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

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：

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