9.2 吸光光度法的基本原理
? 一、特点
1.灵敏度高:测定下限可达 10- 5~ 10- 6mol/L,
10-4%~ 10-5%
2.准确度,能够满足微量组分的测定要求:
3.相对误差小, 2~ 5% ( 1~ 2%)
4.操作,简便快速
5.应用广泛:有色物质和能显色的物质。
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。
二 物质对光的选择性吸收及吸收曲线
M + 热
M + 荧光或磷光
?E = E2 - E1 = h ?
量子化 ;选择性吸收 ;
当光子的能量 = ?E = h ? =h
当光子的能量 =被测物质电子跃迁需要的能量
时,此种波长的光子则被吸收,这就是物质对光
的选择性吸收。
分子结构的复杂性使其对不同波长
M + h ? ? M *
光的互补,蓝 ??黄
基态 激发态
E1 (△ E) E2
?
C
光的吸收程度不同
?/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
1 不同颜色的可见光波长及其互补光
互补色:两种波长的光按一定的比例形成无色的光,这两种波
长的光称互补光
2 物质的颜色
当一束太阳光照射某一溶液时,太阳光中某一颜色的光被吸收,
其互补色光透过溶液,刺激人的眼睛,使人感觉到它的颜色。
例,KMnO4是紫红色,原因是 KMnO4吸收了紫红色的互补色
光(绿光),其互补色光紫红色透过溶液,刺激人的眼睛,使人
感觉到它的颜色是紫红色。
根据溶液的颜色,可以估计该溶液吸收的光的波长。
3 吸收光谱曲线的实际意义和绘制
( 1)吸收光谱曲线的意义:
? 吸收光谱曲线是吸光光度法选择测量波长的依椐,它表示物质对
不同波长光吸收能力的分布情况。由于每种物质组成的特性,只吸收
一定波长的光,所以每种物质的吸收光谱曲线都有一个最大吸收峰,
最大吸收峰对应的波长称为最大吸收波长。在光度分析中,都以最大
吸收波长的光进行测量。
( 2)吸收光谱曲线的绘法:
? 在选定的测定条件下,配配制适当浓度的有色溶液和参比溶液,
分别注入吸收池中,让不同波长的单色光依次照射此吸光物质,并测
量该物质在每一波长处对吸收程度的大小(吸光度),以波长为横坐
标,吸光度为纵坐标作图,即可得。
4 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
λmax。
?( 2)不同浓度的同一种物质,其吸收曲线形
状相似 λmax不变。而对于不同物质,它们的吸
收曲线形状和 λmax则不同。
( 3)吸收曲线可以提供物质的结构信息,作为物质定性分析的依据之一。
( 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 λmax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。
( 5) 在 λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大,所以测定最灵敏。吸收曲线
是定量分析中选择入射光波长的重要依据。
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
苯 和 甲苯 在环己烷中的吸收光谱

(254nm)
甲苯
(262nm)
A
?230 250 270
三,光的吸收定律
1.朗伯 — 比耳定律
? 布格 (Bouguer)和朗伯 (Lambert)先后于 1729年和 1760年阐明了
光的吸收程度和吸收层厚度的关系。 A∝ b
? 1852年比耳 (Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也
具有类似的关系。 A∝ c
? 二者的结合称为朗伯 — 比耳定律,其数学表达式为,A= εb c
It
I0
b dx
I I-dI
s
式中 A,吸光度;描述溶液对光的吸收程度;
b,液层厚度 (光程长度 ),通常以 cm为单位;
c,溶液的摩尔浓度, 单位 mol·L-1 ;
ε,摩尔吸光系数, 单位 L·mol-1 ·cm-1 ;
或, A= a b c
c,溶液的浓度, 单位 g·L-1
a,吸光系数, 单位 L·g-1 ·cm-1
a与 ε的关系为:
a =ε/M ( M为摩尔质量 )
A= εb c
2.摩尔吸光系数 ε 的讨论
( 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和光程长度 b的改变而改变 。在温度和波长
等条件一定时,ε 仅与吸收物质本身的性质有关,与待测物
浓度无关;
( 3)可作为 定性鉴定的参数 ;
( 4) 同一吸收物质在不同波长下的 ε值是不同的。在最大吸
收波长 λmax处的摩尔吸光系数,常以 εmax表示。 εmax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。
( 5) εmax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。 ε>105:超高灵敏;
ε=(6~ 10)× 104,高灵敏;
ε<2× 104,不灵敏。
( 6) ε在数值上等于浓度为 1mol/L,液层厚度为 1cm时该
溶液在某一波长下的吸光度。
3 透光度 (透光率 )T
透过度 T, 描述入射光透过溶液的程度,
T = I t / I0
吸光度 A与透光度 T的关系,
A = - lg T
? 朗伯 — 比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的
依据。应用于各种光度法的吸收测量;
? 摩尔吸光系数 ε在数值上等于浓度为 1 mol/L,液层厚度
为 1cm时该溶液在某一波长下的吸光度;
? 吸光系数 a(L·g-1·cm-1) 相当于浓度为 1 g/L,液层厚度
为 1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。
4 朗伯 -比尔定律的适用条件
1,单色光
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
1 非单色光作为入射光引起的偏离
假设由波长为 λ1和 λ2的两单色光
组成的入射光通过浓度为 c的溶液,则:
A 1= lg( I o1 /I t1 )= ε1bc
A 2= lg(I o2 /I t2 )= ε2bc
故:
式中,I o1,I o2分别为 λ1,λ2 的入射光强度;
I t1,I t2分别为 λ1,λ2 的透射光强度;
ε1,ε2分别为 λ1,λ2的摩尔吸光系数;
cbcb IIII ???? ?? 2
12
1
11
εOtεOt 10;10
四, 偏离比尔定律的原因
A总 = lg( I o总 /I t总 )
= lg(Io1+I o2)/(I t1+I t2)
= lg(Io1+I o2)/(I o110-ε1bc +I o210-ε2bc)
令,ε1-ε2 = ??;
设,I o1 = I o2
A总 = lg(2Io1)/I t1(1+ 10 - ?εbc)
= A 1 + lg2 - lg(1+ 10 - ?εbc )
因实际上只能测总吸光度 A总,并不能分别测得
A1和 A2,故:
讨论,
A总 =A1 + lg2 - lg(1+ 10- ?εbc)
?(1) ??= 0; 即,? 1= ? 2 = ?
则,A总 = lg( I o/I t)= ? bc
?(2) ??≠0 若 ??<0 ; 即 ? 2< ? 1 ; - ?? bc>0,
lg(1+ 10 ?? bc )值随 c值增大而增大,则标准曲线偏离
直线向 c 轴弯曲,即负偏离;反之,则向 A轴弯曲,即正偏
离。
A总 =A1 + lg2 - lg(1+ 10- ?εbc)
(3) | ??| 很小时,即 ε1≈ε2:
可近似认为是单色光。在低浓度范围内,不发生偏离。若
浓度较高,即使| ??| 很小,A总 ≠A 1,且随着 c值增大,A总
与 A 1的差异愈大,在图上则表现为 A— c曲线上部 (高浓度区 )弯曲
愈严重。 故朗伯 — 比耳定律只适用于稀溶液 。
? (4) 为克服非单色光引起的偏离,首先应选择比较好的单色
器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸
收曲线较平坦处。
2 化学性因素
? 朗 — 比耳定律的假定:所有的吸光质点之间不发生相互
作用; 假定只有在稀溶液 (c<10-2mol/L)时才基本符合。
当溶液浓度 c >10 - 2 mol/L 时,吸光质点间可能发生缔合等
相互作用,直接影响了对光的吸收。
? 故:朗伯 — 比耳定律只适用于稀溶液 。
溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等
化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化,影响吸光度。
? 例,铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡:
CrO42- + 2H+ = Cr2O72- + H2O
溶液中 CrO42-,Cr2O72-的颜色不同,吸光性质也不相
同。故此时溶液 pH 对测定有重要影响。
例 1 邻二氮菲光度法测铁
?(Fe)=1.0mg/L,b=2cm,A=0.38
计算 ? 和
解,c(Fe)=1.0 mg/L=1.0× 10-3/55.85
=1.8× 10-5mol/L
1%
1cmE
?
? ×
4 - 1 - 1
-5
0,38= = 1,1 10 L m o l cm
2 1,8 10
?
c =1.0mg/L=1.0× 10-3 g /1000mL
= 1.0× 10-4g/100mL
bc1%1cmA= E
??1% m 431c -= 0,38 /2,0 10 = 1,9 10E
??1%1cm 53= 1 0 = 1, 1 1 0 / 5 5, 8 5 =o 1, 9 1 0r E / M?
? 例,有 50.00mol含 Cd2+5.0ug的溶液,用 10.0mol二苯硫腙 -氯仿溶液萃
取(萃取率 ≈100%)后,在波长为 518nm处,用 1㎝ 比色皿测量得
T=44.5%。求吸收系数 a、摩尔吸收系数 κ.
? 解:依题意可知
? Cd2+,的浓度为:
Lg /100.51010 100.5 43
6
?
?
?
????
A=-lgT=-Lg0.445=0.35
112
4 100.7100.51
35.0 ???
? ???????? cmgLbc
Aa
cmm o lLk /100.810869.7
41.112
100.51
35.0 44
4 ??????
?
? ?
例:钴和镍与某显色剂的络合物有如下数据:
λ/nm 510 656
KCo/L× mol-1× cm-1 3.64× 104 1.24× 103
KNi/L× mol-1× cm-1 5.52× 103 1.75× 104
将 0.376g土壤试样溶解后配成 50.00ml溶液,取 25.00ml溶液进行处理,
以除去干扰物质,然后加入先色剂,将体积调至 50.00ml.此溶液在 510nm处
吸光度为 0.467,在 656nm处吸光度为 0.374,吸收池厚度为 1cm。计算钴镍在
土壤中的含量(以 μg·g-1表示)。
解:根据题意列出方程组 A1=K1 xbCx+K1YbCy
A2=K2XbCx+K2YbCy
已知,A1=0.476 A2=0.374 K1x=3.64× 104 K2X=1.24× 103
K1Y=5.52× 103
K2Y=1.75× 104
解得 Cx=0.96× 10-5mol/L Cy=2.07× 10-5mol/L
Mx=[Cx× 0.05× 2× 58.9332]/0.376=152μg.g-1
My=[Cy× 0.05× 2× 58.6934]/0.376=323μg.g-1
?,例,某有色溶液在 1cm比色皿中的 A=0.400。将此溶液
稀释到原浓度的一半后,转移至 3cm的比色皿中。计算
在相同波长下的 A和 T值。
? 解,A=-lgT
? 设 b1=1cm b2=3cm A1=0.400 C2=0.5C1 A2=?
? A1=Kb1C1
? A2=Kb2C2 得 A2=0.60
? 例, 某有色溶液的浓度为 C,在 1cm比色皿中的透光度 T=40.0%,
将此溶液稀释到原浓度的一半后,透光度 T1为多少? 若浓度是原来
的两倍,T2又是多少?
? 解,A=-lgT T=10-?bc
? 溶液稀释到原浓度的一半后,透光度为 T1=10-?bc/2 = T1/2
? 浓度是原来的两倍,T2=10-?bc× 2 = T2