Analytical Chemistry 分析化学化学化工学院
2005-12 GXQ 分析化学 2005-2006学年 1
071
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7.1 吸光光度法的基本原理
7.1.1 光的基本性质
7.1.2 物质对光的吸收
7.1.3 溶液的吸光定律
7.2 吸光分析法的方法与仪器简介
7.2.1 吸光分析的几种方法
7.2.2 吸光分析法的仪器简介
要点归纳
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7.3 吸光光度法的灵敏度与准确度
7.3.1 灵敏度的表示方法
7.3.2 影响准确度的因素
7.3.3 测量条件的选择
7.4 吸光光度法分析条件的选择
7.4.1 酸度的选择
7.4.2 显色剂用量的选择
7.4.3 其它条件的选择
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7.5 吸光光度法应用简介
7.5.1 微量组分的测定
7.5.2 示差光度法
7.5.3 光度滴定法
7.5.4 络合物组成及稳定常数的测定
7.5.5 弱酸弱碱离解常数的测定
7.5.6 双波长分光光度法
7.5.7 导数分光光度法
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7.1.1 光的基本性质
吸光光度法 是基于被测物质的 分子 对 光 具有选择吸
收的特性而建立的分析方法。
光的电磁波性质
?
?
射
线
x
射
线
紫
外
光
红
外
光
微
波
无
线
电
波
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
可 见 光
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光的波粒二象性
波动性
粒子性
?
?
E
光的折射
光的衍射
光的偏振
光的干涉
光电效应
??
hchE ??
E：光子的能量（ J,焦耳）
?,光子的频率（ Hz,赫兹）
?,光子的波长（ cm）
c：光速 （ 2.9979?1010 cm.s-1）
h,Plank常数（ 6.6256?10-34 J.s 焦
耳, 秒 ）
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单色光、复合光、光的互补
单色光
复合光
光的互补
单一波长的光
由不同波长的光组合而成的光
若两种不同颜色的单色光按一定的强度比
例混合得到白光，那么就称这两种单色光
为互补色光，这种现象称为光的互补。
蓝
黄
紫红
绿
紫
黄绿
绿蓝 橙
红
蓝绿
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7.1.2 物质对光的吸收
物质的颜色与光的关系
完全吸收
完全透过
吸收黄色光
光谱示意 表观现象示意复合光
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吸收光谱 光作用于物质时，物质吸收了可见光，而
显示出特征的颜色，这一过程与物质的 性
质及光的性质有关。 分子基态的电子组态
物质对光的吸收
物质对光的吸收满足 Plank 条件
??
hchEEE ?????
02
h? S2
S1
S0
S3
E2
E0
E1
E3
02 EEh ???
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分子基态的电子组态
1、用原子轨道线性组合法产生出各个分子轨道；
2、把电子加到每个分子轨道中去，在每个分子轨道中最多加
进两个电子（ Pauli原理），由此产生分子的电子组态 ；
3、把电子对加到最低能量轨道中去（建造原理），从而产
生最低能量的电子组态（基态电子组态）
例：甲醛的分子轨道
0
CO
2
O
2
CO
2
O
2
CH
2
CH
2
O
2
C
2
O2
)*()()()(
)()()2()1()1()OCH(
???
???
n
SSS
C
???
2O2CO2 )()()OCH( nK ?? ?? 电子基态
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电子跃迁与电子激发态
2O2CO2 )()()OCH( nK ?? ?? 甲醛的电子基态
C O
H
H
..
..
?
?′
CO?
On
*CO?
*??n *?? ?
CO?
On
*CO?
*,?n *,?? 22n?
22n?
*,?n *,?n
*,?? *,??S
2
S1
S0
T2
T1
电子跃迁类型
最低激发态和基态的 电子组态 最低激发态和基态的 电子态
CO?
On
*CO?
22n?
电子多重态
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电子的多重态
h? +
单重态
（自旋配对）
电子跃迁
激发单重态
（自旋 配对 ）
电子跃迁 和
自旋翻转
h? +
单重态
（自旋配对）
三重态
（自旋 平行 ）
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吸收光谱 Absorption Spectrum
纯 电子能态 间跃迁
S2
S1
S0
S3
h? E2
E0
E1
E3
S2
S1
S0
h? A
?分子内电子跃迁 带状光谱
锐线光谱 ?
A
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物质对光的选择吸收 Selected absorption
物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构
成了物质对光的选择吸收基础。
例,A 物质
B 物质
10 2,5 evEE??
E
hc
A ??? 19
1034
106.1)(5.2
1031062.6
?
?
??
????
ev
)(10774.4 5 cm??? 4 7 7, 4 nm?
10 2,0 evEE??
E
hcB
??? 6 2 0, 6 nm?
同理，得：
1 ev = 1.6?10-19 J.
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测量某物质对不同波长单色光的
吸收程度，以波长（ ?） 为横坐
标，吸光度（ A）为纵坐标，绘
制吸光度随波长的变化可得一曲
线，此曲线即为吸收光谱。
(a)
(b)
(c)
(d)
220 240 260 280 nm
A
0
0
0
0
(a) 联苯（己烷溶剂）；
一些典型的紫外光谱
(b) 苯（己烷溶剂）；
(c) 苯蒸汽；
(d) Na蒸汽。
吸收光谱的获得 Absorption Spectra
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定性分析与定量分析的基础
定性分析基础
定量分析基础
物质对光的选择
吸收
A
B
A
?
)(max A? )(max B?
在一定的实验条
件下，物质对光
的吸收与物质的
浓度成正比。
A
?
C
增
大
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7.1.3 溶液的吸光定律
透光率 （透射比） Transmittance
透光率定义：
0I
IT t?
T 取值为 0.0 % ~ 100.0 %
全部吸收 T = 0.0 %
全部透射 T = 100.0 %
入射光 I 0 透射光 I t
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吸收定律的推导 Lambert – Beer Law
I0
db
b
It
I I-dI dI ∝ N I N,薄层中的吸光粒子数
N = N0 c dS db N0,阿伏加德罗常数
dS,捕获面积，薄层中光照射的面积
c：吸光溶液的浓度
N = k’ c db
故 dI ∝ N I = I k’ c db
dI = - I k c db,
?? ?? bII c d bkIdIt 00
dI / I = - k c db
k c bII t ??
0
ln
积分 得
K c bk c bII t ??? 303.2lg
0
或
AK c bT ??? lg
得
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吸光度 与透光率 Absorbance and transmittance
AK c bT ??? lg
T, 透光率 A,吸光度
1.0
0.5
0
A
C
A
100
50
0
T %
T
K b cAT ?? ?? 1010
T = 0.0 %
A = ∞
T = 100.0 %
A = 0.0
A = 0.434
T = 36.8 %
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吸光系数 Absorptivity K cbA ?
b 吸光液层的厚度，光程,cm c 吸光物质的浓度,g/L,mol/L
K 比例常数 入射光波长物质的性质 温度
取值与浓度的单位相关
c,mol / L K ? ? 摩尔吸光系数,L · mol –1 · cm -1
c,g / L K ? a 吸光系数,L · g –1 · cm -1
cbA ??
a cbA ?
c,g / 100 mL K ? 比 吸光系数
%11cmE
cbEA cm%11?
MaE cm
?1010%11 ??
相互关系
Molar Absorptivity
Absorptivity
Specific extinction
coefficient
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对比吸收系数的理解
cbEA cm%11?
c ( g / 100 mL),b = 1 cm
例如扑热息痛的测定,取扑热息痛约 40 mg，精密称定，置
250 mL量瓶中，加 NaOH ( 0.1 mol / L) 50 mL 溶解，加水至
刻度，摇匀，精密量取 5 mL，置 100 mL量瓶中，加 NaOH
( 0.1 mol / L) 10 mL，加水至刻度，摇匀，在 257 nm ± 1 的
波长处测定吸光度，按 C8H9NO2的比吸收系数为 715 计算，
即得。
%1
1
%1
1
cm
cm E
AppEA ??,
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吸收定律与吸收光谱的关系
A
C
吸
光
定
律
A
或
?
?
吸
收
光
谱
A
?
C
? max
三
维
谱
图
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吸光的加合性
多组分体系中，如果各组分之间无相互作用，其吸光度具
有加合性，即
?? ? ???
i
ii
i i
iii cbbcAA ??
对吸收定律偏离
A
C
主要原因
非单色光
吸光质点的相互作用
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非单色光引起的对吸光定律的偏离
设入射光由 ?1和 ?2 两种波长组成，溶液的吸光质点对
两种波长的光的吸收均遵从吸收定律
?1
bcIIA 1
1
011 lg ???? bcλII 110011 ????
?2
bcIIA λ 2
2
022 lg ??? bc
λII 210022 ????
?1 + ?2
21
0201lg
II
IIA
?
??
bcbc II
II
2λ1λ 1010
lg
0201
0201
?? ?? ???
?
?
21 λλ ?? ? bcA 1??? 或
bcA 2???
21 λλ ?? ? bcA 1??? 或 bcA
2???
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非单色光引起的对吸光定律的偏离
对吸收光谱而言,b 和 c 固定，
iKA ???
反映了 ? 随波长变化的情况，
单一波长,? 固定；不同波
长,? 不同。因此，非单色光
将导致对吸光定律的偏离。
A或 ?
???1??2
在实际工作中，入射光通常具有一定的带通。为了避免非单色
光带来的影响，一般选用峰值波长进行测定。
??1 对应的 ??1较小
??2 对应的 ??2较大
选用峰值波长，也可以得到较高的灵敏度。
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吸光质点间相互作用引起的对吸光定律的偏离
质点间的静电作用
质点间的缔合作用
质点间的化学反应
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7.2.1 吸光分析的几种方法
目视比色法 标准系列
未知样品
特点
利用自然光
比较吸收光的互补色光
准确度低（半定量）
不可分辨多组分
方法简便，灵敏度高
光电比色法分光光度法（紫外 -可见分光光度法）
UV-VIS
Ultraviolet Visual
Spectroscopy
0.575
光源 单色器 吸收池 检测器 显示
I0
It
参比
样品
bCT
I
IA t ?????? lglg
0
未考虑吸收池和溶剂对光子的作用
入射光 I 0 透射光 I t注意
比较
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7.2.2 吸光分析法的仪器简介
紫外 -可见分光光度计组件
光源
单色器
样品池
检测器
信号输出
氢灯，氘灯,185 ~ 350 nm； 卤钨灯,250 ~ 2000 nm.
基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定
作用：将复合光色散成单色光
棱镜
光栅
玻璃,350 ~ 2500 nm,石英,185 ~ 4500 nm
平面透射光栅,反射光栅
玻璃，光学玻璃，石英
作用：将光信号转换为电信号，并放大
光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄
像管（多道分析器）
表头、记录仪、屏幕、数字显示
单波长单光束分光光度计
0.575
光源 单色器
吸收池
检测器 显示
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比值
光源 单色器
吸收池 检测器 显示
光束分裂器
单波长双光束分光光度计
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要 点 1,Plank 条件
??
hchEEE ????? 02
2、物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构
成了物质对光的选择吸收基础。
3、在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。
K b cAT ?? ?? 1010 AK c bT ??? lg吸光定律
c,mol / L 摩尔吸光系数,L · mol –1 · cm -1
cbA ??K ? ?
c,g / L K ? a 吸光系数,L · g –1 · cm -1 a cbA ?
0.575
bCTIIA t ?????? lglg
0
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7.1 吸光光度法的基本原理
7.1.1 光的基本性质
7.1.2 物质对光的吸收
7.1.3 溶液的吸光定律
7.2 吸光分析法的方法与仪器简介
7.2.1 吸光分析的几种方法
7.2.2 吸光分析法的仪器简介
要点归纳
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7.3 吸光光度法的灵敏度与准确度
7.3.1 灵敏度的表示方法
7.3.2 影响准确度的因素
7.3.3 测量条件的选择
7.4 吸光光度法分析条件的选择
7.4.1 酸度的选择
7.4.2 显色剂用量的选择
7.4.3 其它条件的选择
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7.5 吸光光度法应用简介
7.5.1 微量组分的测定
7.5.2 示差光度法
7.5.3 光度滴定法
7.5.4 络合物组成及稳定常数的测定
7.5.5 弱酸弱碱离解常数的测定
7.5.6 双波长分光光度法
7.5.7 导数分光光度法
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7.1.1 光的基本性质
吸光光度法 是基于被测物质的 分子 对 光 具有选择吸
收的特性而建立的分析方法。
光的电磁波性质
?
?
射
线
x
射
线
紫
外
光
红
外
光
微
波
无
线
电
波
10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm
可 见 光
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光的波粒二象性
波动性
粒子性
?
?
E
光的折射
光的衍射
光的偏振
光的干涉
光电效应
??
hchE ??
E：光子的能量（ J,焦耳）
?,光子的频率（ Hz,赫兹）
?,光子的波长（ cm）
c：光速 （ 2.9979?1010 cm.s-1）
h,Plank常数（ 6.6256?10-34 J.s 焦
耳, 秒 ）
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单色光、复合光、光的互补
单色光
复合光
光的互补
单一波长的光
由不同波长的光组合而成的光
若两种不同颜色的单色光按一定的强度比
例混合得到白光，那么就称这两种单色光
为互补色光，这种现象称为光的互补。
蓝
黄
紫红
绿
紫
黄绿
绿蓝 橙
红
蓝绿
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7.1.2 物质对光的吸收
物质的颜色与光的关系
完全吸收
完全透过
吸收黄色光
光谱示意 表观现象示意复合光
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吸收光谱 光作用于物质时，物质吸收了可见光，而
显示出特征的颜色，这一过程与物质的 性
质及光的性质有关。 分子基态的电子组态
物质对光的吸收
物质对光的吸收满足 Plank 条件
??
hchEEE ?????
02
h? S2
S1
S0
S3
E2
E0
E1
E3
02 EEh ???
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分子基态的电子组态
1、用原子轨道线性组合法产生出各个分子轨道；
2、把电子加到每个分子轨道中去，在每个分子轨道中最多加
进两个电子（ Pauli原理），由此产生分子的电子组态 ；
3、把电子对加到最低能量轨道中去（建造原理），从而产
生最低能量的电子组态（基态电子组态）
例：甲醛的分子轨道
0
CO
2
O
2
CO
2
O
2
CH
2
CH
2
O
2
C
2
O2
)*()()()(
)()()2()1()1()OCH(
???
???
n
SSS
C
???
2O2CO2 )()()OCH( nK ?? ?? 电子基态
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电子跃迁与电子激发态
2O2CO2 )()()OCH( nK ?? ?? 甲醛的电子基态
C O
H
H
..
..
?
?′
CO?
On
*CO?
*??n *?? ?
CO?
On
*CO?
*,?n *,?? 22n?
22n?
*,?n *,?n
*,?? *,??S
2
S1
S0
T2
T1
电子跃迁类型
最低激发态和基态的 电子组态 最低激发态和基态的 电子态
CO?
On
*CO?
22n?
电子多重态
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电子的多重态
h? +
单重态
（自旋配对）
电子跃迁
激发单重态
（自旋 配对 ）
电子跃迁 和
自旋翻转
h? +
单重态
（自旋配对）
三重态
（自旋 平行 ）
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吸收光谱 Absorption Spectrum
纯 电子能态 间跃迁
S2
S1
S0
S3
h? E2
E0
E1
E3
S2
S1
S0
h? A
?分子内电子跃迁 带状光谱
锐线光谱 ?
A
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物质对光的选择吸收 Selected absorption
物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构
成了物质对光的选择吸收基础。
例,A 物质
B 物质
10 2,5 evEE??
E
hc
A ??? 19
1034
106.1)(5.2
1031062.6
?
?
??
????
ev
)(10774.4 5 cm??? 4 7 7, 4 nm?
10 2,0 evEE??
E
hcB
??? 6 2 0, 6 nm?
同理，得：
1 ev = 1.6?10-19 J.
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测量某物质对不同波长单色光的
吸收程度，以波长（ ?） 为横坐
标，吸光度（ A）为纵坐标，绘
制吸光度随波长的变化可得一曲
线，此曲线即为吸收光谱。
(a)
(b)
(c)
(d)
220 240 260 280 nm
A
0
0
0
0
(a) 联苯（己烷溶剂）；
一些典型的紫外光谱
(b) 苯（己烷溶剂）；
(c) 苯蒸汽；
(d) Na蒸汽。
吸收光谱的获得 Absorption Spectra
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定性分析与定量分析的基础
定性分析基础
定量分析基础
物质对光的选择
吸收
A
B
A
?
)(max A? )(max B?
在一定的实验条
件下，物质对光
的吸收与物质的
浓度成正比。
A
?
C
增
大
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7.1.3 溶液的吸光定律
透光率 （透射比） Transmittance
透光率定义：
0I
IT t?
T 取值为 0.0 % ~ 100.0 %
全部吸收 T = 0.0 %
全部透射 T = 100.0 %
入射光 I 0 透射光 I t
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吸收定律的推导 Lambert – Beer Law
I0
db
b
It
I I-dI dI ∝ N I N,薄层中的吸光粒子数
N = N0 c dS db N0,阿伏加德罗常数
dS,捕获面积，薄层中光照射的面积
c：吸光溶液的浓度
N = k’ c db
故 dI ∝ N I = I k’ c db
dI = - I k c db,
?? ?? bII c d bkIdIt 00
dI / I = - k c db
k c bII t ??
0
ln
积分 得
K c bk c bII t ??? 303.2lg
0
或
AK c bT ??? lg
得
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吸光度 与透光率 Absorbance and transmittance
AK c bT ??? lg
T, 透光率 A,吸光度
1.0
0.5
0
A
C
A
100
50
0
T %
T
K b cAT ?? ?? 1010
T = 0.0 %
A = ∞
T = 100.0 %
A = 0.0
A = 0.434
T = 36.8 %
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吸光系数 Absorptivity K cbA ?
b 吸光液层的厚度，光程,cm c 吸光物质的浓度,g/L,mol/L
K 比例常数 入射光波长物质的性质 温度
取值与浓度的单位相关
c,mol / L K ? ? 摩尔吸光系数,L · mol –1 · cm -1
c,g / L K ? a 吸光系数,L · g –1 · cm -1
cbA ??
a cbA ?
c,g / 100 mL K ? 比 吸光系数
%11cmE
cbEA cm%11?
MaE cm
?1010%11 ??
相互关系
Molar Absorptivity
Absorptivity
Specific extinction
coefficient
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对比吸收系数的理解
cbEA cm%11?
c ( g / 100 mL),b = 1 cm
例如扑热息痛的测定,取扑热息痛约 40 mg，精密称定，置
250 mL量瓶中，加 NaOH ( 0.1 mol / L) 50 mL 溶解，加水至
刻度，摇匀，精密量取 5 mL，置 100 mL量瓶中，加 NaOH
( 0.1 mol / L) 10 mL，加水至刻度，摇匀，在 257 nm ± 1 的
波长处测定吸光度，按 C8H9NO2的比吸收系数为 715 计算，
即得。
%1
1
%1
1
cm
cm E
AppEA ??,
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吸收定律与吸收光谱的关系
A
C
吸
光
定
律
A
或
?
?
吸
收
光
谱
A
?
C
? max
三
维
谱
图
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吸光的加合性
多组分体系中，如果各组分之间无相互作用，其吸光度具
有加合性，即
?? ? ???
i
ii
i i
iii cbbcAA ??
对吸收定律偏离
A
C
主要原因
非单色光
吸光质点的相互作用
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非单色光引起的对吸光定律的偏离
设入射光由 ?1和 ?2 两种波长组成，溶液的吸光质点对
两种波长的光的吸收均遵从吸收定律
?1
bcIIA 1
1
011 lg ???? bcλII 110011 ????
?2
bcIIA λ 2
2
022 lg ??? bc
λII 210022 ????
?1 + ?2
21
0201lg
II
IIA
?
??
bcbc II
II
2λ1λ 1010
lg
0201
0201
?? ?? ???
?
?
21 λλ ?? ? bcA 1??? 或
bcA 2???
21 λλ ?? ? bcA 1??? 或 bcA
2???
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非单色光引起的对吸光定律的偏离
对吸收光谱而言,b 和 c 固定，
iKA ???
反映了 ? 随波长变化的情况，
单一波长,? 固定；不同波
长,? 不同。因此，非单色光
将导致对吸光定律的偏离。
A或 ?
???1??2
在实际工作中，入射光通常具有一定的带通。为了避免非单色
光带来的影响，一般选用峰值波长进行测定。
??1 对应的 ??1较小
??2 对应的 ??2较大
选用峰值波长，也可以得到较高的灵敏度。
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吸光质点间相互作用引起的对吸光定律的偏离
质点间的静电作用
质点间的缔合作用
质点间的化学反应
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7.2.1 吸光分析的几种方法
目视比色法 标准系列
未知样品
特点
利用自然光
比较吸收光的互补色光
准确度低（半定量）
不可分辨多组分
方法简便，灵敏度高
光电比色法分光光度法（紫外 -可见分光光度法）
UV-VIS
Ultraviolet Visual
Spectroscopy
0.575
光源 单色器 吸收池 检测器 显示
I0
It
参比
样品
bCT
I
IA t ?????? lglg
0
未考虑吸收池和溶剂对光子的作用
入射光 I 0 透射光 I t注意
比较
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7.2.2 吸光分析法的仪器简介
紫外 -可见分光光度计组件
光源
单色器
样品池
检测器
信号输出
氢灯，氘灯,185 ~ 350 nm； 卤钨灯,250 ~ 2000 nm.
基本要求：光源强，能量分布均匀，稳定
作用：将复合光色散成单色光
棱镜
光栅
玻璃,350 ~ 2500 nm,石英,185 ~ 4500 nm
平面透射光栅,反射光栅
玻璃，光学玻璃，石英
作用：将光信号转换为电信号，并放大
光电管，光电倍增管，光电二极管，光导摄
像管（多道分析器）
表头、记录仪、屏幕、数字显示
单波长单光束分光光度计
0.575
光源 单色器
吸收池
检测器 显示
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比值
光源 单色器
吸收池 检测器 显示
光束分裂器
单波长双光束分光光度计
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要 点 1,Plank 条件
??
hchEEE ????? 02
2、物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构
成了物质对光的选择吸收基础。
3、在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。
K b cAT ?? ?? 1010 AK c bT ??? lg吸光定律
c,mol / L 摩尔吸光系数,L · mol –1 · cm -1
cbA ??K ? ?
c,g / L K ? a 吸光系数,L · g –1 · cm -1 a cbA ?
0.575
bCTIIA t ?????? lglg
0
