山东农业大学重点建设精品课程 -----水分析化学 第 6 章 吸收光度法 一、 基本要求： 掌握比色分析方法的特点，朗伯 -比耳定律的数学表达式及应用，明确ε的意义和 计算， 了解吸收曲线的作用， 并能正确选择参比溶液， 掌握标准曲线的绘制和分光光度 法在水质分析中的应用。 二、 讲授内容： 吸光光度法的特点， 基本原理， 吸收曲线， 光吸收基本定律， 显色反应及其条件的 选择，比色分析方法和仪器，吸光光度法在水质分析中的应用。 § 6.1 概述 1．比色分析 ：依靠溶液颜色的深浅来确定物质含量的方法。 2．基本依据 ：有色物质对一定波长的光进行吸收， 根据对光的吸收程度，可确 定 物质的含量。这种比色分析方法，用分光光度计，以较窄波长范围的单色光作入射光， 测定物质对光的吸收，亦称分光光度法。 3．分为： 可见分光光度法，紫外分光光度法，红外分光光度法。 4．特点 ：（ 1）灵敏度高：用于测微量组分， 10 -5 ~10 -6 。 （ 2）准确度高：相对误差可达 2%~5%。 （ 3）操作简便，快速。应用广泛。 § 6.2 吸光光度法基本原理 1． 溶液的颜色与光吸收的关系 (1) 有关概念：混合光，单色光，可见光： 400~760nm，见表 6.1。〈 400nm 为紫 外光，〉 760nm 为 红外光。 物质的颜色正是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收作用而产生的。 见光的互 补色示意图。 (2) 光吸收曲线 (吸收光谱 )：同种物质不同浓度的有色溶液λ max 相同。 2． 光吸收基本定律 当一束平行的单色光照射到均匀物质的溶液时， 光的一部分被吸收， 另一部分透 过溶液，对光的吸收程度即吸光度 (光经度 D 或消光度 E)。 １ 山东农业大学重点建设精品课程 -----水分析化学 A=lg I I 0 朗伯定律 (1760 年 )： 朗 伯实验发现， c一定， 当单色光通过时， 则溶液对光的吸收 程度： A与 b成正比，即 A=lg I I 0 =k 1 b， k 1 为比例常数。 比耳定律 (1852 年 )：比耳实验， b一定，当单色光通过时，则溶液对光的吸收程度： A与 C正比，即 A=lg I I 0 =k 2 b， k 2 为比例常数。 (1) 朗伯 —比耳定律 ： A=lg I I 0 =kbc k 为吸光系数。 (2) 物理意义。 (3) 吸光系数 k ： 当 c 为 g/L， b 为 cm 时， 则 k 用 a 表示为吸光系数， 单位为 L/(g·cm)； 当 c 为 mol/L， b 为 cm， 则吸光系数 k 称为摩尔吸光系数， 用 ε 表示， 单位为 L/(mol·cm)， 朗伯 —比耳定律为： A = ε b c (4) ε 意义及应用 ε值大小反映了有色物质对一 定波长的光的吸收能力，也 反映了特定显色反应测定时 的灵敏度。 选择 ε大的有色化合物， 并以 λmax 的单色光作入射光。 通常 ε大于 10 4 是灵敏的 分析方法。 (5) 透光度 T，百分透光度 T% T= 0 I I A 与 T 或 T%关系： A=lg I I 0 =lg T 1 = -lgTAK 或 A=2-lgT% (6) 桑德尔灵敏度 (灵敏度指数 )，用 S表示，规定分光光度计的检测极限为 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，以μ g/cm 2 。 与 ε 的关系： S=M/ε 讲例 1 3. 偏离朗伯—比耳定律的原因 (1) 标准曲线 (2) 入射光不是单色光引起 (3) 学因素引起的偏离： 只适用于稀溶液， 介质不均匀， 由于溶液中发生化学反应 等。 ２ 山东农业大学重点建设精品课程 -----水分析化学 §6.3 显色反应及其条件的选择 1. 显色反应 （ 1）类型：配位反应（主要），化还原反应等 （ 2） 要求： 灵敏度高， 选择性好， 有色化合物稳定性高， 而且有确定的组成， 有色 化合物与显色剂之间颜色差别要大，反应条件易控制。 2. 显色条件的选择 （ 1）显色剂的用量应适当过量 （ 2）溶液的酸度 （ 3）显色温度 （ 4）显色时间 （ 5）干扰的消除 3. 光度测量条件的选择 （ 1）入射光波长的选择 （ 2）适宜的吸光度读数范围 （ 3）适宜的参比溶液 §6.4 比色分析方法和仪器 1. 目视比色法 2. 光度分析法 (1) 标准试样计算法 A 标 =ε bc 标 A 测 =ε bc 测 c 标 = 测 测 测 c A A × 需选取含量和组成与未知试样相近的标准试样。 (2) 标准曲线法（工作曲线法） 先配制一系列已知浓度的标准溶液， 在同一条件下显色， 在最大波长下， 分别测各 自的 A，以 A 为纵坐标， 浓度 c 为横坐标， 得一条通过原点的直线， 叫标准曲线或工作 曲线。 未知试样按照与绘制标准曲线相同的操作方法和条件，测 A，查找对应的浓度。 讲例 2 ３ 山东农业大学重点建设精品课程 -----水分析化学 ① 标准曲线绘制： ② 回归方程： A=bc+a 回归方程的斜率： b= () () ∑ ∑ = = ? ?? n i i n i ii cc AAcc 1 2 1 )( a= cbA? (3) 标准加入法 3. 光度分析仪器 722 型分光光度计，波长范围： 33.~800nm。 721 型，波长范围： 360~800nm。 751 型，波长范围： 200~1000nm。 §6.5 吸光光度法的应用 1. 水中微量组分的测定 (1) 天然水中铁的测定 在 pH=3~9 条件下， 溶液中的 Fe 2+ 与邻二氮菲生成橙红色螯合物， ε 为 1.1× 10 4 ，测 量波长为 510nm， 配合物的颜色在避光时， 可稳定半年， 用盐酸羟胺将 Fe 3+ 还原为 Fe 2+ ， 测定水中的总铁量。 (2) 水中 Cr 6+ 的测定 在一定体积水样中，酸性条件下， Cr 6+ 与二苯碳酰二肼生成紫红色化合物， ε 为 4 × 10 4 ，测量波长为 540nm，酸度 [H + ]=0.05~0.3mol/L，以 0.2mol/L时显色最稳定。 2. 多组分的测定 分两种情况讨论： (1) 吸收曲线不重叠 (2) 吸收曲线重叠 3. 分光光度法（简称示差法） 三、 重点与难点 朗伯 -比耳定律的应用，显色条件的选择，光度分析法的误差产生的原因，消除误 差的方法 (示差吸光度法、双波长吸光光度法 )的应用。 四、 作业题： 6.3， 6.4， 6.6， 6.7， 6.10， 6.11， 6.12 ４