1、重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日第第9 9章章 分光光度法分光光度法9.1 概述 9.1.1定义 分光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法，包括比色法、可见及紫外分光光度法及红外光谱法等。我们重点讨论可见光区的分光光度法。9.1.2 分光光度法的特点 a 灵敏度高。常用于测定试样中质量分数为1%10-5的微量组分，甚至可测定低至质量分数为10-610-8的痕量组分。b 准确度较高。目视比色法的相对误差为5%10%，分光光度法为2%5%。c 应用广泛。几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可以直接或间接地用目视比色法或分光光度法进行测定。d 仪
2、器简单、操作简便、快速。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日1 相关概念*吸收光谱：原子吸收光谱和分子吸收光谱。是因物质对不同波长的光具有选择性吸收作用而产生的。*单色光：具同一波长的光。*复合光：由不同波长组成的光。*紫外光：波长200400 nm。*可见光：人眼能感觉到的光，波长在400750 nm。它是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成的。*波段：各种色光的波长范围不同。*互补色光：按一定比例混合，得到白光。*物质的颜色是因物质对不同波长的光具有选择性吸收作用而产生的。9.1.3 溶液的颜色与光吸收的关系 重庆大学化学化工学院耐劳苦
3、 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日*吸收光谱曲线或光吸收曲线：以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。*最大吸收波长：光吸收程度最大充处的波长，用max表示。*吸光度A(也称消光度E或光密度D)：溶液对光的吸收程度。在可见光，KMnO4溶液对波长525 nm附近绿色光的吸收最强，而对紫色和红色的吸收很弱。max=525 nm。浓度不同时，光吸收曲线形状相同，max不变，吸光度不同。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日9.2 光吸收基本定律9.2.1 朗伯-比尔定律 当一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质
4、，一部分被器皿的表面反射。如图所示，设人射光强度为I0收光强度为Ia，透过光强度为It，反射光强度为Ir。rtaIIII0重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日 在分光光度分析法中，试液和空白溶液分别置于同样质料及厚度的吸收池中，然后让强度为I0的单色光分别通过这两个吸收池，再测量其透过光的强度。此时反射光强度基本上是不变的，且其影响可以相互抵消。taIII0透光度或透光率 透过光强度It与人射光强度Io之比称为透光度或透光率，用T表示溶液的透光度愈大，表示它对光的吸收愈小;相反，透光度愈小，表示它对光的吸收愈大。0IITt重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤
5、学业 爱国家2023年1月30日 朗伯(Lambert J H)和比尔(Beer A)分别于1760和1852年研究了光的吸收与溶液层的厚度及溶液浓度的定量关系，二者结合称为朗伯-比尔定律，也称为光的吸收定律。当一束强度为I0的平行单色光垂直照射到长度为b的液层、浓度为c的溶液时，由于溶液中吸光质点(分子或离子)的吸收，通过溶液后光的强度减弱为I：KbcIIAo lgTIIAo1lglg重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日*摩尔吸收系数 当浓度c用molL-1，液层厚度b用cm为单位表示，则K用另一符号来表示。称为摩尔吸收系数，单位为Lmol-lcm-1，它表
6、示物质的量浓度为l molL-1，液层厚度为l cm时溶液的吸光度。bcA9.2.2 摩尔吸收系数重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日例例 浓度为浓度为25.5g/50mL的的Cu2+溶液，用双环已酮草酰二溶液，用双环已酮草酰二腙光度法测定，在波长腙光度法测定，在波长600nm处用处用2cm比色皿测量比色皿测量A=0.297，计算摩尔吸光系数。，计算摩尔吸光系数。解：解：114616362.109.12100.8297.0.100.855.631050105.25cmmolLbcALmolCu重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30
7、日9.2.3 对朗伯-比尔定律的偏离 在分光光度分析中，经常出现标准曲线不呈直线的情况，特别是当吸光物质浓度较高时，明显地看到通过原点向浓度轴弯曲的现象(吸光度轴弯曲)。这种情况称为偏离朗伯-比尔定律。若在曲线弯曲部分进行定量，将会引起较大的误差。偏离朗伯比尔定律的原因主要是仪器或溶液的实际条件与朗伯-比尔定律所要求的理想条件不一致。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日（1）非单色光引起的偏离（2）介质不均匀引起的偏离（3）由于溶液本身的化学反应引起的偏离: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，因而导致偏离朗伯比尔定律。
8、较平坦较平坦不平坦不平坦重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日9.3 光度分析的方法和仪器9.3.1 目视比色法 用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。优点是仪器简单，操作简便，适宜于大批试样的分析。灵敏度高，因为是在复合光-白光下进行测定，故某些显色反应不符合朗伯-比尔定律时，仍可用该法进行测定。主要缺点是准确度不高，标准系列不能久存，需要在测定时临时配制。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日9.3.2 标准曲线法 借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制标准曲线，根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求得被测
9、物质的浓度或含量。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日9.3.4 分光光度计及其基本部件 分光光度计按工作波长范围分类，紫外、可见分光光度计应用于无机物和有机物含量的测定，红外分光光度计主要用于结构分析。分光光度计又可分为单光束和双光束两类。722型分光光度计是数字显示的单光束、可见分光光度计。分光光度计的基本部件:光源、单色器、比色皿、检测器和显示装置。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日*光源 用612 V钨丝灯作可见光区的光源，发出的连续光谱在360800 nm 范围内。光源应该稳定，即要求电源电压保持稳定。为此，通常在
10、仪器内同时配有电源稳压器。氢灯 氘灯 钨灯 汞灯*比色皿也称吸收池。用于盛放试液的容器。它是由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分为0.5cm，lcm，2cm，3cm和5cm。在可见光区测量吸光度时使用玻璃吸收池，紫外区则使用石英吸收池。使用比色皿时应注意保持清洁、透明，避免磨损透光面。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日*比色皿也称吸收池。用于盛放试液的容器。它是由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分为0.5cm，lcm，2cm，3cm和5cm。在可见光区测量吸光度时使用玻璃吸收池，紫外区则使用石英吸收
11、池。使用比色皿时应注意保持清洁、透明，避免磨损透光面。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日 9.4 显色反应和显色条件9.4.1 显色反应 待测物质本身有较深的颜色，直接测定；待测物质是无色或很浅的颜色，需要选适当的试剂与被测离子反应生成有色化合物再进行测定，此反应称为显色反应，所用的试剂称为显色剂。按显色反应的类型来分，主要有氧化还原反应和络合反应两大类，而络合反应是最主要的。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日（1）显色反应的选择A 选择性好，干扰少，或干扰容易消除;灵敏度高，有色物质的应大于104。B 有色化合物的组成恒
12、定，符合一定的化学式。C 有色化合物的化学性质稳定，至少保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定。这就要求有色化合物不容易受外界环境条件的影响。D 有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大，即显色剂对光的吸收与络合物的吸收有明显区别，要求两者的吸收峰波长之差(称为对比度)大于60 nm。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日（2）显色剂 无机显色剂不多，因为生成的络合物不稳定，灵敏度和选择性也不高。如用KSCN显色测铁、钼、钨和铌；用钼酸铵显色测硅、磷和钒;用H2O2显色测钛等。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日 实验条件包括：溶液酸
13、度，显色剂用量，试剂加入顺序，显色时间，显色温度，有机络合物的稳定性及共存离子的干扰等。9.4.2 显色条件的选择（1）溶液的酸度（2）显色剂的用量（3）显色反应时间（4）显色反应温度（5）溶剂 重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日 在分光光度分析中，仪器测量不准确也是误差的主要来源。任何光度计都有一定的测量误差。这些误差可能来源于光源不稳定，实验条件偶然变动，读数不准确等。在光度计中，透射比的标尺刻度均匀。吸光度标尺刻度不均匀。对于同一仪器，读数的波动对透射比为一定值；而对吸光度读数波动则不再为定值。吸光度越大，读数波动所引起的吸光度误差也越大。9.5 仪器
14、测量测量误差和测量条件9.5.1 仪器测量测量误差重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日 透射比很小或很大时，浓度测量误差都较大，即光度测量最好选吸光度读数在刻度尺的中间而不落两端。待测溶液的透射比T在15%65%之间，或使吸光度A在0.20.8之间，才能保证测量的相对误差较小。当当A=0.434(或透光率或透光率T=36.8%)时，测量的相对误差最小。时，测量的相对误差最小。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日（1）测量波长的选择 为了使测定结果有较高的灵敏度，应选择被测物质的最大吸收波长的光作为入射光，这称为“最大吸收原则”
15、。选用这种波长的光进行分析，不仅灵敏度高，且能减少或消除由非单色光引起的对朗伯-比尔定律的偏离。但是，在最大吸收波长处有其他吸光物质干扰测定时，则可选另一灵敏度稍低，但能避免干扰的入射光波长。9.5.2 测量条件的选择重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日 例 丁二酮肟光度法测钢中镍，络合物丁二酮肟镍的最大吸收波长为470 nm，但试样中的铁用酒石酸钠掩蔽后，在470 nm处也有一定吸收，干扰镍的测定。为避免铁的干扰，可以选择波长 520 nm进行测定，虽然测镍的灵敏度有所降低，但酒石酸铁不干扰镍的测定。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023
16、年1月30日（2）吸光度范围的选择 从仪器测量误差的角度来看，为使测量结果得到较高准确度，一般控制标准溶液和被测试液的吸光度在0.20.8范围内。可通过控制溶液的浓度或选择不同厚度的吸收池来达到目的。(3)参比溶液的选择 利用参比溶液来调节仪器的零点，可消除由吸收池壁及溶剂对入射光的反射和吸收带来的误差，扣除干扰的影响。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日9.6 分光光光度法的应用9.6.1 标准曲线法9.6.2 标准对照法 ssxxsxsxcAA cccAA ;bcAxxbcAss为减少测定误差，标准品溶液和被测溶液的浓度应相接近。重庆大学化学化工学院耐劳苦 尚俭朴 勤学业 爱国家2023年1月30日9.6.2 络合物组成的测定 固定一种组分(通常是金属离子M)的浓度，改变络合剂(R)的浓度，得到一系列R/M比值不同的溶液，并配制相应的试剂空白作参比液，分别测定其吸光度。以吸光度A为纵坐标，R/M为横坐标作图。
