顯色反

18、應：加入某種試劑使被測組分變成有色化合物的反應加入某種試劑使被測組分變成有色化合物的反應 在光度分析中生成有色物質的反應主要有配位反應、在光度分析中生成有色物質的反應主要有配位反應、氧化還原反應等，其中以配位反應應用最廣。氧化還原反應等，其中以配位反應應用最廣。 顯色劑顯色劑 與待測組分形成有色化合物的試劑與待測組分形成有色化合物的試劑 顯色劑顯色劑21無機及分析化學無機及分析化學 顯色反應必須符合下列要求：顯色反應必須符合下列要求： 顯色反應的靈敏度要高。顯色反應的靈敏度要高。 有色化合物組成要固定、穩定性要高。有色化合物組成要固定、穩定性要高。 反應的選擇性要好。反應的選擇性要好。 顯色劑

19、在測定波長處無明顯吸收。顯色劑在測定波長處無明顯吸收。 顯色反應受溫度、顯色反應受溫度、pH、試劑加入量的變化影試劑加入量的變化影響要小。響要小。22無機及分析化學無機及分析化學二、影響顯色反應的因素二、影響顯色反應的因素影響顯色反應的因素主要有以下幾種。影響顯色反應的因素主要有以下幾種。1. 1. 顯色劑用量顯色劑用量 顯色反應一般可用下式表示：顯色反應一般可用下式表示： M + R M + R MRMR ( (被測離子被測離子) () (顯色劑顯色劑) () (有色化合物有色化合物) ) 根據平衡移動原理，顯色劑根據平衡移動原理，顯色劑R R過量越多，越有利過量越多，越有利于被測離子形成有

20、色化合物。但對于某些不穩定于被測離子形成有色化合物。但對于某些不穩定或形成逐級配合物的反應，顯色劑過量太多反而或形成逐級配合物的反應，顯色劑過量太多反而會引起副反應，對測定不利。顯色劑的適宜用量會引起副反應，對測定不利。顯色劑的適宜用量要通過實驗來確定。要通過實驗來確定。23無機及分析化學無機及分析化學方法：方法：固定被測離子濃度及其他條件，分別加入不固定被測離子濃度及其他條件，分別加入不同量的顯色劑，測定其吸光度，然后繪制出吸光同量的顯色劑，測定其吸光度，然后繪制出吸光度對顯色劑濃度的關系曲線，一般可得到如圖度對顯色劑濃度的關系曲線，一般可得到如圖 所示的三種形狀的曲線所示的三種形狀的曲線2

21、4無機及分析化學無機及分析化學2. 2. 溶液的酸度溶液的酸度（2）對顯色劑的平衡濃度和顏色的影響）對顯色劑的平衡濃度和顏色的影響（3）對有色化合物組成的影響）對有色化合物組成的影響不同的顯色反應的適宜不同的顯色反應的適宜 pH 是通過實驗確定的。是通過實驗確定的。（1）對被測組分存在狀態的影響）對被測組分存在狀態的影響25無機及分析化學無機及分析化學：要求標準溶液和被測溶液在測定：要求標準溶液和被測溶液在測定過程中溫度一致。過程中溫度一致。：通過實驗確定合適的顯色時間，：通過實驗確定合適的顯色時間，并在一定的時間范圍內進行比色測定。并在一定的時間范圍內進行比色測定。有機溶劑降低有色化合物的解

22、離度，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。提高顯色反應的靈敏度。 26無機及分析化學無機及分析化學103 光度分析法及其儀器光度分析法及其儀器一、目視比色法一、目視比色法用眼睛觀察、比較溶液顏色深淺以確定物質含量的方法用眼睛觀察、比較溶液顏色深淺以確定物質含量的方法。儀器儀器：由相同質料制成的、形狀大小相同的比色管：由相同質料制成的、形狀大小相同的比色管方法方法：將一系列不同量的標液依次加入各比色管中，再分：將一系列不同量的標液依次加入各比色管中，再分別加入等量的顯色劑及其他試劑，并控制其他實驗條件相別加入等量的顯色劑及其他試劑，并控制其他實驗條件相同，最后稀釋至同樣的體積。

23、配成一套顏色逐漸加深的標同，最后稀釋至同樣的體積。配成一套顏色逐漸加深的標準色階。將一定量被測試液置于另一相同的比色管中，在準色階。將一定量被測試液置于另一相同的比色管中，在同樣條件下顯色，并稀釋至同樣體積。然后從管口垂直向同樣條件下顯色，并稀釋至同樣體積。然后從管口垂直向下觀察，也可以從比色管側面觀察，若試液與標準系列中下觀察，也可以從比色管側面觀察，若試液與標準系列中某管溶液的某管溶液的顏色深度相同顏色深度相同，則說明，則說明兩者濃度相等兩者濃度相等；若試液；若試液顏色介于兩標準溶液之間顏色介于兩標準溶液之間，則其，則其濃度介于兩者之間濃度介于兩者之間。 27無機及分析化學無機及分析化學二

24、、分光光度計二、分光光度計光源光源 單色器單色器 吸收池吸收池 檢測器和信號顯示系統檢測器和信號顯示系統1. 分光光度計的基本構造分光光度計的基本構造28無機及分析化學無機及分析化學作用：作用：提供能量，激發被測物質分子，使之產生提供能量，激發被測物質分子，使之產生電子譜帶電子譜帶要求要求 ：發射足夠強的連續光譜，有良好的穩定發射足夠強的連續光譜，有良好的穩定性及足夠的適用壽命性及足夠的適用壽命類型：類型：可見與近紅外區：鎢燈可見與近紅外區：鎢燈 4001100nm 紫外區：氫燈或氘燈紫外區：氫燈或氘燈180400nm（1 1）光源）光源29無機及分析化學無機及分析化學(2)(2)單色器單色器

25、u作用：作用：從連續光源中分離出所需要的足夠窄波段從連續光源中分離出所需要的足夠窄波段的光束的光束u常用的元件：常用的元件：棱鏡、光柵棱鏡、光柵30無機及分析化學無機及分析化學(3)(3)吸收池吸收池功能：功能：用于盛放試樣，完成樣品中待測試樣對光的用于盛放試樣，完成樣品中待測試樣對光的吸收吸收常用的吸收池：常用的吸收池：石英（紫外區）石英（紫外區） 玻璃（可見區）玻璃（可見區） 吸收池光程：吸收池光程：1cm 、2cm、3cm等等注意：注意：為減少光的損失，吸收池的光學面必須完全為減少光的損失，吸收池的光學面必須完全垂直于光束方向。吸收池要挑選配對，垂直于光束方向。吸收池要挑選配對，因為吸收

26、池因為吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程長度的精度材料的本身吸光特征以及吸收池的光程長度的精度等對分析結果都有影響。等對分析結果都有影響。31無機及分析化學無機及分析化學(4)(4)檢測系統檢測系統 作用：作用：接受、記錄信號接受、記錄信號組成：組成：檢測器、放大器和讀數和記錄系統檢測器、放大器和讀數和記錄系統常用檢測器：常用檢測器：光電管和光電倍增管光電管和光電倍增管 藍敏（銻銫）光電管藍敏（銻銫）光電管 210625nm 紅敏（氧化銫）光電管紅敏（氧化銫）光電管 6251000nm 32無機及分析化學無機及分析化學分光光度計分光光度計33無機及分析化學無機及分析化學三、吸光光度法測量

27、條件的選擇三、吸光光度法測量條件的選擇1 1、入射光波長、入射光波長 a.a.最大吸收波長；最大吸收波長；b.b.能避開干擾組分的入射光波長能避開干擾組分的入射光波長測量條件測量條件34無機及分析化學無機及分析化學2 2、參比溶液、參比溶液 溶劑空白溶劑空白：試液及顯色劑均無色：試液及顯色劑均無色 試樣空白試樣空白：被測試液中存在其他有色離子：被測試液中存在其他有色離子 試劑空白試劑空白：顯色劑有色，而試液本身無色：顯色劑有色，而試液本身無色 如果顯色劑和試液均有顏色，可將一份試液加入如果顯色劑和試液均有顏色，可將一份試液加入適當掩蔽劑，將被測組分掩蔽起來，使之不再與顯色適當掩蔽劑，將被測組分

28、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，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，這樣可以消除顯色劑和一些共存以此作為參比溶液，這樣可以消除顯色劑和一些共存組分的干擾。組分的干擾。35無機及分析化學無機及分析化學3、吸光度范圍、吸光度范圍 被測溶液的吸光度值在被測溶液的吸光度值在0.20.8范圍內，使測定范圍內，使測定結果有較高的準確度，過大或過小應予以調節。結果有較高的準確度，過大或過小應予以調節。 而當而當A= 0.434或或T% = 36.8時，測定的誤差最小時，測定的誤差最小。為此可從以下三方面加以控制：為此可從以下三方面加以控制： 一是改變試樣的稱樣量，或采用稀釋、濃縮、富一是改變試樣的稱樣量，或采用稀釋、濃縮、富集等方法來控制被測溶液的濃度；集等方法來控制被測溶液的濃度； 二是選擇適宜厚度的吸收池；二是選擇適宜厚度的吸收池； 三是選擇適當的顯色反應和參比溶液。三是選擇適當的顯色反應和參比溶液。 36無機及分析化學無機及分析化學吸光光度儀器的一般操作程序吸光光度儀器的一般操作程序 a.選合適的波