分光光度法

*
(校准曲线)
cx 0 1.0 2.0 3.0 4.0 ρ(mg/mL)
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c单位mol/L
单位 g/L 、mg/L、 g/L
朗伯-比尔定律的适用条件
1. 单色光
应选用max处或肩峰处测定。
2. 吸光质点形式不变
离解、络合、缔合会破坏线性关系， 应控制条件(酸度、浓度、介质等)。
3. 稀溶液
特点
– 灵敏度高：测定下限可达10-5～10 -6mol· L-1, 10-4 %～10-5 % – 准确度能够满足微量组分的测定要求： 相对误差2～5％ （1～2％） – 操作简便快速 – 应用广泛 5
I0
It
测量光强 度的减弱
分光光度法 的应用：定 量测定与定 性分析
光强的减弱与物 质浓度的关系？ —朗伯-比尔定律 物质对光有选择性 吸收 — 准备知识
浓度增大，分子之间作用增强。
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二、偏离朗伯—比耳定律的原因
标准曲线法测定 未知溶液的浓度时发 现：标准曲线常发生 弯曲（尤其当溶液浓 度较高时），这种现 象称为对朗伯-比耳定 律的偏离。
A
c
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引起这种偏离的因素（两大类）：
(一)物理因素 （1）单色光不纯所引起的偏离 严格地讲，朗伯 - 比耳定律只对一定波长的单色 光才成立。但在实际工作中，目前用各种方法得到 的入射光并非纯的单色光，而是具有一定波长范围 的单色光。那么，在这种情况下，吸光度与浓度并 不完全成直线关系，因而导致了对朗伯—比耳定律的 偏离。 （2）非平行入射光引起的偏离 非平行入射光将导致光束的平均光程b’大于吸收 池的厚度b，实际测得的吸光度将大于理论值。
变换单位: bcmcmol/L=bcM106 g/1000cm2
S= 0.001 103 M

=
M

( g/cm 2 )
S小灵敏度高;
相同的物质, M小则灵敏度高.
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朗伯-比尔定律的分析应用
溶液浓度的测定
A＝ b c A＝a b ρ
工作曲线法
A
0.80 Ax 0.60 0.40 0.20 0.00
旋光光谱法 圆偏光二向性 法 8
利用相互作用 的分析方法
电子射线 分析
光学光谱区
远紫外
（真空紫外）
近紫外 可见
近红外
中红外
远红外
10nm~200nm
200nm ~380nm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
380nm ~ 780nm
780 nm ~ 2.5 m
2.5 m ~ 50 m
50 m ~300 m
人眼所能看见的有颜色的光叫做可见光，其波长范围大约在 400-760nm之间。如果让一束白光通过三棱镜，就分解为红、 橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的光，这种现象称为光的 色散。每种颜色的光具有一定的波长范围。只具有一种颜色 9 的光，叫做单色光; 白光叫做复合光。
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光吸收曲线 如果将不同波长的单色光依次通过一定浓 度的某一溶液，测量该溶液对各种单色光 的吸收程度，以波长为横坐标，以吸光度 A为纵坐标，绘制曲线，描述物质对不同 波长光的吸收能力。这条曲线叫做吸收光 谱曲线或光吸收曲线。它清楚地描述了溶 液对不同波长的光的吸收情况。
A~ (nm)
光吸收曲线
摩尔吸光系数ε(L· mol-1· cm-1)在数值上等于 吸光物质浓度为 1mol· L-1 、液层厚度为 1cm 时 该溶液在某一波长下的吸光度。
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ε与a的关系为：
ε = aM
（ M为物质的摩尔质量）
摩尔吸光系数ε 的讨论：
⑴.摩尔吸光系数ε在数值上等于浓度为1mol· L-1、 液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。 ε是吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征 常数，不随浓度c 和光程长度b 的改变而改变。 在温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质 本身的性质有关。
光强的 测量 —分光 光度计
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光的波粒二象性 真空中:E h
c

E h
结论:一定波长的光具有一定的能量，波长越 长(频率越低)，光量子的能量越低。 单色光：具有相同能量(相同波长)的光。 复合光：具有不同能量(不同波长)的光复合在 一起。例如白光。
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电磁波谱及分析方法
电磁波长 (cm) 10-8~10-13 10-6~10-9 10-4~10-6 10-4 10-1~10-4 10-1~10-2 102
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max=510 nm
吸 收 曲 线
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吸收曲线的讨论：
同一种物质对不同波长光的吸光度不同。 吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长 λmax 。一般选择在λmax处测定，最灵敏。
吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。
不同物质吸收光谱的形状以及max 不同 ——定性分析的基础 同一物质，浓度不同时，吸收光谱的形 状相同，Amax 不同 ——定量分析的基础
原子光谱法 AAS,AES, AFS
（以光的吸收、发射等作用而建立的分析方法，通过 检测光谱的波长和强度来进行定性和定量的方法）
2.电化学分析法: 依据物质的电化学性质及其变化 3.色谱法: 气相色谱, 液相色谱 4.质谱法、热分析法、放射化学法等
4
15.1 吸光光度法的基本原理
分光光度法是基于被测物质的分子对光具 有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。
短波 10-6~10-3
未成对电 子的偶极 矩
顺磁共振
中波 ~10-6
原子核的 偶极矩
核磁共振
利用吸收的分 析方法
γ射线吸收 法
X射线吸 收法
原子吸收法 紫外吸收法
可见光分光光 度法
利用发射的分 析方法
活化分析
X射线 荧光 发射X 射线
X射线 衍射分析
原子荧光分析 火焰光度分析 发射光谱分析
比浊法
荧光分析 磷光分析 拉曼分析
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朗伯-比尔定律
A=lg(I0/It)=kbc
物理意义: 当一束平行单色光通过均匀、非散 射的吸光介质时，其吸光度与吸光质 点的浓度和吸收层厚度的乘积成正比.
吸光度A具有加合性： A总= A1+ A2 A1、A2分别为两种吸光物质的吸光度。
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透光率(透射比）T（Transmittance）
T= It I0
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⑵.可作为定性鉴定的参数。 ⑶.同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。在最 大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。 εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反 映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。 εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测 定该物质的灵敏度越高。
I0 入射光 It 透过光
吸光度A (Absorbance） A = lg(I0/It) = lg(1/T) = lgT = Kbc
—
T = 10
- Kbc
= 10
-A
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吸光度A、透射比T与浓度c 的关系
1.0 100
0.8
T = 10
-kbc
80
A
0.6 0.4 0.2
A=kbc
60 40 20
0.38 2 1.8 10
-5
4 = 1.1 10（ L mol -1 cm-1）
S=M/ =55.85/1.1×104=0.0051 (g/cm2)
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1 有色配位化合物的摩尔吸光系数（ε）与下列哪种因 C 素有关？ （ ） A、比色皿厚度 B、有色配位化合物的浓度 C、入射光的波长 D、有色配位化合物的吸光度
T (%)
c
A~ c 呈正比
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k 吸光系数 Absorptivity
当c的单位用g· L-1表示时，用a 表示，
A＝a b c
a 的单位: L· g-1· cm-1
当c的单位用mol· L-1表示时，用 表示.
－摩尔吸光系数 Molar Absorptivity
A＝ b c
的单位: L· mol-1· cm-1
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15.1.3 光吸收基本定律:朗伯-比尔定律
朗伯定律:(1760)
A=lg(I0/It)=k1b
当入射光的 ,吸光物质的c 一定时,溶 液的吸光度A与液层厚度b成正比. 比尔定律(1852)
A=lg(I0/It)=k2c
当入射光的 ,液层厚度b 一定时,溶液
的吸光度A与吸光物质的c成正比.
越大, 灵敏度越高: <104 为低灵敏度;
104～105 为中等灵敏度;
>105为高灵敏度.
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Sandell(桑德尔)灵敏度 (S)
定义：截面积为1cm2的液层在一定波长或波段处， 测得吸光度为0.001时所含物质的量。 用S表示，单位：g· cm-2 A= bc=0.001 bc ＝0.001/
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3.工作曲线不过原点
存在系统误 差： 吸收池不完 全一样； 参比溶液选 择不当等。
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例1 邻二氮菲光度法测铁(Fe)=1.0mg/L, b=2cm , A=0.38 计算 、S 解： c(Fe)=1.0 mg/L=1.0×10-3/55.85 =1.8×10-5(mol· L-1)
=
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（3）介质不均匀性引起的偏离 朗伯-比耳定律是建立在均匀、非散射基础 上的一般规律、如果介质不均匀，呈胶体、 乳浊、悬浮状态存在，则入射光除了被吸收 之外、还会有反射、散射作用。在这种情况 下，物质的吸光度比实际的吸光度大得多， 必然要导致对朗伯-比耳定律的偏离。
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（二）化学因素 （1）溶液浓度过高引起的偏离 朗伯 - 比耳定律是建立在吸光质点之间没有相 互作用的前提下。但当溶液浓度较高时，吸光物 质的分子或离子间的平均距离减小，从而改变物 质对光的吸收能力，即改变物质的摩尔吸收系数。 浓度增加，相互作用增强，导致在高浓度范围内 摩尔吸收系数不恒定而使吸光度与浓度之间的线 性关系被破坏。 （2） 化学变化所引起的偏离 溶液中吸光物质常因解离、缔合、形成新的 化合物或在光照射下发生互变异构等，从而破坏 了平衡浓度与分析浓度之间的正比关系，也就破 坏了吸光度 A 与分析浓度之间的线性关系。产生 对朗伯-比耳定律的偏离。