1、第二章第二章 光学分析法导论光学分析法导论概述概述基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。比色法比色法紫外紫外可见吸光光度法可见吸光光度法红外光谱法红外光谱法分类分类主要讨论可见吸光光度法，测定对象以金属离子为主。主要讨论可见吸光光度法，测定对象以金属离子为主。特点特点第一节第一节第一节 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收一、光的基本性质一、光的基本性质一、光的基本性质一、光的基本性质一、光的基本性质一、光的基本性质二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收二、物
2、质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收（一）物质对光产生吸收的原因（一）物质对光产生吸收的原因（一）物质对光产生吸收的原因（一）物质对光产生吸收的原因（一）物质对光产生吸收的原因（一）物质对光产生吸收的原因（二）物质的颜色与光吸收的关系（二）物质的颜色与光吸收的关系（二）物质的颜色与光吸收的关系（二）物质的颜色与光吸收的关系（二）物质的颜色与光吸收的关系（二）物质的颜色与光吸收的关系（三）吸收曲线（三）吸收曲线（三）吸收曲线（三）吸收曲线（三）吸收曲线（三）吸收曲线一、光的基本性质一、光的基本性质光的波粒二象性光的波粒二象性波动性光按波动形式传播光按波动形式传播光的干涉光的干涉衍射衍射折射
3、折射偏振偏振光的波长光的波长、 频率频率v、 速度速度 c的关系的关系v c: cmv : Hz (s -1)c为光速为光速 c 310 10 cm/s粒子性如光电效应就表现出粒子性。如光电效应就表现出粒子性。光量子的能量光量子的能量E与波长与波长、 频率频率v、 速度速度 c的关系的关系v c光是由光是由“光微粒子光微粒子”或光量子组成。或光量子组成。Eh vEh v h c /电磁波谱电磁波谱按照波长的长短顺序按照波长的长短顺序应用广泛应用广泛比色法比色法光度法光度法人的眼睛所能感人的眼睛所能感觉到的电磁波。觉到的电磁波。光的互补色示意图光的互补色示意图白光红红橙橙黄黄绿绿青青蓝蓝紫紫青蓝
4、青蓝图中处于直线关系的两种光为互补光，图中处于直线关系的两种光为互补光，它们按照一定的强度混合可形成白光。它们按照一定的强度混合可形成白光。400450450480480490490500500580580600600650650750单一波长的光单一波长的光 - 单色光。单色光。由不同波长组成的光由不同波长组成的光- - 复合光。复合光。二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收（一）物质对光产生吸收的原因（一）物质对光产生吸收的原因原子吸收光谱：原子吸收光谱： 原子的外层电子选择性地吸原子的外层电子选择性地吸收某些波长的电磁波引起。收某些波长的电磁波引起。分子吸收光谱：分子吸收光谱：
5、电子能级电子能级振动能级振动能级转动能级转动能级量子化的特征能级量子化的特征能级基态基态电子能级的跃迁电子能级的跃迁激发态激发态EE E物质只能吸收与它们分子内部能级差相当的光辐射。物质只能吸收与它们分子内部能级差相当的光辐射。不同的物质对不同波长光的吸收具有选择性。不同的物质对不同波长光的吸收具有选择性。（二）物质的颜色与光吸收的关系（二）物质的颜色与光吸收的关系物质为什么具有不同的颜色物质为什么具有不同的颜色物质的颜色与它所吸收光颜色（波长）有何关系，物质的颜色与它所吸收光颜色（波长）有何关系，颜色的深浅由什么决定颜色的深浅由什么决定CuSO4吸收黄色光吸收黄色光呈现出互补色：蓝色呈现出互
6、补色：蓝色KMnO4吸收绿青色光吸收绿青色光呈现出互补色：紫红色呈现出互补色：紫红色白光白光白光白光（三）吸收曲线（吸收光谱）（三）吸收曲线（吸收光谱）吸光度（吸光度（A）波长（波长（ ）波长为横坐标，吸光度（对光吸收程度的大小）为纵坐标。波长为横坐标，吸光度（对光吸收程度的大小）为纵坐标。能准确地描述物质对各种不同波长光的吸收情况。能准确地描述物质对各种不同波长光的吸收情况。最大吸收波长最大吸收波长max525 n m对于同一物质对于同一物质 c 不同，曲线的形状和不同，曲线的形状和max不变不变在同一波长下，在同一波长下，A 随随 c 的增大而增大。的增大而增大。吸收曲线吸收曲线是吸光光度
7、法选择测量波长的依据是吸光光度法选择测量波长的依据。第二节第二节第二节第二节第二节第二节 光吸收的基本定律光吸收的基本定律光吸收的基本定律光吸收的基本定律光吸收的基本定律光吸收的基本定律一、朗伯一、朗伯一、朗伯一、朗伯一、朗伯一、朗伯- - - - - -比尔定律比尔定律比尔定律比尔定律比尔定律比尔定律二、引起偏离二、引起偏离二、引起偏离二、引起偏离二、引起偏离二、引起偏离朗伯朗伯朗伯朗伯朗伯朗伯- - - - - -比尔定律的因素比尔定律的因素比尔定律的因素比尔定律的因素比尔定律的因素比尔定律的因素（一）朗伯（一）朗伯（一）朗伯（一）朗伯（一）朗伯（一）朗伯- - - - - -比尔定律比尔
8、定律比尔定律比尔定律比尔定律比尔定律（二）吸收系数和桑德尔灵敏度（二）吸收系数和桑德尔灵敏度（二）吸收系数和桑德尔灵敏度（二）吸收系数和桑德尔灵敏度（二）吸收系数和桑德尔灵敏度（二）吸收系数和桑德尔灵敏度（三）标准曲线的绘制及其应用（三）标准曲线的绘制及其应用（三）标准曲线的绘制及其应用（三）标准曲线的绘制及其应用（三）标准曲线的绘制及其应用（三）标准曲线的绘制及其应用物理因素物理因素物理因素物理因素物理因素物理因素化学因素化学因素化学因素化学因素化学因素化学因素第二节第二节 光吸收的基本定律光吸收的基本定律I0Itb朗伯朗伯-光的吸收与溶液层的厚度关系。光的吸收与溶液层的厚度关系。比尔比尔-
9、光的吸收与溶液浓度的定量关系。光的吸收与溶液浓度的定量关系。二者结合称为朗伯二者结合称为朗伯-比尔定律，也称光的吸收定律。比尔定律，也称光的吸收定律。光的吸收示意图光的吸收示意图（一）朗伯（一）朗伯-比尔定律比尔定律I0ItbAlgI0It吸光度吸光度透光度透光度TItI0 lgT1I0ItT 1A0It0T 0AT：01A： 取值范围：AK b cb: 液层的厚度液层的厚度c：浓度浓度K：吸收系数吸收系数K 与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。 朗伯朗伯-比尔定律比尔定律物理意义成立条件多组分存在时总吸光度AA1A2 A3 An各组分不
10、存在相互作各组分不存在相互作用用（二）吸收系数和桑德尔灵敏度（二）吸收系数和桑德尔灵敏度吸收系数吸收系数 ab：cmc：g L1a： L g 1 cm 1摩尔吸光系数摩尔吸光系数b：cmc：mol L1Ab cA a b c ： L mol 1 cm 1应用广泛摩尔吸光系数摩尔吸光系数物理意义影响因素对于同一物质，对于同一物质， 在一定条件下，在一定条件下，的大小取决于的大小取决于，最大，最大吸收波长吸收波长max对应的对应的max用来衡量光度法的灵敏度。用来衡量光度法的灵敏度。max越大表示测定该物质的灵敏度越高。越大表示测定该物质的灵敏度越高。表示表示cl molL-1， b l cm 时
11、溶液的吸光度。时溶液的吸光度。桑德尔灵敏度桑德尔灵敏度(S)指当仪器的检测极限指当仪器的检测极限A=0.001时，单位截面积光程内所时，单位截面积光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量，其单位为能检测出来的吸光物质的最低含量，其单位为gcm-2。S 与与 的关系的关系定义S = M /(gcm-2)M：吸光物质的摩尔质量（吸光物质的摩尔质量（g mol -1）越大，其越大，其S值越小，测定方法的灵敏度越高。值越小，测定方法的灵敏度越高。（三）标准曲线的绘制及其应用（三）标准曲线的绘制及其应用绘制绘制应用应用Ab c与与b一定，测标准一定，测标准溶液不同溶液不同c的吸光度的吸光度A。测未知浓度测
12、未知浓度cx的的A值，直接从标准线上查得值，直接从标准线上查得cx 或由或由Cx= Ax计算得出。计算得出。0AccxAx二、引起偏离二、引起偏离朗伯朗伯- -比尔定律的因素比尔定律的因素1 1、非单色光引起的偏离、非单色光引起的偏离 ( (一）物理因素一）物理因素入射光实际上都是具有某一波段的复合光。入射光实际上都是具有某一波段的复合光。由于物质对不同波长光的吸收程度的不同，由于物质对不同波长光的吸收程度的不同，因而导致对朗伯比尔定律的偏离。因而导致对朗伯比尔定律的偏离。 原原因因2、非平行光引起的偏离、非平行光引起的偏离解决办法使用比较好的单色器，从而获得纯度较高的使用比较好的单色器，从而
13、获得纯度较高的 “ “单色光单色光”，使标准曲线有较宽的线性范围。使标准曲线有较宽的线性范围。人射光波长选择在被测物质的最大吸收处，人射光波长选择在被测物质的最大吸收处，此处的吸收曲线较为平坦（吸光度随波长的变化较小）。此处的吸收曲线较为平坦（吸光度随波长的变化较小）。3、介质不均匀引起的偏离介质不均匀引起的偏离 如果被测溶液是胶体溶液、乳浊液或悬浮液时，如果被测溶液是胶体溶液、乳浊液或悬浮液时，入射光有一部分因散射现象而损失，入射光有一部分因散射现象而损失，T 减少，减少，A 增加。增加。( (一）化学因素一）化学因素1、溶液浓度过高引起的偏离、溶液浓度过高引起的偏离2、化学反应引起的偏离、
14、化学反应引起的偏离溶液浓度过高，吸光质点相互作用会改变溶液浓度过高，吸光质点相互作用会改变。一般只使用于稀溶液。一般只使用于稀溶液。溶液中的吸光物质常因解离、缔合、形成新化合物溶液中的吸光物质常因解离、缔合、形成新化合物或互变异构等化学变化而改变其浓度，因而导致偏或互变异构等化学变化而改变其浓度，因而导致偏离朗伯离朗伯比尔定律。比尔定律。某有色溶液当用某有色溶液当用 1cm 吸收池时，其透过率为吸收池时，其透过率为T，若，若改用改用 2cm 的吸收池，则透过率应为：的吸收池，则透过率应为：A: 2 T B: 2 lg TC: T 1/2D: T 2A K b cAlg T解：解：T10AT10
15、K b cT110K cb1 1cmT2102K cb2 2cmT2(10K c) 2 T12例题例题第三节第三节 吸光光度法仪器吸光光度法仪器一、基本部件一、基本部件二、测量原理二、测量原理三、分光光度计的原理三、分光光度计的原理SP-2102UVPC722型型S22PCNV202一、基本部件一、基本部件单色单色器器吸收吸收池池检测检测系统系统信号显信号显示系统示系统光光源源常用：低压钨丝灯（常用：低压钨丝灯（4002500 nm )分光系统分光系统 （一）光源（一）光源近紫外区：氢灯或氘灯（近紫外区：氢灯或氘灯（185 375 nm )。 (二二) 单色器单色器 单包器是从光源辐射的复合光
16、中分出单色光的光学装置。单包器是从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置。由入口狭缝、准直镜、由入口狭缝、准直镜、色散元件（棱镜和光栅）色散元件（棱镜和光栅）、聚焦镜和出口狭缝组成。聚焦镜和出口狭缝组成。棱镜通常用玻璃，石英等制成棱镜通常用玻璃，石英等制成 （三）吸收池（三）吸收池玻璃质玻璃质石英质石英质可见光区可见光区紫外、可见区紫外、可见区 （四）检测系统（四）检测系统检测光信号，并将它转换成电信号，又称光电转换器。检测光信号，并将它转换成电信号，又称光电转换器。光电管和光电倍增管是应用较广泛的一种检测器。光电管和光电倍增管是应用较广泛的一种检测器。 （五）信号显示系统（五）信号显示系统将
17、检测器的信号放大，并以一定的方式显示或记录下来。将检测器的信号放大，并以一定的方式显示或记录下来。Alg TT / %因因Alg T吸光度的刻度是不均匀的吸光度的刻度是不均匀的二、吸光度的测量原理二、吸光度的测量原理三、分光光度计的类型三、分光光度计的类型（一）单光束分光光度计（一）单光束分光光度计光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示器显示器从光源到检测器只有一条光路，需要作空白调零操作。从光源到检测器只有一条光路，需要作空白调零操作。参比参比A试样试样（二）双光束分光光度计（二）双光束分光光度计RSM1透射透射， M4反射时反射时 I0M1M4M2M3M1反射，反射，M4透射时透
18、射时 It从光源到检测器有两条光路，仪器可自动消除空白吸收，从光源到检测器有两条光路，仪器可自动消除空白吸收，不需作空白调零操作，一次即可测得试液和参比之差。不需作空白调零操作，一次即可测得试液和参比之差。检测器检测器单色器单色器M1、M4半反射半投射旋转镜半反射半投射旋转镜第四节第四节 吸光光度法分析的条件选择吸光光度法分析的条件选择一、显色反应及其条件的选择一、显色反应及其条件的选择二、测量条件的选择二、测量条件的选择一、显色反应及其条件的选择1 1、显色反应、显色反应待测物质是无色或很浅的颜色，需要进行显色反应，待测物质是无色或很浅的颜色，需要进行显色反应， 所用的试剂称为显色剂所用的试
19、剂称为显色剂。待测物质本身有较深的颜色，直接测定。待测物质本身有较深的颜色，直接测定。显色反应主要分为：氧化还原反应、络合反应。显色反应主要分为：氧化还原反应、络合反应。 选择性好选择性好 对比度要大对比度要大：显色剂对光的吸收与络合物的吸收有明：显色剂对光的吸收与络合物的吸收有明 显区别，要求显区别，要求(称为对比度称为对比度)大于大于60 nm。 有色化合物要稳定有色化合物要稳定：至少保证在测量过程中：至少保证在测量过程中 溶液溶液 的吸光度基本恒定。的吸光度基本恒定。注注 意意 灵敏度高灵敏度高：应大于应大于 10 4 L mol 1 cm 1。 显色反应条件要易于控制显色反应条件要易于
20、控制。2 2、显、显色剂色剂采用无机显色剂和有机显色剂采用无机显色剂和有机显色剂（二）显色反应条件的控制（二）显色反应条件的控制1、显色剂的用量、显色剂的用量abc对对 a 和和 b一般不采用一般不采用 c 的显色体系。的显色体系。在平台区选择适当的浓度进行测定。在平台区选择适当的浓度进行测定。 2、溶液的酸度、溶液的酸度影响被测金属离子的存在状态；影响被测金属离子的存在状态；影响显色剂的平衡浓度和颜色；影响显色剂的平衡浓度和颜色；影响络合物的组成影响络合物的组成 。 通过通过 pH 与吸光度关系曲线确定与吸光度关系曲线确定 pH 范围。范围。HRR + H+确定pH范围的方法pHA76543
21、 3、时间和温度、时间和温度 4、有机溶剂和表面活性剂、有机溶剂和表面活性剂 5、干扰及消除、干扰及消除t (min)A252015105二、测量条件的选择（1）测量波长的选择）测量波长的选择 应选择被测物质的最大吸收波长的光作为入射光，应选择被测物质的最大吸收波长的光作为入射光，这称为这称为“最大吸收原则最大吸收原则”（maximum absorption）。）。 （2）吸光度范围的选择）吸光度范围的选择 应控制吸光度在应控制吸光度在 0.150.8 范围内。范围内。控制溶液的浓度或选择不同厚度的吸收池来达到目的。控制溶液的浓度或选择不同厚度的吸收池来达到目的。(3) (3) 参比溶液的选择
22、参比溶液的选择 第五节第五节 吸光光度法的应用吸光光度法的应用一、定量分析一、定量分析（一）单组分的测定（一）单组分的测定0AccxAx1、标准曲线法、标准曲线法2、示差分光光度法、示差分光光度法 （高含量组分的测定）（高含量组分的测定）用浓度为用浓度为cs （ cs cx）的标准溶液作参比，）的标准溶液作参比，调节调节A,再测定试液吸光度再测定试液吸光度Af 。As b csAx b cxAf Ax As b ( cx cs) b c用标准溶液作用标准溶液作Af c 曲线。曲线。cx cs c原理原理方法方法Af 与与 c 成正比成正比测出未知液的测出未知液的Af，从，从Af 可查出可查出c
23、。二、络和物组成的测定二、络和物组成的测定摩尔比法M + n R M R n 求求 n 值值R / MAM 固定，改变固定，改变 R，制成一系列的，制成一系列的R / M比值不同的溶液，测定比值不同的溶液，测定 A 。M 未被完全络和，未被完全络和， MR n 的量随的量随 R的增大而增加，的增大而增加，A逐渐升高。逐渐升高。M 被络和完全，被络和完全，A最大最大n三、酸碱解离常数的测定三、酸碱解离常数的测定HBH+BKaH+ BHB当当HB BKaH+或或 pKa pHpHpKa lg测定不同测定不同pH下下B吸光度变化，吸光度变化，即可说明即可说明HB与与 B浓度的变化，从而找出浓度的变化
24、，从而找出HB B 之点，此时溶液的之点，此时溶液的 pKa pH 。BHB原理原理方法方法 摩尔吸光系数的单位是（ ） 透光率与吸光度的关系是（ ） 分光光度法的种类很多，但分光光度计都有下列主要部件组成（ ）、（）、（）、（）、（）。 按照比尔定律，浓度c和吸光度A之间的关系应该是通过原点的直线，事实上容易发生线性偏离，导致片里的原因有（）和（）两大因素。 摩尔吸收系数的物理意义是吸光物质在（）浓度及（）厚度时的吸光度。在给定条件下（单色光波长、溶剂、温度等），摩尔吸收系数是物质的特性常数。 简述引起比尔定律偏离线性的原因。 以邻二氮菲分光光度法测定二价铁离子，称取试样0.5g，经处理后，加入显色剂，最后定容为50mL。用1.0cm的吸收池，在510nm波长下测得吸光度A=0.43.计算试样中铁的质量分数；当溶液稀释一倍后，其T将是多少？（E510=1.1104 Lmol-1cm-1）
