1
第八章吸 光 光 度 法
2
化学分析,常量组分 (>1%),Er 0.1%～ 0.2%
依据化学反应,使用玻璃仪器化学分析与仪器分析方法比较仪器分析,微量组分 (<1%),Er 1%～ 5%
依据物理或物理化学性质,需要特殊的仪器例,含 Fe约 0.05%的样品,称 0.2g,则 m(Fe)≈0.1mg
重量法 m(Fe2O3)≈0.14mg,称不准容量法 V(K2Cr2O7)≈0.02mL,测不准光度法 结果 0.048%～ 0.052%,满足要求准确度高灵敏度高
3
8.1 吸光光度法的基本原理
特点 (p293)
–灵敏度高,测定下限可达 10－ 5～ 10－ 6mol/L,
10-4%～ 10-5%
–准确度 能够满足微量组分的测定要求：
相对误差 2～ 5％ （ 1～ 2％）
–操作 简便快速
–应用广泛吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。
4
1.光的基本性质 电磁波的波粒二象性
c－真空中光速 2.99792458× 108m/s
~3.0 × 108m/s
λ－波长，单位,m,cm,mm,?m,nm,?
1?m=10-6m,1nm=10-9m,1?=10-10m
ν－频率，单位：赫芝（周） Hz 次 /秒
n－折射率，真空中为 1
==
c
V
n
光的传播速度,
波动性
5
磁场向量电场向量传播方向
Y
Z X
与物质作用
6
微粒性
h－普朗克 (Planck)常数 6.626× 10-34J·s
－ 频率
E－光量子具有的能量单位,J(焦耳 ),eV(电子伏特 )
光量子，具有能量 。
Eh
7
波粒二象性结论,一定波长的光具有一定的能量，波长越长 (频率越低 )，光量子的能量越低。
单色光,具有相同能量 (相同波长 )的光。
混合光,具有不同能量 (不同波长 )的光复合在一起。
==cE h h
n
真空中,
c
Eh
8
光学光谱区远紫外 近紫外 可见 近红外 中红外 远红外
（真空紫外）
10nm~200nm 200nm
~380nm
380nm
~ 780nm
780 nm
~ 2.5?m
2.5?m
~ 50?m
50?m
~300?m
9
3,溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱
/nm 颜色 互补光
400-450 紫 黄绿
450-480 蓝 黄
480-490 绿蓝 橙
490-500 蓝绿 红
500-560 绿 红紫
560-580 黄绿 紫
580-610 黄 蓝
610-650 橙 绿蓝
650-760 红 蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光
10
300 400 500 600 700?/nm350
525 545
Cr2O72- MnO4
-
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
Ab
so
rb
an
ce
Cr2O72-,MnO4-的吸收光谱
350
11
苯 和 甲苯 在环己烷中的吸收光谱苯
(254nm)
甲苯
(262nm)
A
230 250 270
12
4,光吸收基本定律,Lambert-Beer定律
A=lg(I0/It)=kbc
It
I0
b dx
I I-dI
s
朗伯定律 (1760)
A=lg(I0/It)=k1b
比尔定律 (1852)
A=lg(I0/It)=k2c
吸光度 介质厚度 (cm)
13
T－透光率（透射比）
（ Transmittance）
0
t
I
T=
I
= 1 0 = 1 0T - k b c - A
A = lg (I0/It) = lg(1/T) = -lgT = kbc
14
吸光度 A、透射比 T与浓度 c的关系
A T
c
= 1 0 -k b cT
A=kbc
15
K 吸光系数 Absorptivity
a的单位,L·g-1·cm-1
当 c的单位用 g·L-1表示时，用 a表示，
A＝ abc
的单位,L·mol-1·cm-1
当 c的单位用 mol·L-1表示时，用?表示,
－摩尔吸光系数 Molar Absorptivity
A＝?bc
1%1cmE
1%1cmE1%1cmE
当 c的单位用 g·100mL-1表示时，用 表示，
A＝ bc,叫做比消光系数
16
吸光度与光程的关系 A =?bc
光源检测器
0.00
吸光度检测器
b
样品光源
0.22
吸光度光源检测器
0.44
吸光度
b
样品
b
样品
17
吸光度与浓度的关系 A =?bc
吸光度
0.00
光源检测器吸光度
0.22
光源检测器
b
吸光度
0.42
光源检测器
b
18
朗伯 -比尔定律的适用条件
1,单色光 (见 p312证明 )
应选用?max处或肩峰处测定
2,吸光质点形式不变离解、络合、缔合会破坏线性关系应控制条件 (酸度、浓度、介质等 )
3,稀溶液浓度增大，分子之间作用增强
19
(nm)
亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱
a,6.36× 10-6 mol/L
b,1.27× 10-4 mol/L
c,5.97× 10-4 mol/L
亚甲蓝阳离子单体?max= 660 nm
二聚体?max= 610 nm
二聚体的生成破坏了 A与 c的线性关系
20
0 1 2 3 4 mg/ml
A
*
0.8
0.6
0.4
0.2
0
溶液浓度的测定
A＝?bc
工作曲线法
(校准曲线 )
朗伯 -比尔定律的分析应用
21
6,吸光度的加和性与吸光度的测量
A = A1 + A2 + … +An
用参比溶液调 T=100%（ A=0），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，
溶剂、试剂对光的吸收等 。
22
8.2 光度分析的方法和仪器
8.2.1 光度分析的几种方法方便、灵敏，准确度差。常用于限界分析。
观察方向1.目视比色法
c4c3c2c1
c1 c2 c3 c4
23
2,光电比色法通过滤光片得一窄范围的光 (几十 nm)
光电比色计结构示意图灵敏度和准确度较差
24
3,吸光光度法和分光光度计光源 单色器 吸收池 检测系统稳压电源 分光光度法的基本部件通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光,
波长可调,故选择性好,准确度高,
25
722型分光光度计结构方框图
,基础分析化学实验,p93
光源吸收池 检测系统分光系统
26
分光光度计的主要部件光源,发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。
可见光区,钨灯，碘钨灯 (320～ 2500nm)
紫外区,氢灯，氘灯 (180～ 375nm)
单色器,将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。
棱镜,玻璃 350～ 3200nm,石英 185～ 4000nm
光栅,波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便
27
吸收池,(比色皿 )用于盛待测及参比溶液。
可见光区：光学玻璃池紫外区：石英池检测器,利用光电效应，将光能转换成电流讯号。
光电池，光电管，光电倍增管指示器,
低档仪器：刻度显示（ p307，图 8.12)
中高档仪器：数字显示，自动扫描记录
28
棱镜,依据不同波长光通过棱镜时折射率不同单色器入射狭缝 准直透镜 棱镜 聚焦透镜 出射狭缝白光
λ 1
λ 2
800
600
500
400
29
光栅,在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的 等宽度等间距 条痕 (600,1200,2400条 /mm )。
M1
M2
出射狭缝光屏透镜平面透射光栅光栅衍射示意图原理,
利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光,
30
检测器
Se
Au,Ag
半导体
h?
硒光电池
Ag,Au
31
光电管红敏管 625-1000 nm
蓝敏管 200-625 nm
Ni环（片）
碱金属光敏阴极h?
32
光电倍增管待扫描
160-700 nm
1个光电子可产生 106～ 107个电子
33
8.2.2 分光光度计的类型
34
多通道仪器 （ Multichannel Instruments）
光电二极管阵列 (通常具有 316个硅二极管 )
photodiode arrays (PDAs)
同时测量 200～ 820nm范围内的整个光谱,比单个检测器快 316倍,信噪比增加 316 1/2 倍,
其他类型分光光度计将光度计放入样品中,原位测量,对环境和过程监测非常重要,
纤维光度计
35
镀铝反射镜纤维光度计示意图
36
纤维光度计
37
第八章吸 光 光 度 法
2
化学分析,常量组分 (>1%),Er 0.1%～ 0.2%
依据化学反应,使用玻璃仪器化学分析与仪器分析方法比较仪器分析,微量组分 (<1%),Er 1%～ 5%
依据物理或物理化学性质,需要特殊的仪器例,含 Fe约 0.05%的样品,称 0.2g,则 m(Fe)≈0.1mg
重量法 m(Fe2O3)≈0.14mg,称不准容量法 V(K2Cr2O7)≈0.02mL,测不准光度法 结果 0.048%～ 0.052%,满足要求准确度高灵敏度高
3
8.1 吸光光度法的基本原理
特点 (p293)
–灵敏度高,测定下限可达 10－ 5～ 10－ 6mol/L,
10-4%～ 10-5%
–准确度 能够满足微量组分的测定要求：
相对误差 2～ 5％ （ 1～ 2％）
–操作 简便快速
–应用广泛吸光光度法是基于被测物质的分子对光具有选择性吸收的特性而建立起来的分析方法。
4
1.光的基本性质 电磁波的波粒二象性
c－真空中光速 2.99792458× 108m/s
~3.0 × 108m/s
λ－波长，单位,m,cm,mm,?m,nm,?
1?m=10-6m,1nm=10-9m,1?=10-10m
ν－频率，单位：赫芝（周） Hz 次 /秒
n－折射率，真空中为 1
==
c
V
n
光的传播速度,
波动性
5
磁场向量电场向量传播方向
Y
Z X
与物质作用
6
微粒性
h－普朗克 (Planck)常数 6.626× 10-34J·s
－ 频率
E－光量子具有的能量单位,J(焦耳 ),eV(电子伏特 )
光量子，具有能量 。
Eh
7
波粒二象性结论,一定波长的光具有一定的能量，波长越长 (频率越低 )，光量子的能量越低。
单色光,具有相同能量 (相同波长 )的光。
混合光,具有不同能量 (不同波长 )的光复合在一起。
==cE h h
n
真空中,
c
Eh
8
光学光谱区远紫外 近紫外 可见 近红外 中红外 远红外
（真空紫外）
10nm~200nm 200nm
~380nm
380nm
~ 780nm
780 nm
~ 2.5?m
2.5?m
~ 50?m
50?m
~300?m
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3,溶液中溶质分子对光的吸收与吸收光谱
/nm 颜色 互补光
400-450 紫 黄绿
450-480 蓝 黄
480-490 绿蓝 橙
490-500 蓝绿 红
500-560 绿 红紫
560-580 黄绿 紫
580-610 黄 蓝
610-650 橙 绿蓝
650-760 红 蓝绿不同颜色的可见光波长及其互补光
10
300 400 500 600 700?/nm350
525 545
Cr2O72- MnO4
-
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
Ab
so
rb
an
ce
Cr2O72-,MnO4-的吸收光谱
350
11
苯 和 甲苯 在环己烷中的吸收光谱苯
(254nm)
甲苯
(262nm)
A
230 250 270
12
4,光吸收基本定律,Lambert-Beer定律
A=lg(I0/It)=kbc
It
I0
b dx
I I-dI
s
朗伯定律 (1760)
A=lg(I0/It)=k1b
比尔定律 (1852)
A=lg(I0/It)=k2c
吸光度 介质厚度 (cm)
13
T－透光率（透射比）
（ Transmittance）
0
t
I
T=
I
= 1 0 = 1 0T - k b c - A
A = lg (I0/It) = lg(1/T) = -lgT = kbc
14
吸光度 A、透射比 T与浓度 c的关系
A T
c
= 1 0 -k b cT
A=kbc
15
K 吸光系数 Absorptivity
a的单位,L·g-1·cm-1
当 c的单位用 g·L-1表示时，用 a表示，
A＝ abc
的单位,L·mol-1·cm-1
当 c的单位用 mol·L-1表示时，用?表示,
－摩尔吸光系数 Molar Absorptivity
A＝?bc
1%1cmE
1%1cmE1%1cmE
当 c的单位用 g·100mL-1表示时，用 表示，
A＝ bc,叫做比消光系数
16
吸光度与光程的关系 A =?bc
光源检测器
0.00
吸光度检测器
b
样品光源
0.22
吸光度光源检测器
0.44
吸光度
b
样品
b
样品
17
吸光度与浓度的关系 A =?bc
吸光度
0.00
光源检测器吸光度
0.22
光源检测器
b
吸光度
0.42
光源检测器
b
18
朗伯 -比尔定律的适用条件
1,单色光 (见 p312证明 )
应选用?max处或肩峰处测定
2,吸光质点形式不变离解、络合、缔合会破坏线性关系应控制条件 (酸度、浓度、介质等 )
3,稀溶液浓度增大，分子之间作用增强
19
(nm)
亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱
a,6.36× 10-6 mol/L
b,1.27× 10-4 mol/L
c,5.97× 10-4 mol/L
亚甲蓝阳离子单体?max= 660 nm
二聚体?max= 610 nm
二聚体的生成破坏了 A与 c的线性关系
20
0 1 2 3 4 mg/ml
A
*
0.8
0.6
0.4
0.2
0
溶液浓度的测定
A＝?bc
工作曲线法
(校准曲线 )
朗伯 -比尔定律的分析应用
21
6,吸光度的加和性与吸光度的测量
A = A1 + A2 + … +An
用参比溶液调 T=100%（ A=0），再测样品溶液的吸光度，即消除了吸收池对光的吸收、反射，
溶剂、试剂对光的吸收等 。
22
8.2 光度分析的方法和仪器
8.2.1 光度分析的几种方法方便、灵敏，准确度差。常用于限界分析。
观察方向1.目视比色法
c4c3c2c1
c1 c2 c3 c4
23
2,光电比色法通过滤光片得一窄范围的光 (几十 nm)
光电比色计结构示意图灵敏度和准确度较差
24
3,吸光光度法和分光光度计光源 单色器 吸收池 检测系统稳压电源 分光光度法的基本部件通过棱镜或光栅得到一束近似的单色光,
波长可调,故选择性好,准确度高,
25
722型分光光度计结构方框图
,基础分析化学实验,p93
光源吸收池 检测系统分光系统
26
分光光度计的主要部件光源,发出所需波长范围内的连续光谱，有足够的光强度,稳定。
可见光区,钨灯，碘钨灯 (320～ 2500nm)
紫外区,氢灯，氘灯 (180～ 375nm)
单色器,将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。
棱镜,玻璃 350～ 3200nm,石英 185～ 4000nm
光栅,波长范围宽,色散均匀,分辨性能好,使用方便
27
吸收池,(比色皿 )用于盛待测及参比溶液。
可见光区：光学玻璃池紫外区：石英池检测器,利用光电效应，将光能转换成电流讯号。
光电池，光电管，光电倍增管指示器,
低档仪器：刻度显示（ p307，图 8.12)
中高档仪器：数字显示，自动扫描记录
28
棱镜,依据不同波长光通过棱镜时折射率不同单色器入射狭缝 准直透镜 棱镜 聚焦透镜 出射狭缝白光
λ 1
λ 2
800
600
500
400
29
光栅,在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的 等宽度等间距 条痕 (600,1200,2400条 /mm )。
M1
M2
出射狭缝光屏透镜平面透射光栅光栅衍射示意图原理,
利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光,
30
检测器
Se
Au,Ag
半导体
h?
硒光电池
Ag,Au
31
光电管红敏管 625-1000 nm
蓝敏管 200-625 nm
Ni环（片）
碱金属光敏阴极h?
32
光电倍增管待扫描
160-700 nm
1个光电子可产生 106～ 107个电子
33
8.2.2 分光光度计的类型
34
多通道仪器 （ Multichannel Instruments）
光电二极管阵列 (通常具有 316个硅二极管 )
photodiode arrays (PDAs)
同时测量 200～ 820nm范围内的整个光谱,比单个检测器快 316倍,信噪比增加 316 1/2 倍,
其他类型分光光度计将光度计放入样品中,原位测量,对环境和过程监测非常重要,
纤维光度计
35
镀铝反射镜纤维光度计示意图
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纤维光度计
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