第十三章可见分光光度法和紫外分光光度法内容提要一、物质的吸收光谱光照射某物质，物质能够吸收光，使原有的基态转为激发态，只有当分子的能量(hv)与被照射物质粒子的基态和激发态能量之差(△E)相等时才能被吸收。M(基态）+hV→>M*（激发态）也即物质对光的吸收具有选择性，若溶液选择性地吸收了某波长的光而另一部分波长的光被透过，则溶液呈现透射光的颜色。任一种溶液对不同波长的光吸收程度是不同的。以波长入为横座标，溶液对不同波长的光的吸收程度即吸光度A作纵坐标得到的曲线，即为吸收光谱，或称吸收曲线，吸收光谱中，吸光度最大处的波长为最大吸收波长，用元mx表示。一般而言，不同物质其吸收光谱的形状及max均不同，它是定性鉴别物质的基础；同一物质不同浓度的溶液，吸收光谱形状相同，元max不变，浓度愈大，峰值愈高，两者成正比关系，这是进行定量分析的依据。二、分光光度法基本原理当一束单色光照射溶液时，若不考虑反射，则入射光强度为1o，吸收光强度为la，透射光强度为l之间的关系为(13.1)Io= la + It透射光的强度I与入射光强度1。之比称为透光率，用T表示T=(13.2)1.透光率的负对数为吸光度A1.A= -lgT = lg(13.3)ILambert和Beer分别研究了光的吸收与溶液液层厚度及溶液的浓度之间的定量关系。得出著名的Lambert-Beer定律：温度一定时，吸光度(A）与溶液浓度(c)，液层厚度(b)成正比，即A= cbc(13.4)
第十三章 可见分光光度法和紫外分光光度法 内容提要 一、物质的吸收光谱 光照射某物质，物质能够吸收光，使原有的基态转为激发态，只有当分子 的能量(h)与被照射物质粒子的基态和激发态能量之差(E)相等时才能被吸收。 M(基态)+ h⎯→M*(激发态) 也即物质对光的吸收具有选择性，若溶液选择性地吸收了某波长的光而另一部分 波长的光被透过，则溶液呈现透射光的颜色。 任一种溶液对不同波长的光吸收程度是不同的。以波长为横座标，溶液对 不同波长的光的吸收程度即吸光度 A 作纵坐标得到的曲线，即为吸收光谱，或 称吸收曲线，吸收光谱中，吸光度最大处的波长为最大吸收波长，用max 表示。 一般而言，不同物质其吸收光谱的形状及max 均不同，它是定性鉴别物质的基础； 同一物质不同浓度的溶液，吸收光谱形状相同，max 不变，浓度愈大，峰值愈高， 两者成正比关系，这是进行定量分析的依据。 二. 分光光度法基本原理 当一束单色光照射溶液时，若不考虑反射，则入射光强度为 Io，吸收光强 度为 Ia，透射光强度为 It 之间的关系为 Io ═ Ia + It (13.1) 透射光的强度 It 与入射光强度 Io 之比称为透光率，用 T 表示 o I I T = t (13.2) 透光率的负对数为吸光度 A t o lg lg I I A= - T = (13.3) Lambert 和 Beer 分别研究了光的吸收与溶液液层厚度及溶液的浓度之间的 定量关系。得出著名的 Lambert- Beer 定律：温度一定时，吸光度(A)与溶液浓度 (c ), 液层厚度(b)成正比，即 A ═ bc (13.4)
此即Lambert-Beer定律的数学表示式，式中b的单位为cm、c单位为mol-L-"，ε为摩尔吸光系数，单位为L-mol-l.cml。若用质量浓度p代替物质的量浓度c，则Lambert-Beer定律可表示为：A=abp(13.5)式中的a称为质量吸光系数，单位为Lg-1.cm。a和s可通过下式相互换算：=aM(13.6)M表示被测物质的摩尔质量。当入射光波长，溶剂种类，溶液温度等因素确定时，和α只与物质的性质有关，是物质的特征常数。Beer定律仅适用于单色光，即单一波长的光。或α愈大，表明溶液对入射光愈容易吸收，测定的灵敏度愈高。三，可见分光光度法（一）分光光度计分光光度法所用的仪器称为分光光度计。其主要部件由光源、单色光器、吸收池、检测器。（二）测定方法在测定时，均首先绘制吸收光谱，然后确定Amax，以Amax作为入射光的波长。常用的测定方法有以下两种：1.标准曲线法取标准品配成一系列不同浓度的标准溶液，置于液层厚度相同的吸收池中，测定相应的吸光度A，以吸光度A为纵坐标，溶液浓度c为横坐标，作出A对c的曲线图。得一条通过坐标原点的值线一标准曲线。然后在相同条件下，测量被测溶液的吸光度，在标准曲线上即可查得与此吸光度相对应的溶液浓度。2.标准对照法预先配制一个与待测液浓度相接近的标准溶液（其浓度用cs表示），测得其吸光度为As，再测定待测液的吸光度Ax，则待测液浓度cs可从下式求得：ALxC,(13.7)C=A
此即 Lambert- Beer 定律的数学表示式，式中 b 的单位为 cm、c 单位为 molL -1，为摩尔吸光系数，单位为 Lmol -1 cm-1。 若用质量浓度代替物质的量浓度 c，则 Lambert-Beer 定律可表示为： A ═ ab (13.5) 式中的 a 称为质量吸光系数，单位为 Lg -1 cm-1。 a 和可通过下式相互换算： ═ aM (13.6) M 表示被测物质的摩尔质量。 当入射光波长，溶剂种类，溶液温度等因素确定时，和 a 只与物质的性质 有关，是物质的特征常数。 Beer 定律仅适用于单色光，即单一波长的光。 或 a 愈大，表明溶液对入射光愈容易吸收，测定的灵敏度愈高。 三. 可见分光光度法 （一）分光光度计 分光光度法所用的仪器称为分光光度计。其主要部件由光源、单色光器、 吸收池、检测器。 （二）测定方法 在测定时，均首先绘制吸收光谱，然后确定max，以max 作为入射光的波长。 常用的测定方法有以下两种： 1. 标准曲线法 取标准品配成一系列不同浓度的标准溶液，置于液层厚度相同的吸收池中， 测定相应的吸光度 A，以吸光度 A 为纵坐标，溶液浓度 c 为横坐标，作出 A 对 c 的曲线图。得一条通过坐标原点的直线⎯⎯标准曲线。然后在相同条件下，测量被测 溶液的吸光度，在标准曲线上即可查得与此吸光度相对应的溶液浓度。 2. 标准对照法 预先配制一个与待测液浓度相接近的标准溶液(其浓度用 cs 表示)，测得其吸 光度为 As，再测定待测液的吸光度 Ax，则待测液浓度 cs 可从下式求得： s s c A A c x x = (13.7)
四：提高测量灵敏度和准确度的方法（一）分光光度法的误差1.溶液偏离Beer定律引起的误差：表现为A-c曲线的线性较差，常出现弯曲。其主要原因一是吸光物质不稳定，发生偏离、缔合等，二是单色光的纯度差。2.仪器测定误差：由于光电管的灵敏性差、光电流测量不准、光源不稳定等因素引起仪器测定误差。它使透光率很大，或很小时所产生的浓度的相对误差4均较大，故实际工作中，常控制透光率在20%-60%之间，即吸光度A在0.2-0.7c之间。3.主观误差：由于操作不当引起的误差称为主观误差，应尽量避免或减少。（二）选择适当的显色剂可见分光光度法只能测定有色溶液，对于无色溶液，必须加入显色剂，使被测物质生成稳定的有色物质。显色剂必须具备下列条件：灵敏度高。当显色后的有色物质摩尔吸光系数?值大于104时，可认为灵敏度较高。②选择性好，尽可能选择只与被测物显色或被测物质所显颜色与共存物所显颜色有明显差异。③生成的有色物质应有确定的组成。④生成的有色物质应稳定。③显色剂在测定波长处无明显吸收。（三）选择合适的测定条件1.波长的选择无干扰物质存在时，通常根据吸收光谱，选择入max为入射光的波长。2.显色剂的用量通常加入过量的显色剂，一般通过实验从A-c曲线来确定合适的用量。3.溶液的酸度显色剂多为有机弱酸，酸度改变直接影响显色剂的平衡浓度，从而影响显色反应的进行程度，恰当的酸度可通过实验从A-pH曲线来确定。4.显色时间和温度合适的时间和温度也是通过实验从A-t(时间)、A-T(温度)曲线确定。（四）共存离子的干扰及其消除为消除共存离子的干扰常通过控制显色反应的酸度，或加入掩蔽剂，或预先通过离子交换等方法予以分离
四. 提高测量灵敏度和准确度的方法 （一） 分光光度法的误差 1. 溶液偏离 Beer 定律引起的误差：表现为 A-c 曲线的线性较差，常出现弯 曲。其主要原因一是吸光物质不稳定，发生偏离、缔合等，二是单色光的纯度差。 2. 仪器测定误差：由于光电管的灵敏性差、光电流测量不准、光源不稳定 等因素引起仪器测定误差。它使透光率很大，或很小时所产生的浓度的相对误差 c Δ c 均较大，故实际工作中，常控制透光率在 20%-60%之间，即吸光度 A 在 0.2-0.7 之间。 3. 主观误差：由于操作不当引起的误差称为主观误差，应尽量避免或减少。 （二） 选择适当的显色剂 可见分光光度法只能测定有色溶液，对于无色溶液，必须加入显色剂，使 被测物质生成稳定的有色物质。显色剂必须具备下列条件：①灵敏度高。当显色 后的有色物质摩尔吸光系数 值大于 104 时，可认为灵敏度较高。②选择性好， 尽可能选择只与被测物显色或被测物质所显颜色与共存物所显颜色有明显差异。 ③生成的有色物质应有确定的组成。④生成的有色物质应稳定。⑤显色剂在测定 波长处无明显吸收。 （三） 选择合适的测定条件 1. 波长的选择 无干扰物质存在时，通常根据吸收光谱，选择max 为入射光的波长。 2. 显色剂的用量 通常加入过量的显色剂，一般通过实验从 A-c 曲线来确定合适的用量。 3. 溶液的酸度 显色剂多为有机弱酸，酸度改变直接影响显色剂的平衡浓度，从而影响显 色反应的进行程度，恰当的酸度可通过实验从 A -pH 曲线来确定。 4. 显色时间和温度 合适的时间和温度也是通过实验从 A-t(时间)、A-T(温度)曲线确定。 （四） 共存离子的干扰及其消除 为消除共存离子的干扰常通过控制显色反应的酸度，或加入掩蔽剂，或预 先通过离子交换等方法予以分离
难题解析例13-1将精制的纯品氯霉素(Mr=323.15)配成2.00×10-2g·L-l的溶液，在波长278nm处，用1.00cm吸收池测得溶液的吸光度A=0.614，试求氯霉素的摩尔吸光系数。A解：A=&bc:e(278nm)=bc将有关数据代入0.614200×10~g·=9.92×10*L mo1-.cml(278nm)=1.00cmx323.15g/mol例13-2.某遵守Lambert-Beer定律的溶液，当浓度为ci时，透光率为T，当浓度为0.5c1、2c1时，在液层不变的情况下，相应的透光率分别为多少？何者最大？解根据Beer定律A=-lgT=kc当浓度为ci时-lg Ti= k cl当浓度为0.5cl时-lg T2= k c2= kx(0.5 ci) = 0.5(-lg Ti):. -lg T2=-Ig (Ti)1/2T2= T,1/2当浓度为2cl时-lg T3= k c3 = 2x(k c1) = 2x(-lg Ti).. T3= T?T2为最大：0<T<1例13-3某化合物，其相对分子质量Mr=125,摩尔吸光系数ε=2.5×105Lmol.cml，今欲准确配制该化合物溶液1L，使其在稀释200倍后，于1.00cm吸收池中测得的吸光度A=0.600，问应称取该化合物多少克？解设应称取该化合物x克A=&bc:.0.600=2.50×10L-mof-l.cm-1x/125gmol,×1.00cmIL×200x=0.0600g例13-4为测定某试液铁含量，称0.4320g(NH4)Fe(SO4)-12H2O溶于水配成50.00ml标准铁溶液，吸取此溶液4.00ml，加磺基水杨酸显色后，稀释成
难题解析 例 13-1 将精制的纯品氯霉素(Mr=323.15)配成 2.0010-2gL -1 的溶液，在波 长 278nm 处，用 1.00cm 吸收池测得溶液的吸光度 A=0.614，试求氯霉素的摩尔 吸光系数。 解 bc A A =εbc ε(278nm) = 将有关数据代入 4 1 1 2 1 9.92 10 323.15 2.00 10 1.00 0.614 (278 ) − − − − = = L mol cm g/mol cm nm g L ε 例 13-2. 某遵守 Lambert-Beer 定律的溶液，当浓度为 c1 时，透光率为 T1， 当浓度为 0.5 c1、2 c1 时，在液层不变的情况下，相应的透光率分别为多少？何 者最大？ 解 根据 Beer 定律 A= -lgT = kc 当浓度为 c1 时 -lg T1= k c1 当浓度为 0.5 c1 时 -lg T2= k c2 = k(0.5 c1) = 0.5(-lg T1) -lg T2= -lg (T1) 1/2 T2= T1 1/2 当浓度为 2 c1 时 -lg T3= k c3 = 2(k c1) = 2(-lg T1) T3= T1 2 0<T<1 T2 为最大 例 13-3 某 化 合 物 ， 其 相 对 分 子 质 量 Mr =125, 摩 尔 吸 光 系 数 = 2.5105Lmol-1 cm-1，今欲准确配制该化合物溶液 1 L，使其在稀释 200 倍后，于 1.00cm 吸收池中测得的吸光度 A = 0.600，问应称取该化合物多少克？ 解 设应称取该化合物 x 克 A = bc 0.600=2.50105Lmol-1 cm-1 1.00cm 1L 200 x /125g mol 1 − x = 0.0600g 例 13-4 为测定某试液铁含量，称 0.4320g (NH4) Fe (SO4)212H2O 溶于水配 成 50.00ml 标准铁溶液，吸取此溶液 4.00ml，加磺基水杨酸显色后，稀释成
50.00ml，测得A=0.408。取未知试液5.00ml稀释成25.00ml，再吸取稀释后试液4.00ml在上述相同条件下显色后，稀释成50.00ml，测得A=0.413，试计算试样中的铁含量(g·L-")。解(NH4)Fe(SO4)2-12H2O:Fe481.8555.850.4320X55.85×0.4320g = 0.05007gX481.85稀释后标准铁溶液浓度0.05007g×4.00mL50.00mL= 0.0801g·L-lC,=50.00mL/1000mL已知As=0.408,Ax=0.413设样品铁含量为cx-A则CsA,0.413x0.0801g·L-l=0.0811g·L-lCx0.408故未知试液铁含量为：50.00mL.25.00mL = 5.07g·L-0.0811g/Lx4.00mL5.00mL例13-5未知相对分子质量的胺试样，通过用苦味酸(Mr=229)处理后转化为胺苦味酸盐(1:1加成化合物)。当波长为380nm时，胺苦味酸盐在95%乙醇中的摩尔吸光系数为1.35×104mol-l.L-cml。现将0.0300g胺苦味酸盐溶于95%乙醇中，准确配制1.00L溶液，在380mm，b=1.00cm时，测得溶液吸光度A=0.800，试计算未知胺的相对分子质量。解设未知胺的相对分子质量为x：胺与苦味酸形成的胺苦味酸盐为1:1加成化合物：胺苦味酸盐的相对分子质量为（229+x）A=ebc=e-b.=e-bWVM.Vv=1.00L，M为229+x代入0.0300g0.800=1.35×10*moll.L-cml-1.00cmxIL×(229+x)g /mol
50.00ml，测得 A = 0.408。取未知试液 5.00ml 稀释成 25.00ml，再吸取稀释后试 液 4.00ml 在上述相同条件下显色后，稀释成 50.00ml，测得 A = 0.413，试计算试 样中的铁含量(gL -1 )。 解 (NH4) Fe (SO4)212H2O ： Fe 481.85 55.85 0.4320 x 0.05007g 481.85 55.85 0.4320g x = = 稀释后标准铁溶液浓度 1 0.0801g L 50.00mL /1000mL 4.00mL 50.00mL 0.05007g − = c s = 已知 As = 0.408， Ax = 0.413 设样品铁含量为 cx 1 1 0.0801g L 0.0811g L 0.408 0.413 − − = = = x s x s x c A A c c 则 故未知试液铁含量为： 1 5.07g L 5.00mL 25.00mL 4.00mL 50.00mL 0.0811g/L − = 例 13-5 未知相对分子质量的胺试样，通过用苦味酸(Mr = 229)处理后转化 为胺苦味酸盐(1:1 加成化合物)。当波长为 380nm 时，胺苦味酸盐在 95%乙醇中 的摩尔吸光系数为 1.35104mol-1 Lcm-1。现将 0.0300g 胺苦味酸盐溶于 95%乙醇 中，准确配制 1.00 L 溶液，在 380nm，b = 1.00cm 时，测得溶液吸光度 A = 0.800， 试计算未知胺的相对分子质量。 解 设未知胺的相对分子质量为 x 胺与苦味酸形成的胺苦味酸盐为 1:1 加成化合物 胺苦味酸盐的相对分子质量为(229+x) M V W V n A =εbc =εb =εb v = 1.00 L，M 为 229+x 代入 0.800 = 1.35104mol-1 Lcm-1 1.00cm 1L (229 x)g / mol 0.0300g +