第十章 吸光光度法吸光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。

吸光光度法或光度分析根据入射光的波长范围可分为紫外吸收光谱法、可见分光光度法、红外光谱法。

可见吸光光度法又分为比色法（光电比色法和目视比色法）和分光光度法。

目视比色法：基于有色物质溶液颜色的深浅与其浓度有关，浓度愈大，颜色愈深。

通过与标准色阶比较颜色深浅的方法确定溶液中有色物质的含量。

目视法仪器简单，操作简便，但灵敏度和准确度不如分光光度法，只是在一些准确度要求不高的分析中仍有一定的实用性。

如果用光电比色计代替人眼观察，则为光电比色法。

分光光度法：如果是使用分光光度计，利用溶液对单色光的吸收程度来确定物质含量，则称为分光光度法。

分光光度法灵敏度较高，可不经富集直接测定低至5510%-⨯微量组分。

一般情况下，测定浓度的下限也可达0.11()g ppm g μ，相当于含量为0.001%0.0001%的微量组分。

如果是采用高灵敏度的显色试剂，或事先将待测组分加以富集，甚至可能测定低至6710%10%--的组分。

虽然光度法的准确度相对于重量分析法和滴定分析法要低得多，通常分光光度法的相对误差为2%5%（比色法为5%20%），但这已经能满足一般微量组分测定准确度的要求。

若用差示分光光度法，其相对误差甚至可达0.5%，已接近重量分析法和滴定分析法的误差水平。

相反滴定分析法或重量分析法却难于完成这些微量组分的测定。

光度分析技术比较成熟，所需仪器相对廉价，操作简便易行，已广泛用于工农业生产和生物、医学、临床、环保等领域。

几乎所有的金属元素和众多的有机化合物都可用光度法测定。

我们主要学习可见分光光度法。

§10.1物质对光的选择性吸收一、光的基本性质光是一种电磁波，具有波动性和微粒性。

光的折射、衍射、偏振和干涉等现象可用光的波动性来解释。

描述波动性的重要参数是波长（cm ），频率ν（Hz ）。

它们与光速的关系是：c νλ= 真空中101310c cm s -=⨯ 光电效应、光的吸收和发射等，只能用光的微粒性才能解释，即把光看作是带有能量的微粒流。

这种微粒称为光子或光量子。

单个光子的能量E 决定于光的频率。

c E h h νλ== E 为光子的能量（J ），h ：普朗克常数（346.62610J s -⨯） 理论上，将仅具有某一波长的光称为单色光，单色光由具有相同能量的光子组成。

由不同波长的光组成的光称为复合光。

当人为地按照波长将电磁波划分为不同的区域时，得到电磁波谱或光谱（见表10-1）。

其中400750nm波长范围内的光为可见光。

由于受人的视觉分辨能力的限制，人们所看见的各种颜色，如黄色、红色等，实际上是可见光区中含一定波长范围的各种色光，即各种色光也是一种复合光。

二、物质的颜色和对光的选择性吸收颜色是物质对不同波长光的特征吸收表现在人视觉上所产生的反映。

如果把不同颜色的物体放在暗处，什么颜色也看不到。

当光束照射到物体上时，由于不同物质对于不同波长的光的吸收、透射、反射、折射的程度不同而呈现不同的颜色。

溶液呈现不同的颜色是由于溶液中的质点（离子或分子）对不同波长的光具有选择性吸收而引起的。

当让含有可见光区整个波长的多色光（白光）通过某一有色溶液时，该溶液会选择性吸收某些波长的色光而让那些未被吸收的色光透射过去即溶液呈现透射光的颜色，人们将被吸收的色光和透射过去的色光称为互补色光。

KMnO水溶液能吸收绿色光而呈现紫红色，则紫红色和绿色互为互补色。

例如4若物质对白光中所有颜色的光全部吸收，它就呈现黑色；若反射所有颜色的光则呈现白色；若透过所有颜色的光，则为无色。

三、物质对光产生选择性吸收的原因物质的分子内部具有一系列不连续的特征能级，包括电子能级、振动能级和转动能级，这些能级都是量子化的，其中电子能级又可分为基态和能量较高的若干个激发态。

一般，物质的分子都处于能量最低最稳定的基态。

当用光照射某物质后，如果光具有的能量恰好与物质分子的某一能级差相等时，这一波长的光就被吸收。

从而使物质发生能级跃迁。

由于不同物质结构不同，所以能级也不同，对光的选择性吸收也不同。

四、吸收光谱（吸收曲线）让不同波长的单色光依次照射某一吸光物质，并测量该物质在每一处对光吸收程度的大小（吸光度），以λ为横坐标，A 为纵坐标作图。

得到一条吸光度随波长变化的曲线叫吸收曲线。

从吸收曲线中可以看到物质往往对某一波长的光有最大吸收，我们称max A 处的λ为max λ（最大吸收波长）。

如4KMnO max 525nm λ=。

①max λ和曲线的形状由物质的结构决定，可用于定性分析。

②而c 不同，则A 不同，可用于定量分析。

10-23§10.2 光吸收定律一．朗伯——比尔定律1760年，朗伯（LamBer ）指出，当单色光通过浓度一定的均匀的吸收溶液时，溶液对光的吸收程度与液层厚度b 成正比，这种关系称为朗伯定律：01tI lgK b I = 0I ：入射光的强度；t I 透射光的强度。

1852年，比尔指出，当单色光通过液层浓度一定的均匀吸收溶液时，该溶液对光的吸收程度与吸光物质的浓度成正比。

这种关系称为比尔定律，数学表达式为：02tI lg K c I = 如果同时考虑液层厚度和溶液浓度对吸光度的影响，既将上述两个定律结合起来，则可得：02tI A lg K bc I == b ：液层厚度（cm ） c ：吸收物质的浓度 K ：比例常数朗伯—比尔定律不仅适用于可见光区，也适用于紫外和红外光区；不仅适用于溶液，也适用于其它均匀的，非散射的吸光物质（包括气体和固体），是各类吸光光度法的定量依据。

0t I lg I 项表明了溶液对光的吸收程度，定义为吸光度（A ）A =0t I lg I ，而0t I I 是透射光强度与入射光强度之比，表示了入射光透过溶液的程度，称为透光度（以%表示透光率），以T 表示。

t I T I = 01t I A lg lg Kbc I T=== 当b 一定时，A ∝c ，前提是一束平行单色光垂直通过某一非散射的吸光物质。

二．吸光系数1、吸收系数a当b 的单位为cm ，c 的单位是1g L -时，K 用a 表示，其单位为11L g cm --A=abc2. 摩尔吸光系数当b 的单位为cm ，c 的单位是1mol L -时，K 用ε表示，称为摩尔吸光系数，其单位11L mol cm --。

A bc ε=ε的物理意义：当吸光物质的浓度为11mol L -，吸收层厚度为1cm ，吸光物质对某波长的光的吸光度。

在λ、T 和溶剂等条件一定时，ε的大小取决于物质本身的性质，是物质的特征值。

同一物质与不同显色剂反应，生成不同的有色化合物时，具有不同的ε值，同一化合物在不同的波长处的ε亦可能不同。

在max λ处摩尔吸光系数，常以max ε表示。

ε越大，表示该有色物质对入射光的吸收能力越强，显色反应越灵敏。

所以，可根据不同的显色剂与待测组分形成有色化合物的ε值大小，比较它们对测定组分的灵敏度。

三．桑德尔灵敏度S定义：当光度仪器的检测极限为0.001=1时，单位截面积光程内所能检出的光物质的最低质量。

其单位为2m cm μ-。

S 越小，显色反应的灵敏度越高。

根据定义： A =0.001=abc 时bc =0.001/a （1）b 单位为cm ，c 的单位是1g L μ-时，b c 就是单位截面积（2cm ）光程内吸光物质的含量（g μ），则S ()3210bc g cm μ-=将（1）式代入上式： 1S a= 由a 和ε的定义可知： ε= aMM S ε=()2g cm μ- 四．朗伯—比尔定律的偏离根据A bc ε=知，ε、b 一定时，A c ∝，所以，用A 作纵坐标，c 为横坐标做图，应该是通过圆点的直线，但实际不完全相符。

原因是：1.物理因素（1）非单色光引起的偏离假设入射光为1λ和2λ两个波长的光，强度为01I 和02I ，c 为浓度，b 为吸收池厚，透射光为11I 和12I对于1λ 011112I A Lg bc I ε== 1110110bc I I ε-∴= 2λ 022212I A Lgbc I ε== 2120210bc I I ε-∴= 实际测得结果是A 总 010211120t I I I I I I =+=+总总； 1201020102111201021010bc bcI I I I A lg lg I I I I εε--++∴==++总 若12εεε==，则()010*******bc I I A lg bc I I εε-+==+总 即A c ∝总若λ∆较大或12εε≠，则不符合朗伯—比尔定律。

（2）非平行光入射非平行光程b '大于吸收池厚度b ，使实际待测值A 大于理论值产生的吸光度偏高。

（3）介质不均匀当物质不均匀，会因散射而损失部分光，使透射比减小，测得A 偏高，当c 越大，散射越大，偏离越多。

2.化学因素（1）浓度过高c 过高，质点间有了相互作用，改变了微粒的电荷分布。

所以适用于稀溶液。

2．化学反应引起的偏高因为M R MR +（有色物），为了使不同溶液的M 与R 在相同的条件下反应，往往加入相对过量的R 。

这样，由于[]MR 浓度与M c 不成正比，而使A 、C 不成正比。

又如227K Cr O 在溶液中有下列平衡：2227244222Cr O H O HCrO H CrO --+-++测227K Cr O 溶液的吸光度时，如果于波长350nm 处进行，则随着227K Cr O 浓度增加，其中24CrO -的相对浓度越来越小，结果将导致标准曲线向下弯曲。

如果是在450nm 处测定（灵敏度较低），标准曲线将向下弯曲。

如果在等吸收点波长445nm 处进行测量，则尽管227Cr O -离解为24CrO -，也不会发生偏离L-B 定律的情况。

§10.3 分光光度法的仪器一．分光光度计的组成分光光度计通常由光源、单色器、吸收池、检测系统和信号显示系统五大部分组成。

10-51．光源钨灯()360800nm ——可见光区用氢灯或氘灯()185375nm ——紫外光区用要求：能够发射有足够的强度、稳定且波长连续变化的复合光。

2．单色器（分光系统）凡是能把复合光分解为按波长顺序排列的单色光，并且能通过出射狭缝分离出某一波长单色光的仪器，称为单色器，亦称为分光器。

它由入射狭缝、出射狭缝，反射镜和色散元件组成，关键部件是色散元件。

色散元件有两种基本形式：棱镜和衍射光栅。

（1）棱镜由玻璃或石英制成。

复合光通过棱镜时，折射率与入射光的波长有关。

对一般的棱镜材料在紫外—可见光区，折射率与波长之间的关系，可用科希经验公式表示：24B C n A λλ=++ n ：波长为λ的入射光的折射率。