1、22.5.51第第7章章吸吸 光光 光光 度度 法法 Spectrophotometry22.5.527.1光吸收基本定律7.2 分光光度計7.3 顯色反應及影響因素7.4 吸光光度分析及誤差控制7.5 吸光光度分析法的應用22.5.53 吸光光度法是基干物質對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法。方法特點：一、靈敏度高：1%10-5%二、準確度高：目視5%10%，儀器2%5%三、快速簡便四、應用廣泛:絕大多數無機離子，有機化合物22.5.547.1 光吸收基本定律光吸收基本定律c真空中光速真空中光速 2.99792458108m/s波長，單位：波長，單位：m,cm,mm,m,nm, 1m=10

2、-6m, 1nm=10-9m, 1=10-10m頻率，單位：赫芝周頻率，單位：赫芝周Hz 次次/秒秒 n折射率，真空中為折射率，真空中為1 =cVn1. 波動性波動性7.1.1.光的基本性質光的基本性質一、光是一種電磁波一、光是一種電磁波 - 波粒二象性波粒二象性22.5.552. 微粒性微粒性h普朗克普朗克(Planck)常數常數 6.62610-34Js頻率頻率E光量子具有的能量光量子具有的能量 單位：單位：J(焦耳焦耳)，eV(電子伏特電子伏特) 光量子，具有能量。光量子，具有能量。Eh22.5.563. 波粒二象性波粒二象性結論結論: :一定波長的光具有一定的能量，波長越一定波長的光具

3、有一定的能量，波長越 長長( (頻率越低頻率越低) )，光量子的能量越低。，光量子的能量越低。單色光：具有相同能量單色光：具有相同能量( (相同波長相同波長) )的光。的光。復合光：具有不同能量復合光：具有不同能量( (不同波長不同波長) )的光復合在的光復合在 一同。一同。電磁波譜的波段如何劃分電磁波譜的波段如何劃分? ? =cEhhn真空中真空中: : cEh22.5.574電磁波譜電磁波譜(Electromagnetic waves)電磁輻射按波長順序排列：電磁輻射按波長順序排列：射線射線 X 射線射線紫外光紫外光可見光可見光紅外光紅外光微波微波無線電波無線電波(真空紫外真空紫外)遠紅外

4、遠紅外中紅外中紅外近紅外近紅外可見可見近紫外近紫外遠紫外遠紫外10nm200nm中層中層電子電子200nm 380nm價電價電子子380nm 780nm價電價電子子780 nm 2.5 m分子分子振動振動2.5 m 50 m分子分子振動振動50 m 300 m分子分子轉動轉動22.5.58二、光的互補關系二、光的互補關系可見光可見光白光復合光）：由不同波長的光按白光復合光）：由不同波長的光按 一定比例復合而成一定比例復合而成單色光：波長處于某一范圍的光實際：同一波單色光：波長處于某一范圍的光實際：同一波長）長）互補光：如果兩種單色光按一定強度比例混合后互補光：如果兩種單色光按一定強度比例混合后

5、到白光，這兩種單色光稱為互補色到白光，這兩種單色光稱為互補色22.5.59不同顏色的可見光波長及其互補光不同顏色的可見光波長及其互補光 /nm顏色顏色互補光互補光400-450紫黃綠450-480藍藍黃黃480-490綠藍綠藍橙橙490-500藍綠藍綠紅紅500-560綠綠紅紫紅紫560-580黃綠黃綠紫紫580-610黃黃藍藍610-650橙橙綠藍綠藍650-760紅紅藍綠藍綠22.5.510三、吸收曲線三、吸收曲線當白光通過某一有色溶液時，該溶液會選擇性當白光通過某一有色溶液時，該溶液會選擇性地吸收某些波長地吸收某些波長(wavelength)的光而讓未被吸收的光而讓未被吸收的光透射過，呈

6、現的是它吸收光的互補光的顏色的光透射過，呈現的是它吸收光的互補光的顏色例如，例如，KMnO4溶液選擇吸收了白光中的綠色溶液選擇吸收了白光中的綠色(500560nm)光，與綠色光互補的紫色光因未被光，與綠色光互補的紫色光因未被吸收而透過溶液，所以吸收而透過溶液，所以KMnO4溶液呈現紫色。溶液呈現紫色。22.5.511 將一系列不同波長的單色光依次通過某一吸光物質，測量該物質對光的吸收程度吸光度），作吸光度A）入曲線：吸收曲線吸收曲線：22.5.512吸收曲線吸收曲線 (absorption spectrum)22.5.513吸收曲線的討論：吸收曲線的討論：1.在入在入525nm，吸收最大，吸收

7、最大入入max 2. 濃度改變濃度改變 入入max不變不變（同種溶液）（同種溶液） 濃度越大，吸光濃度越大，吸光度越大度越大22.5.5147.1.2 光吸收的基本定律光吸收的基本定律0tIT =I一一. 朗伯比爾定律朗伯比爾定律(Lamberts law)透光度(T)與吸光度(A)I0ItIrIa I0= It+Ia+ Ir 0tIT =IA = lg (I0/It)22.5.5152.吸收定律吸收定律A=kbcA 吸光度吸光度(absorbance)b 介質厚度介質厚度(length/cm)c 濃度濃度(concentration)K 吸光系數吸光系數(absorptivity)當一束平行

8、單色光垂直通過均勻，非散射的吸光物質時，當一束平行單色光垂直通過均勻，非散射的吸光物質時，其吸光度其吸光度A與吸收物質的濃度與吸收物質的濃度c及吸收層厚度及吸收層厚度b成正比。成正比。22.5.516A,T,C之間的關系0tIT =IA = lg (I0/It) A = lg(1/T)=10=10T-kbc-A22.5.517吸光度吸光度(A)、透光率、透光率(T)與濃度與濃度(c)的關系的關系ATc=10-kbcTA=kbc線性關系線性關系=10=10T-kbc-A22.5.518二、摩爾吸光系數和桑德爾靈敏度二、摩爾吸光系數和桑德爾靈敏度 1.摩爾吸光系數：摩爾吸光系數：: Lmol-1c

9、m-1當當c的單位用的單位用molL-1表示時，用表示時，用表示表示.(b ： cm ) 摩爾吸光系數摩爾吸光系數(Molar absorptivity) A bc 物理意義：在一定溫度下，當吸光物質的濃度為物理意義：在一定溫度下，當吸光物質的濃度為1 molL時，液層厚度為時，液層厚度為1cm時，溶液的吸光度。時，溶液的吸光度。反映了吸光物質進行光度測定的靈敏度反映了吸光物質進行光度測定的靈敏度22.5.519摩爾吸光系數摩爾吸光系數( () )的討論的討論 吸收物質在一定波長和溶劑條件下的特征常數，可作為定性鑒吸收物質在一定波長和溶劑條件下的特征常數，可作為定性鑒定的參數；定的參數；與吸收

10、物質本身的性質有關；與吸收物質本身的性質有關； 同一吸收物質在不同波長下的同一吸收物質在不同波長下的值是不同的。值是不同的。 在最大吸收波長在最大吸收波長max處的摩爾吸光系數，常以處的摩爾吸光系數，常以max表示。表示。max表明了該吸收物質最大限度的吸光能力，也反映了光度法測表明了該吸收物質最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質可能達到的最大靈敏度。定該物質可能達到的最大靈敏度。 max越大表明該物質的吸光能力越強，用光度法測定該物質越大表明該物質的吸光能力越強，用光度法測定該物質的靈敏度越高。的靈敏度越高。 22.5.520朗伯朗伯-比爾定律的適用條件比爾定律的適用條件單色光單色光

11、: 應選用應選用max處或肩峰處測定處或肩峰處測定吸光質點形式不變：離解、絡合、締合會破壞吸光質點形式不變：離解、絡合、締合會破壞線性關系，線性關系， 應控制條件應控制條件(酸度、濃度、介質酸度、濃度、介質等等)稀溶液：稀溶液： 濃度增大，分子之間作用增強濃度增大，分子之間作用增強22.5.5212.桑德爾靈敏度：桑德爾靈敏度：Sgm2 當光度儀器的檢測極限為0.001時，單位截面積光柱內所能檢出的吸光物質的最低質量，用S表示。S越小，越靈敏 經推導： S=M/ gm2 普通：S在0.010.001 gm222.5.522分光光度計的類型分光光度計的類型7.2 分光光度計分光光度計22.5.5

12、231光源光源2單色器單色器3吸收池吸收池4檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源分光光度計的基本部件分光光度計的基本部件5顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)22.5.5241. 光源光源(Light source)：發(fā)出所需波長范圍內的連續(xù)光譜，有：發(fā)出所需波長范圍內的連續(xù)光譜，有足夠的光強度足夠的光強度,穩(wěn)定。穩(wěn)定。 可見光區(qū)：鎢燈，碘鎢燈可見光區(qū)：鎢燈，碘鎢燈(320 2500 nm) 紫外區(qū)：氫燈，氘燈紫外區(qū)：氫燈，氘燈(180 375 nm)2. 單色器單色器(monochromator)：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為：將光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解為單色光的裝置。單色光的裝置。棱鏡棱鏡:玻璃玻璃350 3200

13、nm, 石英石英185 4000 nm光柵光柵:波長范圍寬波長范圍寬, 色散均勻色散均勻,分辨性能好分辨性能好, 使用方便使用方便22.5.525單色器單色器棱鏡：依據不同波長光通過棱鏡時折射棱鏡：依據不同波長光通過棱鏡時折射率不同率不同入射狹縫入射狹縫 準直透鏡準直透鏡棱鏡棱鏡聚焦透鏡聚焦透鏡出射狹縫出射狹縫白光白光紅紅紫紫112 2800 600 50040022.5.526光柵：光柵：在鍍鋁的玻璃表面刻有數量很大的等在鍍鋁的玻璃表面刻有數量很大的等寬度等間距條痕寬度等間距條痕(600、1200、2400條條/mm )。M1M2出出射射狹狹縫縫光屏光屏透透鏡鏡平面透平面透射光柵射光柵光柵衍

14、射示意圖光柵衍射示意圖原理：原理：利用光通過光柵利用光通過光柵時時發(fā)生衍射和干涉發(fā)生衍射和干涉現象而分光現象而分光.22.5.527光柵光柵22.5.5283.3.吸收池吸收池(cell):(cell):用于盛待測及參比溶液。用于盛待測及參比溶液。玻璃玻璃 能吸收能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)光，僅適用于可見光區(qū)石英石英 不吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)不吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū) 4. 檢測器檢測器(detector)：利用光電效應，將光能轉成電流訊號。：利用光電效應，將光能轉成電流訊號。光電池，光電管，光電倍增管光電池，光電管，光電倍增管5. 顯示裝置顯示裝置(display)22

15、.5.529722722型分光光度計結構方框圖型分光光度計結構方框圖光光源源吸收池吸收池檢測系統(tǒng)檢測系統(tǒng)分光分光系統(tǒng)系統(tǒng)顯示系統(tǒng)顯示系統(tǒng)22.5.53022.5.5317.3 顯色反應及影響因素顯色反應及影響因素一、一、 顯色反應的選擇顯色反應的選擇1 靈敏度高靈敏度高(High sensitivity)，一般，一般1042 有色化合物組成恒定，符合一定的化學式。性質穩(wěn)定有色化合物組成恒定，符合一定的化學式。性質穩(wěn)定顯色條件易于控制，重現性好。顯色條件易于控制，重現性好。3 顯色劑在測定波長處無明顯吸收。顯色劑在測定波長處無明顯吸收。 對比度好對比度好, max60 nm .二、顯色劑二、顯色

16、劑(Color reagents)無機顯色劑無機顯色劑: Fe(SCN)2+，TiOH2O22+有機顯色劑有機顯色劑:7.3.1 顯色反應和顯色劑顯色反應和顯色劑(Color reactions)22.5.532有機顯色劑有機顯色劑:ONN，NO，OC=S,N （共軛雙鍵（共軛雙鍵e生色團生色團）生色團生色團） 能吸收紫外能吸收紫外-可見光的基團可見光的基團 有機化合物：具有不飽和鍵和未成對電子的基團產生有機化合物：具有不飽和鍵和未成對電子的基團產生n *躍遷和躍遷和 *躍遷躍遷, 躍遷躍遷E較低較低注：當出現幾個生色團共軛，則幾個生色團所產生的注：當出現幾個生色團共軛，則幾個生色團所產生的吸

17、收帶將消失，代之出現新的共軛吸收帶，其波長吸收帶將消失，代之出現新的共軛吸收帶，其波長將比單個生色團的吸收波長長，強度也增強將比單個生色團的吸收波長長，強度也增強22.5.533助色團助色團22.5.534紅移紅移 由于化合物結構變化共軛、引入助色團取代基）或采用不同溶劑后，吸收峰位置向長波方向的挪動，叫紅移(Bathochromic shift）.22.5.535有機顯色劑有機顯色劑CH3CCCH3 HON NOH NNOHCOOHSO3HOO型：型：NNNOH OHON型：型：4-（2-吡啶偶氮間苯二酚吡啶偶氮間苯二酚 PARNH NHNSNS型：型：雙硫腙雙硫腙NN型：型：丁二丁二酮肟酮

18、肟鄰二鄰二氮菲氮菲磺基水楊酸磺基水楊酸22.5.5367.3.2 顯色條件的選擇顯色條件的選擇cRcRcR1、顯色劑用量、顯色劑用量Mo(SCN)32+ 淺淺紅紅Mo(SCN)5 橙紅橙紅Mo(SCN)6- 淺淺紅紅Fe(SCN)n3-n22.5.537二、溶液的酸度二、溶液的酸度pH1pH22.5.554儀器測量誤差儀器測量誤差%100lg434. 0%100ln%100%10001. 0TTTTTTAAccETdTr%100ln%100%100ln434. 0lg1lgTTdTAdAcdcETTTbcAr22.5.555濃度測量的相對誤差與濃度測量的相對誤差與T(或或A)的關系的關系108

19、6420204060800.70.40.20.1AT%Err0.434lg(0.01)cTEcTTT(36.8)0.43422.5.5567.5 吸光光度分析法的應用吸光光度分析法的應用7.5.1 方法介紹方法介紹 一一.目視比色法目視比色法士壤中磷的測定士壤中磷的測定H3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3=(NH4)3PO412MoO3+12NH4NO3+12H2O磷鉬黃磷鉬黃(小小)磷鉬磷鉬(V)藍藍(大大)Sn2+22.5.557方便、靈敏，準確度差。方便、靈敏，準確度差。觀察方向觀察方向c4c3c2c1c1c2c3c4目視比色法目視比色法 22.5.558二二. 示差吸光光

20、度法示差吸光光度法當待測組分含量較高時，將產生較大的誤差。需采用示當待測組分含量較高時，將產生較大的誤差。需采用示差法。即提高入射光強度，并采用濃度稍低于待測溶液差法。即提高入射光強度，并采用濃度稍低于待測溶液濃度的標準溶液作參比溶液。濃度的標準溶液作參比溶液。設：待測溶液濃度為設：待測溶液濃度為cx，標準溶液濃度為，標準溶液濃度為cs(cs cx)。那么：那么：Ax= b cx， As = b cs=x s =b(cx cs ）=bc 測得的吸光度相當于普通法中待測溶液與標準溶液測得的吸光度相當于普通法中待測溶液與標準溶液的吸光度之差的吸光度之差。由標準曲線上查得相應的。由標準曲線上查得相應

21、的c值，值，則待測溶液濃度則待測溶液濃度cx ： cx = cs + c 22.5.559示差法標尺擴展原理：示差法標尺擴展原理： 普通法：普通法： cs的的T=10%；cx的的T=5% 示差法：示差法： cs 做參比，調做參比，調T=100% 那么：那么： cx的的T=50% ；標尺擴展；標尺擴展10倍倍22.5.560三三. 雙波長吸光光度法雙波長吸光光度法 1.原理：兩束波長不同的單色光，以一定的頻率交替照到裝有試液的吸收池，測出不同波長入1，入2處的吸光度差 （以測量波長相近的波長的A作參比不需空白溶液作參比；來消除干擾。 2.作用：在分析渾濁或背景吸收較大的復雜試樣時顯示出很大的優(yōu)越

22、性。靈敏度、選擇性、測量精密度等方面都比單波長法有所提高。 A A2 A1 (2 1)b c22.5.561A A2 A1 (2 1)b c 兩波長處測得的吸光度差值兩波長處測得的吸光度差值A與待測組分濃與待測組分濃度度c成正比。成正比。1和和2分別表示待測組分在分別表示待測組分在1和和2處的摩爾吸光系數。處的摩爾吸光系數。測量波長測量波長2和參比波長和參比波長1的選擇與組合的選擇與組合22.5.562基本要求：基本要求：在選定的兩個波長在選定的兩個波長11和和22處待測組分的吸處待測組分的吸光度應具有足夠大的差值。光度應具有足夠大的差值。 選定的波長1和2處干擾組分應具有相同吸光度(等吸收點

23、)，即：Ay = A y2 A y1 = 0故：Ax+y = A x=(x2x1)bcx此時：測得的吸光度差A只與待測組分x的濃度呈線性關系，而與干擾組分y無關。若x為干擾組分，則也可用同樣的方法測定y組分。22.5.563混濁試液中組分的測定混濁試液中組分的測定 1 2AA 1 -A 2 = A Ac例例 牛奶中微牛奶中微量量Fe的測定的測定選擇 入Max測量；選擇與入max相差40-m0nm的波長為參比波長22.5.564雙組分共存時的分別測定雙組分共存時的分別測定 在2， A2 = Ax2+Ay2在1， A1= Ax1+Ay1 A= A 2 - A 1 = Ax2+Ay2 (Ax1+Ay1) = Ax2 Ax1 = AxAy2 Ay1 Ax =( x2 x1)bcx消除了消除了y的干擾的干擾X被測被測Y干擾干擾211Ay1AX1Ay2AX2A/nm22.5.565四四. 導數光度分析法自學）導數光度分析法自學）n導數光譜：吸光度隨波長變化率對波長的曲線 吸光度的導數值與濃度成正比nndAdbcdddAdnnnn22.5.5667.5.2 方法應用一.單組分分