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1、第十章 吸光光度法(Absorption photometry) 基于物质对光的选择吸收而建立起来的分析方法。包括比色法、紫外-可见吸光光度法、红外光谱法。本章讨论溶液的可见吸光光度法（分光光度法，简称光度法）。,KMnO4,白光,吸收绿光。浓度越大,颜色越深。,特点（与化学分析比较）： a.灵敏（可测1%-10-3%微量组分) b.准确（Er=2-5%） c.操作简便，快速（测微量） d.应用广（无机、有机均可测）,1,现代分析化学的“武器常规 ”,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）
2、 ：光子的波长（nm） c：光速（2.9979X1010cm.s-1）,一、光的基本性质（复习）,2,第一节 物质对光的选择性吸收,（普朗克方程）,，E ； ，E ,近紫外：200-400nm 人眼所能感觉到的波长范围400-750nm 近红外：7502500nm,3,电磁波谱,可见光,3,色散,红,橙,黄,绿,青,青蓝,蓝,紫,650-750 nm,600-650 nm,580-600 nm,500-580 nm,490-500 nm,480-490 nm,450-480 nm,400-450 nm,单色光:单一波长的光,复合光:由不同波长的光组合而成的光,光的互补:若两种不同颜色的单色光按
3、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。,4,完全吸收,完全透过,吸收黄色光,光谱示意,表观现象示意,复合光,二、物质对光的选择性吸收,Why ? ? ?,光作用于物质时，物质吸收了可见光，而显示出特征的颜色。物质呈现的颜色与光有着密切的关系，物质呈现何种颜色，与光的组成和物质本身的结构有关。,6,（一）颜色与光的关系,物质选择性地吸收白光中某种颜色的光，物质就会呈现其互补色光的颜色。,（二）吸收曲线（吸收光谱）,7,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。,溶液颜色的深浅，取决于溶液中吸光物质浓度的高低。,吸光度
4、（A）与波长（） 的关系曲线。,定性分析基础 不同的物质具有不同的分子结构，因而具有不同的吸收曲线，可以根据吸收曲线的形状和最大吸收波长的位置，对物质进行定性分析。,定量分析基础 在同一波长下，物质的浓度越大，物质对光吸收程度越大。,图10-2 KMnO4溶液的吸收曲线(cKMnO4:abcd),吸收曲线中吸光度最大值处（吸收峰）对应的波长称为最大吸收波长，以max表示。,同一物质，浓度不同，其吸收 曲线的形状和max的位置不变。,8,第二节 光吸收的基本定律,（一）吸光度A与透射比（透光度）T,I0,It,参 比,I0,Ir,I0 = Ir + Ia + It,Ia,I0,Ir,I0 Ir
5、= Ia + It,I0 = Ir + I0,真正进入溶液部分的入射光,一、朗伯比耳定律,9,定义：,T 取值为0.0 % 100.0 %,全部吸收,T = 0.0 %,全部透射,T = 100.0 %,T ，溶液对光的吸收 ； T ，溶液对光的吸收 。,物质对光的吸收程度用吸光度A表示。实验证明：A= f (C、b、 Io ) = lg Io/It = lg1/T=-lgT,10,透射比,（二）朗伯比耳定律,后人对这两个定律进行了总结，发现：,吸光质点之间无相互作用,11,a.比例系数与吸光物质的性质、入射波长及温度有关。 b.吸光度A具有加和性。,溶液中有几种吸光物质，彼此间不发生化学反应
6、，则可：,注意：,12,为常数，它表示物质对光吸收的能力。 值随C的单位不同有两种表示方式。,桑德尔灵敏度：当光度仪器的检测极限为A0.001时，单位截面积光程内所能检出的吸光物质的最低质量。ug/cm2,与a的关系为： =Ma,13,解：,14,（三） 标准曲线的绘制及其应用,依 A = bC,标准曲线的斜率为： tan=dA/dc = b,b为定值,故由曲线的斜率即可求出,标准曲线：A-C（吸光度-浓度）曲线，又称校准曲线或工作曲线,15,二、引起偏离朗伯比耳定律的因素,（一） 物理因素,A,C,原因：1.非单色光； 2.非平行入射光； 3.介质不均匀,1.非单色光（仪器本身所致） 仪器使
7、用的是连续光源，用单色器分光，由于单色器色散能力的限制和出口狭缝要保持一定的宽度，所以我们不可能得到纯的单色光。,16,A,克服方法： 尽量选用较好的单色器 入射波长选择在峰值位置（在波峰有一个A值相差较小的区域）,3. 介质不均匀,散射、假吸收。,克服方法：避免溶液产生胶体或浑浊,2.非平行入射光 导致光束的平均光程b大于吸收池厚度b，实际测得的吸光度大于理论值，产生正偏离。,入射光会因散射 而损失，导致T减小，实测的A偏高,17,例，聚合引起的对吸光定律的偏离,单体：,max = 660 nm,二聚体：,max = 610 nm,（二） 化学因素 1.溶液浓度过高；2.化学反应有色物离解、
8、 缔合.,18,第三节 吸光光度法及仪器,一、目视法,2.特点：简单、可测微量，复合光，误差大。,观察方向,观察方向,1.方法：,19,二、 光电比色法,通过滤光片得一窄范围的光(几十nm),1.方法：（滤光片获取单色光）,A,C,2.特点：准确度较高（消除人眼的主观因素） 选择性较好（滤光片、参比液可消除干扰）,三、分光光度法,1.方法：同上。不同点：光栅或棱镜获取单色光,四、基本构造,由光源、单色器（分光系统）、吸收池（比色皿）、检测系统、信号显示系统五大部分组成。,单色光纯度高（可精选某一波长，准） 测定多组分（利用A的加和性） 应用范围广（无色、有色）,2.特点：,紫外-可见分光光度计
9、组件,光源,单色器,吸收池,检测器,信号显示系统,氢灯，氘灯，185 375 nm； 钨灯，400 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,光栅,玻璃， 360 3200 nm, 石英，200 4000 nm,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,第四节 吸光光度法分析条件的选择 （科研初步,与时俱进）,一、显色反应及其条件的选择 （一）显色反应和显色剂 定义：将被测组分转变为“有色物质”的反应 M无色 + R
10、= MR有色(主要是络合、氧化还原反应） 1. 对显色反应或显色剂的要求： 选择性好（最好是特效反应） 灵敏度高（ max 104Lmol-1cm-1） 对比度要大，(max)最大吸收波长相差60nm以上 MR稳定，组成恒定 显色反应的条件要易于控制,广义，有吸收,2. 显色剂R（自学P289P290）,（二） 显色反应条件的选择,1,1,1,1,2,3,4,5,6,6,1.溶液的酸度：H+一切反应的基础 a.影响M的存在状态， H+ ，M会水解； b.影响R及颜色，H+ ，影响R（大多有机弱酸） 影响颜色（大多酸碱指示剂） c.影响MRn组成,2.显色剂的用量（CR）,为使显色反应完全，一般
11、R过量（同离子效应），但R也不能大过头，否则，物极必反。,a. R本身有色，空白 b. 改变络合比，例：Mo()与SCN-:,CR由实验确定,3. 时间t,A,t,t 由实验确定。显色后，至少应保持到测定工作做完。,4.温度T,大多显色反应在室温下进行，但也有需要加热才能完成的。 V=f(T) T, V。但T 太，有色物分解。 合适的T 由实验确定。,5. 溶剂和表面活性剂 溶剂影响有色络合物的离解度 溶剂影响有色络合物的显色速度 溶剂影响有色络合物的颜色 表面活性剂,胶束增溶 形成三元络合物,实验确定，有点运气,6. 干扰及消除,a.干扰,干扰物本身有色或与显色剂显色，+干扰 干扰物与M、N
12、反应，使显色不完全，干扰,b. 消除 控制酸度，使M显色，干扰不显色 氧化还原，改变干扰离子价态 掩蔽 校正系数 参比液：可消除显色剂和某些离子的干扰 选择测，可避开干扰的吸收 增加显色剂用量，将干扰灌饱 分离,二、仪器测量误差,光度分析法的误差除了来源于朗伯比耳定律的偏离以外，仪器测量不准确也是导致误差的原因。 任何光度计都有一定的测量误差。这些误差可能来源于光源不稳定、实验条件的偶然变动、读数不准确等。 P286页图105：,偏离A=bC,对同一台仪器，读数的波动对T是确定值，dT=0.002-0.01； 但对A却不确定,我们关心的是浓度测量的相对误差，它就等于吸光度测量的相对误差，从图1
13、0-5可以看出，在刻度标尺上，dA在不同位置，不是定值，故改成dT来算。,(6)代入(3):,将TEr的关系描绘于书293页图108,实际工作中，应控制T 在1570, A在0.150.80之间 (调c, b, ),可见：1）当dT一定，T较大和较小时，dC/C均较大；2）T在15%-70%（即A为0.15-0.8）时，由dT引起的Er较小； 3）当T=e-1=0.368,即A=0.434时，Er最小。,三、测量条件的选择,1.测量波长的选择,(1)“最大吸收”原则无干扰， 选择 max为测量波长,(2)“吸收较大，干扰最小”原则有干扰，选择不受干扰的次强吸收波长为测量波长,2.吸光度范围的控
14、制,控制,A = 0.15 0.80,T = 70 % 15%,方法,选择 C A = KbC,选择 b A = KbC,1）非单色光影响小,2）灵敏度高,3. 参比溶液的选择,原则：扣除非待测组分的吸收,A （样） = A （待测吸光物质） + A （干扰池） A （参比） = A （干扰+池） M无色 + R = MR有色,第五节 吸光光度法的应用,一、定量分析,（一）单组分的测定,1 一般方法： 通常采用 A-C 标准曲线法定量测定。,A,C,2 示差分光光度法（测高含量，技术处理）,A,0.8,1.2,0.4,原理：设试液浓度Cx、标液浓度Cs，且Cs Cx ，则：,0,普通法： cs
15、的T=10%；cx的T=5% 示差法： cs 做参比，调T=100% 则： cx的T=50% ；标尺扩展10倍,示差法标尺扩展原理：,特点：测高含量（准确度相对提高，若标液配制 不当，误差大）,（二）多组分的同时测定 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，则可根据吸光度的加和性求解联立方程组得出各组分的含量。 1 ：A1= a,1bca b,1bcb 2： A2= a,2bca b,2bcb,例：有下列一组数据：,求未知液中A和B的浓度。,解：先求出纯A、纯B在两种波长下的（Lmol-1cm-1）：,返回,
16、再根据A的加和性，列方程求解：,上页,二、络合物的组成和Ka的测定,1. 络合物的组成的测定,(1)摩尔比法:,前提：1. M、R均无色，即M和R均不干扰MRn； 2. MRn稳定；3. n值大,M + nR MRn(有色）,最终体积10mL,固定CM，改变CR，配制一系列CR/CM不同的溶液， 在max处分别测量各溶液的吸光度A，作ACR/CM图。,CM=,CR=,n=(CR/CM)转折点,摩尔比法适用于解离度小、稳定性高、络合比高的络合物组成的测定。,(2)等摩尔连续变化法:,M + nR MRn(有色）,保持CM+CR为常数，连续改变CR和CM比值，配 制一系列显色溶液，分别测量系列溶液
17、的吸光度A， 以A对CM/（CM+CR）作图。,最终体积10mL,CR=,CM=,CM+CR=C,n=(CR/CM)转折点,等摩尔连续变化法适用于络合比低、稳定性较高的络合物组成的测定。,络合物稳定常数K的测定 (设M、R均无吸收),MR = M + R C C(1- ) C C,二、Ka的测定,1.固定测 2.固定总浓度，仅改变pH可测 到不同的A值,将组分全调到酸式（强酸介质）：AHA=HAbC 将组分全调到碱式（强碱介质）：AA=AbC 在某一pH下，HA、A-均存在：,（2）、（3）带入（1）得：,返回,上页,返回,例：在不同pH的缓冲液中，甲基橙浓度2.010-4mol/L，1.00cm比色皿，520 nm 波长下测得A，计算pKHIn。已知： pH 0.88 1.17 2.99 3.41 3.95 4.89 5.30 A 0.890 0.890 0.692 0.552 0.385 0.260 0.260,解：,上页,例1.某有色溶液以试剂空白作参比时,选用1.0cm吸收池,测得T = 8.0% . 已知: =1.1104L/(molcm),若用示差法测量上述溶液,需多浓度的溶液作参比才能使测量的相对误差最小?,解： 测量相对误差最小时的 T = 36.8%（即8%要调到36.8% ），故：,