《无机及分析化学》第十四章 吸光光度法

第十四章吸光光度法 §14-1概论 利用被测物质对可见光具有选择性吸收的特性而建立的分析方法称为吸光 光度法。如有一试样含铁量为001mggl。试样经处理后,用1.8×103molL的 KMnO4溶液滴定,到达化学计量点时,所用KMnO4溶液的体积为0.02m。而通 常滴定管的读数误差就有002ml,显然用滴定法测定该试样中的含铁量是不合适 的。但是,在适当的反应条件下加入一种试剂(如磺基水杨酸),使它与Fe3生 成紫红色螯合物,即可用吸光光度法测定其含量。在试样的分析工作中,吸光光 度法是常用的分析方法之一。 814-2光吸收基本原理 紫外—可见吸光光度法的特点 1.具有较高的灵敏度。一般物质可测到10-3~105 mol L -I。适用于微量组分 的测定 2.有一定的准确度。该方法相对误差为2%~5%,可满足对微量组分测定的 要求。如一试样含铁量为0020mg,相对误差5%,其含量在0.019~0.021mg之 间,该结果是令人满意的。 3.操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单。近年来由于新显色剂和掩 蔽剂的不断出现,提高了选择性,一般不分离干扰物质就能测定 4.应用广泛。可测定大多数无机物质及具有共轭双键的有机化合物。 二、物质对光的选择性吸收 溶液之所以呈现不同的颜色,是与它对光的选择性吸收有关。当一束白光, 通过一有色溶液时,某些波长的光被溶液吸收。另一些波长的光不被吸收而透过

第十四章 吸光光度法 §14-1 概论 利用被测物质对可见光具有选择性吸收的特性而建立的分析方法称为吸光 光度法。如有一试样含铁量为 0.01mgg -1。试样经处理后，用 1.810-3molL -1 的 KMnO4 溶液滴定，到达化学计量点时，所用 KMnO4 溶液的体积为 0.02ml。而通 常滴定管的读数误差就有 0.02ml，显然用滴定法测定该试样中的含铁量是不合适 的。但是，在适当的反应条件下加入一种试剂（如磺基水杨酸），使它与 Fe3+生 成紫红色螯合物，即可用吸光光度法测定其含量。在试样的分析工作中，吸光光 度法是常用的分析方法之一。 §14-2 光吸收基本原理 一、紫外⎯可见吸光光度法的特点 1．具有较高的灵敏度。一般物质可测到 10-310-6molL -1。适用于微量组分 的测定。 2．有一定的准确度。该方法相对误差为 2%5%，可满足对微量组分测定的 要求。如一试样含铁量为 0.020mg，相对误差 5%，其含量在 0.0190.021 mg 之 间，该结果是令人满意的。 3．操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单。近年来由于新显色剂和掩 蔽剂的不断出现，提高了选择性，一般不分离干扰物质就能测定。 4．应用广泛。可测定大多数无机物质及具有共轭双键的有机化合物。 二、物质对光的选择性吸收 溶液之所以呈现不同的颜色，是与它对光的选择性吸收有关。当一束白光， 通过一有色溶液时，某些波长的光被溶液吸收。另一些波长的光不被吸收而透过

溶液。人眼能感觉的波长在400~760nm,为可见光区。溶液的颜色由透过光波长 所决定。例如,KMnO4溶液强烈地吸收黄绿色的光,对其它的光吸收很少或不 吸收,所以溶液呈现紫红色。又如CuSO4溶液强烈地吸收黄色的光,所以溶液 呈现蓝色。如溶液对白光中各种颜色的光 都不吸收,则溶液为透明无色,反之,则 绿 黄 青 呈黑色。如果两种颜色的光按适当的强度比例 橙一白光—青蓝 混合后组成白光,则这两种有色光称为互补 色,如错误!找到引用源。所示。成直线关 红些红 蓝 系的两种光可混合成白光。各种物质的颜色的 互补关系列于错误!未找到引用源。中 图141有色光的互补色 表14-1物质颜色(透过光)与吸收光颜色的互补关系 颜色黄绿黄 橙 红紫红紫 蓝 绿蓝蓝绿 吸收光 紫蓝绿蓝蓝绿绿黄绿黄橙红 400~450450~480480-490490~5001500~560560~580580~610610-650650~760 波长/m 以上仅简单地用有色溶液对各种波长光的选择吸收来说明溶液的颜色。究竟某种 溶液最易选择吸收什么波长的光?可用 实验方法来确定,即用不同波长的单色 光透过有色溶液,测量溶液对每一波长 1.2 的吸光程度(称为吸光度)。然后以波长 为横坐标,吸光度为纵坐标作图可得 0.8 曲线,如错误!找到引用源。所示,称 0 为光吸收曲线。图中a、b、c、d代表被 4.24060640o测物质含量由低到高的吸收曲线。每种 A/nm 有色物质溶液的吸收曲线都有一个最大 图142光吸收曲线 吸收值,所对应的波长为最大吸收波长 (λmax)。一般定量分析就选用该波长进行测定,这时灵敏度最高。对不同物质

溶液。人眼能感觉的波长在 400760nm，为可见光区。溶液的颜色由透过光波长 所决定。例如，KMnO4 溶液强烈地吸收黄绿色的光，对其它的光吸收很少或不 吸收，所以溶液呈现紫红色。又如 CuSO4 溶液强烈地吸收黄色的光，所以溶液 呈现蓝色。如溶液对白光中各种颜色的光 都不吸收，则溶液为透明无色，反之，则 呈黑色。如果两种颜色的光按适当的强度比例 混合后组成白光，则这两种有色光称为互补 色，如错误!未找到引用源。所示。成直线关 系的两种光可混合成白光。各种物质的颜色的 互补关系列于错误!未找到引用源。中。 表 14-1 物质颜色(透过光)与吸收光颜色的互补关系 颜色 黄绿 黄 橙 红 紫红 紫 蓝 绿蓝 蓝绿 吸收光 色 波长/nm 紫 400450 蓝 450480 绿蓝 480490 蓝绿 490500 绿 500560 黄绿 560580 黄 580610 橙 610650 红 650760 以上仅简单地用有色溶液对各种波长光的选择吸收来说明溶液的颜色。究竟某种 溶液最易选择吸收什么波长的光？可用 实验方法来确定，即用不同波长的单色 光透过有色溶液，测量溶液对每一波长 的吸光程度（称为吸光度）。然后以波长 为横坐标，吸光度为纵坐标作图可得一 曲线，如错误!未找到引用源。所示，称 为光吸收曲线。图中 a、b、c、d 代表被 测物质含量由低到高的吸收曲线。每种 有色物质溶液的吸收曲线都有一个最大 吸收值，所对应的波长为最大吸收波长 （max）。一般定量分析就选用该波长进行测定，这时灵敏度最高。对不同物质 图 14-1 有色光的互补色 A 图 14-2 光吸收曲线 白光 绿 青 青蓝 蓝 紫红 红 橙 黄

的溶液,其最大吸收波长不同,此特性可作为物质定性分析的依据。对同一物质, 溶液浓度不同,最大吸收波长相同,而吸光度值不同。因此,吸收曲线是吸光光 度法中选择测定波长的重要依据 §14-3光的吸收定律朗伯比耳定律 当一束平行的单色光通过一均匀的吸收物质溶液时,吸光物质吸收了光能 光的强度将减弱,其减弱的程度同入射光的强度、溶液层的厚度、溶液的浓度成 正比。如错误!未找到引用源。所示。表示它们之间的定量关系的定律称为朗伯- 比耳定律,这是各类吸光光度法定量测定的依据。 图143光通过吸光物质示意图 朗伯定律 1760年朗伯提出了一束单色光通过吸光物质后,光的吸收程度与溶液液层 厚度正比的关系,该关系称为朗伯定律。即 A=lg.=kb (14-1) 式14-1中,A为吸光度;为入射光强度;I为透射光强度;k为比例常数 b为液层厚度(光程长度)。 二、比耳定律 1852年比耳又提出了一束单色光通过吸光物质后光的吸收程度与吸光物质 微粒的数目(溶液的浓度)成正比的关系,该关系称比耳定律。即

的溶液，其最大吸收波长不同，此特性可作为物质定性分析的依据。对同一物质， 溶液浓度不同，最大吸收波长相同，而吸光度值不同。因此，吸收曲线是吸光光 度法中选择测定波长的重要依据。 §14-3 光的吸收定律⎯朗伯-比耳定律 当一束平行的单色光通过一均匀的吸收物质溶液时，吸光物质吸收了光能， 光的强度将减弱，其减弱的程度同入射光的强度、溶液层的厚度、溶液的浓度成 正比。如错误!未找到引用源。所示。表示它们之间的定量关系的定律称为朗伯- 比耳定律，这是各类吸光光度法定量测定的依据。 一、朗伯定律 1760 年朗伯提出了一束单色光通过吸光物质后，光的吸收程度与溶液液层 厚度正比的关系，该关系称为朗伯定律。即 k b I I A = =  0 lg （14-1） 式 14-1 中，A 为吸光度；I0 为入射光强度；I 为透射光强度；k为比例常数； b 为液层厚度（光程长度）。 二、比耳定律 1852 年比耳又提出了一束单色光通过吸光物质后,光的吸收程度与吸光物质 微粒的数目(溶液的浓度)成正比的关系，该关系称比耳定律。即 db b I0 I 图 14-3 光通过吸光物质示意图

A=lg.=kc (14-2) 在(14-2)中,k"为比例常数;c为溶液的浓度。 三、朗伯-比耳定律 将两个定律合并起来就成为朗伯-比耳定律,其数学表达式为: A=lg I=Kbc (14-3) 在(14-3)中,K为比例常数,它与吸光物质性质、入射光波长、及温度等 因素有关,该常数称为吸光系数。通常液层厚度b以cm为单位,若c以gL为 单位的质量浓度,则常数k用a表示,a为吸光系数;若c以molL为单位的物质 的量浓度,则常数K用ε表示,E为摩尔吸光系数。则(143)可改写为: A=ecb (14-4) 摩尔吸光系数ε是各种吸光物质在特定波长和溶剂下的一个特征常数,数值 上等于在lcm的溶液厚度中吸光物质为1molL时的吸光度,它是吸光物质的 吸光能力的量度。ε值是定性鉴定的重要参数之一,也可用以估量定量分析方法 的灵敏度,即ε值越大,表示该吸光物质对某一波长的吸光能力越强,则方法的 灵敏度越高。为了提高定量分析的灵敏度就必须选择合适的试剂与被测物生成ε 值大的配合物及具有最大E值的波长的单色光作为入射光。 由(14-3)可见,如果光通过溶液时完全不被吸收,则I=I0,而I/Io=1 透过光Ⅰ值越小,则Io的比值越小,因此,将Io称为透光度T。 7=abe或A Ig kbc (14-5) 式(14-5)是各类光吸收的基本定律。其物理意义为:当一束平行的单色光通过 均匀的、非散射的吸光物质溶液时,其吸光度与溶液液层厚度和浓度的乘积 成正比。这是各类吸光光度法定量测定的依据 例1双硫腙试剂与Cd2形成红色络合物,可用光度法测定。已知s20= 88×104 L mol-lcm.,使用2cm比色皿,测得透射比为60.3%,计算Cd的质量浓 度(ugmL)。(M(Cd)=1124) 解 =gT=lg60.3%=0.220

k c I I A = =  0 lg （14-2） 在（14-2）中，k为比例常数；c 为溶液的浓度。 三、朗伯-比耳定律 将两个定律合并起来就成为朗伯-比耳定律，其数学表达式为： 0 lg I A Kbc I = = （14-3） 在（14-3）中，K 为比例常数，它与吸光物质性质、入射光波长、及温度等 因素有关，该常数称为吸光系数。通常液层厚度 b 以 cm 为单位，若 c 以 gL -1 为 单位的质量浓度，则常数用 a 表示, a 为吸光系数；若 c 以 molL -1 为单位的物质 的量浓度，则常数用表示， 为摩尔吸光系数。则（14-3）可改写为： A cb =  （14-4） 摩尔吸光系数 是各种吸光物质在特定波长和溶剂下的一个特征常数，数值 上等于在 1cm 的溶液厚度中吸光物质为 1molL -1 时的吸光度，它是吸光物质的 吸光能力的量度。 值是定性鉴定的重要参数之一，也可用以估量定量分析方法 的灵敏度，即 值越大，表示该吸光物质对某一波长的吸光能力越强，则方法的 灵敏度越高。为了提高定量分析的灵敏度就必须选择合适的试剂与被测物生成 值大的配合物及具有最大 值的波长的单色光作为入射光。 由（14-3）可见，如果光通过溶液时完全不被吸收，则 I = I0，而 I / I0=1。 透过光 I 值越小，则 I/I0 的比值越小，因此，将 I/I0称为透光度 T。 abc T A = = 1 lg 或 bc T A = =  1 lg （14-5） 式（14-5）是各类光吸收的基本定律。其物理意义为：当一束平行的单色光通过 一均匀的、非散射的吸光物质溶液时，其吸光度与溶液液层厚度和浓度的乘积 成正比。这是各类吸光光度法定量测定的依据。 例 1 双硫腙试剂与 Cd2+形成红色络合物,可用光度法测定。已知520= 8.8×104L·mol-1·cm-1，使用 2cm 比色皿，测得透射比为 60.3%，计算 Cd 的质量浓 度(g/mL)。（M(Cd)=112.4 ） 解： A=-lgT=- lg60.3%= 0.220

0.220 5×10(molL) p=1.25×106×10-3×1124×106=0.14(ugmL) 例2有一质量浓度为150μgmL,摩尔质量为280gmol的有机化合物,于 2cm比色皿中,在某一波长下测得透射比为35%,求在该波长下的E值。 解:A=lgT=g 150×10 0.456 bc2×5W=425×103(Lmol1cm) 例3用光度法测定一有色物质。已知摩尔吸光系数是2.5×104 L mol-1.", 每升中含有50×103g溶质在lcm比色皿中测得的透射比是10%。计算该物质的 摩尔质量。 解 Eb2.5×104 0×10-°( 5.0×10 =125 40×105 §14-4偏离朗伯-比耳定律的原因 吸光光度法中,光的吸收定律是定量测定物质含量的基础。根据A=Kbc这 关系式,以A对c作图,应为一通过原点的直线,通常称为工作曲线(或称标准 曲线)。有时会在工作曲线的高浓度端发生偏离的情况,如(图14-4)中虚线所 示,即在该实验条件下,当浓度大于c时,偏离了朗伯-比耳定律。引起偏离的 原因很多,主要可能有以下几方 面的原因引起的不成线性关系

6 1 4 0.220 1.25 10 (mol L ) 2 8.8 10 c − − = =      = 1.25×10-6×10-3×112.4×106 = 0.14(g/mL) 例 2 有一质量浓度为 15.0 g/mL, 摩尔质量为 280g/mol 的有机化合物，于 2cm 比色皿中，在某一波长下测得透射比为 35%，求在该波长下的  值。 解：A=-lgT=-lg35%=0.456 c = 6 3 280 10 15.0 10   =5.36×10-5 ( 1 mol L−  ) = 5 2 5.36 10 0.456 −   = bc A =4.25×103 （Lmol-1 cm-1） 例 3 用光度法测定一有色物质。已知摩尔吸光系数是 2.5×104L·mol-1·cm-1， 每升中含有 5.0×10-3g 溶质,在 1cm 比色皿中测得的透射比是 10%。计算该物质的 摩尔质量。 解：A =-lgT=-lg10%= 1.00 5 1 4 1.00 4.0 10 ( ) 2.5 10 A C mol L b − − = = =    3 5 5.0 10 125 4.0 10 M − −  = =  §14-4 偏离朗伯-比耳定律的原因 吸光光度法中，光的吸收定律是定量测定物质含量的基础。根据 A=Kbc 这一 关系式，以 A 对 c 作图，应为一通过原点的直线，通常称为工作曲线（或称标准 曲线）。有时会在工作曲线的高浓度端发生偏离的情况，如（图 14-4）中虚线所 示，即在该实验条件下，当浓度大于 c1时，偏离了朗伯-比耳定律。引起偏离的 原因很多，主要可能有以下几方 面的原因引起的不成线性关系