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1、第九章第九章 吸吸 光光 光光 度度 法法9-1 吸光光度法基本原理吸光光度法基本原理9-2 光度计及其基本部件光度计及其基本部件9-3 显色反应及显色条件的选择显色反应及显色条件的选择9-4 吸光度测量条件的选择吸光度测量条件的选择9-5 吸光光度法的应用吸光光度法的应用9-6 紫外吸收光谱法简介紫外吸收光谱法简介 基基于于物物质质对对光光的的选选择择性性吸吸收收而而建建立立起起来来的的分分析析方法称为吸光光度法方法称为吸光光度法,主要有主要有:红红外外吸吸收收光光谱谱：分分子子振振动动光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围2.52.5 1000 1000 m,m,主要用于有机化合物结构鉴定
2、。主要用于有机化合物结构鉴定。紫紫外外吸吸收收光光谱谱：电电子子跃跃迁迁光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围200200 400 400 nmnm（近近紫紫外外区区），可可用用于于结结构构鉴鉴定定和和定定量量分析。分析。可可见见吸吸收收光光谱谱：电电子子跃跃迁迁光光谱谱，吸吸收收光光波波长长范范围围400400 750 750 nm nm，主要用于有色物质的定量分析。主要用于有色物质的定量分析。本章主要讲授本章主要讲授可见吸光光度法可见吸光光度法。什么叫吸光光度法什么叫吸光光度法?灵敏度高灵敏度高准确度准确度能够满足微量组分的测定要求：能够满足微量组分的测定要求：相对误差相对误差25操作简便
3、快速操作简便快速应用广泛应用广泛特特 点点如何进行测定如何进行测定?可以直接测什么物质可以直接测什么物质?9.1 9.1 吸光光度法的基本原理吸光光度法的基本原理9.1.1 9.1.1 物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收溶液的颜色由透射光波长还是由入射光波长决定溶液的颜色由透射光波长还是由入射光波长决定?/nm颜色颜色互补光互补光400-450紫黄绿450-480蓝蓝黄黄480-490绿蓝绿蓝橙橙490-500蓝绿蓝绿红红500-560绿绿红紫红紫560-580黄绿黄绿紫紫580-600黄黄蓝蓝600-650橙橙绿蓝绿蓝650-780红红蓝绿蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光不同颜色的可
4、见光波长及其互补光吸收光谱吸收光谱物质的电子结构不同，具有不同的量子化能级物质的电子结构不同，具有不同的量子化能级,其能量差也不同其能量差也不同,吸收光的波长也不同，这就吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择性吸收基础构成了物质对光的选择性吸收基础.物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收h M +M*吸收光谱吸收光谱300400500600700/nm3501.00.60.2525 545Cr2O72-MnO4-350A定性分析基础定性分析基础定量分析基础定量分析基础物质对光的选择吸收物质对光的选择吸收在一定的实验条在一定的实验条件下，件下，A与与c成正成正比。比。ABA A C增增大
5、大9.1.2 9.1.2 光的吸收基本定律光的吸收基本定律:朗伯朗伯-比尔比尔定律定律A=lg(1/T)=-lgT=lg(I0/I)=abcbcmcgL-1aL g-1 cm-1T透光度透光度全部吸收全部吸收T=0.0%全部透射全部透射T=100.0%影响影响 的因素的因素入射光波长入射光波长物质的性质物质的性质溶剂和温度溶剂和温度 5104 为为高高灵敏度灵敏度;越大越大,方法灵敏度越高方法灵敏度越高:105为超高灵敏度为超高灵敏度;Lmol-1cm-1当当c的单位用的单位用molL-1表示时，用表示时，用 表示表示.=Ma 摩尔吸收系数，摩尔吸收系数，A bc 例：例：邻二氮菲分光光度法测
6、邻二氮菲分光光度法测Fe2+。(Fe2+)=5.0 10-4 gL-1,b=2cm,在波长在波长 508nm处处测得测得A=0.19，计算计算a和和。解：解：=Ma=55.85 190=1.1 104 Lmol-1cm-1p243吸光度的加合性吸光度的加合性 A=A1+A2+An =1bc1+2bc2+nbcn9.1.3 9.1.3 偏离比尔定律的原因偏离比尔定律的原因AC正偏离正偏离负偏离负偏离 0 1 2 3 4 c(mg/mL)A。0.80.60.40.20A bc工作曲线法工作曲线法(标准曲线标准曲线)单色光单色光：具有单一波长：具有单一波长 的光。的光。复合光复合光：具有不同波长的：
7、具有不同波长的 光复合在一起。光复合在一起。非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离 设入射光仅由设入射光仅由 1 和和 2 两种波长组成，两波长下两种波长组成，两波长下比尔定律都是适用的：比尔定律都是适用的：1+2：1：2：A与与c不成直线关系。不成直线关系。1 对应的对应的 1较小较小 2 对应的对应的 2较大较大 A或或 2 1化学因素引起的偏离化学因素引起的偏离 吸光质点间相互作用引起的偏离吸光质点间相互作用引起的偏离.吸光质点形式变化吸光质点形式变化引起的偏离引起的偏离.例：例：Cr2O72-+H2O 2H+2CrO42-（橙色橙色）（黄色黄色）9.2 9.2 光度计及其基本部件光度计及
8、其基本部件单波长单光束分光光度计单波长单光束分光光度计检测系检测系统统0.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池分光光度计的主要部件分光光度计的主要部件光源光源：发出所需波长范围内的连续光谱，有足：发出所需波长范围内的连续光谱，有足 够的光强度够的光强度,稳定。稳定。可见光区：可见光区：钨灯，碘钨灯钨灯，碘钨灯(320(32025002500nm)nm)紫外区：紫外区：氢灯，氘灯氢灯，氘灯(180(180375375nm)nm)单色器单色器：将光源发出的连续光谱分解为单色光的：将光源发出的连续光谱分解为单色光的 装置。装置。棱镜棱镜:玻璃玻璃35035032003200nm,nm,石英石英18
9、518540004000nmnm 光栅光栅:波长范围宽波长范围宽,色散均匀色散均匀,分辨性能好分辨性能好,使用方便使用方便棱镜：棱镜：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同依据不同波长光通过棱镜时折射率不同入射狭缝入射狭缝准直透镜准直透镜棱镜棱镜聚焦透镜聚焦透镜出射狭缝出射狭缝白光白光红红紫紫1 12 2800 600 500400吸收池吸收池：(比色皿比色皿)用于盛待测及参比溶液。用于盛待测及参比溶液。可见光区：光学玻璃池可见光区：光学玻璃池 紫外区：石英池紫外区：石英池检测系统检测系统：利用光电效应，将光强度转换成：利用光电效应，将光强度转换成 电流讯号。电流讯号。检测器：检测器：光电池，光电
10、管，光电倍增管光电池，光电管，光电倍增管 显示器：显示器：低档仪器：刻度显示低档仪器：刻度显示 中高档仪器：数字显示，自动扫描记录中高档仪器：数字显示，自动扫描记录作业P268 习题:1,2,3，4,5,69.3.19.3.1显色反应的选择显色反应的选择*反应生成的有色化合物反应生成的有色化合物组成恒定，稳定组成恒定，稳定。9.39.3显色反应与显色条件的选择显色反应与显色条件的选择例：例：分光光度法测分光光度法测CuCu2+2+用铜氨配合物测用铜氨配合物测 CuCu2+2+，=1.2=1.2 10102 2 Lmol Lmol-1 1cmcm-1-1双硫腙法测双硫腙法测 CuCu2+2+，=
11、5.0=5.0 10104 4 LmolLmol-1-1cmcm-1 1*灵敏度高灵敏度高，一般，一般 10104 4*选择性好选择性好*显色剂在测定波长处无明显吸收。显色剂在测定波长处无明显吸收。对比度对比度：maxmax60 nm60 nm9.3.2 显色条件的选择显色条件的选择c(R)c(R)1.显色剂用量显色剂用量（cM、pH等等条件固定）条件固定）Mo(SCN)32+浅红浅红Mo(SCN)5 橙红橙红Mo(SCN)6-浅红浅红M +R M R副副 反反 应应M +nR =MRnOH-H+型型 体体 的的 变变 化化RH =R-+H+1 2生成不同配比的配合物生成不同配比的配合物例：例
12、：磺基水杨酸磺基水杨酸 Fe 3+pH=2 3FeR紫红色紫红色pH=4 7FeR2橙色橙色pH=8 10FeR3黄色黄色2.酸度酸度（cM、cR等等条件固定）条件固定）酸度的影响酸度的影响pH1pH为什么要控制适宜的吸光度（读数范围）为什么要控制适宜的吸光度（读数范围）?lgT=bc微分：dlgT0.434dlnT=-0.434T-1 dT=b dc两式相除得：dc/c=（0.434/TlgT）dT 以有限值表示可得：c/c=（0.434/TlgT）T 讨论:浓度测量相对误差大小（c/c）与什么因素 有关?若T=1%,透光率读数范围是多少时,浓度测量相对误差较小?10864202040608
13、00.70.40.20.1AT%Er(36.8)0.434实际工作中，应控制实际工作中，应控制T在在1070,A在在0.151.0之间之间 (调调c,b)9.5 9.5 吸光光度法的应用吸光光度法的应用1.单组分的测定单组分的测定 p258 通常采用通常采用 A-C 标准曲线法定量测定。标准曲线法定量测定。2.多组分的同时测定多组分的同时测定 p260 若各组分的吸收曲线互不重叠，则可若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收波长处分别进行测定。这在各自最大吸收波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。本质上与单组分测定没有区别。若各组分的吸收曲线互有重叠，则可若各组分的吸收曲线互
14、有重叠，则可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。各组分的含量。A1=a1bca b1bcb A2=a2bca b2bcb 9.5.2 9.5.2 高含量组分的测定高含量组分的测定-示差法示差法 普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。的标准溶液作参比溶液。设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为
15、c cx x，标准溶液浓度为标准溶液浓度为c cs s(c(cs s 10104 4*选择性好选择性好*显色剂在测定波长处无明显吸收。显色剂在测定波长处无明显吸收。对比度对比度：maxmax60 nm60 nm9.3.2 显色条件的选择显色条件的选择c(R)c(R)1.显色剂用量显色剂用量（cM、pH等等条件固定）条件固定）Mo(SCN)32+浅红浅红Mo(SCN)5 橙红橙红Mo(SCN)6-浅红浅红M +R M R副副 反反 应应M +nR =MRnOH-H+型型 体体 的的 变变 化化RH =R-+H+1 2生成不同配比的配合物生成不同配比的配合物例：例：磺基水杨酸磺基水杨酸 Fe 3+
16、pH=2 3FeR紫红色紫红色pH=4 7FeR2橙色橙色pH=8 10FeR3黄色黄色2.酸度酸度（cM、cR等等条件固定）条件固定）酸度的影响酸度的影响pH1pH为什么要控制适宜的吸光度（读数范围）为什么要控制适宜的吸光度（读数范围）?lgT=bc微分：dlgT0.434dlnT=-0.434T-1 dT=b dc两式相除得：dc/c=（0.434/TlgT）dT 以有限值表示可得：c/c=（0.434/TlgT）T 讨论:浓度测量相对误差大小（c/c）与什么因素 有关?若T=1%,透光率读数范围是多少时,浓度测量相对误差较小?1086420204060800.70.40.20.1AT%E
17、r(36.8)0.434实际工作中，应控制实际工作中，应控制T在在1070,A在在0.151.0之间之间 (调调c,b)9.5 9.5 吸光光度法的应用吸光光度法的应用1.单组分的测定单组分的测定 p258 通常采用通常采用 A-C 标准曲线法定量测定。标准曲线法定量测定。2.多组分的同时测定多组分的同时测定 p260 若各组分的吸收曲线互不重叠，则可若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收波长处分别进行测定。这在各自最大吸收波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。本质上与单组分测定没有区别。若各组分的吸收曲线互有重叠，则可若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加合性求解
18、联立方程组得出根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。各组分的含量。A1=a1bca b1bcb A2=a2bca b2bcb 9.5.2 9.5.2 高含量组分的测定高含量组分的测定-示差法示差法 普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。的标准溶液作参比溶液。设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为c cx x，标准溶液浓度为标准溶
19、液浓度为c cs s(c(cs s c cx x)。则：则：Ax=b Ax=b c cx x As=b As=b c cs s x x s=s=b(cb(cx x c cs s ）=bc=bc 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差吸光度之差。x x s=s=b(cb(cx x c cs s ）=bc=bc 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差溶液的吸光度之差。示差法测得的吸光度与示差法测得的吸光度与cc呈直线关系。由标呈直线关系。由标准曲线上查得相应的准曲线上查得相应的
20、cc值，则待测溶液浓度值，则待测溶液浓度c cx x ：c cx x=c cs s+c +c 普通法：普通法：c cs s的的T=10%T=10%；c cx x的的T=5%T=5%示差法：示差法：c cs s 做参比，调做参比，调T=100%T=100%c cx x的的T=50%T=50%；标尺扩展标尺扩展1010倍倍9.5.3 9.5.3 酸碱解离常数的测定酸碱解离常数的测定一元弱酸一元弱酸HB HB=H+B-在某一波长下，在某一波长下，酸酸HB和碱和碱B-均有吸收，均有吸收，液液层厚度层厚度b=1 cm，根据根据吸光度的加和性；吸光度的加和性；A=AHB+AB-9.5.4 9.5.4 络合
21、物组成及稳定常数的测定络合物组成及稳定常数的测定摩尔比法摩尔比法:M+nL MLn 固定固定CM，改变改变CL，以吸光度以吸光度A为纵坐标，为纵坐标，CL/CM为横坐标作图。为横坐标作图。配合比配合比=?稳定常数：稳定常数：若形成若形成1:1的配合物的配合物 cM=M+ML cL=L+ML若金属离子和配位剂在测定波长没有吸收，则若金属离子和配位剂在测定波长没有吸收，则 A=ML (b=1 cm)A0=ML=CM =CLA0A/(CM-ML)(CL-ML)K稳=A(CM -A)(CL -A)ACM(-A)(A0-A)A0 =CM 不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色不需空白溶液作参比
22、；但需要两个单色器获得两束单色光光(1 1和和2 2)；以参比波长以参比波长1 1处的吸光度处的吸光度A A11作为参比，来消作为参比，来消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。长法有所提高。A A 22 A A 11 （22 11)b c)b c 两波长处测得的吸光度差值两波长处测得的吸光度差值与待测组分浓度成正比。与待测组分浓度成正比。11和和22分别表示待测组分在分别表示待测组分在1 1和和2 2处的摩尔吸
23、光系数。处的摩尔吸光系数。9.5.4 双波长分光光度法关键问题关键问题:关键问题是测量波长关键问题是测量波长2 2和参比波长和参比波长1 1的选择与组合。的选择与组合。以两组分以两组分x x和和y y的双波长法测定为例：的双波长法测定为例：设：设：x x为待测组分，为待测组分，y y为干扰组分，二者的吸光度差分别为为干扰组分，二者的吸光度差分别为 x x和和y y，则该体系的总吸光度差则该体系的总吸光度差x+yx+y为：为：x+y=x+y=x+x+y y如何选择波长如何选择波长1 1 、2 2有一定的要求。有一定的要求。选择波长组合选择波长组合1 1 、2 2的基本要求是：的基本要求是：选定的
24、波长选定的波长1 1和和2 2处干扰组分应具有相同吸光度，处干扰组分应具有相同吸光度，即即：Ay=y=y y22 y y11=0=0故：故：x+y=x+y=x=(x=(x x22x x11)bcbcx x此时：测得的吸光度差此时：测得的吸光度差只与待测组分只与待测组分x x的浓度呈线性关的浓度呈线性关系，而与干扰组分系，而与干扰组分y y无关。若无关。若x x为干扰组分，则也可用同样的为干扰组分，则也可用同样的方法测定方法测定y y组分。组分。可采用作图法选择符合上述可采用作图法选择符合上述两个条件的波长组合两个条件的波长组合。在选定的两个波长在选定的两个波长1 1和和2 2处待测组分的吸光度应具有足处待测组分的吸光度应具有足够大的差值。够大的差值。作业P269 1，2，3，4，5，6