分析化學第八章吸光光度法課件

第八章吸光光度法匯報人：某某某匯報時間：2024.X.Xξ8-1概述01ξ8-2光的吸收基本定律02ξ8-3方法與儀器03ξ8-4顯色反應及顯色條件的選擇04ξ8-5吸光度測量條件的選擇05目錄

ξ8-1概述利用物質的光學性質來進行分析的方法。從現(xiàn)在開始我們所接觸的內容為儀器分析（簡單儀器分析），儀器分析主要測定微量組分，0.1%以下，（常量100~1%，微量1~0.001%，痕量<0.001%）。那么我們判斷一下下列情況能否用化學分析嗎？nA nB a=1 b=6∴計算得：Ｖ＝0.01865ml＝0.02mlξ8-1概述一般滴定管的誤差為±0.01ml，(0.02ml)，∴不能用滴定法，也不能用重量法，含量太小，誤差大。含鐵量為0.001%試樣，稱取一克，用標液滴定，用去多少毫升？

1g試樣含純鐵：1×0.001%=0.01mgξ8-1概述可以這樣：待測組分有色溶液

ξ8-1概述溶液濃度?。荷珳\

橙紅色絡合物一定體積時：溶液濃度大：色深這種利用物質顏色深淺不同，測定改種有色溶液的有色物質濃度的方法——比色分析法。它的基本依據(jù)：有色物質對光的選擇性吸收作用。ξ8-1概述那么吸光光度法（分光光度法）也是基于有色物質對光的選擇性吸收作用，利用測試儀器——分光光度計比色分析可見紅外紫外，熒光等

吸光光度法 光度法光電比色（光電比色計）分光光度計法

——分光光度計這種分類方法，采用名詞不同，是因為儀器的不同或發(fā)展的歷史不同，實際上都稱為吸光光度法，都是基于物質對光的選擇性吸收作用。ξ8-1概述一、吸光光度法的特點：1.靈敏度高：1~10-3%微量分析，甚至達10-4~10-5%痕量2.準確度高：相對誤差5~10%比色2~5%分光光度，一般不超過6%3.應用廣泛：幾乎所有的無機離子和許多有機化合物4.操作簡便，快速，儀器設備不復雜ξ8-1概述二、吸光光度法的基本原理：1.光的基本性質光的波動性：參數(shù)——λ：波長；υ：頻率；C：光速，關系：C=λν光的粒子性：光電效應，光的吸收，發(fā)射等把光看作是帶有能量的粒子流微粒：光子能量：——E決定于λν，波粒關系：

ξ8-1概述λν=CλE小紫外10~400nmE大可見400~780nm↓紅外780~3000nmξ8-1概述波長越長，能量越小，紅外光對人無多大害處，但紫外光或更短的波長對人有害。單色光——由能量和波長相同的光所組成的光子流，（波長相同的光）復合光——波長不同的光所組成的光，例如白光400~780nm由各種波長和能量的光所組成的紅橙黃……可見光ξ8-1概述2.物質對光的選擇性吸收當光束照射到有色物質上時，光與物質發(fā)生相互作用，于是就產生光的反射、散射、吸收、透射等現(xiàn)象白光入射400~780nm反射反射光很小吸收散射均勻溶液可忽略透射刺激人眼而使人感覺到顏色的存在ξ8-1概述看見的光是不被吸收而透過的光（眼睛所觀察到的）吸收的光不被看見兩種顏色（互補色）——我們人眼能看到誰哪？

∴透射光——吸收光（互補色光）例如：CuSO4直觀為藍色，吸收黃色580~600nm

KmnO4紫紅色吸收500~560nm綠色H2O無色，沒有吸收透射藍色透過紫紅ξ8-1概述物質顏色與吸收光顏色的互補關系物質顏色吸收光顏色波長/nm黃綠黃橙紅紫紅紫藍綠藍藍綠紫藍綠藍藍綠綠黃綠黃橙紅400~450450~480480~490490~500500~560560~580580~600600~650650~780ξ8-1概述我們穿的衣服，所看到的各種大自然中的各種顏色，都是由于物質對可見光的吸收顯示出來的。所以：不同物質對光有選擇性吸收，使得各種物質具有不同顏色。ξ8-1概述為什么有吸光現(xiàn)象？選擇性吸收？(1).吸光現(xiàn)象10-8秒，以熱或熒光形式放出激態(tài)基態(tài)物質粒子與光子碰撞能量轉移，這個作用叫光的吸收。

ξ8-1概述(2).選擇性吸收①激發(fā)態(tài)粒子約10-8秒后回到基態(tài)，吸收的能量以熱或熒光等形式釋放②每種物質其結構不同，具有不同的量子化能級，對光的吸收不同，當照射光的能量hν與被照射物質粒子的基態(tài)與激發(fā)態(tài)能量之差相當時才發(fā)生吸收，發(fā)生電子躍遷，呈現(xiàn)不同顏色，物質對光有選擇性吸收。ξ8-1概述3.吸收曲線（吸收光譜）表示光吸收程度的量有：A吸光度D光密度E消光值0.0004mg/ml0.002mg/ml0.0006mg/ml0.3000.2000.100λ(nm)600500吸收最大波長為510nm（綠色）,600nm左右的橙紅色光幾乎無吸收ξ8-1概述①濃度越大，吸收越大（A越大）②A最大所對應的波長為最大吸收波長（λmax）③λmax不隨濃度的變化而變化這是為什么？這是由物質的量子化能級決定的ξ8-1概述結論：利用物質對不同的波長具有選擇性吸收，而且濃度不同對光吸收的程度不同來測定含量定性：利用λmax——不同物質其吸收曲線的形狀和λmax不同定量：的關系，在不同λmax下測定A值。換算含量。

ξ8-2光的吸收基本定律一、朗伯—比爾定律開始是由實驗觀察得到，后又理論推導1.實驗結論：當一束平行單色光通過液池厚度為b的有色溶液時，溶質吸收了光能，光的強度就要減弱，溶液的濃度越大，液池厚度越大，光被吸收的越多，光強度減弱也就越顯著。It透射Ir反射I0

入射平行單系bIa吸收ξ8-2光的吸收基本定律描述它們之間的定量關系為：I0=It+Ir+Ia Ir很小可以忽略；散射光不存在，因為溶液均勻。=It+Ia命It=IIa=I0-It=I0-I ——透光率ξ8-2光的吸收基本定律加合起來朗伯發(fā)現(xiàn)：C一定，

比爾發(fā)現(xiàn)：b一定，

a：k1、k2加合比例常數(shù)為——吸光系數(shù)L/g·cm濃度為C：g/Lξ8-2光的吸收基本定律物理定義：當一束平行單色光通過單一均勻的、非散射的吸光物質溶液時，溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。此定律不僅適用于溶液，也適用于其他均勻非散射的吸光物質（氣體或固體），是各類吸光光度法定量分析的依據(jù)。有色溶液的濃度C：mol·L-1，則

ε：摩爾吸光系數(shù)，L/mol·cmε與a的關系：ε=Maξ8-2光的吸收基本定律例題：鐵（??）濃度為1，10-鄰二氮雜菲反應，生成橙紅色絡合物。該絡合物在波長580nm，比色皿厚度為2cm時，測得A=0.19。計算1，10-鄰二氮雜菲亞鐵的a及ε。的溶液，與解：已知鐵的相對原子質量為55.85。根據(jù)比爾定律得：ξ8-2光的吸收基本定律2.理論推導dxdIx吸光度II0bS（截面積）ξ8-2光的吸收基本定律①吸光質點（能吸收光子的粒子可能是離子、分子、原子）dn個吸光質點（吸光粒子）——ds俘獲光子的總表面積一個光子碰巧到達這些表面上，將立即被吸收，：光子在截面內被俘獲的幾率

②通過S的光強度Ix：通過dn后，光強度減弱—dIx（被吸收的光強度）則為光強度減弱的幾率。

ξ8-2光的吸收基本定律③從意義上講，光子在S內被俘獲的幾率應與光強度減弱的幾率相一致光強度因被吸收而減弱

④

ξ8-2光的吸收基本定律⑤

質子數(shù)越多，A越大

ξ8-2光的吸收基本定律⑥將n/v換算為C（mol·L-1）v=S·b

ξ8-2光的吸收基本定律凡含有個原子的元素叫摩爾原子

ε：摩爾吸光系數(shù)，有色溶液在濃度C為1mol·L-1液池厚度b=1cm時，吸光度A=ε朗伯-比爾定律：

ξ8-2光的吸收基本定律⑦吸光度與透光率的關系：百分透光率A=2-lgT%ξ8-2光的吸收基本定律二、吸光度具有加合性在多組分體系中，如果各種吸光物質之間無相互作用力，這個體系的總吸光度等于各組分吸光度之和。ξ8-2光的吸收基本定律三、吸光度的測量（一）、T與A的關系A=pT=2-lgT%百分透光率：入射光I0為100時，透過的光為多少

如果使用儀器上表示出的T%，則可用上式換算Aξ8-2光的吸收基本定律（二）、吸光度的測量1.測A不測T0A100T%0∞從右向左刻度越來越小，不均勻，無論怎樣，刻度越粗糙的誤差越大，我們讀取A，∵A∝C是均勻刻度ξ8-2光的吸收基本定律2.參比溶液，調節(jié)儀器因為各種試劑對所選擇的最大波長有不同程度的吸收，這就導致了物質對I0吸收的真實性。另外，比色皿的反射，以及比色皿材料也可能有吸收，這樣都造成透射光強度的減弱。為使光的強度減弱僅與溶液中待測物質的濃度有關，必須對上述影響進行校正。為此，選用參比溶液以及對測量用的比色皿進行校正。調節(jié)儀器使參比皿的A=0，T=100%ξ8-2光的吸收基本定律參比皿：選擇光學性質相同，厚度相同的比色皿，貯參比溶液參比溶液：例如鄰菲羅啉測Fe+，加入各種試劑但不加Fe的試液，也叫空白液空白液+比色皿，測得一個A/值——本底值。用這個A/值調儀器零點，從而就消除了A/的影響，再測A就是較真實值，通過調節(jié)儀器后，實際上入射光強度就是通過參比皿的光強度。ξ8-2光的吸收基本定律四、偏離比爾定律的原因：A∝C理想狀態(tài)下，當波長和強度一定的入射光通過光程長度固定的有色溶液時，A∝C。通常在儀器分析中，都是利用標準曲線法（工作曲線法）測定物質的含量，其工作曲線：正常正偏負偏CCX0AXA①固定b，λ

②配置準確濃度已知的、一系列不同濃度標準溶液（濃度梯度）

③測其A，以A為縱坐標，以標液濃度C（mol·L-1）為橫坐標作圖，可得到一條通過原點的直線實際中，特別是濃度較高時，常會出現(xiàn)標準曲線不成直線的現(xiàn)象，如上圖紅線所示④未知含量的物質處理成溶液（同標液的方法），測其AX，從圖上查得CX，利用CX求X%。ξ8-2光的吸收基本定律原因：1.非單色光：嚴格講朗伯——比爾定律只適用于單色光，但實際上單色器提供的波長范圍比較窄的光帶±20nm（據(jù)儀器性能而定）。為了討論方便，假設入射光僅由兩種波長組成，例：

∴

ξ8-2光的吸收基本定律實驗證明：當時，負偏

當時，正偏

當時，偏差很小，基本上成為直線關系則上式：ξ8-2光的吸收基本定律如果I0所包含的波長范圍在被測溶液的吸收曲線較平坦部分，也可測得較好的線性關系。ξ8-2光的吸收基本定律2.化學因素：高濃度時，粒子間有相互作用力，不能獨立存在，使吸光能力發(fā)生改變，一般小于0.01mol·L-1溶液適于比色3.由吸光物質構成的化學體系：因條件的改變而形成新的化合物或改變吸光物質的濃度，使偏離。新的化合物：締合、離解、絡合、互變異構，與溶劑的作用。消除：利用物質性質、化學平衡知識加以預測與防止ξ8-2光的吸收基本定律⑵盡量選擇吸收曲線平坦的曲線處的波長小結：⑴稀液<0.01mol·L-1ξ8-3方法與儀器

一、目視比色法——準確度不高的常規(guī)分析法同種材料，大小、形狀相同的比色管色階C2C3C4C5CXC1ξ8-3方法與儀器

②處于兩號中間，取其算術平均從管口垂直向下觀察，比較顏色深淺①處于哪號溶液其含量與此號相近準確度不高，但方便，相對誤差5~20%，只適用于單色液，且標準系列不能久存，顏色易變。ξ8-3方法與儀器

二、光度分析法與目視比色比較的優(yōu)點：1.使用儀器代替人眼進行測量，消除了人的主觀誤差，從而提高了準確度2.測定溶液中有其他有色物質共存時，可以選擇適當?shù)膯紊夂蛥⒈热芤簛硐蓴_，因而可提高選擇性；3.在分析大批試樣時，使用標準曲線法可簡化手續(xù)，加快分析速度。ξ8-3方法與儀器

近代的儀器型號方法儀器單色器檢測器型號光電比色法光電比色計

硒光電池581G分光光度法分光光度計玻璃棱鏡硒光電池72型石英棱鏡光電管721石英棱鏡光電倍增751光柵光電倍增710，730等光度計的基本組成：光源、單色器、比色皿、檢測器ξ8-3方法與儀器

光度計的種類繁多，但它們都是由下列基本部件組成光源→單色器→吸收池→檢測系統(tǒng)（一）光源，一般使用鎢絲燈，6~12V，溫度2600~2870K，熔點3680K，波長320~2500nm連續(xù)光譜，溫度取決于電壓，一定要穩(wěn)壓。光強度決定于溫度，溫度越高強度越大，但注意使用壽命。溫度——電壓——光強度（二）單色器，將光源的復合光分解為單色光的裝置，包括棱鏡，（光柵）狹縫和透鏡濾光片：玻璃，干涉，爽膠——只允許和它顏色相同的光透過≥30nm5~10nm30~40nm（半寬度）ξ8-3方法與儀器

棱鏡：玻璃，石英它們的質量用半寬度（nm）來說明：T%BACλmaxDa.濾光片，最大透光度的一半處曲線的寬度（CD），半寬度越小，單色性越強，濾光片質量越好。選：濾光片的顏色是有色溶液的互補色b.棱鏡：半寬度為5~10nm，可達2nm，高級0.5nm，靈敏度高，選擇性比濾光片好的多。ξ8-3方法與儀器

玻璃：不透過350nm以下的光石英：<350nm透過

（三）吸收池（比色皿）規(guī)格：0.5，1，2，3㎝，長方形，圓柱形等玻璃比色皿：1.同厚度之間的透光率相差應小于0.5%2.光與比色皿要垂直，手拿毛玻璃面3.比色皿一定要保持清潔，表面光滑洗液洗滌乙醇HNO3ξ8-3方法與儀器

（四）檢測器——測量吸光度時，是將透過吸收池的光強度轉換成電流進行測定，這種把光變?yōu)辄c的轉換器叫檢測器光電池組成光電轉換器光電管檢流計ξ8-3方法與儀器

1.光電池工作原理：光照射到光電池上，半導體硒表面就有電子逸出，被收集于金屬薄片上，從而帶負電，成為光電池的負極。由于硒的半導體性質，電子只能單向移動，使鐵片成為正極。通過外電路連接，可產生10~100μA的光電流，能用檢流計測量。金屬薄片(金、銀、鉛)半導體硒鐵片eξ8-3方法與儀器

外電路電阻不大（100~1000Ω）∵I∝A，I電流∝I01.連續(xù)長久或強光照射，使其疲勞，即I不變，產生的光電流小∴注意事項：2.靈敏度在550nm左右最高，而在750，250nm處降至10%ξ8-3方法與儀器

2.光電管，自學3.檢流計：懸鏡式光點反射檢流計測量產生的光電流，靈敏度109A/格應防止震動和大電流通過，使用完畢應先關閉檢流計ξ8-4顯色反應及顯色條件的選擇一、顯色反應的選擇：氧化還原反應絡合反應▲

顯色反應用的最多的反應例如：

紅色pH=2~9lgK穩(wěn)

=21.3ε=1.2×104λmax=510nmξ8-4顯色反應及顯色條件的選擇問：用581G型光電比色計應選何種濾光片？（綠色）因為一種被測物質組分可能和多種顯色劑反應，生成不同的有色物質，因此要考慮最適宜的顯色反應，從以下因素考慮：1.靈敏度：因測定微量組分，則要求靈敏度高，選ε大的顯色反應，一般ε值在104~105

2.選擇性：好，顯色劑僅與一種組分發(fā)生顯色反應，特效顯色劑或少數(shù)幾種組分發(fā)生顯色反應3.對比度（反射度）：大稱：兩種有色物質最大吸收波長之差，絡合物的最大吸收波長減去顯色劑的最大吸收波長。

ξ8-4顯色反應及顯色條件的選擇λmax空白值λMRAλR也就是說：盡量讓R在λmax處無吸收，降低空白值4.MR組成恒定，化學性質穩(wěn)定，保證測量中吸光度基本不變，否則影響A的再現(xiàn)性。ξ8-4顯色反應及顯色條件的選擇二、顯色條件的選擇：要想得到較好顯色反應，則從顯色條件考慮。（一）顯色劑用量：每個實驗前要對用量實驗，一般的講：R越多，利于形成MR，但過量太多也不好。請看下面幾種情況:：（固定其他條件，只改變R的用量，然后測定A，以A-C作圖）0CRBAAA③①②ξ8-4顯色反應及顯色條件的選擇圖①，0-A用量不足，A以后穩(wěn)定，大于A點之后任何一點濃度，但不能太大，一般根據(jù)配比，如Fe2++phen1∶3圖②，吸光度穩(wěn)定在A-B之間，狹窄例：A↓1:61:51:3A↓濃度太低或太高，生成配位體數(shù)低或高的絡合物吸光度都降低?！郣小于CA或大于CB，A都下降，必須嚴格控制CR用量。圖③，CR增大，A增大，如由橙黃變?yōu)檠t，一般不選

形成逐級絡合，ξ8-4顯色反應及顯色條件的選擇（二）、酸度：實驗確定合適的酸度BApHA固定組分及顯色劑濃度，改變pH值測A，作A-pH圖，取平坦曲線下的pH值為測定此組分的最佳pH。酸度影響情況：①顯色劑的顏色與pH有關，R是一種有機弱酸，帶有酸、堿指示劑的性質，酸度改變，存在形式發(fā)生變化，改變了溶液的顏色，從而改變有色化合物的濃度；②對被測離子存在狀態(tài)有影響，pH改變有可能造成Mn+的水解。ξ8-4顯色反應及顯色條件的選擇（三）、其他因素：溫度：一般室溫下進行，但有的反應需加熱加速反應完全，但注意在比色時，溫度保持一致（溫度恒定）。根據(jù)反應條件，選適當?shù)臏囟龋绺邷胤纸狻?/p>

時間：作A-t圖，確定合適的時間，時間的長短與溫度有關，有的在放置時，受到空氣的氧化或發(fā)生光解（光化學反應），會使色減。溶劑：氯代磺粉S測Nb，水中顯色需幾小時，但加丙酮后只需30分鐘即可。共存離子的影響：Fe3+，Co2+，Ni2+，Cu2+，Cr3+本身有色，Mn2+本身無色，但與R反應有色，負誤差。ξ8-5吸光度測量條件的選擇一、入射光波長的選擇1.吸收曲線A大處λ