物质对光的选择性吸收

第九章吸光光度法知识点吸光光度法是基于分子对光的选择性吸收而建立的一种分析方法，包括比色法、紫外一可见吸光光度法、红外光谱法等。

1．吸光光度法的基本原理①物质对光的选择性吸收：当光照射到物质上时，会产生反射、散射、吸收或透射。

若被照射的物质为溶液，光的散射可以忽略。

当一束白光照射某一有色溶液时，一些波长的光被溶液吸收，另一些波长的光则透过，溶液的颜色由透射光的波长所决定。

吸收光与透射光互为补色光(它们混合在一起可组成白光)。

分子与原子、离子一样，都具有不连续的量子化能级，在一般情况下分子处于最低能态(基态)。

当入射光照射物质时，分子会选择性地吸收某些频率的光子的能量，由基态跃迁到激发态(较高能级)，其能级差E激发态一E基态与选择性吸收的光子能量hv的关系为Hv=E激发态一E基态分子运动包括分子的转动、分子的振动和电子的运动。

分子转动、振动能级间隔一般小于1 eV，其光谱处于红外和远红外区。

电子能级间的能量差一般为1～20 eV，由电子能级跃迁而产生的吸收光谱位于紫外及可见光区，其实验方法为比色法和可见-紫外吸光光度法。

②吸收曲线：以波长为横坐标，以吸收光的强度为纵坐标绘制的曲线，称为吸收光谱图，也称吸收曲线。

它能清楚地描述物质对不同波长的光的吸收情况。

③光的吸收定律——朗伯一比尔定律：当一束平行单色光垂直通过一厚度为b、非散射的均匀吸光物质溶液时，吸光物质吸收光能，致使透射光强度减弱。

若用I。

表示入射光强度，I t表示透射光强度，I。

与I t之比称为透光率或透光度T，T=I。

/I t，吸光物质对光的吸收程度，还常用吸光度A表示，A=lgT=log I。

/I t。

实验证明，当一束平行单色光垂直照射某一均匀的非散射吸光物质溶液时，溶液的吸光度A与溶液浓度c和液层厚度b的乘积成正比，此即朗伯一比尔定律，其数学表达式为A=lgT=log I。

/I t =abc式中，a为吸收系数。

溶液浓度以g·L-1为单位、液层厚度以cm 为单位时，a的单位为L·g-1·cm-1。

简述吸收光谱法特征
吸收光谱法是一种光谱分析技术，通过测量物质对特定波长光的吸收程度来研究样品的组成和特性。

吸收光谱法的特征包括以下几个方面：
1. 物质选择性吸收：不同物质对不同波长的光有不同的吸收特性。

通过分析样品在特定波长处的吸收情况，可以推断样品中的物质成分或浓度。

2. 摩尔比尔定律：吸收光谱法的测量结果与浓度成正比。

摩尔比尔定律说明了物质的吸光度与物质的浓度之间的关系，可以用来定量分析样品。

3. 吸收峰：样品在特定波长处的吸收达到最大值形成吸收峰。

吸收峰的位置和形状可以提供有关样品的信息，如吸收峰的强度可以用来定量分析样品中物质的浓度。

4. 形成原因：样品吸收光的原因可以是电子、原子或分子的跃迁以及化学反应等。

吸收光谱法可以通过测量吸收峰的位置和强度来推断样品的电子结构、分子结构和化学反应等信息。

5. 应用广泛：吸收光谱法在化学、生物学、医学等领域都有广泛的应用。

例如，分子吸收光谱可以用来分析有机物、药物和生物分子；原子吸收光谱可以用来分析金属离子的浓度；紫外-可见吸收光谱可以用来测量溶液的浓度和光学性质等。

总之，吸收光谱法特征独特，可以通过测量样品对特定波长光
的吸收情况来研究物质的组成、浓度和性质，并且具有广泛的应用领域。

第20 章吸光光度法吸光光度法(light absorption method)是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。

包括比色法（colorimetric method）和分光光度法（spectrophotometry）。

前者是通过比较有色溶液颜色深浅来确定有色物质的含量；后者是根据物质对一定波长光的吸收程度来确定物质的含量的。

分光光度法包括紫外分光光度法（ultraviolet spectrophotometry）、可见光分光光度法（visible spectrophotometry）、红外分光光度法（infrared spectrophotometry）。

本章主要讨论可见光分光光度法。

20.1 概述20.1.1 物质对光的选择性吸收1. 光的性质光是一种电磁波，具有波粒二象性。

光的偏振、干涉、衍射、折射等现象就是其波动性的反映，波长λ与频率ν之间的关系式：λν=c （c为光速）亦反映光的波动性。

光又是由大量具有能量的粒子流所组成，这些粒子称为光子。

光子的能量则反映微粒性，光子的能量E 与波长λ的关系：E = hν = hc/λ（h为普朗克常量）亦可用来表示光的微粒性。

由上述关系可知，光子的能量与光的波长（或频率）有关，波长越短，光能越大，反之亦然。

光的能量范围很广，在波长或频率上相差大约20个数量级。

不同光的波长范围及其在分析化学中的应用情况见表20-1。

表20-1 各种光的波长范围及其在分析化学中的应用情况光的名称波长范围跃迁类型分析方法X-射线远紫外光近紫外光可见光近红外光中红外光远红外光微波无线电波10-1~ 10nm10 ~ 200nm200 ~ 400nm400 ~ 750nm0.75 ~ 2.5μm2.5 ~ 50μm50 ~ 1000μm0.1 ~ 100cm1 ~ 1000mK和L层电子中层电子价电子价电子分子振动分子振动分子振动和低位振动分子转动X射线光谱法真空紫外光度法紫外光度法比色及可见光度法近红外光谱法中红外光谱法远红外光谱法微波光谱法核自旋共振光谱2. 物质的颜色与其对光的选择性吸收光可分为单色光与复合光，单色光（chromatic light）是仅具有单一波长的光，而复合光（polychromatic light）是由不同波长的光（不同能量的光子）所组成。

第三节 吸光光度法一、测定原理基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法称为吸光光度法，包括比色法、可见分光光度法及紫外分光光度法等。

本章重点讨论可见光区的吸光光度法。

有些物质的溶液是有色的，例如4KMnO 溶液呈紫红色，227K Cr O 水溶液呈橙色。

许多物质的溶液本身是无色或浅色的，但它们与某些试剂发生反应后生成有色物质，例如3Fe +与3Fe +生成血红色配合物； 2Fe +与邻二氮菲生成红色配合物。

有色物质溶液颜色的深浅与其浓度有关，浓度愈大，颜色愈深。

如果是通过与标准色阶比较颜色深浅的方法确定溶液中有色物质的含量，则称为目视比色法，如果是使用分光光度计，利用溶液对单色光的吸收程度确定物质含量，则称为分光光度法。

吸光光度法主要用于测定试样中的微量组分，具有以下特点：(1)灵敏度高。

常可不经富集用于测定质量分数为210-～510-。

的微量组分，甚至可测定低至质量分数为610-～810-的痕量组分。

通常所测试的浓度下限达510-～610-1mol L -⋅。

(2)准确度高。

一般目视比色法的相对误差为5％～l0％，分光光度法为2％～5％。

(3)应用广泛。

几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可以直接或间接地用分光光度法进行测定。

不仅用于测定微量组分，也能用于高含量组分的测定及配合物组成、化学平衡等的研究。

如农业部门常用于品质分析、动植物生理生化及土壤、植株等的测定。

(4)仪器简单，操作方便，快速。

近年来，由于新的、灵敏度高、选择性好的显色剂和掩蔽剂的不断出现，以及化学计量学方法的应用，常常可以不经分离就能直接进行比色或分光光度测定。

（一）物质对光的选择性吸收1．光的基本性质光是一种电磁波，同时具有波动性和微粒性。

光的传播，如光的折射、衍射、偏振和干涉等现象可用光的波动性来解释。

描述波动性的重要参数是波长()m λ、频率()Z H υ，它们与光速c 的关系是：341310cc J sm s E h h λυυλ--=⨯==c λυ= (10．1)在真空介质中光速为2.9979810⨯1m s -，约等于81310m s -⨯还有一些现象，如光电效应、光的吸收和发射等，只能用光的微粒性才能说明，即把光看作是带有能量的微粒流。

【关键字】分析第八章吸光光度法基于物质对光的选择性吸收而建立的分析方法称为吸光光度法。

包括比色法、看来及紫外分光光度法等。

本章主要讨论看来光区的吸光光度法。

利用看来光进行分光光度法分析时，通常将被测组分通过化学反应转变成有色化合物，然后进行吸光度的测量。

例如：测量钢样中Mn的含量，在酸性溶液中将Mn 氧化为MnO4-，然后进行吸光度的测量。

与化学分析法比较它具有如下特点：（一）灵敏度高分光光度法常用于测定试样中1－0.001%的微量组分。

对固体试样一般可测至10-4%。

（二）分析微量组分的准确度高例如：含铁量为0.001%的试样，如果用滴定法测定，称量试样，仅含铁0.01mg，无法用滴定分析法测定。

如果用显色剂1，10-邻二氮杂菲与铁生成橙红色的1，10-邻二氮杂菲亚铁配合物就可用吸光光度法来测定。

Fe2+ + 3(1,10-phen) → [ Fe(1,10-phen)3] 2+（三）操作简便，测定快速（四）应用广泛几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用分光光度法测定。

可用来研究化学反应的机理、溶液中配合物的组成、测定一些酸碱的离解常数等。

§8-1 吸光光度法基本原理一、物质对光的选择吸收当光束照射到物质上时，光与物质发生相互作用，产生了反射、散射、吸收或透射（p241, 图9-1）。

若被照射的是均匀的溶液，则光在溶液中的散射损失可以忽略。

当一束由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的光复合而成的白光通过某一有色溶液时，一些波长的光被溶液吸收，另一些波长的光则透过。

当透射光波长在400-700nm范围时，人眼可觉察到颜色的存在，这部分光被称为看来光。

透射光和吸收光呈互补色，即物质呈现的颜色是与其吸收光呈互补色的透射光的颜色。

例如：CuSO4溶液由于吸收了580-600 nm的黄色光，呈现的是与黄色呈互补色的蓝色。

不同波长的光具有不同的颜色，见P294,表9-1。

物质吸收了光子的能量由基态跃迁到较高能态（激发态），这个过程叫做物质对光的吸收。

第十一章吸光光度分析法本章要求1、掌握吸光光度法的基本原理及朗伯比尔定律；2、了解分光光度计的基本构造及功能；3、了解显色反应及条件选择、仪器测量误差及条件选择；了解分光光度法的应用。

基本内容如果将各种波长的单色光依次通过一定浓度的某一溶液，测定该溶液对各种单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，可以得到一条曲线，该曲线称为光吸收曲线或吸收光谱曲线。

光吸收程度最大处的波长，称为最大吸收波长，常用λ最大或λmax表示。

4、光吸收的基本定律⑴朗伯—比尔定律透过光的强度It 与入射光的强度I之比为透光率（也称透光度、透射比），用T表示：T=IIt吸光度A与透光率T的关系为：A =lgT 1= –lg T =lg tI I 0溶液的透光率越小，吸光度越大，表明溶液对光的吸收越强；相反溶液的透光率越大，吸光度越小，表明溶液对光的吸收越弱。

光的吸收定律：朗伯—比尔定律，其数学表达式为：A =Kbc式中K 值随浓度c ，液层厚度b 所取单位的不同而不同。

当浓度以g •L -1表示，液层厚度用cm 表示时，则常数K 用a 表示，a 称为吸光系数，其单位为L •g -1•cm -1。

此时朗伯—比尔定律表示为：A =abc当浓度以mol •L -1表示，液层厚度用cm 表示时，则常数K 用ε表示，ε称为摩尔吸光系数，其单位为L •mol -1•cm -1。

此时朗伯—比尔定律表示为：A =εbc （12–7）摩尔吸光系数ε在数值上等于浓度为1moL •L –1、光程（液层厚度）为1cm 溶液的吸光度。

ε是吸光物质在特定波长下的特征常数，它与入射光波长、溶液的性质以及温度等因素有关，而与溶液的浓度及液层厚度无关，ε值愈大，表明物质对此波长光的吸收程度愈强，显色反应的灵敏度愈高。

一般认为，ε＜104属低灵敏度，104＜ε＜5×104属中等灵敏度，ε＞5×104属高灵敏度。

在实际分析中，为了提高灵敏度常选择ε值较大的有色化合物为待测物质，通常选择有最大ε值的光波max λ作为入射光。

光选择定律光选择定律是光学中的一项基本定律，它描述了物质对于不同波长的光会发生怎样的选择性吸收和反射。

本文将从以下几个方面详细介绍光选择定律。

一、什么是光选择定律1.1 定义光选择定律（英文名：Law of Light Absorption）指的是物质对于不同波长的光会发生怎样的选择性吸收和反射。

1.2 原理根据量子力学理论，分子在吸收或发射辐射时只能通过电磁波与分子内部电子进行相互作用，因此分子对辐射的响应与其内部电子状态有关。

当辐射作用于物质时，只有当辐射频率等于分子内部电子跃迁所需的能量时，才会被吸收或发射。

二、为什么会出现光选择定律2.1 分子结构决定了吸收谱分子结构决定了它们能够吸收哪些波长的光。

分子中原子之间的化学键和原子之间电荷密度分布产生了谓之色心（chromophore）的区域。

这些区域吸收光的能力与波长相关，因此分子的吸收谱就是一张描述这些区域对于不同波长光的吸收强度的图。

2.2 电子跃迁导致吸收分子中电子跃迁会产生吸收，而电子跃迁能量与所需波长有关。

当光通过物质时，只有当其频率等于分子内部电子跃迁所需的能量时，才会被吸收。

三、光选择定律的实际应用3.1 光谱学利用光选择定律可以进行物质分析。

通过测量物质在不同波长下吸收或发射光线的强度来确定物质的化学成分和结构。

3.2 光学材料在制造某些特殊材料时，需要控制其对于特定波长的光线进行选择性吸收或反射。

例如，在太阳能电池板中，需要使用特殊材料来选择性地吸收太阳辐射中具有高能量和高频率的紫外线和蓝色光线，并将其转化为电能。

3.3 医学成像医学成像技术如CT、MRI等也利用了光选择定律。

例如，在X光成像中，不同组织对于X射线的吸收能力不同，因此可以通过测量不同组织对于X射线的吸收强度来确定组织的密度和结构。

四、光选择定律存在的局限性4.1 仅适用于分子光选择定律只适用于分子，而无法用于描述固体或液体中原子之间相互作用导致的吸收。

4.2 不适用于宽带光源当使用宽带光源时，由于其包含多种波长的光线，物质对于每种波长吸收的程度不同，因此无法简单地应用光选择定律进行分析。