2018年9月15日8时10分,第二十章 比色法和分光光度法,20.1 概述 吸光光度法基本原理 20.2 光度计及其基本部件 20.3 比色法和分光光度法及其仪器 20.4 显色反应及显色条件的选择 20.5 分光光度法仪器测量误差及其消除 20.6 分光光度法的应用,2018年9月15日8时10分,2018年9月15日8时10分,20.1 概 述,分光光度法：基于物质对光的选择性吸收而建立起来的一种分析方法。,2018年9月15日8时10分,一、分类,不同的物质对光的吸收不一样，而呈现出不同的颜色，而颜色的深浅与物质的浓度有很大的关系。,20.1.1 光度分析的分类及特点,定量分析的依据：在选定波长下，被测溶液对光的吸收程度与溶液中吸光组分的浓度有简单的定量关系。,2018年9月15日8时10分,二、特点,1、灵敏度高。（110-3、10-510-6 molL-1） 2、准确度高。相对误差约为2%5%。 3、操作简单，快速。 4、应用广泛 。 5、 可用于化学平衡等的研究。,2018年9月15日8时10分,20.1.2 物质对光的选择性吸收,1、光的基本性质,电磁辐射具有波粒二象性，能以巨大速度通过空间，不需要以任何物质作为传播媒介的一种能量。它包括无线电波、微波、红外光、紫外可见光以及X射线和射线等形式。,2018年9月15日8时10分,电磁辐射的波动性,经典物理学认为电磁辐射是在空间传播着的交变电场和磁场，可以用电场矢量E和磁场矢量B来表示描述，如下图所示。,单色平面偏振光的传播,电磁场垂直于波的传播方向做周期性变化，即电场E在Y轴方向变化，磁场B在Z轴方向变化。多数情况下，都是电场同物质中电子相互作用的结果，只考虑电矢量就可以描述光的性质，只有讨论磁共振时才用到磁矢量。,2018年9月15日8时10分,电磁波具有波的性质，用以下的波参数来描述,周期T： 相邻两个波峰或波谷通过空间某一固定点所需要的时间间隔称为波的周期，单位为s（秒） 频率 ：单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单位为Hz，即s-1（1/秒）。频率为周期的倒数，即。 =1/T 波长： 相邻两个波峰或波谷间的直线距离称为波长。若电磁波的传播速度为c，则 =c/。不同的电磁波谱区可采用不同的波长单位，分别为m（米）、cm（厘米，等于10-2m）、m（微米，等于10-6m）、nm（纳米，等于10-9m）。,2018年9月15日8时10分,波数 每厘米长度内含有波长的数目称为波数，单位为cm-1，波数是波长的倒数，可表示为: = 1/ 传播速率 传播的速率等于频率乘以波长，即 = 。在真空中所有电磁辐射的传播速度都相同，等于光速(2.9979241010 cm s-1)。,2018年9月15日8时10分,电磁辐射的粒子性,根据量子理论，电磁辐射是在空间高速运动的光量子(或称光子)流。可以用每个光子所具有的能量(E)来表征，单位为ev或J. 普朗克方程将电磁辐射的波动性和微粒性联系在一起。E=h=hc/= hcE代表每个光子的能量；h为普朗克常量,h=6.62610-34Js 辐射的频率越高(波长越小)，光子的能量就越高;光量子的能量和波数成正比。,2018年9月15日8时10分,希 腊 字 母 读 法,2018年9月15日8时10分,电磁波谱：电磁辐射按照波长(或频率、波数、能量)大小的顺序排列就得到电磁波谱。,2018年9月15日8时10分,光谱法按照电磁辐射和物质相互作用的结果可以分为发射、吸收和拉曼散射光谱。,发射光谱法：当被激发的原子、分子、离子回到低能态时，以光的形式辐射释放能量，产生发射光谱。通过测定待测物质的发射光谱来进行分析的方法称为发射光谱法。,吸收光谱法：当辐射通过试样时，试样中的粒子会选择性地吸收某种频率的辐射能，从低能级跃迁至高能级，利用待测物质与电磁辐射相互作用时产生的特征吸收光谱来进行分析的方法称为吸收光光谱法。,2018年9月15日8时10分,吸收光谱法：当辐射通过试样时，试样中的粒子会选择性地吸收某种频率的辐射能，从低能级跃迁至高能级，利用待测物质与电磁辐射相互作用时产生的特征吸收光谱来进行分析的方法称为吸收光光谱法。拉曼光谱法：当单色光照射到透明试样时，会有以一部分光按不同的角度散射开来，如果散射光与入射光的波长不同（入射光子与溶液中试样分子间的非弹性碰撞发生能量交换），这种散射称为拉曼散射，根据拉曼散射光谱而建立起来的分析方法称为拉曼光谱法。,2018年9月15日8时10分,吸收光谱:当光通过透明的物质时，具有某种能量的光子被吸收，而另外能量的光子不被吸收。光子是否被物质吸收，既决定于光子的能量，又决定于物质的内部结构。,e v r,分子能级E,2018年9月15日8时10分,（1）电子光谱： Ee120eV，紫外可见光谱 （2）振动光谱： Ev0.051 eV，红外光区，又称红外光谱，包含转动，故又称振转光谱 （3）转动光谱： Er0.0050.05 eV，远红外区,分子光谱的类型,E=E2-E1=h=hc/= hc,2018年9月15日8时10分,2、物质对光的选择性吸收,仅当照射光的光子的能量与被照射物质粒子的基态和激发态的能级差相当时才能被光吸收。,基态 激发态E1 E2,M + h M *,M + 热,M + 荧光或磷光,分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同。,2018年9月15日8时10分,两种颜色的光若按适当比例混合，可以形成白光，这两种光称为互补色光。,日常生活中肉眼所见到的白光，如日光等是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等光按适当的强度比例混合而成的，是在400750nm范围的一种复合光。,具有同一波长的光称为单色光。(由具有相同能量的光子组成),不同波长组成的光称为复合光。,2018年9月15日8时10分,光的互补性：,2018年9月15日8时10分,光吸收示意图 b：液槽厚度； I0：入射光； It：透射光； Ia：吸收光,实验证明：溶液的颜色是由于溶液中的物质吸收了某一波长的光所造成的。,吸收黄色光，溶液呈蓝色 吸收蓝色光，溶液呈黄色,2018年9月15日8时10分,表9-1 物质颜色与吸收光颜色的互补关系,2018年9月15日8时10分,3、吸收曲线,吸收曲线是溶液对不同波长的光的吸收程度的形象化描述。 分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同。,如果将不同波长的光通过一固定浓度和厚度的有色溶液，测量每一波长下有色溶液对光的吸收程度（吸光度A），然后以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，得一曲线，称吸收曲线。,2018年9月15日8时10分,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max。 （2）对于不同物质，它们的吸收曲线形状和max则不同。 （3）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。,2018年9月15日8时10分,（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在max处吸光度A 的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。,2018年9月15日8时10分,20.2 光的吸收基本定律 朗伯-比尔定律,20.2.1 朗伯比耳定律（Larnbert-Beer）,1729年波格建立了吸光度与吸收介质厚度之间的关系。 1760年朗伯用数学方法表达了这一关系。 1852年比耳确定了吸光度与溶液浓度及液层厚度之间的关系。,2018年9月15日8时10分,I0：入射光强度；It：透射光强度,“A” 称为吸光度，量纲为1 。溶液对光的吸收程度越大，则透射光强度越小 ，A越大。,物理意义：当一平行单色光垂直通过一均匀的、非散射的溶液时，溶液对光的吸收程度与吸光物质的浓度c及液层厚度b成正比。,2018年9月15日8时10分,吸光度测量中，也用透光度T表示,透过光强度越大， T值越大。,2018年9月15日8时10分,二、吸光系数和摩尔吸光系数,（1）吸光系数a,（2）摩尔吸光系数,当c用g/L表示，b用cm表示时，K用a表示，称为吸光系数，单位为 Lg -1cm-1 ，则：A = a b c,当c用molL-1表示，b用cm表示时，K用表示，称为摩尔吸光系数，单位为Lmol -1cm-1。 A =b c,物理意义：当吸光物质的浓度为1molL-1，溶液的液层厚度为1cm时，溶液对特征波长光的吸收程度。,2018年9月15日8时10分,摩尔吸光系数：,（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数； （2）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，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关； （3）同一吸光物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收波长max处的摩尔吸光系数，常以max表示。max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。,2018年9月15日8时10分,(4)max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。,（5）可作为定性鉴定的参数；,2018年9月15日8时10分,桑德尔灵敏度S：分光光度分析的灵敏度还可以用桑德尔灵敏度S表示。S是指当仪器的检测极限为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，S = M/ ,2018年9月15日8时10分,例20-1：已知含Fe2+浓度为1.0mgL-1的溶液，用邻二氮菲光度法测定铁(Fe2+与邻二氮菲反应，生成橙红色配合物)。使用厚度为2 cm的吸收池，在波长510nm处测得 吸光度A= 0.390。计算该配合物的 摩尔吸光系数。 解：已知铁的相对原子质量为 55.85。,2018年9月15日8时10分,例：用双硫腙光度法测定Pb2+。 Pb2+的浓度为0.08mg/50mL，用2 cm比色皿在520 nm下测得T = 53%，求 。 解：已知铅的相对原子质量为 207.2,2018年9月15日8时10分,20.2.2 吸光度的加和性,在含有多组分的体系中，若各组分对同一波长的光都有吸光作用，且各组分的吸光物质彼此不发生作用，则测得的吸光度等于各组分的吸光度之和。,2018年9月15日8时10分,通常在用分光光度法进行分析时，多采用标准工作曲线法。即固定液层厚度、入射光的波长，测定一系列不同浓度标准溶液的吸光度，此时A与c应成直线关系。,在实际工作上，特别是在浓度较高时，常出现标准曲线不为直线，即偏离了朗伯比尔定律。,20.2.3 对朗伯-比尔定律的偏离,2018年9月15日8时10分,1、比尔定律的局限性比耳定律假设吸光质点是独立的，彼此间无相互影响。而在高浓度时，溶液中各种粒子可能产生相互的影响，从而改变了它对光的吸收能力， 发生变化。这种影响的程度同浓度有关系，所以使吸光度A与浓度c之间的线性关系发生了偏离。,仅在稀溶液(c 10-2 mol L-1)时才基本符合。,2018年9月15日8时10分,2. 非单色光引起的偏离,比尔定律假设入射光为单色光，但是目前仪器所能提供的入射光不是严格的单色光，是由波长范围较窄的光带组成的复合光。A = k b c，k 在一定波长下是一常数，如入射光不为单色光，则k不为常数，A 与c 不成直线关系。,2018年9月15日8时10分,2、非单色光引起的偏离,2018年9月15日8时10分,12,12,A与c成线性关系,A与c不成线性关系，相差越大，对比尔定律的偏离越严重,2018年9月15日8时10分,克服非单色光引起的偏离： （1）应选择较好的单色器。 （2）选择最大吸收波长（灵敏度高、平坦）。,