第二章光度分析法概论课件.ppt

1、第二章第二章 光度分析法概论光度分析法概论教学要求教学要求了解光度分析法的分类，掌握光度分析法的基本原理。了解光度分析法的分类，掌握光度分析法的基本原理。掌握光度分析法、紫外掌握光度分析法、紫外-可见分光光度法的仪器结构，了解可见分光光度法的仪器结构，了解单色器的分光特征。单色器的分光特征。了解光度分析条件的控制，分光光度法的应用范围。了解光度分析条件的控制，分光光度法的应用范围。重点：重点：Beer定律定律 难点：光吸收原理；光度分析的准确度。目录目录1.1 光度分析方法概论光度分析方法概论1.2 光吸收基本定律光吸收基本定律1.3 光度分析的方法及仪器光度分析的方法及仪器1.4 显色反应及

2、其影响因素显色反应及其影响因素1.5 光度测量误差及测量条件的选择光度测量误差及测量条件的选择1.6 光度分析方法各论光度分析方法各论1.7 分光光度法的应用分光光度法的应用Nobel Prizes in Physics-relevant to spectroscopy2001 Eric A.Cornell,Wolfgang Ketterle,Carl E.Wieman1997 Steven Chu,Claude Cohen-Tannoudji,William D.Phillips1989 Norman F.Ramsey,Hans G.Dehmelt,Wolfgang Paul1981 Nic

3、olaas Bloembergen,Arthur L.Schawlow,Kai M.Siegbahn1974 Martin Ryle,Antony Hewish1966 Alfred Kastler1964 Charles H.Townes,Nicolay G.Basov,Aleksandr M.Prokhorov1955 Willis E.Lamb,Polykarp Kusch1952 Felix Bloch,E.M.Purcell1945 Wolfgang Pauli1944 Isidor Isaac Rabi1943 Otto Stern1933 Erwin Schrdinger,Pau

4、l A.M.Dirac1.1 光度分析方法概论光度分析方法概论一、概念一、概念光度分析法是利用物质对光的选择性光度分析法是利用物质对光的选择性吸收性质建立起来的一类分析化学方吸收性质建立起来的一类分析化学方法。法。光度分析法通常包括比色分析法和分光度分析法通常包括比色分析法和分光光度分析法。光光度分析法。许多物质本身具有颜色，如：许多物质本身具有颜色，如：一般有色物质溶液越浓，颜色越深；反之亦成立。溶一般有色物质溶液越浓，颜色越深；反之亦成立。溶液颜色深浅与有色物质的浓度有一简单的函数关系。液颜色深浅与有色物质的浓度有一简单的函数关系。2022-12-286分光光度法分光光度法事实是无论物质有

5、无颜色，一定波长的光事实是无论物质有无颜色，一定波长的光通过该物质溶液时，物质对光有一定吸收。通过该物质溶液时，物质对光有一定吸收。根据物质对光的吸收程度，确定该物质的根据物质对光的吸收程度，确定该物质的含量的方法。含量的方法。如果物质在紫外如果物质在紫外-可见光区有吸收，称为可见光区有吸收，称为紫外紫外-可见分光光度法。可见分光光度法。2022-12-288三、物质的颜色和光的选择性吸收三、物质的颜色和光的选择性吸收物质呈现颜色与光有密切关系。物质呈现颜色与光有密切关系。物质呈现何种颜色与物质本身结构有关。物质呈现何种颜色与物质本身结构有关。（一）、光的基本性质：（一）、光的基本性质：光是一

6、种电磁波，具有波动性和粒子性。光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。2022-12-289光的基本性质光的基本性质l1、牛顿光学实验、牛顿光学实验:著名科学家牛顿做了这样的实验：一著名科学家牛顿做了这样的实验：一束太阳光垂直射入，把一个三角棱镜放在太阳光下，发束太阳光垂直射入，把一个三角棱镜放在太阳光下，发现太阳光通过棱镜折射后成为红、橙、黄、绿、青、蓝、现太阳光通过棱镜折射后成为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七色可见光。这种现象称为色散。紫的七色可见光。这种现象称为色散。l动画：动画：M1-1-1牛顿光学实验。牛顿光学实验。l2、光谱图、光谱图:自从牛顿第一个成功的对太阳光进行色散后，自从牛顿第

7、一个成功的对太阳光进行色散后，又有人研究发现，在可见光区外还有其他波长的无色光，又有人研究发现，在可见光区外还有其他波长的无色光，如紫光外的如紫光外的紫外光紫外光。紫外光区的波长范围为。紫外光区的波长范围为10到到400纳米。动画：纳米。动画：M1-1-2光谱图。光谱图。光的基本性质光的基本性质3、光的波动性、光的波动性:光的本质是什么？光是一种波，光具有光的本质是什么？光是一种波，光具有波动性，用波长波动性，用波长()和频率和频率()表示。不表示。不同颜色的光其波长和频率也不同。可见同颜色的光其波长和频率也不同。可见光范围内红色光范围内红色-紫色，波长由长紫色，波长由长-短。动短。动画：画：

8、M1-1-3光的波动性光的波动性不同波长的光，能量不同。短波能量大，不同波长的光，能量不同。短波能量大，长波能量小。长波能量小。Fig 2.1.电磁辐射各波段的波长、频率图（真空中）电磁辐射各波段的波长、频率图（真空中）.-420 Violet-470 Blue-530 Green-580 Yellow-620 Orange-700 RedViolet 7.1Blue 6.4Green 5.7Yellow.5.2Orange 4.8Red 4.3频率频率Hz1022-ray10-1410-1310-1010-910-610-210010210310510151014109106103X X-r

9、ay1 pm真空紫外真空紫外紫外线紫外线可见光可见光近红外近红外1012远红外远红外无线电频率无线电频率1 1 m1 mm1 cm1 m1 km1 kHz1 MHz1 GHz1 THz波长波长(m)Name of Range雷达雷达超高频电视超高频电视VHF-TVFM radio短波短波Ham and police bandsAM radio导航导航 射射线线x射射线线紫紫外外光光红红外外光光微微波波无无线线电电波波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可可 见见 光光光色光色 波长波长(nm)频率频率(Hz)中心波长中心波长

10、(nm)红红 760622 660 橙橙 622597 610 黄黄 597577 570 绿绿 577492 540 青青 492470 480 兰兰 470455 460 紫紫 455400 430 141410841093.141410051084.141410451005.141410161045.141410461016.141410661046.141410571066.可见光七彩颜色的波长和频率范围可见光七彩颜色的波长和频率范围2022-12-2814光的基本性质光的基本性质l4、光的粒子性：动画：、光的粒子性：动画：M1-1-4光的粒子性光的粒子性l光的粒子性，用能量光的粒子性

11、，用能量(E)表示。不同波长的光具表示。不同波长的光具有不同的能量。如在光的照射下，温度计读数有不同的能量。如在光的照射下，温度计读数会有明显的上升。会有明显的上升。电磁波的基本参数电磁波的基本参数 周期周期T：相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔，单位秒：相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔，单位秒（s）。）。频率频率:单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间内电磁场振动的次数。单位内电磁场振动的次数。单位1/s称为赫，以称为赫，以Hz表示表示=1/T 波长波长：相邻两个波峰或波谷

12、的直线距离，单位：相邻两个波峰或波谷的直线距离，单位m、cm、m、nm。换算。换算关系：关系：1m=102cm=103 mm=106m=109nm波长与速度波长与速度c和周期和周期T之间有这样的关系之间有这样的关系=C.T 能量能量E=h=hc/其中：其中：h=6.62610-34J.S为普朗克常数；为普朗克常数；c=3.0108m/s为光速。为光速。光的波粒二象性光的波粒二象性hchE 光在传播过程中遇到障碍物，光在传播过程中遇到障碍物，光波会绕过障碍物继续传播。光波会绕过障碍物继续传播。如果波长与障碍物尺寸（如如果波长与障碍物尺寸（如针孔、一条狭针孔、一条狭缝、一根细丝）缝、一根细丝）相当

13、，衍射现象最明显相当，衍射现象最明显。惠更斯原理惠更斯原理-定性解释波的衍射现象，不能给出波的定性解释波的衍射现象，不能给出波的强度，不能解释衍射现象中明暗相间条纹的形成强度，不能解释衍射现象中明暗相间条纹的形成 菲涅耳菲涅耳在惠更斯原理基础上加以补充，给出了关于在惠更斯原理基础上加以补充，给出了关于位相和振幅的定量描述，提出子波相干叠加的概念。位相和振幅的定量描述，提出子波相干叠加的概念。Thomas Young(17731829)英国物理学家、考古学家、英国物理学家、考古学家、医生、医生、光光的波动说奠基人之一的波动说奠基人之一。杨氏双缝干涉实验丁达尔散射丁达尔散射(Tyndall)：大分

14、子（如胶体粒子和聚合物分子）尺寸与光大分子（如胶体粒子和聚合物分子）尺寸与光的波长相近时所产生的散射现象，其散射波长与的波长相近时所产生的散射现象，其散射波长与入射光的波长一样入射光的波长一样.此时散射光极强（与此时散射光极强（与 2 2成反成反比）比），可以肉眼观察到，可以肉眼观察到。John Tyndall was born on Aug 2 1820,at Leighlin Bridge,County Carlow,Ireland.Tyndall died in 1893光的散射光的散射（Scattering）Raman散射散射频率为频率为 0 的单色光照射透明物质，物质分子会发的单色光

15、照射透明物质，物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换引起，即不仅光子的生能量交换引起，即不仅光子的 运动方向发生变化，它的能量也运动方向发生变化，它的能量也 发生变化，则称为发生变化，则称为Raman散射散射。这。这 种散射光的频率（种散射光的频率（m）与入射光）与入射光 的频率不同，称为的频率不同，称为Raman位移位移。Raman位移的大小与分子的振动位移的大小与分子的振动 和转动的能级有关，利用和转动的能级有关，利用Raman 位移研究物质结构的方法称位移研究物质结构的方法称 为为Raman光谱法光谱法。b.Nov.7,

16、1888,Trichinopoly,Indiad.Nov.21,1970,BangaloreThe Nobel Prize in Physics 1930光的粒子性光的粒子性当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸当物质发射电磁辐射或者电磁辐射被物质吸收时，就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射收时，就会发生能量跃迁。此时，电磁辐射不仅具有波的特征，而且具有粒子性，最著不仅具有波的特征，而且具有粒子性，最著名的例子是光电效应现象的发现。名的例子是光电效应现象的发现。光电效应光电效应（Photoelectric effect）现象：现象：1887，Heinrich Hertz（在光照时，两间隙间更易发（

17、在光照时，两间隙间更易发生火花放电现象）生火花放电现象）解释：解释：1905，Einstein理论理论，E=h 证明证明：1916，Millikan（真空光电管真空光电管）光电效应光电效应光电效应反应的是光照光电效应反应的是光照条件下物质表面发射电条件下物质表面发射电子的现象。子的现象。这有助于我们理解光或这有助于我们理解光或光子的粒子性。光子的粒子性。光能的转换光能的转换量子理论量子理论(Max Planck，1900)：物质粒子总是处于特定的不连续的能物质粒子总是处于特定的不连续的能量状态量状态（Energy state），即能量是量子化，即能量是量子化的；处于不同能量状态粒子之间发生能量

18、的；处于不同能量状态粒子之间发生能量跃迁时的能量差跃迁时的能量差 E 可用可用 h 表示表示。对原子和离子来说，有电子围绕带正对原子和离子来说，有电子围绕带正电荷运动的电子能态。而分子除电子能态电荷运动的电子能态。而分子除电子能态外，还存在原子间相对位移引起的外，还存在原子间相对位移引起的振动振动和和转动转动能态，它们的能量都是量子化的。原能态，它们的能量都是量子化的。原子或分子的最低能态称为子或分子的最低能态称为基态基态，较高能态，较高能态称为称为激发态激发态。在室温下，物质一般都处在。在室温下，物质一般都处在它们的基态。它们的基态。物质粒子存在不连续的能态，各能态具物质粒子存在不连续的能态

19、，各能态具有特定的能量。当粒子的状态发生变化有特定的能量。当粒子的状态发生变化时，该粒子将吸收或发射完全等于两个时，该粒子将吸收或发射完全等于两个能级之间的能量差；能级之间的能量差；即即 E=E1-E0=h 辐射的发射辐射的发射当受激粒子（分子、原子和离子）弛豫回到当受激粒子（分子、原子和离子）弛豫回到低能级或基态时，常常以光子形式释放多余低能级或基态时，常常以光子形式释放多余的能量，产生电磁辐射。激发可以通过如下的能量，产生电磁辐射。激发可以通过如下途径实现：途径实现：用电子或其它基本离子轰击，一般可以发射用电子或其它基本离子轰击，一般可以发射X射射线；线；使其暴露在高压交流火花之中，或电弧

20、、火焰、使其暴露在高压交流火花之中，或电弧、火焰、炽热的炉中，它们一般可以产生紫外、可见或炽热的炉中，它们一般可以产生紫外、可见或红外辐射；红外辐射；用电磁辐射照射，可以产生荧光；用电磁辐射照射，可以产生荧光；放热的化学反应可以产生化学发光。放热的化学反应可以产生化学发光。辐射的吸收辐射的吸收现象：当电磁辐射通过固体、液体或气体时，具一定现象：当电磁辐射通过固体、液体或气体时，具一定 频率频率(能量能量)的辐射将能量转移给处于基态的原的辐射将能量转移给处于基态的原 子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使这子、分子或离子，并跃迁至高能态，从而使这 些辐射被些辐射被选择性选择性地吸收地吸收。原子吸

21、收原子吸收：原子吸收光谱分析：原子吸收光谱分析(AAS);分子吸收分子吸收：紫外可见光度分析：紫外可见光度分析(UV-Vis)；分子吸收分子吸收：红外光谱分析：红外光谱分析(IR)及拉曼光谱及拉曼光谱(Raman)；磁场诱导吸收磁场诱导吸收：核磁共振光谱：核磁共振光谱(Nuclear Magnetic Resonance Spectrometry,NMR)。电磁辐射电磁辐射原子、离子、原子、离子、分子分子光光原子原子*、离子、离子*、分子分子*激发激发激发态激发态基态基态能量能量原子光谱法原子光谱法是由是由原子外层原子外层或或内层电子内层电子能级的变能级的变化产生的，它化产生的，它的表现形式为

22、的表现形式为线光谱线光谱。属于这类属于这类分析方 法 的 有分析方 法 的 有 原 子 发 射 光 谱 法原 子 发 射 光 谱 法 (Atomic Emission Spectrometry,AES)、原子吸收光谱法原子吸收光谱法(Atomic Absorption Spectrometry,AAS），），原原子 荧 光 光 谱 法子 荧 光 光 谱 法(A t o m i c F l u o r e s c e n c e Spectrometry,AFS)以及以及X射线荧光光谱法射线荧光光谱法(X-ray Fluorescence Spectrometry,XFS)等等。原子光谱分析仪器

23、是用于材料、环境和生命科原子光谱分析仪器是用于材料、环境和生命科学中元素的成分、状态、迁移、代谢等规律研学中元素的成分、状态、迁移、代谢等规律研究的分析仪器究的分析仪器.分子光谱法分子光谱法是由是由分子中电子能级、振动和转分子中电子能级、振动和转动能级动能级的变化产生的，的变化产生的，表现形式为表现形式为带光谱带光谱。属于属于这类分析方法的有这类分析方法的有紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法（Ultraviolet-Visible,UV-Vis），红外光谱红外光谱法法（Infrared,IR），），分子荧光光谱法分子荧光光谱法（Molecules Fluorescence Spectrom

24、etry,MFS）和和分子磷光光谱法分子磷光光谱法（Molecules Phosphorescence Spectrometry,MPS）等。等。原子光谱和带宽原子光谱和带宽原子和分子光谱的一个重要的区别就是它们的原子和分子光谱的一个重要的区别就是它们的吸收或发射光谱的宽度。吸收或发射光谱的宽度。原子光谱带宽原子光谱带宽分子光谱的带宽通常为分子光谱的带宽通常为 100 nm.原子光谱带宽通常为原子光谱带宽通常为 0.001 nm.原子光谱由于谱带宽度很窄，所以不同原子光谱由于谱带宽度很窄，所以不同原子之间的谱带通常不会出现相互叠加原子之间的谱带通常不会出现相互叠加的情形的情形。弛豫过程弛豫过程

25、通常，吸收辐射而被激发的原子和分子处在高能通常，吸收辐射而被激发的原子和分子处在高能态的寿命很短，它们一般要通过不同的弛豫过程态的寿命很短，它们一般要通过不同的弛豫过程返回到基态返回到基态.荧光和磷光弛豫：荧光和磷光是通过原子、分子荧光和磷光弛豫：荧光和磷光是通过原子、分子吸收电磁辐射后激发至激发态，当返回基态时，吸收电磁辐射后激发至激发态，当返回基态时，以辐射能的形式释放能量。荧光产生比磷光迅速，以辐射能的形式释放能量。荧光产生比磷光迅速，它大约在激发后它大约在激发后10-5 s发射荧光，磷光则在超过发射荧光，磷光则在超过10-5 s之后发生，并且在激发的电磁辐射停止照射后，之后发生，并且在

26、激发的电磁辐射停止照射后，仍能持续数分钟甚至数小时。仍能持续数分钟甚至数小时。电磁波谱表电磁波谱表 光谱类型光谱类型波长范围波长范围常用的波数范围常用的波数范围量子跃迁类型量子跃迁类型-射线发射光谱射线发射光谱0.005-1.4-核能级核能级X射线吸收、发射线吸收、发射、荧光和衍射射、荧光和衍射0.1-100-内层电子内层电子真空紫外吸收真空紫外吸收10-180 nm1 106-5 104价电子价电子紫外紫外-可见吸收、可见吸收、发射和荧光发射和荧光180-780 nm5 104-1.3 104价电子价电子红外吸收和拉曼红外吸收和拉曼散射散射0.78-300 m1.3 104-3.3 101分

27、子的转动和振动分子的转动和振动微波吸收微波吸收0.75-3.75 mm13-27分子的转动分子的转动电子自旋共振电子自旋共振3 cm0.33磁场中电子的自旋磁场中电子的自旋核磁共振核磁共振0.6-10 m1.7 10-2-1 10-3磁场中核的自旋磁场中核的自旋表一表一.以电磁幅射为基础的常用光谱方法以电磁幅射为基础的常用光谱方法2022-12-2834光的基本性质光的基本性质l5、单色光与互补光、单色光与互补光l既然太阳光可以色散成各种波长的有色光，但既然太阳光可以色散成各种波长的有色光，但为什么平时我们却看不到有色光？要了解这个为什么平时我们却看不到有色光？要了解这个问题首先要了解互补光的

28、概念：把适当颜色的问题首先要了解互补光的概念：把适当颜色的两种光按一定强度比例混合能成为白光，这两两种光按一定强度比例混合能成为白光，这两种颜色的光称为互补光。太阳光中各种色光两种颜色的光称为互补光。太阳光中各种色光两两互为互补，成为白光，所以我们看到的太阳两互为互补，成为白光，所以我们看到的太阳光是无色的。动画：光是无色的。动画：M1-1-5单色光和互补光单色光和互补光2022-12-2835单色光、复合光、光的互补蓝蓝黄黄紫红紫红绿绿紫紫黄绿黄绿绿蓝绿蓝橙橙红红蓝绿蓝绿2022-12-28361.2 光吸收基本定律光吸收基本定律l为什么我们看到的物质具有不同的颜色？为什么我们看到的物质具有

29、不同的颜色？l这是因为物质选择性吸收了某种颜色的光，而呈显出被吸收光的互这是因为物质选择性吸收了某种颜色的光，而呈显出被吸收光的互补光的颜色。补光的颜色。l一束白光通过三棱镜色散为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七色可一束白光通过三棱镜色散为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的七色可见光。通过高锰酸钾溶液吸收后，绿色光带强度减弱，高锰酸钾溶见光。通过高锰酸钾溶液吸收后，绿色光带强度减弱，高锰酸钾溶液显示绿色的互补色紫红色。动画：动画：液显示绿色的互补色紫红色。动画：动画：M1-2-1物体颜色的产生。物体颜色的产生。l物质之所以会显示不同的颜色，这是因为物质对可见光区各种波长物质之所以会显示不同的颜色，这是

30、因为物质对可见光区各种波长的光的吸收程度不同而造成的。如某物质为白色，是因为它把照射的光的吸收程度不同而造成的。如某物质为白色，是因为它把照射的光全部反射或全部透过的原故，而某物质对可见光区各种波长的的光全部反射或全部透过的原故，而某物质对可见光区各种波长的光全部吸收时，你看到它就呈黑色。若某物质选择性吸收了可见光光全部吸收时，你看到它就呈黑色。若某物质选择性吸收了可见光区某种波长的光，则该物质就呈现出被吸收光的互补光的颜色。如区某种波长的光，则该物质就呈现出被吸收光的互补光的颜色。如KMnO4溶液之所以为紫红色，是因为入射光中的绿色波长的光被选溶液之所以为紫红色，是因为入射光中的绿色波长的光

31、被选择吸收，而使紫红色光未被互补，所以择吸收，而使紫红色光未被互补，所以KMnO4溶液呈紫红色。溶液呈紫红色。一、物体颜色的产生一、物体颜色的产生2022-12-2837l严格来说，用物质对各种颜色光的选择性吸收来解释物严格来说，用物质对各种颜色光的选择性吸收来解释物质的颜色是比较粗略的。物质吸收光后，透过光的强度质的颜色是比较粗略的。物质吸收光后，透过光的强度减弱；物质对不同波长光的吸收程度不同。减弱；物质对不同波长光的吸收程度不同。l如：移动温度计到绿光区，温度计读数上升。绿光通过如：移动温度计到绿光区，温度计读数上升。绿光通过高锰酸钾溶液，温度计读数明显下降，说明高锰酸钾溶高锰酸钾溶液，

32、温度计读数明显下降，说明高锰酸钾溶液吸收了大部分绿光。液吸收了大部分绿光。M1-2-2物质对光的吸收物质对光的吸收.swfl移动温度计到红光区，温度计读数上升。红光通过高锰移动温度计到红光区，温度计读数上升。红光通过高锰酸钾溶液，温度计读数略有下降，说明高锰酸钾溶液吸酸钾溶液，温度计读数略有下降，说明高锰酸钾溶液吸收少量红光。由此我们发现高锰酸钾溶液对不同波长的收少量红光。由此我们发现高锰酸钾溶液对不同波长的光有不同程度的吸收，其中对绿光的吸收最大。光有不同程度的吸收，其中对绿光的吸收最大。2022-12-2838二、二、吸收光谱曲线吸收光谱曲线l如何来描述物质对不同波长光的吸收程度？可如何来

33、描述物质对不同波长光的吸收程度？可以用吸收光谱曲线来确切的描述物质对不同波以用吸收光谱曲线来确切的描述物质对不同波长光的吸收程度。如何绘制物质的吸收光谱曲长光的吸收程度。如何绘制物质的吸收光谱曲线？线？l以不同波长的光通过以不同波长的光通过1.5610-4mol/l的的KMnO4溶液，分别测定其不同波溶液，分别测定其不同波长下的吸光程度，以波长为横坐标，长下的吸光程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标绘制出吸收光谱曲线。吸光度为纵坐标绘制出吸收光谱曲线。2022-12-2839二、二、吸收光谱曲线吸收光谱曲线l如何来描述物质对不同波长光的吸收程度？可以用吸收如何来描述物质对不同波长光的吸收程度？

34、可以用吸收光谱曲线来确切的描述物质对不同波长光的吸收程度。光谱曲线来确切的描述物质对不同波长光的吸收程度。如何绘制物质的吸收光谱曲线？如何绘制物质的吸收光谱曲线？l同样操作绘制同样操作绘制3.1210-4mol/l的的KMnO4溶液的吸收光溶液的吸收光谱曲线。谱曲线。l再同样绘制再同样绘制4.6810-4mol/l的的KMnO4溶液的吸收光谱溶液的吸收光谱曲线。发现浓度低的曲线。发现浓度低的KMnO4溶液，其吸收曲线中的峰溶液，其吸收曲线中的峰值小；而浓度高的值小；而浓度高的KMnO4溶液，其吸收曲线中的峰值溶液，其吸收曲线中的峰值大。大。l动画：动画：M1-2-3吸收曲线或吸收光谱吸收曲线或

35、吸收光谱.swf2022-12-2840吸收光谱曲线及应用：吸收光谱曲线及应用：l又称吸收曲线或吸收光谱，即逐渐改变通又称吸收曲线或吸收光谱，即逐渐改变通过某一溶液的入射光的波长，并记下该溶过某一溶液的入射光的波长，并记下该溶液对每一种波长光的吸收程度（即吸光度液对每一种波长光的吸收程度（即吸光度A），然后以波长为横坐标，吸光度为纵），然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，所得曲线即称为该溶液的吸收坐标作图，所得曲线即称为该溶液的吸收光谱曲线。光谱曲线。2022-12-2841由高锰酸钾溶液吸收光谱曲线，我们可得到由高锰酸钾溶液吸收光谱曲线，我们可得到如下信息：如下信息：l 高锰酸钾溶液对不

36、同波长的光的吸收程度高锰酸钾溶液对不同波长的光的吸收程度是不同的，对波长为是不同的，对波长为525nm的绿色光吸收最多，的绿色光吸收最多，在吸收曲线上有一高峰（称为吸收峰），而对在吸收曲线上有一高峰（称为吸收峰），而对红色光和紫色光吸收很少，几乎能完全透过，红色光和紫色光吸收很少，几乎能完全透过，因此因此KMnO4溶液呈紫红色。溶液呈紫红色。光吸收程度最大光吸收程度最大处的波长称为最大吸收波长（常以处的波长称为最大吸收波长（常以max表示）。在进行光度测定时，通常都是选表示）。在进行光度测定时，通常都是选取在取在max的波长处来测量，因为这时可的波长处来测量，因为这时可得到最大的测得灵敏度。得

37、到最大的测得灵敏度。2022-12-2842由高锰酸钾溶液吸收光谱曲线，我们可得到由高锰酸钾溶液吸收光谱曲线，我们可得到如下信息：如下信息：l 不同浓度的高锰酸钾溶液，其吸收曲不同浓度的高锰酸钾溶液，其吸收曲线的形状相似，最大吸收波长也一样，不线的形状相似，最大吸收波长也一样，不过峰高不相同。不同物质的吸收曲线，其过峰高不相同。不同物质的吸收曲线，其形状和最大吸收波长都各不相同。因此，形状和最大吸收波长都各不相同。因此，可利用吸收曲线来作为物质定性分析的依可利用吸收曲线来作为物质定性分析的依据。据。不同浓度的同一种物质的溶液，若在相同不同浓度的同一种物质的溶液，若在相同的波长处测量，其所测得的

38、吸光度随浓度的增的波长处测量，其所测得的吸光度随浓度的增加而增大，吸收峰也随之增高。这便是物质定加而增大，吸收峰也随之增高。这便是物质定量分析的理论依据。量分析的理论依据。2022-12-2843三、朗伯定律三、朗伯定律 l为什么不同浓度的同种溶液，其吸收曲线中的峰高不同？为什么不同浓度的同种溶液，其吸收曲线中的峰高不同？它与物质含量之间有什么量的关系？它与物质含量之间有什么量的关系？l物质对单色光的吸收遵循朗伯物质对单色光的吸收遵循朗伯-比尔定律比尔定律:l 1、朗伯定律朗伯定律-在一定实验条件下，在一定实验条件下，吸光度与光程长度吸光度与光程长度（样品池的厚度）成正比。（样品池的厚度）成正

39、比。动画动画M1-2-4朗伯定律朗伯定律.swfl说明：开机预热说明：开机预热20min。将同一浓度的高锰酸钾溶液盛。将同一浓度的高锰酸钾溶液盛装在不同长度的吸收池中，在装在不同长度的吸收池中，在525纳米的单色光下，分纳米的单色光下，分别测定它们的吸光度。关闭仪器，整理桌面，根据所得别测定它们的吸光度。关闭仪器，整理桌面，根据所得数据，以吸光度为纵坐标，光程长度为横坐标，得到如数据，以吸光度为纵坐标，光程长度为横坐标，得到如下直线，说明一定条件下，吸光度与光程长度成正比。下直线，说明一定条件下，吸光度与光程长度成正比。2022-12-2844l2、比尔定律比尔定律-在一定实验条件下，吸光度与

40、浓在一定实验条件下，吸光度与浓度成正比。度成正比。动画动画M1-2-5比尔定律比尔定律.swfl3、以上二者结合形成朗伯、以上二者结合形成朗伯-比尔定律比尔定律它是分光它是分光光度法的定量依据。光度法的定量依据。A=kbc1）透射比：入射光通量）透射比：入射光通量0与通过溶与通过溶液后的透射光通量液后的透射光通量tr之比。符号之比。符号=0/tr2）吸光度：表示溶液对光的吸收程吸光度：表示溶液对光的吸收程度，用透射比倒数的对数表示，符号度，用透射比倒数的对数表示，符号为为A=lg0/tr/=-lg2022-12-28453）比尔定律及其表达式比尔定律及其表达式l 一束平行单色光垂直入射通过一定

41、光路长度的均一束平行单色光垂直入射通过一定光路长度的均匀溶液时，匀溶液时，透射比随溶液中吸光物质浓度和光程透射比随溶液中吸光物质浓度和光程长度的增加而按指数减小。即当入射光通量一定长度的增加而按指数减小。即当入射光通量一定时，时，吸光度与吸光物质浓度及光程长度的乘积成吸光度与吸光物质浓度及光程长度的乘积成正比，这就是光的吸收定律又称朗伯正比，这就是光的吸收定律又称朗伯-比尔定律，比尔定律，其表达式为：其表达式为：=10-Kbc 或或 A=k.b.c，l 式中：式中：b-为吸收池内溶液的光路长度，为吸收池内溶液的光路长度，cm；c-为溶液中吸光物质的浓度；为溶液中吸光物质的浓度；K-为吸光系数。

42、为吸光系数。l吸光系数：吸光系数：K，其物理意义是：单位浓度的溶液，其物理意义是：单位浓度的溶液液层线厚度为液层线厚度为1cm时，在一定波长下测得的吸光时，在一定波长下测得的吸光度。度。2022-12-2846K值的大小取决于吸光物质的性质、入射光波值的大小取决于吸光物质的性质、入射光波长、溶液温度和溶剂性质等，与溶液浓度大小长、溶液温度和溶剂性质等，与溶液浓度大小和液层厚度无关。但和液层厚度无关。但K值大小因溶液浓度所采值大小因溶液浓度所采用的单位的不同而异。用的单位的不同而异。l 摩尔吸光系数摩尔吸光系数 当溶液的浓度以物质的量浓度（当溶液的浓度以物质的量浓度（molL-1）表）表示，液层

43、厚度以厘米（示，液层厚度以厘米（cm）表示时，相应的比）表示时，相应的比例常数例常数K称为摩尔吸光系数。以称为摩尔吸光系数。以表示，其单位表示，其单位为为Lmol-1cm-1。这样，比尔定律可以改写成。这样，比尔定律可以改写成 A=bc 摩尔吸光系数的物理意义是：浓度为摩尔吸光系数的物理意义是：浓度为1molL-1的溶液，在厚度为的溶液，在厚度为1cm的吸收池中，在一定波的吸收池中，在一定波长下测得的吸光度。长下测得的吸光度。2022-12-2847l 摩尔吸光系数是吸光物质的重要参数之一，摩尔吸光系数是吸光物质的重要参数之一，它它表示物质对某一特定波长光的吸收能力。表示物质对某一特定波长光的

44、吸收能力。愈大，愈大，表示该物质对某波长光的吸收能力愈强，测定表示该物质对某波长光的吸收能力愈强，测定的灵敏度也就愈高。因此，测定时，为了提高的灵敏度也就愈高。因此，测定时，为了提高分析的灵敏度，通常选择摩尔吸光系数大（分析的灵敏度，通常选择摩尔吸光系数大（104 Lmol-1cm-1）的有色化合物进行测定，的有色化合物进行测定，选选择择具有最大具有最大值的波长作入射光。一般认为值的波长作入射光。一般认为1104 Lmol-1cm-1灵敏度较低；灵敏度较低；在在11046104 Lmol-1cm-1属中等灵敏度；属中等灵敏度；6104 Lmol-1cm-1属高灵敏属高灵敏度。度。摩尔吸光系数由

45、实验测得。在实际测量中，不能直接摩尔吸光系数由实验测得。在实际测量中，不能直接取取1molL-1这样高浓度的溶液去测量摩尔吸光系数，只这样高浓度的溶液去测量摩尔吸光系数，只能在稀溶液中测量后，换算成摩尔吸光系数。能在稀溶液中测量后，换算成摩尔吸光系数。2022-12-2848l 例例 已知含已知含Fe3+浓度为浓度为500gL-1溶液用溶液用KCNS显色，在波长显色，在波长480nm处用处用2cm吸收池测得吸收池测得A=0.197，计算摩尔吸光系数。，计算摩尔吸光系数。=2022-12-2849l 质量吸光系数质量吸光系数 质量吸光系数适用于摩尔质量未知的化合物。质量吸光系数适用于摩尔质量未知

46、的化合物。若溶液浓度以质量浓度若溶液浓度以质量浓度（gL-1）表示，液层厚）表示，液层厚度以厘米（度以厘米（cm）表示，相应的吸光度，则为质）表示，相应的吸光度，则为质量吸光度，以量吸光度，以a表示，其单位为表示，其单位为Lg-1cm-1。同。同样比尔定律可表示为样比尔定律可表示为 A=ab2022-12-2850四、四、朗伯比尔定律偏离的原因朗伯比尔定律偏离的原因l根据吸收定律，在理论上，吸光度对溶液浓度根据吸收定律，在理论上，吸光度对溶液浓度作图所得的直线的截距为零，斜率为作图所得的直线的截距为零，斜率为b。实际。实际上吸光度与浓度关系有时是非线性的，或者不上吸光度与浓度关系有时是非线性的

47、，或者不通过零点，这种现象称为偏离光吸收定律。通过零点，这种现象称为偏离光吸收定律。如果溶液的实际吸光度比理论值大，则为正如果溶液的实际吸光度比理论值大，则为正偏离吸收定律；吸光度比理论值小，为负偏离偏离吸收定律；吸光度比理论值小，为负偏离吸收定律，如图吸收定律，如图1-4所示。所示。2022-12-28512022-12-2852引起偏离吸收定律的原因引起偏离吸收定律的原因主要有下面几方面：主要有下面几方面：入射光非单色性引起偏离：入射光非单色性引起偏离：吸收定律成立的前提是：入射光是单色光。吸收定律成立的前提是：入射光是单色光。但实际上，一般单色器所提供的入射光并非但实际上，一般单色器所提

48、供的入射光并非是纯单色光，而是由波长范围较窄的光带组是纯单色光，而是由波长范围较窄的光带组成的复合光。而物质对不同波长的吸收程度成的复合光。而物质对不同波长的吸收程度不同（即吸光系数不同），因而导致了对吸不同（即吸光系数不同），因而导致了对吸光定律的偏离。入射光中不同波长的摩尔吸光定律的偏离。入射光中不同波长的摩尔吸光系数差别愈大，偏离吸收定律就愈严重。光系数差别愈大，偏离吸收定律就愈严重。实验证明，只要所选的入射光，其所含的波实验证明，只要所选的入射光，其所含的波长范围在被测溶液的吸收曲线较平坦的部分，长范围在被测溶液的吸收曲线较平坦的部分，偏离程度就要小（见图）偏离程度就要小（见图）202

49、2-12-2853l 溶液的化学因素引起偏离溶液的化学因素引起偏离溶液中的吸光物质因离解、缔合，形成新的化合物而改溶液中的吸光物质因离解、缔合，形成新的化合物而改变了吸光物质的浓度，导致偏离吸收定律。变了吸光物质的浓度，导致偏离吸收定律。因此，测量因此，测量前的化学预处理工作是十分重要的，如控制好显色反应前的化学预处理工作是十分重要的，如控制好显色反应条件，控制溶液的化学平衡等，以防止产生偏离。条件，控制溶液的化学平衡等，以防止产生偏离。l（3）比尔定律的局限性引起偏离比尔定律的局限性引起偏离 严格说，比尔定律是一个有限定律，它只适用于浓度严格说，比尔定律是一个有限定律，它只适用于浓度小于小于

50、0.01mol.L-1的稀溶液。因为浓度高时，吸光粒子的稀溶液。因为浓度高时，吸光粒子间平均距离减小，以致每个粒子都会影响其邻近粒子的间平均距离减小，以致每个粒子都会影响其邻近粒子的电荷分布。这种相互作用使它们的摩尔吸光系数电荷分布。这种相互作用使它们的摩尔吸光系数发生发生改变，因而导致偏离比尔定律。为此，在实际工作中，改变，因而导致偏离比尔定律。为此，在实际工作中，待测溶液的浓度应控制在待测溶液的浓度应控制在0.01 molL-1以下。以下。组成：组成：光源，单色器，样品容器，检测器（光光源，单色器，样品容器，检测器（光电转换器、电子读出、数据处理及记录）。电转换器、电子读出、数据处理及记录