福建船政交通职业学院：《分析化学》课程授课教案（讲义）第7章吸光光度法（2/2）.doc_大学文库

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第学期第周一月—日教学内容备注第七章吸光光度法 S7-1概述许多物质的溶液显现出颜色，例如KMO:溶液呈紫红色，邻二氨菲亚铁络合物的溶液呈红色，等等，而且溶液颜色的深浅往往与物质的浓度有关，溶液浓度越大，颜色越深，而浓度越小，颜色越浅。历史上，人们用肉眼来观察溶液颜色的深浅来测定物质浓度，建立了“比色分析法”。即“目视比色法”。随着科学技术的发展，出现测量颜色深浅的仪器，即光电比色计，建立“光电比色法。”再到后来，出现了分光光度计，建立“分光光度法”。并且其原理己早不局限于溶液颜色深浅的比较。用光电比色计、分光光度计不仅可以客观准确地测量颜色的强度，而且还把比色分析扩大到紫外和红外吸收光谱，即扩大到无色溶液的测定。基于物质对光选择性吸收而建立起来的分析方法，称为吸光光度法。在选定波长下，被测溶液对光的吸收程度与溶液中的吸光物质的浓度有简单的定量关系。被利用的光波范围是紫外，可见和红外光区。它所测量的是物质的物理性质一物质对光的吸收，测量所需的仪器是特殊的光学电子学仪器，所以光度法不属于传统的化学分析法，而属于近代的仪器分析，这里只是按照我国现行教学习惯把可见光的光度法作为化学分析部分的一章因为光度法本质上属于仪器分析法。主要应用于测定试样中微量组分的含量，所以与化学分析法相比，它有一些不同于化学分析法的特点。 (一)灵敏度高光度法常用于测定物质中的微量组分大约1一103%)。对固体试样一般可测至10%。如果对被测组分进行先期的分离富集，灵敏度还可以提高2~3个数量级。 (仁)准确度高一般吸光光度法测定的相对误差为2-5%，虽然这比一般化学分析法的相对误差要大 (3%以内)，但由于光度法多是用来测定微量组分的，故由此引出的绝对误差并不大，完全能够满足微量组分的测定要求。如果用精密性能更高的分光光度计测量，相对误差可低至1~2%。 (三)操作简便快速。吸光光度法所用的仪器都不复杂，操作方便。先把试样处理成溶液，一般只经历显色和测量吸光度两个步骤，就可得出分析结果。 (四)应用广泛吸光光度法广泛地应用于痕量分析的领域。几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用吸光光度法测定。还可用来研究化学反应的机理，例如测定溶液中络合物的组成，测定一些酸碱的离解常数等。因此，吸光光度法是生产和科研部门广泛应用的一种分析方法

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第_ _学期第周月日教学内容备注 1 第七章吸光光度法 §7-1 概述许多物质的溶液显现出颜色，例如 KMnO4 溶液呈紫红色，邻二氮菲亚铁络合物的溶液呈红色，等等，而且溶液颜色的深浅往往与物质的浓度有关，溶液浓度越大，颜色越深，而浓度越小，颜色越浅。历史上，人们用肉眼来观察溶液颜色的深浅来测定物质浓度，建立了“比色分析法”。即“目视比色法”。随着科学技术的发展，出现测量颜色深浅的仪器，即光电比色计，建立“光电比色法。”再到后来，出现了分光光度计，建立“分光光度法”。并且其原理已早不局限于溶液颜色深浅的比较。用光电比色计、分光光度计不仅可以客观准确地测量颜色的强度，而且还把比色分析扩大到紫外和红外吸收光谱，即扩大到无色溶液的测定。基于物质对光选择性吸收而建立起来的分析方法，称为吸光光度法。在选定波长下，被测溶液对光的吸收程度与溶液中的吸光物质的浓度有简单的定量关系。被利用的光波范围是紫外，可见和红外光区。它所测量的是物质的物理性质－物质对光的吸收，测量所需的仪器是特殊的光学电子学仪器，所以光度法不属于传统的化学分析法，而属于近代的仪器分析，这里只是按照我国现行教学习惯把可见光的光度法作为化学分析部分的一章。因为光度法本质上属于仪器分析法。主要应用于测定试样中微量组分的含量，所以与化学分析法相比，它有一些不同于化学分析法的特点。 (一)灵敏度高光度法常用于测定物质中的微量组分(大约 1－10-3%)。对固体试样一般可测至 10-4%。如果对被测组分进行先期的分离富集，灵敏度还可以提高 2~3 个数量级。 (二)准确度高一般吸光光度法测定的相对误差为 2-5%，虽然这比一般化学分析法的相对误差要大 (3‰以内)，但由于光度法多是用来测定微量组分的，故由此引出的绝对误差并不大，完全能够满足微量组分的测定要求。如果用精密性能更高的分光光度计测量，相对误差可低至 1~2%。 (三)操作简便快速。吸光光度法所用的仪器都不复杂，操作方便。先把试样处理成溶液，一般只经历显色和测量吸光度两个步骤，就可得出分析结果。 (四)应用广泛吸光光度法广泛地应用于痕量分析的领域。几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可直接或间接地用吸光光度法测定。还可用来研究化学反应的机理，例如测定溶液中络合物的组成，测定一些酸碱的离解常数等。因此，吸光光度法是生产和科研部门广泛应用的一种分析方法

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第学期第周月日教学内容备注 §7-2吸光光度法的基本原理一、光的基本性质光是一种电磁波，如果按照波长或频率排列，可得到如表101所示的电磁波谱。光具有二象性：波动性和粒子性。波动性是指光按波动形式传播。例如：光的折射、衍射、偏振和干涉等现象，就明显地表现其波动性。光的波长入，频率v与速度© 的关系为： Xv=c 式中：以cm表示：v以出表示：C为光速，在真空中等于2.9979x10cmS-,约为3x101cmS 光同时又具有粒子性。光是由“光微粒子（光量子或光子）所组成的。光量子的能量与波长的关系为 E=hu=hca. 式中：E为光量子能量，v为频率，h为普朗克常数6.6262×10S。每个光子的质量为： m-E/C2-hv/c-c 光子也具有动量，可以表示为： mc-hu/c=h/. 不同波长（或频率）的光，其能量不同，短波的能量大，长波的能量小。二、物质对光的选择性吸收 (一)、物质对光产生选择性吸收的原因物质的分子具有一系列不连续的特征能级，如其中的电子能级就分为能量较低的基态和能量较高的激发态。在一般情况下，物质的分子都处于能量最低的能级，只有在吸收了一定能量之后才有可能产生能级跃迁，进入能量较高的能级。在光照射到某物质以后，该物质的分子就有可能吸收光子的能量而发生能级跃迁，这种现象就叫做光的吸收。但是，并不是任何一种波长的光照射到物质上都能够被物质所吸收。只有当照射光的能量与物质分子的某一能级恰好相等时，才有可能发生能级跃迁，与此能量相应的那种波长的光才能被吸吸。或者说，能被吸收的光的波长必须符合公式。 AE=hc 这里，△E=EE,表示某一能吸级差的能量。由于不同物质的分子其组成与结构不同，它们所具有的特征能级不同，能级差也不同，所以不同物质对不同波长的光的吸收就具有选择性，有的能吸收，有的不能吸收。 (二)物质的颜色与吸收光的关系在可见光中，通常所说的白光是由许多不同波长的可见光组成的复合光。由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫这些不同波长的可见光按照一定的比例混合得到白光。进一步的研究又表明，只需要把两种特定颜色的光按一定比例混合，就可以得到白光，如绿光和紫光混合，黄光和蓝光混合，都可以得到白光

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第_ _学期第周月日教学内容备注 2 §7-2 吸光光度法的基本原理一、光的基本性质光是一种电磁波，如果按照波长或频率排列，可得到如表 10-1 所示的电磁波谱。光具有二象性：波动性和粒子性。波动性是指光按波动形式传播。例如：光的折射、衍射、偏振和干涉等现象，就明显地表现其波动性。光的波长入，频率 υ 与速度 c 的关系为： λυ＝c 式中：λ 以 cm 表示；υ 以 H2 表示；C 为光速，在真空中等于 2.9979×1010cmS -1，约为 3×1010cm/S。光同时又具有粒子性。光是由“光微粒子”(光量子或光子)所组成的。光量子的能量与波长的关系为： E=hυ=hc/λ 式中：E 为光量子能量，υ 为频率，h 为普朗克常数 6.6262×10-34J·S。每个光子的质量为： m=E/C2=hυ/c=c2 光子也具有动量，可以表示为： mc=hυ/c=h/λ 不同波长(或频率)的光，其能量不同，短波的能量大，长波的能量小。二、物质对光的选择性吸收（一）、物质对光产生选择性吸收的原因物质的分子具有一系列不连续的特征能级，如其中的电子能级就分为能量较低的基态和能量较高的激发态。在一般情况下，物质的分子都处于能量最低的能级，只有在吸收了一定能量之后才有可能产生能级跃迁，进入能量较高的能级。在光照射到某物质以后，该物质的分子就有可能吸收光子的能量而发生能级跃迁，这种现象就叫做光的吸收。但是，并不是任何一种波长的光照射到物质上都能够被物质所吸收。只有当照射光的能量与物质分子的某一能级恰好相等时，才有可能发生能级跃迁，与此能量相应的那种波长的光才能被吸吸。或者说，能被吸收的光的波长必须符合公式。 ΔE=hc/λ 这里，ΔE=E2-E1，表示某一能吸级差的能量。由于不同物质的分子其组成与结构不同，它们所具有的特征能级不同，能级差也不同，所以不同物质对不同波长的光的吸收就具有选择性，有的能吸收，有的不能吸收。（二）物质的颜色与吸收光的关系在可见光中，通常所说的白光是由许多不同波长的可见光组成的复合光。由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫这些不同波长的可见光按照一定的比例混合得到白光。进一步的研究又表明，只需要把两种特定颜色的光按一定比例混合，就可以得到白光，如绿光和紫光混合，黄光和蓝光混合，都可以得到白光

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第一学期第周月—日教学内容备注绿色光互补的40Om附近的色光则几平不吸收，所以KMnO:溶液呈等红色。吸收曲线中吸光度最大处的波长称为最大吸收波长，以max表示，如KMnO,的max=525nm。对于同一物质，当它的浓度不同时，同一波长下的吸光度A不同，但是最大吸收波长的位置和吸收曲线的形状不变。而对于不同物质，由于它们对不同波长的光的吸收具有选择性，因此它们的max的位置和吸收曲线的形状互不相同。可以据此进行物质的定性分析。由102可见，对同一种物质，在一定波长时，随着其浓度的增加，吸光度A也相应增大：而且由于在入mx处吸光度A最大，在此波长下A随浓度的增大更为明显。可以据此进行物质的定量分析。光度法进行定量分析的理论基础就是光的吸收定律一朗伯一比耳定律。三、朗伯一比耳定律物质对光的吸收的定量关系，早就受到科学家的注意：其中朗伯于1760年和比尔(Ber)在1852年分别阐明了光的吸收程度与液层厚度及溶液浓度的定量关系，二者结合称为朗伯一比耳定律，也称光的吸收定律。下面对此定律进行理论推导。 (一)朗伯一比耳定律的推导当一束平等单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体介质时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿表面反射。设入射的单色光强度为1。，反射光强度为，吸收光强度为1a,透过光强度为北，则它们之间的关系为： 10=l+H+l 因为入射光常垂直于介质表面射入，上很小约为入射光强度的4%)又由于进行光度分析时都采用同样质料，同厚度的吸收池盛装试液及参比溶液，反射光的强度是不变的。因此，由反射所引起的误差可校正抵消。故上式可简化为： lo=ltl 当一束平行光垂直照射到厚度为b的溶液时，其光的强度的减弱的主要原因是溶液中的吸光质点（离子或分子)吸收了一部分光能。设想把厚高为b的溶液分成许多薄层，每一薄层的厚度为b,入射光通过每薄层后，其强度减小了d,则-d与1射光强度1和薄层厚度db成正比。 -dIooIdb-dI/I-kdb mkb -(mI-mle)=kib 把自然对数换成常用对数，则 8子-20=kb 在光度分析中，常用1表示透过光强度，则上式可写为：

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第_ _学期第周月日教学内容备注 4 绿色光互补的 400nm 附近的色光则几乎不吸收，所以 KMnO4 溶液呈等红色。吸收曲线中吸光度最大处的波长称为最大吸收波长，以 λmax 表示，如 KMnO4 的 λmax＝525nm。对于同一物质，当它的浓度不同时，同一波长下的吸光度 A 不同，但是最大吸收波长的位置和吸收曲线的形状不变。而对于不同物质，由于它们对不同波长的光的吸收具有选择性，因此它们的 λmax 的位置和吸收曲线的形状互不相同。可以据此进行物质的定性分析。由 10-2 可见，对同一种物质，在一定波长时，随着其浓度的增加，吸光度 A 也相应增大；而且由于在 λmax 处吸光度 A 最大，在此波长下 A 随浓度的增大更为明显。可以据此进行物质的定量分析。光度法进行定量分析的理论基础就是光的吸收定律－朗伯一比耳定律。三、朗伯一比耳定律物质对光的吸收的定量关系，早就受到科学家的注意；其中朗伯于 1760 年和比尔(Beer)在 1852 年分别阐明了光的吸收程度与液层厚度及溶液浓度的定量关系，二者结合称为朗伯一比耳定律，也称光的吸收定律。下面对此定律进行理论推导。 (一)朗伯一比耳定律的推导当一束平等单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体介质时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿表面反射。设入射的单色光强度为 I0，反射光强度为 Ir，吸收光强度为 Ia，透过光强度为 It，则它们之间的关系为： I0=Ir+Ia+It 因为 λ 射光常垂直于介质表面射 λ，Ir 很小(约为 λ 射光强度的 4％)又由于进行光度分析时都采用同样质料，同厚度的吸收池盛装试液及参比溶液，反射光的强度是不变的。因此，由反射所引起的误差可校正，抵消。故上式可简化为： IO=Ia+It 当一束平行光垂直照射到厚度为 b 的溶液时，其光的强度的减弱的主要原因是溶液中的吸光质点(离子或分子)吸收了一部分光能。设想把厚高为 b 的溶液分成许多薄层，每一薄层的厚度为 db，λ 射光通过每一薄层后，其强度减小了-dI，则-dI 与 λ 射光强度 I 和薄层厚度 db 成正比。 -dI∞Idb -dI/I=kdb 积分   − = b o I I k db I t dI O -(mIt-mIo)=k1b k b I I m t o = 1 把自然对数换成常用对数，则 b k b k I I t o 2 1 2.303 log = = 在光度分析中，常用 I 表示透过光强度，则上式可写为：

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第一学期第—周一月—日教学内容备注 (二)吸收系数 1.吸收系数k一吸收系数，表示吸光质点对某波长光的吸收本领，与吸光物质的性质，入射光波长及温度等因素有关。k值随b和c的单位不同而不同。 ()吸收系数a 当c的单位为gL,b的单位为cm时，K用a表示，称为吸收系数，其单位为Vgcm,这时朗伯-比耳定律变为： A=abc (2)摩尔吸收系数N 当式中浓度c的单位为moL,液层厚度的单位为cm时，则用另一符号K表示，称为摩尔吸收系数，它表示物质的浓度为lmol/L,液层厚度为lcm时，溶液的吸光度。其单位为/molcm。这时朗伯-比耳定律就变为：A=bc K表示某溶液对特定波长的光的吸收能力。x值愈大，表示吸光质点对某波长的光吸收能力愈强，故光度法则定的灵敏度就愈高。摩尔吸光系数K的大小除了与吸光物质本身的性质有关外，还与温度和波长有关。在温度和波长一定时，K是常数。这表明同一吸光物质在不同波长入下的K值不同的。在这些不同的K之中，最大吸收波长 .max下的摩尔吸光系数kmax是一个重要的特征常数。它反映了该物质吸光能力可能达到的最大限度，反映了用光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。由于光度法只适用于测定微量组分，像1moL这样高浓度溶液的吸光度很难用光度法直接测得，而确定x值，只应在较低浓度下测A,然后计算κ值。分析化学手册都列有常见的吸光物质在水溶液中的kmax值。对不同吸光物质来说，kmas越大，表明物质对光的吸收能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度也越高。在写摩尔吸光系数时，应在下角注上其吸收波长大小。如：邻二氮菲亚铁络合物510nm=l.1×10 Lmol-cm。KMnO,溶液的 x525nm=22x10Lmo1cm。虽然前者的吸光能力较强。一般认为，如果 kma210,则用光度法测定具有较高的灵敏度，kmax≤I0则为不灵敏，不宜用光度法进行测定。 (三)标准曲线的绘制及应用朗伯一比耳定律是用光度法进行定量分析的理论基础，而工作曲法就是在此基础上发展起来的一种具体定量测定方法。对于一些光度法中常见的吸光物质，其Kmx值均可以分析化学手册中查到，因此从理论上讲，只要在max下测得该物质的吸光度Ax,则由朗伯一比耳定律即可求得其浓度： C.-Sub A 但是实际上由于实验条件特别是仪器条件不可能与文献报导完全相同，所以用手册中的文献值kma、来推算Cx必然会产生较大误差。因此，在实际测定中，文献值一般只能作为参考值

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第_ _学期第周月日教学内容备注 6 （二）吸收系数 1. 吸收系数 k－吸收系数，表示吸光质点对某波长光的吸收本领，与吸光物质的性质，入射光波长及温度等因素有关。k 值随 b 和 c 的单位不同而不同。 (1) 吸收系数 a 当 c 的单位为 g/L，b 的单位为 cm 时,K 用 a 表示，称为吸收系数，其单位为 L/g·cm，这时朗伯-比耳定律变为： A＝abc (2) 摩尔吸收系数 κ 当式中浓度 c 的单位为 mol/L，液层厚度的单位为 cm 时，则用另一符号 κ 表示，称为摩尔吸收系数，它表示物质的浓度为 1mol/L，液层厚度为 1cm 时，溶液的吸光度。其单位为 L/mol·cm。这时朗伯-比耳定律就变为: A＝κbc κ 表示某溶液对特定波长的光的吸收能力。κ 值愈大，表示吸光质点对某波长的光吸收能力愈强，故光度法则定的灵敏度就愈高。摩尔吸光系数 κ 的大小除了与吸光物质本身的性质有关外，还与温度和波长有关。在温度和波长一定时，κ 是常数。这表明同一吸光物质在不同波长 λ 下的 κ 值不同的。在这些不同的 κ 之中，最大吸收波长 λmax 下的摩尔吸光系数 κmax 是一个重要的特征常数。它反映了该物质吸光能力可能达到的最大限度，反映了用光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。由于光度法只适用于测定微量组分，像 1mol/L 这样高浓度溶液的吸光度很难用光度法直接测得，而确定 κ 值，只应在较低浓度下测 A，然后计算 κ 值。分析化学手册都列有常见的吸光物质在水溶液中的 κmax 值。对不同吸光物质来说，κmas 越大，表明物质对光的吸收能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度也越高。在写摩尔吸光系数时，应在下角注上其吸收波长大小。如：邻二氮菲亚铁络合物 κ510nm=1.1×104L·mol-1·cm-1 。 KMnO4 溶液的 κ525nm=22×103L·mol-1·cm-1。虽然前者的吸光能力较强。一般认为，如果 κmax≥104，则用光度法测定具有较高的灵敏度，κmax≤103 则为不灵敏，不宜用光度法进行测定。（三）标准曲线的绘制及应用朗伯－比耳定律是用光度法进行定量分析的理论基础，而工作曲法就是在此基础上发展起来的一种具体定量测定方法。对于一些光度法中常见的吸光物质，其 κmax 值均可以分析化学手册中查到，因此从理论上讲，只要在 λmax 下测得该物质的吸光度 Ax，则由朗伯－比耳定律即可求得其浓度： b A C x x max  = 但是实际上由于实验条件特别是仪器条件不可能与文献报导完全相同，所以用手册中的文献值 κmax 来推算 Cx 必然会产生较大误差。因此，在实际测定中，文献值一般只能作为参考值

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第学期第周一月—日教学内容备注也可以用一个己知浓度为Cs的标注来测定在实际实验条件下的max值然后再用所测得的Kmax值去求算未知溶液的K。然而由于偶然误差的存在，仅凭一次测定所得到的 Kmax虽然不够可靠，最好多测几次取平均值。正是从这样的思路出发，发展起一种具体定量测定方法一工作曲线法。它的做法是：首先，根据待测溶液的大概浓度，配制一系列浓度不等的标准溶液，使其浓度范围覆盖待测溶液的浓度。然后分别测得这些标液的吸光度，并作吸光度A对浓度C的关系图。从理论上讲，各实验点应在一条通过原点的直线上。但由于偶然误差的存在，实际上各实验点只是大体上在一条直线上。根据实验点所作的直线应使各实验点均匀分布在直线两侧，使它们到直线的距离之和尽量为最小。这样作成的直线就称作工作曲线或标准曲线。此时再测得待测溶液的吸光度Ax,在工作曲线上就可以查到与之相对应的Cx。工作曲线的斜率是Kb,但液层厚度b是定值，故工作曲线法的实质的，然是先求得K,再求得 Cx。只是这样求得的kmx是由多个标液测定而得到的平均值，而且覆盖了较宽的浓度范围，因而更加可靠。工作曲线法是光度分析中一种重要的具体定量测定方法，也是仪器分析中普遍采用的一种重要方法二、偏离朗伯一比耳定律的因素根据Lambat-Beer定律，吸光度A与吸光物质的浓度C成正比，因此，以吸光度A对C作图时，应得到一条通过坐标原点的直线。但在实际工作中，常常遇到偏离线性关系的现象，即曲线向下或向上发生弯曲，产生负偏离或正偏离。偏离朗伯一比耳定律的因素很多，但基本上可以分为物理方面的因素和化学方面的因素两大类。分别讨论如下：（一)物理因素 1、单色光不纯所引起的偏离在光度分析仪器中，使用的是连续光源，用单色器分光，用狭缝控制光谱带的密度，因而投射到吸收溶液的入射光，常常是一个有限宽度的光谱带，而不是真正的单色光。由于非单色光使吸收光谱的分辨率下降，因而导致了对朗伯一比耳定律的偏离。假设入射光只是由两个波长为入，和2的光所组成，其入射光强度分别为1.1和1o2,当该入射光通过一个浓度为c(molL),厚度为b(cm)的溶液后，透射光强度分别减弱为h和2，溶液对这两个波长的吸光度分别为A,和A2。由于波长和2的光均为单色光，故它们均符合朗伯一比耳定律 4=6bc=-g马 4=6c=-电号

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第_ _学期第周月日教学内容备注 7 也可以用一个已知浓度为 Cs 的标注来测定在实际实验条件下的 κmax 值 s s bc A  max = 然后再用所测得的 κmax 值去求算未知溶液的 κx。然而由于偶然误差的存在，仅凭一次测定所得到的 κmax 虽然不够可靠，最好多测几次取平均值。正是从这样的思路出发，发展起一种具体定量测定方法－工作曲线法。它的做法是：首先，根据待测溶液的大概浓度，配制一系列浓度不等的标准溶液，使其浓度范围覆盖待测溶液的浓度。然后分别测得这些标液的吸光度，并作吸光度Ａ对浓度Ｃ的关系图。从理论上讲，各实验点应在一条通过原点的直线上。但由于偶然误差的存在，实际上各实验点只是大体上在一条直线上。根据实验点所作的直线应使各实验点均匀分布在直线两侧，使它们到直线的距离之和尽量为最小。这样作成的直线就称作工作曲线或标准曲线。此时再测得待测溶液的吸光度Ａx，在工作曲线上就可以查到与之相对应的 Cx。工作曲线的斜率是 κmaxb，但液层厚度 b 是定值，故工作曲线法的实质的，然是先求得 κmax，再求得 Cx。只是这样求得的 κmax 是由多个标液测定而得到的平均值，而且覆盖了较宽的浓度范围，因而更加可靠。工作曲线法是光度分析中一种重要的具体定量测定方法，也是仪器分析中普遍采用的一种重要方法。二、偏离朗伯－比耳定律的因素根据 Lambat-Beer 定律，吸光度Ａ与吸光物质的浓度Ｃ成正比，因此，以吸光度Ａ对Ｃ作图时，应得到一条通过坐标原点的直线。但在实际工作中，常常遇到偏离线性关系的现象，即曲线向下或向上发生弯曲，产生负偏离或正偏离。偏离朗伯－比耳定律的因素很多，但基本上可以分为物理方面的因素和化学方面的因素两大类。分别讨论如下： (一)物理因素１、单色光不纯所引起的偏离在光度分析仪器中，使用的是连续光源，用单色器分光，用狭缝控制光谱带的密度，因而投射到吸收溶液的入射光，常常是一个有限宽度的光谱带，而不是真正的单色光。由于非单色光使吸收光谱的分辨率下降，因而导致了对朗伯－比耳定律的偏离。假设入射光只是由两个波长为 λ，和 λ2 的光所组成，其入射光强度分别为 Io1 和 IO2，当该入射光通过一个浓度为 c(mol/L)，厚度为 b(cm)的溶液后，透射光强度分别减弱为 I1 和 I2，溶液对这两个波长的吸光度分别为Ａ1 和 A2。由于波长 λ1 和 λ2 的光均为单色光，故它们均符合朗伯－比耳定律 1 1 1 1 lg o I I A =  bc = − 02 2 2 2 lg I I A =  bc = −

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第_ _学期第周月日教学内容备注 8 故 bc o I I 2 1 110− = bc o I I 2 2 210− = 但实际上并不能分别测得 A1 和 A2，而只能测得总吸光度Ａ总，而 1 2 1 2 1 02 1 2 1 2 10 10 lg lg lg o o bc o o o o I I I I I I I I I I A b c + + = − + + − − − ＝＝－总总总如果 λ１λ２相差不大，即  = 1 − 2 很小，可以近似认为： κ１＝κ2＝κ 于是 bc I I I I A bc   = + + − − 01 02 10 ( 01 02 ) _ 总＝ lg 即总吸光度Ａ总仍然符合朗伯－比耳定律。但如果 Δλ 较大，则 κ1≠κ2，显然总吸光度Ａ总不可能符合朗伯－比耳定律，表现为工作曲线偏离直线。为了克服非单色引起的偏离，应尽量设法得到比较窄的入射光谱带，这就需要有比较好的单色器。棱镜和光栅的谱带宽度仅几个纳米，对于一般光度分析是足够窄的。此外，还应将入射光波长选择在被测物的最大吸收波长处。这不仅是因为在 λmax 处测定的灵敏度最高，还由于在 λmax 随近的一个小范围内吸收曲线较为平坦，在 λmax 附近各波长的光的 κ 值大体相等，因此在 λmax 处由于非单色光引起的偏离要比在其它波长处小得多。 2、非平行入射光引起的偏离非平行入射光将导致光束的平均光程 b’大于吸收池的厚度 b，实际测得的吸光度将大于理论值。 3、介质不均匀引起的偏离朗伯－比耳定律要求吸光物质的溶液是均匀的。如果溶液不均匀，例如产生胶体或发生混浊，就会发生工作曲线偏离直线。当 λ 射光通过不均匀溶液时，除了被吸光物质所吸收的那部分光强以外，还将有部分光强因散射等而损失。假设入射光强为Ｉ。吸收光强为Ｉa，透射光强为Ｉ，损失的散射光强为 Ir，则Ｉo=Ia+Ir+I 实际测得的透光率 o o a r o I I I T Ｉ − − ＝ＩＩ实＝如果没有发生散射，Ir=０，Ia不变，则理想的透光率

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第_ _学期第周月日教学内容备注 9 o o a I I I I I T − = = 0 理可见Ｔ实＜Ｔ理或Ａ实＞Ａ理即实际的吸光度比理想的吸光度偏离。而一旦产生胶体，往往是吸光物质的浓度越大，所产生的胶体的浓度也越大，散射也越严重，吸光度偏高得越多，从而使工作曲线偏离直线向吸光度轴弯曲。故在光度法中应避免溶液产生胶体或混浊。 (二)化学因素 1. 溶液浓度过高引起的偏离朗伯-比耳定律是建立在吸光质点之间没有相互作用的前提下。但当溶液浓度较高时，吸光物质的分子或离子间的平均距离减小，从而改变物质对光的吸收能力，即改变物质的摩尔吸收系数。浓度增加，相互作用增强，导致在高浓度范围内摩尔吸收系数不恒定而使吸光度与浓度之间的线性关系被破坏。 2. 化学变化所引起的偏离溶液中吸光物质常因解离、缔合、形成新的化合物或在光照射下发生互变异构等，从而破坏了平衡浓度与分析浓度之间的正比关系，也就破坏了吸光度 A 与分析浓度之间的线性关系。产生对朗伯-比耳定律的偏离。例如：可用光度法测定 Cr2O7 2-的浓度。但若将某分析浓度为Ｃ的 K2Cr2O7 溶液分别用水稀释，得到了分析浓度分别为 c 2 1 ， c 3 1 ， c 4 1 的 K2Cr2O7 标液，测定这些标准溶液的吸光度，并对各分析浓度作工作曲线，结果发现工作曲线偏离直线。这是因为 Cr2O7 2-在溶液中有平衡反应： Cr2O7 2-＋ H2O 2CrO4 2+2H+ 当稀释时，平衡向左移动，故溶液中实际存在的 Cr2O7 2-型体的浓度要低于其分析浓度。而且稀释倍数越大，Cr2O7 2-的实际浓度比分析浓度的降低就越显著，因而造成了工作曲线弯曲。为了克服这种偏离，应控制溶液的酸度为强酸性，此时，Cr(Ⅵ)总以 Cr2O7 2-的型体存在，工作曲线的直线关系得到遵从

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第一学期第—周—月日教学内容备注 $7-3显色反应及显色条件的选择在光度分的中，将试样中被测组分转变成有色化合物的化学反应叫显色反应。一、对显色反应的要求显色反应可分两大类，即配位反应和氧化还原反应。配位反应是最主要的显色反应。同一被测组分常可与若干种显色剂反应，生成多种有色化合物，其原子里和灵敏度亦有差别。一种被测组分究竟应该用哪种显色反应，可根据所需标准加以选择。 (①)选择性要好。一种显色剂最好只与一种被测组分起显色反应。或若干扰离子容易被消除，或者显色剂与被测组分和干扰离子生成的有色化合物的吸收峰相隔较远。 (2)灵敏度要高。灵敏度高的显色反应有利于微量组分的测定。灵敏度的高低，可从摩尔吸光系数值的大小来判断。（但灵敏度高，同时应注意选择性） (3)有色化合物的组成更恒定，化学性质要稳定。有色化合物的组成若不符合一定的化学式，测定的再现性就较差。有色化合物若易受空气的氧化，光的照射而分射，就会引入测量误差。 (④显色剂和有色化合物之间的颜色差别要大。这样，试剂空白一般较小。一般要求有色化合物的最大吸收波长与显色剂最大吸收波长之差在60mm以上。即：A1=-设大>60m (⑤)显色反应的条件要易于控制。如果条件要求过于严格，难以控制，测定结果的再现性就差。 2.显色剂与被测组分化合成有色物质的试剂为显色剂。许多无机试剂能与金属离子起显色反应，如C+与氨水生成CuNH42:硫氰酸盐与Fe+生成红色的配离子FeSCN2+或Fe(SCN)s2等等。许多有机试剂在一定条件下能与金属离子生成有色的金属整合物。它的优点有： 1、灵敏度高，大部分金属整合物呈现鲜明的颜色，摩尔吸光系数都大于10。而且整合物中金属所占比率很低，提高了测定灵敏度。 2、稳定性好。金属螯合物都很稳定，一般离解常数很小，而且能抗辐射。 3、选择性好。绝大多数有机整合剂在一定条件下只与少数或某一种金属离子配位。而且同一种有机整合物与不同的金属离子配位时，生成各有特征颜色的整合物。 4、扩大光度法应用范围，虽然大部分金属整合物难溶于水，但可被萃取到有机溶剂中，大大发展了萃取光度法。有机显色剂与金属离子能否生成具有特征颜色的化合物，主要与试剂的分子结构密切相关。有机显色剂分子中一般都含有生色团和助色团。生色团是某些含不饱和键的基因，如：一N=N一（偶氨一二厂对醒基、=C=0(碳基、=CS(疏骤基)等，这些基团中的电子被激发时所需能量较小，基)、波长小于200m以上的光就可以做到，故往往可以吸收可见光而表现出颜色

福建交通职业技术学院教案纸第页课程：分析化学学年第_ _学期第周月日教学内容备注 10 §7-3 显色反应及显色条件的选择在光度分的中，将试样中被测组分转变成有色化合物的化学反应叫显色反应。一、对显色反应的要求显色反应可分两大类，即配位反应和氧化还原反应。配位反应是最主要的显色反应。同一被测组分常可与若干种显色剂反应，生成多种有色化合物，其原子里和灵敏度亦有差别。一种被测组分究竟应该用哪种显色反应，可根据所需标准加以选择。 (1)选择性要好。一种显色剂最好只与一种被测组分起显色反应。或若干扰离子容易被消除，或者显色剂与被测组分和干扰离子生成的有色化合物的吸收峰相隔较远。 (2)灵敏度要高。灵敏度高的显色反应有利于微量组分的测定。灵敏度的高低，可从摩尔吸光系数值的大小来判断。(但灵敏度高，同时应注意选择性) (3)有色化合物的组成更恒定，化学性质要稳定。有色化合物的组成若不符合一定的化学式，测定的再现性就较差。有色化合物若易受空气的氧化，光的照射而分射，就会引入测量误差。 (4)显色剂和有色化合物之间的颜色差别要大。这样，试剂空白一般较小。一般要求有色化合物的最大吸收波长与显色剂最大吸收波长之差在 60nm 以上。即： nm mR R  = 最大－最大  60 (5)显色反应的条件要易于控制。如果条件要求过于严格，难以控制，测定结果的再现性就差。 2.显色剂与被测组分化合成有色物质的试剂称为显色剂。许多无机试剂能与金属离子起显色反应，如 Cu2+与氨水生成 Cu(NH3)4 2+；硫氰酸盐与 Fe3+生成红色的配离子 FeSCN2+或 Fe(SCN)5 2-等等。许多有机试剂在一定条件下能与金属离子生成有色的金属螯合物。它的优点有： 1、灵敏度高，大部分金属螯合物呈现鲜明的颜色，摩尔吸光系数都大于 104。而且螯合物中金属所占比率很低，提高了测定灵敏度。 2、稳定性好。金属螯合物都很稳定，一般离解常数很小，而且能抗辐射。 3、选择性好。绝大多数有机螯合剂在一定条件下只与少数或某一种金属离子配位。而且同一种有机螯合物与不同的金属离子配位时，生成各有特征颜色的螯合物。 4、扩大光度法应用范围，虽然大部分金属螯合物难溶于水，但可被萃取到有机溶剂中，大大发展了萃取光度法。有机显色剂与金属离子能否生成具有特征颜色的化合物，主要与试剂的分子结构密切相关。有机显色剂分子中一般都含有生色团和助色团。生色团是某些含不饱和键的基因，如：－N=N－(偶氮基)、＝＝＝＝ (对醌基)、=C=0(羰基)、=C=S(硫羰基)等，这些基团中的∏电子被激发时所需能量较小，波长小于 200nm 以上的光就可以做到，故往往可以吸收可见光而表现出颜色

福建船政交通职业学院：《分析化学》课程授课教案（讲义）第7章 吸光光度法（2/2）

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