第十章 吸光光度法

第10章吸光光度法Chapter10Absorptiometry

9/23/20231分析化學(xué)教研室吸光光度法又稱為分光光度法（Spectrophotometry）是基于物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來的分析方法，包括比色法、可見及紫外吸光光度法及紅外光譜法等。本章重點(diǎn)討論可見光區(qū)的吸光光度法。9/23/20232分析化學(xué)教研室10.1物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收和光吸收的基本定律10.1.1物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收光是一種電磁波，具有波粒二象性?？梢姽獾牟ㄩL(zhǎng)范圍為400～750nm。紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫。理論上將具有同波長(zhǎng)的光稱為單色光，包含不同波長(zhǎng)的光稱為復(fù)合光?；パa(bǔ)光：若兩種特定顏色的光按一定比例混合可以得到白光，則這兩種特定顏色的光稱為互補(bǔ)光。9/23/20233分析化學(xué)教研室物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收：光的吸收是物質(zhì)與光相互作用的一種形式，吸光物質(zhì)對(duì)可見光的吸收必須符合普郎克條件：只有當(dāng)入射光能量與物質(zhì)分子能級(jí)間的能量差

E相等時(shí)，才會(huì)被吸收，即9/23/20234分析化學(xué)教研室當(dāng)用頻率為

電磁輻射照射分子，若電磁輻射的能量h

恰好等于該分子的較高能級(jí)與較低能級(jí)能量差

E時(shí)，在微觀上出現(xiàn)分子由較低能級(jí)躍遷到較高能級(jí)；在宏觀上則體現(xiàn)在透射光的強(qiáng)度變?nèi)酢?/23/20235分析化學(xué)教研室吸收光譜有原子吸收光譜和分子吸收光譜。原子吸收光譜是由原子外層電子選擇性地吸收某些波長(zhǎng)的電磁波而引起的。分子吸收光譜比較復(fù)雜，這是由于分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性所引起的。分子的能量：E分子=E電子+E振動(dòng)+E轉(zhuǎn)動(dòng)9/23/20236分析化學(xué)教研室分子內(nèi)部三種不同運(yùn)動(dòng)涉及三種躍遷能級(jí)三種能級(jí)躍遷所需能量大小的順序?yàn)椤鱁電子＞△E振動(dòng)＞△E轉(zhuǎn)動(dòng)所以需要不同能量（波長(zhǎng)）的電磁輻射使它們躍遷，即在不同的光學(xué)區(qū)出現(xiàn)吸收譜帶：△E電子(1～20eV)對(duì)應(yīng)的是紫外及可見光譜△E振動(dòng)(0.05～1eV)對(duì)應(yīng)的紅外光譜△E轉(zhuǎn)動(dòng)（0.005～0.05eV）9/23/20237分析化學(xué)教研室當(dāng)分子的價(jià)電子能級(jí)發(fā)生躍遷常伴隨著振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，故價(jià)電子在每?jī)蓚€(gè)能級(jí)間的躍遷所對(duì)應(yīng)的能量差往往不是象原子那樣表現(xiàn)為一個(gè)確定的數(shù)值，而是表現(xiàn)為多個(gè)彼此相差很小的數(shù)值，因此，紫外可見光譜為帶狀光譜。9/23/20238分析化學(xué)教研室10.1.2光吸收的基本定律當(dāng)一束平行單色光通過任何均勻、非散射的固體、液體或氣體介質(zhì)時(shí)，一部分被吸收，一部分透過介質(zhì)，一部分被器皿的表面反射。I0=Ia+It+Ir在吸光光度法中，通常將試液和空白溶液分別置于同樣質(zhì)料及厚度的吸收池中，然后讓強(qiáng)度為I0的單色光分別通過這兩個(gè)吸收池，再測(cè)量其透過光的強(qiáng)度。此時(shí)反射光強(qiáng)度基本上是不變的，且其影響可以相互抵消，故上式可簡(jiǎn)化為：I0=Ia+It9/23/20239分析化學(xué)教研室透過光強(qiáng)度It與入射光強(qiáng)度I0之比稱為透射比或透光度，用T表示：溶液的透射比愈大，表示它對(duì)光的吸收愈??；相反，透射比愈小，表示它對(duì)光的吸收愈大。9/23/202310分析化學(xué)教研室實(shí)踐證明，溶液對(duì)光的吸收程度，與溶液濃度、液層厚度及入射光波長(zhǎng)等因素有關(guān)。保持入射光波長(zhǎng)不變，朗伯(LambertJH)和比爾(BeerA)分別研究了光的吸收與溶液層的厚度及溶液濃度的定量關(guān)系，二者結(jié)合稱為朗伯-比爾定律，也稱為光的吸收定律。A為吸光度K為比例常數(shù)當(dāng)一束強(qiáng)度為I0的平行單色光垂直照射到長(zhǎng)度為b的液層、濃度為c的溶液時(shí)，由于溶液中吸光質(zhì)點(diǎn)的吸收，通過溶液后光的強(qiáng)度減弱為I，則9/23/202311分析化學(xué)教研室上式是朗伯-比爾定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它表明：當(dāng)一束單色光通過含有吸光物質(zhì)的溶液后，溶液的吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及吸收層厚度成正比。這是進(jìn)行定量分析的理論基礎(chǔ)。式中比例常數(shù)K與吸光物質(zhì)的性質(zhì)、入射光波長(zhǎng)及溫度等因素有關(guān)。吸光度A與溶液的透射比的關(guān)系為：9/23/202312分析化學(xué)教研室上式中的K值隨c、b所取單位不同而不同。當(dāng)濃度c用mol·L-1，液層厚度b用cm為單位表示，則K用

來表示，稱為摩爾吸收系數(shù)，單位為L(zhǎng)·mol-1·cm-1，它表示物質(zhì)的量濃度為1mol·L-1，液層厚度為1cm時(shí)溶液的吸光度。A=bc摩爾吸收系數(shù)

反映吸光物質(zhì)對(duì)光的吸收能力，也反映用吸光光度法測(cè)定該物質(zhì)的靈敏度。在一定條件下是常數(shù)。9/23/202313分析化學(xué)教研室桑德爾靈敏度SS是指當(dāng)儀器的檢測(cè)極限為A=0.001時(shí)，單位截面積光程內(nèi)所能檢測(cè)出來的吸光物質(zhì)的最低含量，其單位為

g·cm-2，S與

及吸光物質(zhì)摩爾質(zhì)量M的關(guān)系為：9/23/202314分析化學(xué)教研室10.2分光光度計(jì)及吸收光譜9/23/202315分析化學(xué)教研室分光光度計(jì)的基本部件有：光源、單色器、比色皿、檢測(cè)器和顯示裝置。光源：通常用6～12V鎢絲燈作可見光區(qū)的光源，發(fā)出的連續(xù)光譜在360～800nm范圍內(nèi)。光源應(yīng)該穩(wěn)定。單色器：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置。分為棱鏡和光柵。比色皿：也稱吸收池。用于盛放試液的容器。9/23/202316分析化學(xué)教研室檢測(cè)器：接受從比色皿發(fā)出的透射光并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。分為光電管和光電倍增管。顯示裝置：把放大的信號(hào)以吸光度A或透射比T的方式顯示或記錄下來。分光光度計(jì)常用的顯示裝置是檢流計(jì)、微安表、數(shù)字顯示記錄儀。9/23/202317分析化學(xué)教研室如果測(cè)量某種物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)單色光的吸收程度，以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，可得到一條吸收光譜曲線。光吸收程度最大處的波長(zhǎng)稱為最大吸收波長(zhǎng)，用

max表示。濃度不同時(shí)，光吸收曲線形狀相同，最大吸收波長(zhǎng)不變，只是相應(yīng)的吸光度大小不同。10.2.2吸收光譜9/23/202318分析化學(xué)教研室吸光度法特點(diǎn)靈敏度高：常用于測(cè)定試樣中質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%～10-5

的微量組分，甚至可以測(cè)定低至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-6～10-8的痕量組分。準(zhǔn)確度高：2%～5%應(yīng)用廣泛：幾乎所有的無機(jī)離子和許多有機(jī)化合物都可以直接或間接地用吸光度法進(jìn)行測(cè)定。儀器簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、快速。9/23/202319分析化學(xué)教研室參比溶液的選擇在進(jìn)行光度測(cè)量時(shí)，利用參比溶液來調(diào)節(jié)儀器的零點(diǎn)，可以消除由于吸收池壁及溶劑對(duì)入射光的反射和吸收帶來的誤差，并扣除干擾的影響。a.當(dāng)試劑及顯色劑均無色時(shí)，可用蒸餾水作參比溶液。b.顯色劑為無色，而被測(cè)試液中存在其他有色離子，可用不加顯色劑的被測(cè)試液作參比溶液。9/23/202320分析化學(xué)教研室c.顯色劑有顏色，可選擇不加試樣溶液的試劑空白作參比溶液。d.顯色劑和試液均有顏色，可將一份試液加入適當(dāng)掩蔽劑，將被測(cè)組分掩蔽起來，使之不再與顯色劑作用，而顯色劑及其他試劑均按試液測(cè)定方法加入，以此作為參比溶液，這樣就可以消除顯色劑和一些共存組分的干擾。e.改變加入試劑的順序，使被測(cè)組分不發(fā)生顯色反應(yīng)，可以此溶液作為參比溶液。9/23/202321分析化學(xué)教研室10.3顯色反應(yīng)及其影響因素將無色或淺色化合物轉(zhuǎn)化為有色化合物的反應(yīng)稱為顯色反應(yīng)，所用的試劑稱為顯色劑。1.顯色反應(yīng)的選擇選擇性好，干擾少，靈敏度足夠高，有色物質(zhì)

的應(yīng)大于104。b.有色化合物的組成恒定，符合一定的化學(xué)式。10.3.1顯色反應(yīng)和顯色劑9/23/202322分析化學(xué)教研室c.

有色化合物的化學(xué)性質(zhì)應(yīng)足夠穩(wěn)定，至少保證在測(cè)量過程中溶液的吸光度基本恒定。d.有色化合物與顯色劑的顏色差別要大。2.顯色劑有機(jī)顯色劑分子中一般都含有生色團(tuán)和助色團(tuán)。3.多元絡(luò)合物（自學(xué)）9/23/202323分析化學(xué)教研室10.3.2影響顯色反應(yīng)的因素溶液的酸度酸度對(duì)顯色反應(yīng)的影響主要表現(xiàn)為：a.

影響顯色劑的平衡濃度和顏色顯色劑很多都是有機(jī)弱酸，酸度會(huì)影響顯色劑的平衡濃度，并影響顯色反應(yīng)的完全程度。如二甲酚橙。b.

影響被測(cè)金屬離子的存在狀態(tài)金屬離子在低酸度下易水解。c.

影響絡(luò)合物的組成。9/23/202324分析化學(xué)教研室顯色反應(yīng)的適宜酸度是通過實(shí)驗(yàn)來確定的。具體方法是：固定溶液中被測(cè)組分與顯色劑的濃度，調(diào)節(jié)溶液不同的pH值，測(cè)定溶液的吸光度值。9/23/202325分析化學(xué)教研室2.顯色劑的用量3.顯色反應(yīng)時(shí)間配制一份顯色溶液,從加入顯色劑起計(jì)算時(shí)間,每隔幾分鐘測(cè)量一次A，制作A～t曲線，根據(jù)曲線來確定適宜的時(shí)間。9/23/202326分析化學(xué)教研室4.顯色反應(yīng)溫度通常，顯色反應(yīng)大多數(shù)在室溫下進(jìn)行，有些反應(yīng)必需加熱至一定溫度才能完成。5.溶劑有機(jī)溶劑常降低有色化合物的解離度，從而提高了顯色反應(yīng)的靈敏度。6.干擾及其消除方法干擾組分本身有顏色或與顯色劑反應(yīng)；干擾物質(zhì)在測(cè)量條件下從溶液中析出，使溶液變渾濁。9/23/202327分析化學(xué)教研室干擾消除方法：a.

控制酸度：b.加入掩蔽劑：掩蔽劑不與待測(cè)離子作用，掩蔽劑以及它與干擾組分形成的絡(luò)合物的顏色應(yīng)不干擾待測(cè)離子的測(cè)定。c.利用氧化還原反應(yīng)，改變干擾離子的價(jià)態(tài)：d.利用校正系數(shù)：e.利用參比溶液消除顯色劑和某些共存有色離子的干擾：9/23/202328分析化學(xué)教研室10.4吸光光度分析及誤差控制10.4.1測(cè)定波長(zhǎng)的選擇和標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作1.測(cè)量波長(zhǎng)的選擇最大吸收原則：選擇被測(cè)物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)的光作為入射光，此時(shí)，不僅靈敏度高，而且能夠減少或消除由非單色光引起的對(duì)朗伯-比爾定律的偏離。吸收最大、干擾最小原則：適用于在最大吸收波長(zhǎng)有其他波長(zhǎng)物質(zhì)干擾測(cè)定的情況。9/23/202329分析化學(xué)教研室2.標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作根據(jù)朗伯-比爾定律：吸光度與吸光物質(zhì)的含量成正比。這是吸光度法的定量基礎(chǔ)。在確定的測(cè)量波長(zhǎng)和選擇的實(shí)驗(yàn)條件下分別測(cè)量一系列不同含量的標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，以標(biāo)準(zhǔn)溶液中待測(cè)組分的含量為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)作圖，得標(biāo)準(zhǔn)曲線（或稱為工作曲線）。9/23/202330分析化學(xué)教研室吸光光度法誤差主要有：一是偏離朗伯-比爾定律；二是吸光度測(cè)量引起的誤差。10.4.2對(duì)朗伯-比爾定律的偏離在吸光光度分析中，經(jīng)常出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線不呈直線的情況，特別是當(dāng)吸光