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1、2019/4/24,第1页,第12章 吸光光度分析法 主要内容: 一、吸光光度法的基本原理 光的基本性质 物质对光的吸收 溶液的吸光定律 二、显色反应与分析条件的选择 三、吸光分析法的方法与仪器简介 四、吸光光度法应用简介-单组分的测定,2019/4/24,第2页,12.1.1 光的基本性质,吸光光度法 是基于被测物质的分子对光具有选择 吸收的特性而建立的分析方法。,光的电磁波性质,12.1 吸光光度法的基本原理,2019/4/24,第3页,光的波粒二象性,波动性,粒子性, ,E,光的折射,光的衍射,光的偏振,光的干涉,光电效应,E：光子的能量（J, 焦耳）,：光子的频率（Hz, 赫兹）,：光
2、子的波长（cm）,c：光速（2.99791010 cm.s-1）,h：Plank常数（6.625610-34 J.s 焦耳.秒）,2019/4/24,第4页,单色光、复合光、光的互补,单色光,复合光,光的互补,单一波长的光,由不同波长的光组合而成的光,若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。,2019/4/24,第5页,12.1.2 物质对光的吸收,物质的颜色与光的关系,完全吸收,完全透过,吸收橙色光,光谱示意,表观现象示意,复合光,2019/4/24,第6页,吸收光谱:光作用于物质时，物质吸收了可见光， 而显示出特征的颜色，这
3、一过程与物质 的性质及光的性质有关。,物质对光的吸收：,物质对光的吸收满足Plank 条件：,2019/4/24,第7页,定性分析与定量分析的基础,定性分析基础,定量分析基础,物质对光的选择吸收,在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。,2019/4/24,第8页,12.1.3 溶液的吸光定律,1. 透光率 （透射比）Transmittance,定义：透过光强度与入射光强度的比值。,T 取值为0.0 % 100.0 %,全部吸收,T=0.0%,全部透射,T=100.0%,2019/4/24,第9页,2. 吸光度(A)与透光率 Absorbance and transmittanc
4、e,T ： 透光率,A： 吸光度,T,T=0.0 %,A = ,T=100.0 %,A = 0.0,A = 0.434,T=36.8 %,2019/4/24,第10页,K：比例常数,入射光波长,物质的性质,温度,c：mol / L,c：g / L,取值与浓度的单位相关,K,摩尔吸光系数，Lmol1cm -1,Ka,吸光系数， Lg 1cm-1,c: g /100 mL,K,比吸光系数,2019/4/24,第11页,朗伯-比耳定律: 当一束单色光通过均匀的非散射的溶液时，溶液的吸光度A与吸光物质的浓度c和液层的厚度b的乘积成正比。,A：吸光度 c ：溶液的浓度 molL-1 b：液层的厚度cm
5、：摩尔吸光系数 Lmol-1cm-1,2019/4/24,第12页,朗伯-比耳定律的适用条件: 必须使用单色光为入射光 溶液必须为稀溶液 朗伯-比耳定律能够用于彼此不相互作用的多组分溶液，它们的吸光度具有加合性。 朗伯-比耳定律对紫外光、可见光、红外光都适用。,2019/4/24,第13页,122 显色反应与测量条件的选择 一、显色反应 在进行吸光光度分析时，有些待测物质本身有颜色，如KMnO4、K2Cr2O7等可直接进行测定。但大多数物质本身没有颜色或颜色太浅，如PO43-(无色)、FeCl3(淡黄色)，故测定时需要加入适当的试剂与被测离子反应生成有色化合物再进行测定。 显色反应：将试样中待
6、测组分转变为有色化合物的 反应称为显色反应。 显色剂：在一定条件下能与待测组分形成有色化合 物的试剂称为显色剂。,2019/4/24,第14页,光度分析中应用较多的是有机显色剂。有机显色剂一般含有生色团和助色团。 生色团：是某些含不饱和键的基团。 如:偶氮基、羰基、亚硝基、硝基等。 助色团：是某些含孤对电子的基团。,NH2，OH，X 孤对电子,2019/4/24,第15页,常见的有机显色剂 1.磺基水杨酸 常用于Fe3+的测定 2.邻二氮菲 直接在pH=39时与 Fe2+生成红色螯合物，用于 铁的测定。,2019/4/24,第16页,二、对显色反应的要求 灵敏度要高： 吸光光度法一般用于微量组
7、分的测定，因此应选择灵敏度高的显色反应。一般要求生成的有色物质摩尔吸光系数应大于104。 选择性高： 所选显色剂最好只与被测组分发生显色反应，颜色明显。实际工作中应选用干扰少或干扰易消除的显色剂。 有色化合物组成要固定： 这样被测物质与有色化合物之间才有定量关系。如测定Fe3+时，常用磺基水杨酸作显色剂，而不用SCN-作显色剂。,2019/4/24,第17页,有色化合物稳定性要高： 有色化合物的化学性质应足够稳定，至少应保证在测量过程中其吸光度保持不变。 有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大： 有色化合物与显色剂对光的吸收要有明显区别。一般要求两者最大吸收波长之差大于60nm。 显色反应的条件
8、要容易控制 如果反应条件过于严格难于控制，则测定结果的精密度和准确度均较差。,2019/4/24,第18页,三、显色反应条件的选择 显色剂用量（浓度、pH一定条件下）,2019/4/24,第19页, 溶液的酸度（被测物质和显色剂浓度一定）,2019/4/24,第20页, 显色时间 显色温度,2019/4/24,第21页,四、 测量条件的选择 测量波长的选择 应根据被测物质的吸收光谱曲线来进行选择，选择的原则是“吸收最大，干扰最小”。,吸光度范围的选择 测量的相对误差小于4%，读数误差为1%时，透光率应在65%15%，即吸光度在0.20.8之间。 若吸光度不在此范围，可通过以下方法调节吸光度：
9、改变称样量 稀释溶液 选择不同厚度的比色杯,2019/4/24,第22页,参比溶液的选择 在测量吸光度时，首先要利用参比溶液调节仪器的透光率为100%（吸光度为零），其目的在于扣除由于比色皿、试剂、显色剂和溶液中其他组分对入射光吸收和反射带来的误差，使测定的吸光度能真实反映待测物质的浓度。 选择参比溶液的原则： 待测溶液的吸光度与参比溶液的吸光度之差是待测组分的真实吸光度。,2019/4/24,第23页,可按以下情况选择参比溶液： 当试液、试剂、显色剂均无色时，可选蒸馏水作参比溶液。 当显色剂和试剂无色，试液中其他离子有色时，可选试液作参比溶液。 当显色剂或试剂有色，试液无色时，可选空白溶液（
10、仅不加试液，其他反应条件相同的溶液）作参比溶液。,2019/4/24,第24页,12.3.1 吸光分析的几种方法,目视比色法,特点,利用自然光,比较吸收光的互补色光,准确度低（半定量）,不可分辨多组分,方法简便,12.3 吸光分析法的方法与仪器简介,2019/4/24,第25页,光电比色法,分光光度法（紫外-可见分光光度法）UV-VIS,光源,单色器,吸收池,检测器,显示,I0,It,参比,样品,未考虑吸收池和溶剂对光子的作用,2019/4/24,第26页,单波长单光束分光光度计,2019/4/24,第27页,单波长双光束分光光度计,2019/4/24,第28页,12.3.2 吸光分析法的仪器
11、简介,紫外-可见分光光度计组件,光 源,单色器,样品池,检测器,信号输出,氢灯,氘灯,185 350 nm;卤钨灯,340 2500 nm.,基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定,作用：将复合光色散成单色光,棱镜 玻璃，350 2500 nm, 石英，185 4500 nm,光栅 平面透射光栅， 反射光栅,玻璃，光学玻璃，石英,作用：将光信号转换为电信号，并放大,光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄像管（多道分析器）,表头、记录仪、屏幕、数字显示,2019/4/24,第29页,2019/4/24,第30页,(1) 工作曲线法 配制一系列标准溶液，在相同条件下比色测定吸光度A ，以A为纵坐标、
12、浓度为横坐标作图可得一条曲线，这条曲线叫工作曲线或标准曲线，再用同法配制试样液，同样条件下测其吸光度，据吸光度A值在工作曲线上查出试样液的浓度，这种方法叫工作曲线法。,12.4 吸光光度法应用简介,单组分的测定,纯物质或共存物质不干扰,2019/4/24,第31页,(2) 比较法 在相同条件下测一标准溶液和试样 溶液的吸光度A，则两溶液的浓度之比 就等于吸光度之比， Cs/Cx=As/Ax Cx=Cs Ax/As,一般要求Cs与Cx相近，这样可避免 产生较大的测量误差。,2019/4/24,第32页,考 试 范 围 光的吸收定律及其有关计算。 显色条件和光度测量条件的选择方法 光度分析法注意事
13、项和主要步骤。,2019/4/24,第33页,要 点:,1、Plank 条件,2、物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础。,3、在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比,吸光定律,c：mol / L,摩尔吸光系数， Lmol 1cm -1,K,c：g / L,Ka,吸光系数，Lg 1cm -1,2019/4/24,第34页,吸收定律的推导,I0,It,dI N I,N ：薄层中的吸光粒子数,N = N0 c dS db,N0 ：阿伏加德罗常数,dS ：捕获面积，薄层中被光照射的面积。,c：吸光溶液的浓度,N = k c db,故 dI N I = I k c db,dI = - I k c db ,dI / I = - k c db,积分,得,或,得,