第10章 吸光光度法 10.1 概述 10.2 吸光光度法基本原理 10.3 分光光度计 10.4 显色反应及影响因素 10.5 光度分析法的设计 10.6 吸光光度法的误差 10.7 常用的吸光光度法 10.8 吸光光度法的应用

10.1 概述 分子光谱 吸收光谱 发射光谱 原子光谱 散射光谱 吸光光度法：分子光谱分析法的一种，又称分光光度法，属于分子吸收光谱分析方法 基于外层电子跃迁

10.2 吸光光度法基本原理 1 吸收光谱产生的原因 光:一种电磁波,波粒二象性 光谱名称 波长范围 X射线 0.1~10nm 远紫外光 近紫外光 200~400nm 可见光 400~750nm 近红外光 0.75~2.5um 中红外光 2.5~5.0um 远红外光 5.0~1000um 微波 0.1~100cm 无线电波 1～1000m 当光子的能量与分子的E匹配时，就会吸收光子 E=hu=hc/l

有机化合物的生色原理 a 跃迁类型 价电子跃迁：σ→σ*, π→π*; n→σ*, n→π* E (h) 顺序: n→π*<π→π*< n→σ*<σ→σ* b 生色团和助色团 生色团: 含有π→π*跃迁的不饱和基团 助色团: 含非键电子的杂原子基团,如-NH2, -OH, -CH3… 与生色团相连时，会使吸收峰红移，吸收强度增强

2 物质颜色和其吸收光关系 互补色 物质的颜色 吸收光 颜色 波长范围( l ,nm) 黄绿 黄 橙 红 紫红 紫 蓝 绿蓝 蓝绿 绿 400-450 450-480 480-490 490-500 500-560 560-580 580-600 600-650 650-750

3 一些基本名词和概念 吸收光谱曲线：物质在不同波长下吸收光的强度大小 A～l关系 最大吸收波长 lmax：光吸收最大处的波长 Δl 对比度(Δl):络合物最大吸收波长(lMRmax)与试剂最大吸收波(lRmax)之差 lmax

原子光谱为线光谱 分子光谱为带光谱 电子跃迁能级 分子振动能级 分子转动能级

光吸收定律－朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律 吸光光度法的理论依据，研究光吸收的最基本定律 4 朗伯-比尔定律 光吸收定律－朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律 吸光光度法的理论依据，研究光吸收的最基本定律 I0 Ir It Ia I0 = Ir + It + Ia I0 = It + Ia T = It / I0 , T: 透射比或透光度 A=lg (I0 / It )＝lg(1/T), A:吸光度 朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比 比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比

当一束平行单色光垂直照射到样品溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度及光程（溶液的厚度）成正比关系－－－朗伯比尔定律 －－－光吸收定律 数学表达：A＝lg(1/T)=Kbc 其中，A:吸光度，T:透射比， K:比例常数，b:溶液厚度，c:溶液浓度 注意： 平行单色光 均相介质 无发射、散射或光化学反应

e 表示物质的浓度为1mol/L,液层厚度为1cm时溶液的吸光度。单位： (L•mol-1 •cm-1) 灵敏度表示方法 摩尔吸光系数 e A = e bc c: mol/L A = Kbc A = abc a: 吸光系数 c: g/L e 表示物质的浓度为1mol/L,液层厚度为1cm时溶液的吸光度。单位： (L•mol-1 •cm-1)

桑德尔(Sandell)灵敏度： S 当仪器检测吸光度为0.001时，单位截面积光程内所能检测到的吸光物质的最低含量。 单位：mg/cm2 S=M/e

50ml容量瓶中有Nb30μg，用2cm比色池，在650nm测定光吸收，A＝0.43,求S. (Nb原子量92.91)。 有两种做法：根据A=εbC,求ε ＝3.3×104 L·mol-1·cm-1

吸光度的加和性 在某一波长，溶液中含有对该波长的光产生吸收的多种物质，那么溶液的总吸光度等于溶液中各个吸光物质的吸光度之和 A1 = e1bc1 A2 = e2bc2 A = e1bc1+ e2bc2 根据吸光度的加和性可以进行多组分的测定以及某些化学反应平衡常数的测定

10.3 吸光光度计 1 分光光度计的组成 光源 单色器 样品池 检测器 读出系统

常用光源 光源 波长范围(nm) 适用于 氢灯 185~375 紫外 氘灯 185~400 钨灯 320~2500 可见，近红外 卤钨灯 250~2000 紫外，可见，近红外 氙灯 180~1000 紫外、可见（荧光） 能斯特灯 1000~3500 红外 空心阴极灯 特有 原子光谱 激光光源 各种谱学手段

单色器 作用:产生单色光 常用的单色器：棱镜和光栅 样品池（比色皿） 厚度(光程): 0.5, 1, 2, 3, 5…cm 材质：玻璃比色皿－－可见光区 石英比色皿－－可见、紫外光区

作用：接收透射光，并将光信号转化为电信号 常用检测器： 光电管 光电倍增管 光二极管阵列 光电管分为红敏和紫敏，阴极表面涂银和氧化铯为红敏，适用625－1000nm波长；阴极表面涂锑和铯为紫敏，适用200－625nm波长

光电比色法—光电比色计 光源、滤光片、比色池、硒光电池、检流计 分光光度法与分光光度计 目视比色法—比色管 722型分光光度计光学系统图 1.光源；2.滤光片；3,8聚光镜4,7.狭缝；5.准直镜；6.光栅 9.比色池；10.光电管

10.4 显色反应及影响因素 1 显色反应 没有颜色的化合物，需要通过适当的反应定量生成有色化合物再测定－－ 显色反应 要求： a. 选择性好 b. 灵敏度高 (ε>104) c. 产物的化学组成稳定 d. 化学性质稳定 e. 反应和产物有明显的颜色差别 (l>60nm)

2 显色反应类型 络合反应 氧化还原反应

离子缔合反应 成盐反应

褪色反应 Zr(IV)-偶氮胂III络合物测定草酸 吸附显色反应 达旦黄测定Mg(II),Mg(OH)2吸附达旦黄呈红色

3 显色剂 无机显色剂: 过氧化氢，硫氰酸铵，碘化钾 有机显色剂： 偶氮类：偶氮胂III

三苯甲烷类 三苯甲烷酸性染料 铬天菁S 三苯甲烷碱性染料 结晶紫

邻菲罗啉类：新亚铜灵 肟类：丁二肟

4 多元络合物 混配化合物 Nb-5-Br-PADAP-酒石酸 V-PAR-H2O 离子缔合物 AuCl4--罗丹明B 金属离子-配体-表面活性剂体系 Mo-水杨基荧光酮-CTMAB

5 影响因素 a 溶液酸度（pH值及缓冲溶液） 影响显色剂的平衡浓度及颜色，改变Δl 影响待测离子的存在状态，防止沉淀 影响络合物组成 形式 pH λmax(nm) 形式 pH λmax(nm) H4L+ 1.2 462-465 Sn4+ 1.0 530 H3L 4.8-5.2 462,490 Ga3+ 5.0 550 H2L- 8.4-9.0 512 HL2- 11.4-12.0 532-538 pH对苯芴酮及其络合物的颜色影响

b 显色剂的用量 稍过量，处于平台区 c 显色反应时间 针对不同显色反应确定显示时间 显色反应快且稳定；显色反应快但不稳定； 显色反应慢，稳定需时间；显色反应慢但不稳定 d 显色反应温度 加热可加快反应速度，导致显色剂或产物分解

e 溶剂 有机溶剂，提高灵敏度、显色反应速率 f 干扰离子 消除办法： 提高酸度，加入隐蔽剂，改变价态 选择合适参比 褪色空白(铬天菁S测Al，氟化铵褪色，消除锆、镍、钴干扰) 选择适当波长

10.5 光度分析法的设计 1. 选择显色反应 2. 选择显色剂 3. 优化显色反应条件 4. 选择检测波长 5. 选择合适的浓度 6. 选择参比溶液 7. 建立标准曲线 测量条件选择

1 测定波长选择 选择原则：“吸收最大，干扰最小” 选择性 灵敏度

2 测定浓度控制 控制浓度 吸光度A：0.2～0.8 减少测量误差

3 参比溶液选择 仪器调零 消除吸收池壁和溶液对入射光的反射 扣除干扰 试剂空白 试样空白 褪色空白

4 标准曲线制作 理论基础：朗伯-比尔定律 相同条件下 测定不同浓度标准溶液的吸光度A A～c 作图

10.6 吸光光度法的误差 对朗伯-比尔定律的偏移 非单色光引起的偏移 物理化学因素：非均匀介质及化学反应 吸光度测量的误差

1 非单色光引起的偏移 复合光由l1和l2组成，对于浓度不同的溶液a和b,引起的吸光度的偏差不一样，浓度大，复合光引起的误差大，故在高浓度时线性关系向下弯曲。

2 物理化学因素 非均匀介质 胶体，悬浮、乳浊等对光产生散射，使实测吸光度增加，导致线性关系上弯 化学反应 离解、缔合、异构等 如：Cr2O72-+H2O-=2HCrO4-=2H++2CrO42- PAR的偶氮－醌腙式

3 吸光度测量的误差 吸光度标尺刻度不均匀 dc/c= dA/A=dT/TlnT Er=dc/c×100％= dA/A×100％=dT/TlnT×100％ A＝0.434 ，T＝36. 8% 时，测量的相对误差最小 A=0.2~0.8, T=15~65%，相对误差<4%

令ST=0.01,计算T不同值时的Sc/c，当TlnT对T进行微分时，其值为零时，Sc/c最小，此时T=0.368。

10.7 常用的吸光光度法 1.示差吸光光度法 目的：提高光度分析的准确度和精密度 解决高(低)浓度组分(i.e. A在0.2~0.8以外)问题 分类：高吸光度差示法、低吸光度差示法、 精密差示吸光度法 特点： 以标准溶液作空白 原理： A相对 = A = bcx- bc0= b c 准确度：读数标尺扩展, 相对误差减少, c0愈接近cx, 准确度提高愈显著

例：硫脲还原－硫氰酸盐比色法测定钢铁中的钼。酸溶，硫酸－高氯酸介质中，硫脲还原铁（III）为铁(II),除干扰，还原钼（VI）为五价，2 例：硫脲还原－硫氰酸盐比色法测定钢铁中的钼。酸溶，硫酸－高氯酸介质中，硫脲还原铁（III）为铁(II),除干扰，还原钼（VI）为五价，2.00mg/100ml的钼标准溶液为参比溶液，用2.00-2.30mg/100ml的钼标准溶液，绘制工作曲线和测定样品溶液的吸光度,480nm测定A。

原理：  A = Al1-Al2 = （l1- l2）b c 波长对的选择： a.等吸光度点法，b.系数倍率法 2.双波长吸光光度法 目的：解决浑浊样品光度分析 消除背景吸收的干扰 多组分同时检测 原理：  A = Al1-Al2 = （l1- l2）b c 波长对的选择： a.等吸光度点法，b.系数倍率法 3.导数吸光光度法

ΔA=Al2-Al1= ( xλ2bcx+ yl2bcy)-( xl1bcx+ yl1bcy) 选l1为参比波长, l2为测量波长 得 Al1=  xl1bcx +  yl1bcy Al2=  xl2bcx+  yl2bcy ΔA=Al2-Al1= ( xλ2bcx+ yl2bcy)-( xl1bcx+ yl1bcy) 在等吸光度的位置(G, F),  yl2＝  yl1，则上式成为 ΔA=( xl2-  xl1）bcx ΔA与cx成正比, 可用于测定

3.导数吸光光度法 目的：提高分辨率 去除背景干扰 原理： dnA/dln ~l

10.8 吸光光度法的应用 1 测定弱酸和弱碱的离解常数 [H+][B-] HB ＝H+ + B- Ka = [HB] [HB] pKa=pH+ lg A=AHB+AB- [B-] AHB和AB-分别为有机弱酸HB在强酸和强碱性时的吸光度，它们此时分别全部以[HB]或[B-]形式存在。 pKa=pH+ lg AB- - A A- AHB lg AB- - A A- AHB 对pH作图即可求得pKa

2 络合物组成确定 饱和法（摩尔比法） 制备一系列含钌3.0×10-5 mol/L (固定不变)和不同浓度（小于12.0×10-5 mol/L）的PDT溶液，按实验条件，485nm测定吸光度,作图。 PDT:Ru=2:1

等摩尔连续变化法 固定[M]+[L],改变[M],获得一系列吸光度值，吸光度最大的值所对应的[M]与[L]的比值，即获得M:L比值。 Co(III)与3，5－二氯－PADAT的比值为1:2

平衡移动法 固定[M],不断改变[L]，以lg[MLn]/[M]为纵坐标，lg[L]为横坐标，作图，斜率n即是络合物中L:M的比值；纵轴上的截距lgK是络合物的稳定常数。 [MLn] K = [M][L]n lgK+nlg[L]=lg([MLn]/[M]) lgK+nlg[L]=lgA/(Amax-A)

3 分析应用 痕量金属分析 临床分析 食品分析