吸收光譜法培訓(xùn)課件

14.6吸收光譜法

吸收光譜原理比色法分光光度法一、吸收光譜原理1.吸收光譜法：在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收而建立起來(lái)的分析方法。又稱吸光光度法。主要有:

紅外吸收光譜法：吸收光波長(zhǎng)范圍2.5-1000nm,主要用于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定。

紫外吸收光譜法：吸收光波長(zhǎng)范圍200-400nm（近紫外區(qū)），可用于結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。可見(jiàn)吸收光譜法：吸收光波長(zhǎng)范圍400-750nm，主要用于有色物質(zhì)的定量分析。

2.物質(zhì)的顏色與光吸收的關(guān)系（1）互補(bǔ)色光：若兩種顏色的光按某適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度比例混合后可成為白光,則這兩種色光成為互補(bǔ)色光。例如,黃光和藍(lán)光。（2）物質(zhì)的顏色與光吸收的關(guān)系物質(zhì)之所以呈現(xiàn)不同的顏色是物質(zhì)對(duì)光選擇性吸收造成的。溶液在日光的照射下,如果可見(jiàn)光幾乎均被吸收,則溶液呈黑色;如果全不吸收,則呈無(wú)色透明;若吸收了白光中的某種色光,則呈現(xiàn)透射光的顏色,即被吸收光的互補(bǔ)色。例如,KMnO4溶液吸收波長(zhǎng)500—560nm的綠色光,呈現(xiàn)紫色;K2Cr2O7溶液吸收籃紫色光,而呈現(xiàn)黃色;硫酸銅溶液呈現(xiàn)藍(lán)色是由于它吸收了白光中的黃色光波.（3）吸收曲線：在同樣的條件下依次將各種波長(zhǎng)的單色光通過(guò)某物質(zhì)溶液,并分別測(cè)定每個(gè)波長(zhǎng)下溶液對(duì)光的吸收程度(吸光度A),以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo)得到的A～λ曲線,稱為該溶液的吸收曲線，又稱吸收光譜。3.光的吸收定律（1)朗伯－比耳定律:當(dāng)一束平行的單色光通過(guò)均勻溶液時(shí),溶液的吸光度與溶液濃度（c）和液層厚度（b）的乘積成正比。是吸光光度法定量分析的依據(jù)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

A=kbcA：吸光度(I0：入射光強(qiáng)度,It：透過(guò)光強(qiáng)度)k：吸光系數(shù);當(dāng)b—以cm為單位；c—以mol·L－１為單位；k=ε

A＝εbc

ε稱摩爾吸光系數(shù)物理意義：當(dāng)某一波長(zhǎng)光通過(guò)濃度為1mol/L、液層厚度為1cm溶液的吸光度。單位L/mol.cm（2）摩爾吸光系數(shù)ε的討論：①

ε是吸收物質(zhì)在一定波長(zhǎng)下的特征常數(shù)。溫度和波長(zhǎng)等條件一定時(shí)，ε僅與吸光物質(zhì)本性有關(guān)，而與其濃度c和光程長(zhǎng)度b無(wú)關(guān)；②可作為定性鑒定的參數(shù)；③同一吸收物質(zhì)在不同波長(zhǎng)下的ε值是不同的。ε越大表明該物質(zhì)對(duì)某波長(zhǎng)的光吸收能力越強(qiáng)，用光度法測(cè)定該物質(zhì)的靈敏度越高。ε代表測(cè)定方法的靈敏度。（3）透光度(透光率)T:描述入射光透過(guò)溶液的程度,取值范圍0～100%。

吸光度A與透光度T的關(guān)系:

A＝εbcT=10-εbc例:1.有一溶液,在λmax=310nm處的透光率為87%,在該波長(zhǎng)處時(shí)的吸光度為多少？解：T＝87％；A＝－lgT＝－lg87％＝0.062.已知苯胺的λmax=280nm,ε=1430,有一含苯胺的水樣,在1cm比色皿中測(cè)得吸光度為0.52,求該水樣中苯胺的含量。（以mg/L表示)解:3.某有色化合物的0.0010%水溶液,在510nm處,用3cm比色皿測(cè)得吸光度為A=0.57,已知摩爾吸光系數(shù)為2.5×103L/mol.cm,求該有色配合物的摩爾質(zhì)量。解：4.偏離朗伯—比耳定律的原因

朗伯—比耳定律知,吸光度與溶液的濃度成正比,即A～C呈線性關(guān)系,標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定未知溶液的濃度時(shí)發(fā)現(xiàn)：標(biāo)準(zhǔn)曲線常發(fā)生彎曲（尤其當(dāng)溶液濃度較高時(shí)），這種現(xiàn)象稱為對(duì)朗伯—比耳定律的偏離。

引起這種偏離的因素（兩大類）：（1）物理性因素

朗伯—比耳定律的前提條件之一是入射光應(yīng)為單色光。分光光度計(jì)只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復(fù)合光可導(dǎo)致對(duì)朗伯—比耳定律的正或負(fù)偏離。(2)化學(xué)性因素

朗伯—比耳定律的假定：所有的吸光質(zhì)點(diǎn)之間不發(fā)生相互作用。故：朗伯—比耳定律只適用于稀溶液(濃度大,易發(fā)生偏離)。溶液中存在著離解、聚合、互變異構(gòu)、配合物的形成等化學(xué)平衡時(shí),使吸光質(zhì)點(diǎn)的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。5.顯色反應(yīng)及顯色反應(yīng)條件的選擇（1）對(duì)顯色反應(yīng)的要求：靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測(cè)定波長(zhǎng)處無(wú)明顯吸收，兩種有色物最大吸收波長(zhǎng)之差：“對(duì)比度”，要求△

>60nm。⑵顯色反應(yīng)條件的選擇①顯色劑用量：選擇吸光度A與顯色劑用量的關(guān)系變化平坦處。

②反應(yīng)體系的酸度在相同實(shí)驗(yàn)條件下，分別測(cè)定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對(duì)應(yīng)的pH范圍。③顯色時(shí)間與溫度:實(shí)驗(yàn)確定④溶劑：一般盡量采用水相測(cè)定。⑤共存離子干擾的消除a.加入掩蔽劑b.選擇適當(dāng)?shù)娘@色反應(yīng)條件c.分離干擾離子6.測(cè)定條件的選擇（1）選擇適當(dāng)?shù)娜肷涔獠ㄩL(zhǎng):一般應(yīng)該選擇λmax為入射光波長(zhǎng)。如果λmax處有共存組分干擾時(shí)，則應(yīng)考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長(zhǎng)。（2）選擇合適的參比溶液

選擇參比溶液的目的：消除溶劑和試劑等非測(cè)定物質(zhì)對(duì)入射光吸收的影響,使測(cè)得的吸光度真正反映待測(cè)溶液吸光強(qiáng)度。參比溶液的選擇一般遵循以下原則：①若僅待測(cè)組分與顯色劑反應(yīng)產(chǎn)物在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收，其它所加試劑均無(wú)吸收，用純?nèi)軇ㄋ?作參比溶液；②若顯色劑或其它所加試劑在測(cè)定波長(zhǎng)處略有吸收，而試液本身無(wú)吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；③若待測(cè)試液在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收，而顯色劑等無(wú)吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液；④若顯色劑、試液中其它組分在測(cè)量波長(zhǎng)處有吸收，則可在試液中加入適當(dāng)掩蔽劑將待測(cè)組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。（3）控制適宜的吸光度（讀數(shù)范圍）最佳讀數(shù)范圍：用儀器測(cè)定時(shí),應(yīng)盡量使吸光度A=0.80～0.20(溶液透光度值:T%=15～65%)。二、比色法1.目視比色法：采用直接用眼睛比較標(biāo)準(zhǔn)溶液與被測(cè)溶液顏色的深淺,來(lái)測(cè)定物質(zhì)含量的方法成為目視比色法。測(cè)量的是透過(guò)光的強(qiáng)度。2.光電比色法：利用光電比色計(jì)測(cè)定溶液吸光度并進(jìn)行定量分析的方法。光電比色計(jì)組成：

光源→濾光片→比色皿→光電池→檢流計(jì)（1）光源:常用鎢絲燈,發(fā)射400～1100nm的連續(xù)光譜。（2）

濾光片:濾光片最易透過(guò)的光應(yīng)是有色溶液最易吸收的光,即濾光片的顏色與被測(cè)有色溶液顏色互為補(bǔ)色。（3）

比色皿:盛試液和空白溶液的吸收池,有玻璃和石英兩種,常用規(guī)格有0.5cm、1cm、3cm、5cm。(操作時(shí),需拿毛面)（4）光電池:將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置。常用硒光電池。（5）

檢流計(jì):測(cè)量光電流的儀器,上有透光度（T%）和吸光度（A）兩種刻度。光電比色法優(yōu)點(diǎn):（1）儀器代替人眼,消除主觀誤差,提高準(zhǔn)確度。（2）采用濾光片和參比溶液消除干擾,提高選擇性。光電比色法局限性:只限于可見(jiàn)光區(qū)400～800nm,濾光片獲得單色光,不純,影響準(zhǔn)確度和靈敏度。三、分光光度法:

利用分光光度計(jì)測(cè)定溶液吸光度進(jìn)行定量分析的方法成為分光光度法。1.分光光度計(jì)組成

光源→單色器→比色皿→光電池→檢流計(jì)

除了單色器以外,其他與光電比色計(jì)構(gòu)件相同。單色器：即分光系統(tǒng),是將混合的光按波長(zhǎng)順序分散為不同波長(zhǎng)的單色光的裝置。其主要部件是棱鏡(或光柵)+狹縫。2.分光光度法特點(diǎn):（1)采用棱鏡或光柵等分光器將復(fù)合光變?yōu)閱紊?可獲得純度較高的單色光,進(jìn)一步提高了準(zhǔn)確度和靈敏度。（2）擴(kuò)大了測(cè)量的范圍:測(cè)量范圍由可見(jiàn)光區(qū)擴(kuò)展到紫外光區(qū)和紅外光區(qū)。3.分光光度計(jì)類型:

可見(jiàn)分光光度計(jì)（工作范圍360～800nm）;紫外—可見(jiàn)分光光度計(jì)（200～1000nm）;紅外分光光度計(jì)（760～800nm）。4.定量方法:

常用標(biāo)準(zhǔn)曲線法(或工作曲線法)：配制不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別測(cè)定各濃度的吸光度,以濃度為橫坐標(biāo),吸光度為縱坐標(biāo),繪制A-C標(biāo)準(zhǔn)曲線（工作曲線）。待測(cè)試液在相同條件下顯色,并測(cè)定吸光度,然后在工作曲線上求出其濃度。

標(biāo)準(zhǔn)曲線(工作曲線)

例題1、吸收曲線是（C）A,A—C關(guān)系圖B,A—pH關(guān)系圖C,A--λ關(guān)系圖D,A---ε關(guān)系圖2、今有甲乙兩個(gè)不同濃度的同一有色物質(zhì)的溶液，用同一波長(zhǎng)的光，同一厚度的比色皿測(cè)得吸光度為：甲0。2，乙0。3，如果甲的濃度為4．0×10-4mol/L，則乙的濃度為（C）mol/L

A、2．0×10-4;B、4.0×10-4;

C、6.0×10-4;

D、8.0×10-4.3.在分光光度法中，吸光度和透光度的關(guān)系是下列四個(gè)中的哪一個(gè)（B）A、A=1gT;B、A=1g（1/T）;

C、T=1gA;D、A=1n（1/T）.4.在分光光度法中，理想的顯色劑應(yīng)該滿足（A）。

A、靈敏度高、選擇性和穩(wěn)定性好B、靈敏度高、顯著性和穩(wěn)定性好C、靈敏度高、選擇性和顯著性好D、靈敏度高、顯著性和準(zhǔn)確度好5.某試液用2.0cm的比色皿,測(cè)得T=60%,若改用1.0cm的比色皿,測(cè)得T為（D）A15%B30%C39%D77%6.在分光光度法中，宜選用的吸光度讀數(shù)范圍為：A、0~0.2；B、0.1~0.3；C、0.3~1.0；

D、0.2~0.7

7.某物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)ε很大，則表明：(D)A、該物質(zhì)溶液的濃度很大；B、

光通過(guò)該物質(zhì)溶液的光程長(zhǎng)；C、測(cè)定該物質(zhì)的靈敏度低；D、測(cè)定該物質(zhì)的靈敏度高；8.某金屬離子X(jué)與R試劑形成一有色絡(luò)合物，若溶液中X的濃度為1.0×10-4mol·L-1，用1cm比色皿在525nm處測(cè)得吸光度為0.400，則此絡(luò)合物在525nm處的摩爾吸光系數(shù)為：(B)A、4×10-3；

B、4×103；C、4×10-4；D、4×104。9.某

符合比耳定律的有色溶液，當(dāng)濃度為c時(shí)，其透光度為T(mén)0；若濃度增大1倍，則此溶液的透光度的對(duì)數(shù)為：(C)A、T0/2；B、2T0；

C、21gT0；D、。10.符合比爾定律的某有色溶液稀釋時(shí),其最大吸收峰的波長(zhǎng)位置:(C)A、向短波方向移動(dòng);B、向長(zhǎng)波方向移動(dòng);C、不移動(dòng),但高峰值降低;D、不移動(dòng),但高峰值增大.11.在吸光光度法中，透過(guò)光強(qiáng)度（It）與入射光強(qiáng)度（I0）之比，即It/I0，稱為(C)A、吸光度；B、消光度；C、透光度；D、光密度。12.有甲、乙兩個(gè)不同濃度的同一有色物質(zhì)水樣，用同一波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定。當(dāng)甲水樣用1cm比色皿，乙用2cm比色皿，測(cè)定的吸光度相同，則它們的濃度關(guān)系是：CA、甲是乙的1/2；B、甲是乙的4倍；

C、乙是甲的1/2；D、乙是甲的4倍。13.Fe和Cd的摩爾質(zhì)量分別是55.85g/L和112.4g/L,分別反應(yīng)后,用吸收光譜法測(cè)定.同樣質(zhì)量的兩元素顯色成相同體積的溶液,前者用2cm比色皿,后者用1cm比色皿,測(cè)定吸光度相同.則兩種顯色反應(yīng)產(chǎn)物的摩爾吸收系數(shù)為:A

A、Cd的約為Fe的4倍；B、Fe的約為Cd的4倍；C、Cd的約為Fe的2倍；D、Fe的約為Cd的2倍。14