第十一章 分光光度法

11.1.2 物质对光的选择性吸收 具有同一波长的光称为单色光。 不同波长组成的光称为复合光。 生活中所见到的白光，如日光等是由红 、橙、黄、绿、青、蓝、紫等光按适当的比 例混合而成的，在380～760nm范围的一种复 合光。
光的互补
两种适当颜色的光若按一定强度比例混合，
可以形成白光，这两种光称为互补色光.。
2+
N
3
N + Fe2+ Fe N
3
N
五、吸光度的加和性
若多组分体系的各组分对同一波长的光都有吸收作用
，则溶液的吸光度应等于溶液中各组分的吸光度之和
。（组分间没有干扰）
A总 = ∑ Ai =κ1b1c1 + κ2b2c2 + …… κnbncn
A4 A3 A2 A1
溶液中多组分测定
A1 κ1 ( x)bc ( x) κ1 ( y )bc ( y ) A2 κ 2 ( x)bc ( x) κ 2 ( y )bc ( y )
吸收曲线的讨论
（1）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。（KMnO4的最大 = 525 nm） （2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形 状相似λmax不变。而对于不同物质，它们的 吸收曲线形状和λmax则不同。可作为物质定 性分析的依据之一。
722型光栅分光光度计结构示意图
11.4 显色反应和显色条件的选择
在分光光度分析中，利用显色反应把待测组 分X 转变为有色化合物，然后再进行测定。
使试样中的被测组分与化学试剂作用生成有 色化合物的反应叫显色反应。 mX(待测物)＋nR(显色剂)＝XmRn(有色化合物) 显色反应主要有配位反应和氧化还原反应， 其中绝大多数是配位反应。
(3)κmax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。
κ <104
104< κ <5×104 5×104< κ <105
反应灵敏度低
反应灵敏度中 反应灵敏度高
κ >105
反应灵敏度极高
κ最大≥5×104
灵敏的显色反应
对于微量组分的测定，一般选κ较大的 显色反应，以提高测定的灵敏度。
1、单色光不纯。 2、散射光的影响。当有胶体 、乳浊液或悬浊液存在时， 入射光除了被吸收之外，还
正误差
A
负误差
会有散射作用，使所测的吸
光度比实际的大，或入射光 不是垂直通过比色皿产生正 偏差。
标准工作曲线图
C
二、化学因素 1、浓度较大时，吸光质点相互作用，产生 负偏差。 朗伯-比尔定律只适合于稀溶液 （c ≤ 10-2 mol· -1 )。 L 2、平衡效应，物质的离解、缔合、互变异构 及化学变化引起的偏离，如： Fe(SCN)3 Fe3+ + 3SCNCr2O72- + H2O 2CrO42- + 2H+
11.3 分光光度计及主要部件
1光源：应有足够的发射强度而且稳定,如钨 丝灯。 2单色器：采用棱镜或光栅获得单色光。 3吸收池：比色皿，厚度有0.5、1、2、3cm 等。 4检测器：光电池或光电管。 光源 单色器
吸收池
检测 系统
分光光度计的分类以及721 / 722型分光 光度计的使用方法见实验教材。
Io = I a + It + I r
在比色或分光光度法中，测定时都是采 用同样质量的比色皿，反射光的强度基本上 是不变的，其影响可以相互抵消。
分光光度法中简化为：
Io = I a + I t
透过光强度It与入射光强度Io之比称为透 光度或透光率。用 T 表示：
It T Io
It 或 T% 100% Io
第十一章 分光光度法
11.1 概述 11.2 光吸收定律
11.3 分光光度计
11.4 显色反应和显色条件的选择 11.5 吸光度测量条件的选择 11.6 溶液浓度的测定方法
11.1
概述
利用溶液颜色的深浅来测定溶液中有 色物质的浓度，这种测定方法称为比色分 析法。 用分光光度计进行比色分析的方法 称为分光光度法。
一、朗伯定律：当 、c、T 一定时，溶液的吸
光度与液层的厚度成正比。 数学表达式： A = K1 b
K1：比例常数，与、c、T有关。
b：溶液厚度
二、比尔定律 比尔定律：当 、b 和 T一定时，溶液的吸光度 与溶液的浓度成正比。 数学表达式： A = K2 c
三、朗伯—比尔定律（同时考虑溶液浓度 和液层厚度的影响）一束平行单色光通 过溶液，当和T一定时，其吸光度与 溶液的浓度和液层厚度成正比。
（3）不同浓度的同一种物质，在某一定波
长下吸光度 A 有差异，A 随浓度的增大而增
大 。此特性可作为物质定量分析的依据。 （4）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度 最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量 分析中选择入射光波长的重要依据。
11.2 光吸收的基本定律
11.2.1 光的吸收定律
实验证明：若保持入射光的波长不变， 溶液对光吸收的程度与溶液的浓度、液层厚 度有关。
4、有色化合物的稳定性高。若有色化合物不稳定或 易受空气的氧化、日光的照射而分解，就会引入 测量误差。如三磺基水杨酸铁的Kf =1042 , F- 、
H3PO4 对它无干扰。
5、显色过程易于控制，而且有色化合物与显色剂之
间的颜色差别应尽可能大。
|
MR max

R max
| 60nm
④酸对配合物组成的影响 对于某些逐级形成配合物的显色反应，在不同pH 值时，将生成不同配位数的配合物，如铁与水杨酸 的配位反应:
在pH＝2～3
Fe(ssal)+
紫红色 棕橙色 黄色
在pH＝4～7
在pH＝8～10
Fe(ssal)22Fe(ssal)3
3、显色温度和时间，通过实验找出适宜的温度 范围和颜色稳定的时间范围。 4、溶剂，有机溶剂会降低有色物的离解度，从 而提高 显色反应的灵敏度。 5、共存干扰离子的影响及消除 (1) 控制酸度，就可控制显色剂的浓度，使被测 金属离子显色，干扰离子不显色。
11.4.2 显色反应条件的选择
1、显色剂用量 ，适当过量。适宜的用量通过实验求得。
A
c(R) A A
c(R)
c(R)
2、溶液酸度 ①酸对金属离子存在状态的影响：大部分高价金属 离子都容易水解，金属离子的水解，对显色反应的 进行是不利的，故溶液的pH值不能太高。 ②酸对显色剂浓度的影响
M
+
HR
MR
摩尔吸光系数κ的讨论 (1) κ是吸光物质在一定条件下的特征常数 ，不随浓度c和液层厚度b的改变而改变。 在温度和波长等条件一定时， κ仅与吸光 物质本身的性质有关。
(2)同一吸光物质在不同波长下的κ 值是不 同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系 数，常以κ max表示。 κ max表明了该吸光 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。
数学表达式：
A=Kbc
四、比例系数K 1、吸光系数K 当c用g· -1表示，b用cm表示时，K称为 L 吸光系数，其单位为 L· (g.cm)-1 ，则： A = Kb c
2、摩尔吸光系数κ
c用mol· -1表示，b用cm表示时，K用 L κ 表示，称为摩尔吸光系数，其单位为 L· (mol.cm)-1。则： A= κb c
(1) 试样、试剂、显色剂都无色时，用纯水作参 比。 (2) 试样无色，试剂、显色剂有色，采用不加试 样的空白溶液作参比。（试剂空白） (3)试样有色，显色剂、试剂无色，可采用不加 显色剂的试样为参比。（试样空白） (4)试样和显色剂均有色，对试样加入掩蔽剂， 将被测组分掩蔽起来，使之不与显色剂作用， 后再加显色剂等作为参比。(褪色空白)
方法来消除共存离子的干扰。
11.5 测定条件的选择
11.5.1、选择合适波长的入射光。
（545nm）
11.5.2选择适当的参比溶液
原则：使溶液的吸光度能真正反映待测物的 浓度。 在吸光度测量中，作为比较的溶液或溶 剂称为参比溶液或空白溶液。它是用来调节 仪器工作的零点。 选择参比溶液的办法有以下几种：
11.4.1 对显色反应的要求
1、灵敏度高，选择 较大的显色反应。避免共存组分 干扰。
2、选择性好，显色剂只与被测组分反应。
3、有色化合物的组成要恒定，否则测定的再现性就比 较差。如：
Fe3+ + 磺基水杨酸 → 三磺基水杨酸铁(黄色) （组成固定） Fe3+ + SCN - → FeSCN2+、 Fe(SCN)2 + …… （组成不固定）
将不同波长的光透过某一固定的溶液，测量不同
波长下溶液对光的吸收程度，以吸光度为纵坐标，
以波长为横坐标，作图得到的曲线叫光吸收曲线。
A 1.6
D C
1.2 0.8 0.4
400
A、B、C、D代表不 同浓度下的吸收曲线，吸 收峰不变。
B A
480 560 640 720 nm KMnO4 溶液的吸收曲线
11.5.3
吸光度读数范围的选择
透光率读数的准确度是仪器精度的主要指标。透
光率的精度不能代表测定结果的精度，测定结果的精
从上式可以看出： 溶液的透光度愈大，说明溶液对光的吸 收愈小；相反，透光度愈小，说明溶液对光 的吸收愈大。
吸光度A：
Io 1 A lg lg It T
若光全部透过溶液，Io= It ， A = 0 若光几乎全被吸收，It ≈ 0， A = ∞ 吸光度A也可以用来衡量溶液中吸光物 质对波长为λ的单色光 的吸收程度，值越大 ，其吸收程度越大；反之亦然。
(2) 加入掩蔽剂 ，如用SCN-测定Co2+时，Fe3+有 干扰，加入 F- ，Fe3+ + 6F- = FeF63- ， Fe3+ 被掩蔽。 (3) 改变干扰离子价态，测Ni2+时，Fe2+ 有干 扰，加入氧化剂， Fe2+ → Fe3+ .