1、第十一章 吸光光度法,吸光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法，它既是分子光谱，又是吸收光谱，包括比色法、可见及紫外吸光光度法及红外光谱法等。我们重点讨论可见光区的吸光光度法。,一、光的基本性质 1、电磁波 光是一种电磁波，具有波粒二象性，符合普朗克方程。 E = h = hc/ h = 6.6310-34 Js = 4.13610-15 eVs计算时应注意各物理量的单位。,11.1 吸光光度法基本原理,2、电磁波谱（下册p33）,3、单色光与复合光,单色光：具有单一波长的光 复合光：由不同单色光所组成的，如太阳光、白炽光。,4、可见光,可见光：人眼能感觉到的波长位于400-7
2、80nm范围内的光。它是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成的。,5、可见光区中光的互补原理 光的互补原理：按一定比例混合，得到白光。混合前的这两种色光称为互补色光。 紫和绿、黄和蓝、橙和青蓝、红和青,二、物质对光的选择性吸收,1、机理：分子外层价电子的跃迁引起。 物质一定，其分子的基态和激发态就具有确定的能量，价电子跃迁过程中吸收光的能量（波长）是确定的，故物质对光的吸收具有选择性。,注：物质浓度的大小决定了溶液颜色的深浅。,2、物质呈现颜色与光吸收的关系： 物质的颜色是因物质对不同波长的光具有选择性吸收作用而产生的。,3、吸收光谱：以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。
3、* 最大吸收波长：光吸收程度最大处的波长，用max表示。 * 吸光度（absorbance）在可见光区，KMnO4溶液 对波长525 nm附近绿色光 的吸收最强，而对紫色和 红色的吸收很弱。max= 525 nm。浓度不同时， 光吸收曲线形状相同， max不变，吸光度不同。,三、吸光光度法的特点（p332） 1、灵敏度高 2、仪器设备简单，操作简便，快速 3、准确度高 4、应用广泛,四、朗伯-比尔定律（Lambert-Beer law）当一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一部分被器皿的表面反射。,在吸光光度分析法中，试液和空白溶液分别置于
4、同样质料及厚度的吸收池中，然后让强度为I0的单色光分别通过这两个吸收池，再测量其透过光的强度。此时反射光强度基本上是不变的，且其影响可以相互抵消。,透射比或透光度 （Transmittance）透过光强度It与人射光强度Io之比称为透射比或透光度，用T表示溶液的透射比愈大，表示它对光的吸收愈小;相反，透射比愈小，表示它对光的吸收愈大。,朗伯(Lambert J H)和比尔(Beer A)分别于1760和1852年研究了光的吸收与溶液层的厚度及溶液浓度的定量关系，二者结合称为朗伯-比尔定律，也称为光的吸收定律。当一束强度为I0的平行单色光垂直照射到均匀非散射的长度为b的液层、浓度为c的溶液时，由
5、于溶液中吸光质点(分子或离子)的吸收，通过溶液后光的强度减弱为I：,朗伯-比尔定律：当一束平行单色光垂直照射到均匀非散射的含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。 这是进行定量分析的理论基础。 比例常数K与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。,1、成立前提 入射光为平行单色光，且垂直照射 吸光物质为均匀非散射体系 吸光质点之间无相互作用 辐射与物质之间的相互作用仅限于光吸收过程，无荧光和光化学现象发生。 2、适用范围 所有电磁辐射和吸光物质,3、吸光度的加和性 含有多种吸光物质的溶液，由于各吸光物质对某一波长的单色光均有吸收作用，若各吸光物质的吸光质点之间
6、相互不发生化学反应，当某一波长的单色光通过这样一种含有多种吸光物质的溶液时，溶液的总吸光度应等于各吸光物质的吸光度之和。这一规律称吸光度的加和性。 A总=A1+A2+,4、K的讨论 吸收系数a当浓度c用gL-1，液层厚度b用cm为单位表示，则K用另一符号a来表示。 a称为吸收系数，单位为Lg-lcm-1，它表示质量浓度为l gL-1，液层厚度为lcm时溶液的吸光度。,摩尔吸收系数molar absorptivity当浓度c用molL-1，液层厚度b用cm为单位表示，则K用另一符号来表示。称为摩尔吸收系数，单位为Lmol-lcm-1，它表示物质的量浓度为l molL-1，液层厚度为lcm时溶液的
7、吸光度。最大吸收处的摩尔吸收系数max,讨论： 一定，T一定，溶剂一定时，不同的物质不同。 相同的物质，T一定，溶剂一定时， 不同时，不同。 max下的max表示该物质吸光能力可以达到的最高极限。,桑德尔(Sandell)灵敏度S S是指当仪器的检测极限A=0.001时，单位截面积光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量，其单位为gcm-2，S与及吸光物质摩尔质量M的关系为：,例：用氯仿将纯胡萝卜素（C40H56，Mr=536）配成浓度为2.5mg L-1的溶液，在max为465nm，吸收池厚度为1cm时，测得溶液的吸光度为0.550，计算胡萝卜素的，a，S。,11.2 吸光光度法的仪器 一、目
8、视比色法 colorimetry用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。优点是仪器简单，操作简便，适宜于大批试样的分析。灵敏度高，因为是在复合光-白光下进行测定，故某些显色反应不符合朗伯-比尔定律时，仍可用该法进行测定。主要缺点是准确度不高，标准系列不能久存，需要在测定时临时配制。,二、分光光度计的构成 分光光度计按工作波长范围分类，紫外、可见分光光度计应用于无机物和有机物含量的测定，红外分光光度计主要用于结构分析。分光光度计又可分为单光束和双光束两类。以可见分光光度计为例介绍。 分光光度计的基本部件:光源、分光系统、吸收池、检测系统和信号显示系统。,1、光源 （light sour
9、ce） 用612V钨丝灯作可见光区的光源，发出的连续光谱在3602500 nm 范围内。光源应该稳定，即要求电源电压保持稳定。为此，通常在仪器内同时配有电源稳压器。 2、分光系统 分光系统的作用是将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。分为棱镜和光栅。 棱镜（prism）：根据光的折射原理而将复合光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过一个很窄的狭缝（slit）照射到吸收池上。由玻璃或石英制成。玻璃棱镜用于可见光范围，石英棱镜则在紫外和可见光范围均可使用。,光栅（grating）是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过狭缝照射到吸收池上。它的分
10、辨率比棱镜大，可用的波长范围也较宽。 3、吸收池（比色皿） 用于盛放试液的容器。它是由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分为0.5cm，lcm，2cm，3cm和5cm。 在可见光区测量吸光度时使用玻璃吸收池，紫外区则使用石英吸收池。使用比色皿时应注意保持清洁、透明，避免磨损透光面。,4、检测器 detector 接受从比色皿发出的透射光并转换成电信号进行测量。分为光电管和光电倍增管。 硒光电池 photocell 光电管 （phototube） 光电倍增管（photomultiplier） 5、信号显示系统 作用是把放大的信号以吸光度A或透射比T的光度分析法的设计方
11、式显示或记录下来。分光光度计常用的显示装置是检流计、微安表、数字显示记录仪。,三、分光光度计的类型 1、按波长范围分：紫外-可见；可见；红外 2、按仪器的结构：单光束；双光束；双波长 单光束：结构简单，价低，缺点：p339； 双光束：可以克服由于光源和检测系统不稳定所造成的影响； 双波长：有两个单色器，无需参比溶液，可用于成分复杂或浑浊溶液的分析。,11.3 显色反应及其影响因素,1 、显色反应（color reaction）类型 待测物质本身有较深的颜色，直接测定；待测物质是无色或很浅的颜色，需要选适当的试剂与被测离子反应生成有色化合物再进行测定，此反应称为显色反应，所用的试剂称为显色剂。
12、按显色反应的类型来分，主要有氧化还原反应和络合反应两大类，而络合反应是最主要的。,一、显色反应的类型及要求,多元络合物体系（三元） 混配型络合物显色体系：一种金属离子与两种配体，往往一大一小，以满足空间构型需要 离子缔合物显色体系：形成配合物本身的一种离子就已经是配阴离子或配阳离子 金属离子-配体-表面活性剂显色体系：加入表面活性剂，是配合物本身在水体系中形成稳定的胶束，增溶，提高灵敏度,2、显色反应的选择 A选择性好：干扰少，或干扰容易消除; B灵敏度高：有色物质的应大于104 Lmol-lcm-1 C对比度要大：有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大，即显色剂对光的吸收与络合物的吸收有明显区
13、别，要求两者的吸收峰波长之差(称为对比度)大于60 nm。 D有色化合物的组成恒定:符合一定的化学式。 E有色化合物的化学性质稳定:至少保证在测量过程中溶液的吸光度基本恒定。这就要求有色化合物不容易受外界环境条件的影响。 F显色反应的条件应易于控制。,二、无机离子的常用显色剂 （1）无机显色剂：不多，因为生成的络合物不稳定，灵敏度和选择性也不高。如用KSCN显色测铁、钼、钨和铌；用钼酸铵显色测硅、磷和钒;用H2O2显色测钛等。 （2）有机显色剂：常见的显色剂有偶氮类和三苯甲烷类两种（p342-344）。分子中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、对醌基和羰基等。这些基团中的电子被激发时需能量较小，可吸收波长200nm以上的可见光而显色。助色团是含孤对电子的基团，如氨基、羟基和卤代基等。这些基团与生色团上的不饱和键作用，使颜色加深。,
