04 比色及吸光光度法.ppt

第1页：比色及吸光光度法封面

比色及吸光光度法

本章依次介绍吸光光度法简介、基本原理、可见分光光度法及其仪器，以及吸光光度法的应用。

第2页：教学指导与学习要点

教学指导

• 吸光光度法简介
• 吸光光度法基本原理
• 可见分光光度法及其仪器
• 吸光光度法应用

第3页：吸光光度法概述

吸光光度法（Absorption Photometry）：基于物质对光的选择性而建立的分析方法。

• 包括比色法、紫外可见分光光度法、红外分光光度法。
• 广泛用于无机物和有机物的定性和定量分析。
• 发展脉络：目视比色法 → 光电比色。

第4页：分光光度法的特点

分光光度法特点

• 灵敏度高：可测试样中 1%～0.001% 的微量成分。
• 准确度较高：相对误差 2%～5%（1%～2%）。
• 适用面广：几乎所有的无机离子和许多有机化合物。
• 操作简便、快速：仪器价格适中、用途广。

第5页：光的波粒二象性

第一节 吸光光度法简介——一、光的基本性质

1、光的波粒二象性

波动性：光以波的形式传播，可用波长、频率表示。波长 λ 为两个相邻波峰或波谷间的距离（nm）；频率 ν 为单位时间里通过一固定点处波的数目（s^-1）；λ＝c/ν，光速 c＝3×10¹⁰ cm/s。

第6页：光的粒子性与光子能量

粒子性

光由光子组成，具有能量：ΔE ＝ hν ＝ hc/λ，h 为普朗克常数 6.63×10^-34 J·s。

第7页：光谱分区与对应分析方法

2、光谱分区

可见光按波长由短到长依次为紫、蓝、青、绿、黄、橙、红。

第8页：物质对光选择性吸收的实质

二、物质对光的吸收——1、物质对光选择性吸收的实质

一束光通过某物质时，该物质的分子、原子或离子与光子发生碰撞，光子能量转移至这些粒子，使其发生能级变化，由基态跃迁至较高能态，这个过程即为吸收。

光是否被物质吸收取决于：光子的能量与物质的结构；只有当能级差 ΔE 与光子能量 hν 相当时物质才吸收光。

第9页：单色光与复合光

2、物质的颜色与光吸收的关系

单色光

具有单一波长的光。

复合光

由不同波长的单色光按一定比例组成的光，如白光。

第10页：溶液颜色与光的互补

溶液颜色与光吸收的关系

• 若溶液透明、均匀，人眼看到的溶液颜色由透射光的波长决定。
• 入射光为白光（复合光）时，溶液吸收的光与透射的光互补。
• 互补色：组成白光的两种光，如蓝与黄互补。

第11页：互补色示意图

互补色示意图：各色光的波长区间如下。

• 紫 400～450 nm
• 蓝 450～480 nm
• 青蓝 480～490 nm
• 青 490～500 nm
• 绿 500～580 nm
• 黄 580～600 nm
• 橙 600～650 nm
• 红 650～750 nm

圆环上相对的两色互为互补色，中心为白光。

第12页：溶液对光的作用示意图

溶液对光的作用示意图

本页图示入射光照射溶液后的吸收与透射关系：溶液吸收部分波长的光，透射光决定观察到的颜色，透射光强进入检测系统被测定。建议对照原图查看具体光路标注。

第13页：溶液颜色与吸收光波长对照表

溶液颜色与吸收光颜色和波段的关系

说明：源文件文本在「吸收光颜色」一行存在字符重复与缺失，本表按标准互补色对照关系还原，数值以教材通行表为准。

第14页：721型分光光度计（仪器介绍）

721 型分光光度计

本页图示 721 型可见分光光度计的外形与主要部件，位于吸光光度法比色仪器介绍部分。建议对照原图查看部件标注。

第15页：吸收曲线的特点

3、吸收曲线（吸收光谱）：吸光度随波长变化的曲线。

• 不同的物质因其结构不同而具有不同的吸收曲线。
• 同一物质浓度不同时，吸收曲线的形状和 λ_max 的位置不变，但在同一波长下吸光度随浓度增大而增大。
• 吸收曲线是吸光光度法选择测量波长的依据。

第16页：吸收曲线图

吸收曲线图

图中横坐标为波长（400、500、600 nm），纵坐标为吸光度 A（0.100、0.200、0.300、0.400），曲线在某一波长处出现吸收峰，该峰值波长即为最大吸收波长 λ_max，用作测定波长。

第17页：吸收曲线示例图

本页源文件仅提取到页码标识，未提取到文字内容，推测为吸收曲线或吸收光谱示例图。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第18页：朗伯—比耳定律的由来

第二节 吸光光度法基本原理——1、朗伯—比耳定律

• 布格（Bouguer，1729）和朗伯（Lambert，1760）先后阐明光的吸收程度与吸收层厚度的关系：A ∝ b。
• 1852 年比耳（Beer）提出光的吸收程度与吸光物浓度的类似关系：A ∝ c。
• 二者的结合称为朗伯—比耳定律。

第19页：朗伯—比耳定律表达式

朗伯—比耳定律：吸光度 A 表征物质对光吸收的程度。

A ＝ lg(I₀/I) ＝ -lgT ＝ εbc

• A：吸光度；ε：摩尔吸光系数；c：被测物浓度；b：液层厚度（光程长度）
• T：透光率；I₀：入射光强；I：透射光强

说明：源文件将入射光强记为 Ii、透射光强记为 I₀，与通行写法相反，此处按通行定义 A＝lg(I₀/I) 表述。

第20页：摩尔吸光系数计算例题

例题：用 1,10-二氮菲光度法测定铁，已知 Fe²⁺ 浓度为 0.5 mg/L，比色皿厚度 2 cm，在 λ＝508 nm 测得配合物吸光度 A＝0.19，求 ε。

答案：ε ＝ 1.1×10⁴ L·mol^-1·cm^-1

第21页：朗伯—比耳定律适用条件

朗伯—比耳定律适用条件

• 入射光为平行单色光，且垂直照射。
• 吸光物质为均匀非散射体系。
• 吸光质点之间无相互作用。
• 辐射与物质之间的作用仅限于光吸收过程，无荧光和光化学现象。
• 吸光度具有加和性（A_总＝A₁＋A₂＋…）。

第22页：标准工作曲线的绘制

2、标准（工作）曲线

绘制方法：在 λ、b 固定的情况下，测定一系列不同浓度的标准溶液的吸光度，作 A～c 图；在相同条件下测定样品溶液的吸光度，从曲线上可查出被测样品的浓度。

第23页：工作曲线图

工作曲线图

图中横坐标为浓度 c，纵坐标为吸光度 A，标准系列点连成一条过原点的直线，据样品测得的吸光度即可在曲线上查得对应浓度。

第24页：工作曲线偏离示意图

工作曲线偏离图

图中横坐标为浓度 c、纵坐标为吸光度 A，实测曲线相对理想直线出现正偏离（向上弯）与负偏离（向下弯）两种情形。

第25页：偏离朗伯—比耳定律的原因

偏离原因

• 非单色光引起的偏离：定律要求入射光为单色光，而仪器实际提供的是由波长范围较窄的光带组成的复合光。
• 非平行入射光引起的偏离。
• 介质不均匀引起的偏离。
• 化学因素引起的偏离：高浓度时吸光粒子间相互作用上升使吸光能力变化，以及化学反应（解离、缔合、配位）引起的偏离。

第26页：可见分光光度计结构框图

第三节 可见分光光度计——一、仪器结构框图

仪器由光源 → 单色器 → 吸收池 → 检测器 → 数据处理系统五部分组成，光路上单色器置于吸收池之前。

第27页：光源

1、光源

基本要求

在仪器工作的波长范围内，提供连续、有足够发射强度和良好稳定性的复合光，且发射强度随波长的变化尽可能小。

常用光源

钨丝灯和卤钨灯，可使用波长范围 360～2500 nm。

第28页：单色器

2、单色器

作用

从光源发出的复合光中分出所需要的单色光。

组成

由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭缝等组成；核心部分是色散元件（玻璃棱镜和光栅），起分光作用。

第29页：吸收池

3、吸收池

• 用于盛放分析试样。
• 可见光区只能用玻璃吸收池。
• 吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。
• 吸收池要配对：吸收池材料的吸光特征与光程长度精度等对分析结果都有影响。

第30页：检测器

4、检测器

功能

检测信号、测量单色光透过溶液后光强度的变化。

常用类型

光电池、光电管和光电倍增管等。

第31页：国产常用紫外可见分光光度计

国产常用紫外可见分光光度计

第32页：721型分光光度计（机型对比）

721 型分光光度计

本页图示 721 型分光光度计的仪器外观与操作部件，其波长范围为 360～800 nm，采用棱镜分光、表头指示。建议对照原图查看部件名称。

第33页：722型分光光度计

722 型分光光度计

本页图示 722 型分光光度计的仪器外观与操作部件，其波长范围为 330～800 nm，采用光栅分光、微机数显。建议对照原图查看部件名称。

第34页：分光光度计仪器图

本页源文件仅提取到页码标识，未提取到文字内容，推测为分光光度计实物图或光路示意图。建议对照原课件图片补充本页要点说明。

第35页：分光光度计的使用步骤

分光光度计的使用

1. 预热 20 min。
2. 调节 T＝0。
3. 调节 T＝100%（A＝0）。
4. 测定样品的吸光度 A。

第36页：分光光度计的保养与维护

分光光度计的保养与维护

• 安置在干燥、无污染的地方。
• 仪器内的防潮硅胶应定期更换或再生。
• 仪器停止工作时必须切断电源，按开关机顺序关闭主机和稳流稳压电源开关。
• 比色皿使用完毕后立即用蒸馏水或有机溶剂冲洗干净，并用柔软清洁的纱布把水渍擦净。
• 仪器经过搬动，请及时检查并纠正波长精度。

第37页：吸光光度法的应用范围

第四节 吸光光度法应用

吸光光度法主要应用于微量和痕量组分的测定，有时也用于某些高含量物质的分析；近年来用于多组分物质的分析、配合物的组成和稳定常数的测定等。

第38页：邻二氮菲法测定微量铁

1、邻二氮菲法测定微量铁

试样经溶解、分离干扰物质后，在试液中加入盐酸羟胺将铁全部还原为 Fe²⁺，加入邻二氮菲显色剂，并加入 HAc-NaAc 缓冲溶液，pH 约为 4.0～5.0，显色 3～5 min 后，以试剂空白为参比溶液，于 510 nm 波长处测定 A 值，在工作曲线上查得其含量即可求得结果。

第39页：钢铁中锰的分析

2、钢铁中锰的分析

锰是钢铁中的有益元素，在炼钢中是良好的脱氧剂和脱硫剂，以金属固熔体、MnS 状态存在。试样用 HNO₃ 溶解，用 H₃PO₄ 与 Fe³⁺ 配合成无色的 Fe(HPO₄)^2-，在催化剂 AgNO₃ 作用下以 (NH₄)₂S₂O₈ 为氧化剂，加热煮沸使 Mn²⁺ 氧化为紫红色的 MnO₄^-，于 530 nm 波长下测定吸光度，在工作曲线上查得含量即可计算锰的含量。

第40页：二苯碳酰二肼法测定铬

3、二苯碳酰二肼法测定铬

Cr(Ⅵ) 在环境分析中很重要，六价铬对人体是有害元素，地表水、地下水或工业废水中常要求测定其含量。方法是在弱酸性介质中，Cr(Ⅵ) 与二苯碳酰二肼形成紫红色水溶性化合物，于 540 nm 波长处测定吸光度，在工作曲线上查得相应的浓度，计算铬的含量。

第41页：三元胶束增溶光度法测锡

4、邻苯二酚紫-溴化三甲基十六烷基铵-Sn(Ⅳ) 三元胶束增溶光度法

利用邻苯二酚紫（PV）和溴化三甲基十六烷基铵（CTMAB）与 Sn(Ⅳ) 形成三元配合物体系测定微量 Sn，于 660 nm 波长处测定吸光度。

• 主要干扰元素有 Mo(Ⅵ)、W(Ⅵ)、Sb(Ⅲ) 等；Sb 共存量小于 0.2 mg 则不干扰。
• 本方法适合测定铝合金中的微量 Sn，因为合金中 Mo、W 量很少，不影响 Sn 的测定。