吸光光度法

第六章吸光光度法
一、大纲要求及考点提示
大纲内容与要求：了解分光光度计基本原理，光度计的基本原件及其作用。

理解光吸收基本原理：朗伯–比耳定律，物质颜色与吸收光颜色的互补关系，以及偏离比耳定律的原因。

掌握常用的分光光度计的基本构造，显色剂、显色反应、显色条件、吸光度测量条件，以及光度计的应用。

知识点：分光光度法基本原理，光度计的基本元件及其作用，以及分光光度计的应用。

二、主要概念、重要定理与公式
（一）吸光光度法的特点
1. 光的基本性质：光是一种电磁波。

2. 吸收光谱产生的原理
吸收光谱有原子光谱与分子吸收光谱。

原子吸收光谱是由原子外层电子选择性地吸收某些波长的电磁波而引起的。

分子吸收光谱由价电子跃迁而产生的分子光谱称为电子光谱。

通常比原子的线状光谱复杂的多，呈带状光谱。

由分子振动能级和转动能级的跃迁而产生的吸收光谱，成为振动–转动光谱或红外吸收光谱。

故红外光谱法可应用于分子结构的研究。

3. 目视比色法和吸光光度法的特点
灵敏度高，准确度高，应用广泛，仪器简单、操作简便、快速。

（二）光吸收的基本定律
1. 朗伯–比耳定律
溶液的透射比越大表示它对光的吸收越小，反之亦然。

溶液对光的吸收程度与溶液浓度液层厚度及入射光波长等因素有关。

2. 摩尔吸收系数
ε反映吸光物质对光的吸收能力，也反映用吸光光度法测定该吸光物质的灵敏度，是选择显色反应的重要依据。

3. 桑德尔灵敏度
桑德尔灵敏度也可表示吸光光度分析的灵敏度。

（三）比色法和吸光光度法及其仪器
1. 目视比色法
仪器简单，操作简便，适宜于大批试样的分析。

但准确度不高，标准系列不能久存，需要在测定时临时配制。

2. 吸光光度法
入射光是纯度较高的单色光，利用吸光度的加和性，可同时测定溶液中两种或两种以上的组分。

许多无色物质，只要它们在紫外或红外区域内有吸收峰，都可以用吸光光度法进行测定。

3. 分光光度计及其基本部件
按工作波长范围分：紫外、可见分光光度计。

主要应用与无机物和有机物含量的测定。

分光光度计又可分为单光束和多光束两类。

（四）显色反应
1. 显色反应的选择
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，而络合反应是最重要的。

对显色反应一般应满足以下要求：
（1） 选择性好，干扰少。

灵敏度足够高。

（2） 有色化合物的组成恒定，符合一定的化学式。

（3） 有色化合物的化学性质应足够稳定。

（4） 有色化合物与显色剂之间的颜色差别要大。

2. 显色剂
无色显色剂生成的络合物不够稳定，灵敏度和选择性也不高。

有机显色剂种类繁多。

3. 多元络合物
多元络合物是由三种或三种以上的组分所形成的络合物。

（1）三元混合物：金属离子与一种络合剂形成未饱和络合物，然后与另一种络合剂结合，形成三元配合络合物，简称三元混配络合物。

（2）离子缔和物
（3）金属离子–络合剂–表面活性剂体系。

（4）杂多酸。

（五）显色条件的选择
1. 溶液的酸度
（1）影响显色剂的平衡浓度和颜色；
（2）影响被测金属离子的存在状态；
（3）影响络合物的组成。

2. 显色剂的用量
一般需加入过量的显色剂。

但加入太多引起副反应。

通常根据实验结果来确定显色剂的用量。

3. 干扰及其消除方法
（1）控制溶液酸度；
（2）加入掩蔽剂；
（3）利用氧化还原反应，改变干扰离子的价态；
（4）利用校正系数；
（5）利用参比溶液消除显色剂和某些有色离子的干扰；
（6）当溶液中存在消耗显色剂和干扰离子时，可以通过增加显色剂的用量来消除干扰；（7）分离。

（六）测量波长和吸光度范围的选择
（1）波长的选择最大吸收原则。

（2）吸光度范围的选择。

可通过控制溶液的浓度或选择不同厚度的吸收池来达到目的。

（七）参比溶液的选择
（1）当试液及显色剂均无色是，可用蒸馏水作参比溶液；
（2）显色剂为无色，而被测试液中存在其它有色离子，可用不加显色剂的被测试液作参比溶液；
（3）显色剂有颜色，可选择不加试样溶液的试剂空白做参比溶液；
（4）显色剂和试液均有颜色，可将一份试液加入适当掩蔽剂，将被测组分掩蔽起来，使之不再与显色剂作用，而显色剂及其它试剂均按试液测定方法加入，以此作为参比溶液，这样就可以消除显色剂和一些共存组分的干扰；
（5）改变加入试剂的顺序，使被测组分不发生显色反应，可以此溶液作为参比溶液消除干扰。

（八）标准曲线的制作
吸光度与吸光物质的含量成正比，这是吸光法进行定量的基础，标准曲线就是根据这一原理制作的。

在实际工作中，有时标准曲线不通过原点。

造成这种情况的原因比较复杂。

应针对具体的情况进行分析，找出原因，加以避免。

（九）光度分析法的误差
吸光光度法的误差主要来自两方面：一使偏离朗伯-比尔定律；二是吸光度测量引起的误差。

偏离朗伯-比尔定律的原因主要是仪器或溶液的实际条件与朗伯-比尔定律所要求的理想条件不一致。

吸光度测量引起的误差主要有：
(1) 非单色光引起的偏离；
(2) 介质不均匀引起的偏离；
(3) 由于溶液本身的化学反应引起的偏离。

三、典型例题
1. 某试液用2cm 比色皿测量时，T=60%,若改用1cm 或3cm 比色皿，T 及A 等于多少？ 解：bc T A ε=−=lg
当 时2=b ，%60=T
时1=b ，12T T =，2lg T A −=，⎩
⎨⎧===%4.7711.01T A b 时3=b ，313T T =，3lg T A −=，⎩⎨⎧===%
5.4633.03T A b
2.某钢样含镍约0.12%，用丁二酮肟光度法（ξ=1.3×104L.mol -1.cm -1）进行测定。

试样溶解后，转入100mL 容量瓶中，显色，并加水稀释至刻度。

取部分试液于波长470nm 处用1cm 比色皿进行测量。

如要求此时的测量误差最小，应称取试样多少克？
解：测量误差最小，即bc A A T ε===,434.0%,8.36
541034.31103.1434.0−×=××=∴C
设称样x 克，5
31034.310)10069.58/%12.0(−×=×××χ g 16.01000
%12.069.581001034.35=××××=∴−χ 3. 浓度为25.5μg/50mL 的Cu2+溶液，用双环环己酮草酰二腙光度法进行测定，于波长600nm 处用2cm 比色皿进行测量，测得T=50.5%，求摩尔吸光系数ξ、灵敏度指数S 。

解：bc T ε=−lg ，11436109.155
.631050105.252505.0lg lg −−−−⋅×=×××−=−=cm mol L bc T ε 234103.310
9.155.63cm g M S Cu
με−×=×== 4. 以视差吸光光度法测定高锰酸钾的浓度。

以含锰10.0mg.mL -1的标准溶液做参比液，其对水的透射比T=20.0%，并以此调节透射比为100%，此时测得未知浓度高锰酸钾溶液的透射比为T x =40.0%，计算高锰酸钾的质量浓度。

解：107.00
.10,7.0%,0.20−⋅====mg ml A b A T ε %0.40=x T ，10.1%,0.820
/100%0.40/===x x A T 原 17.1507
.010.1−⋅===ml mg b A C x x ε 5. 某有色络合物的0.0010%的水溶液在510nm 处，用2cm 比色皿测得透射比为42.0%。

已知ξ=2.5×103L.mol -1.cm -1。

求此有色络合物的摩尔质量。

解：bc A A T ε===,38.0%0.42，
53106.72
105.238.0−×=××=∴C 1253
5.13110315.110
710100
0010.0−⋅=×=××=mol g M。