§8-1 概述

光度分析是利用物质对光具有选择性吸收的性质来进行分析的方法。

第八章 光度分析法

光度分析比较有色物质溶液颜色深浅确定物质含量的分析方法目视比色法

利用分光光度计测定物质对光的吸收强度确定物质含量的分析方法

比色分析

分光光度法

常用方法分：可见 、红外、 紫外、荧光等

待测组分 显色剂 有色溶液

Fe2++N N

N

NFe

2+

3

一、目视比色法——准确度不高的常规分析法

配制不同浓度的标准系列溶液

用同种材料，大小、形状相同的比色管盛装

C2 C3 C4 C5 CXC1

色阶 进行目视比色法确定含量

分光光度法的特点： （ 1）灵敏度高： 1～ 10-3 ％微量分析，

甚至达 10-4 ～ 10-5 ％痕量 （ 2）准确度高：比色相对误差 5～ 20 ％，

分光光度 2～ 5％，一般不超过 6％

（ 3）应用广泛：几乎所有的无机离子和许多有机化合物

（ 4）操作简便，快速，仪器设备不复杂

二、分光光度法

§8.2 物质对光的选择性吸收

波粒关系：

一、光的基本性质一、光的基本性质光是一种电磁波，同时具有波动性和微粒性。

光按波长分光按波长分 λ

E 小

紫外 10 ～ 380nm E 大

可见 380 ～ 760nm ↓

红外 760 ～ 3000nm

由能量和波长相同的光所组成的 .（波长相同的光）

光按组成分光按组成分单色光

复合光 由能量和波长不同的光所组成的光子流

例如白光，由 400 ～ 780nm 各种能量和波长光所组成

只有一种颜色

有多种颜色的光复合

白光 棱镜 色散

对角线的光互补

物质对光的选择性吸收

看见的是透射光的颜色（眼睛所观察到的）

吸收的光不被看见

∴ 透射光——吸收光（互补色光）

白光入射

反射 反射光很小

吸收 散射 均匀溶液可忽略

透射

刺激人眼而使人感觉到颜色的存在

均匀溶液

物质呈现颜色与吸收光颜色的互补关系

物质呈颜色吸收光

颜色 波长 /nm黄绿黄橙红红紫紫蓝绿蓝蓝绿

紫蓝绿蓝绿黄绿黄橙红

380 ～ 435435 ～ 480480 ～ 500500 ～ 560560 ～ 580580 ～ 595595 ～ 650650 ～ 780

物质呈现不同的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的 .

三、光吸收曲线 将不同波长的单色光照射某一物质，测定吸光度，以波长为横坐标、吸光度为纵坐标，绘制曲线，光吸收曲线 . 可描述物质对不同波长光的吸收能力。

吸收曲线的讨论：

图 8-1 吸收曲线

①A 最大处所对应的波长为最大吸收波长（ λmax ）

②λmax 不随浓度的变化而变化

③ 同一种物质不同浓度的吸收曲线形状似。

λmax

④不同物质对不同波长的光具有不同的吸收程度（光的选择吸收）奠定了定性分析基础

⑤在一定的实验条件下，浓度越大吸光度越大。奠定了定量分析基础

A

BA

)(max A )(max B

A

C

增大

最大波长处吸光度差最大，测定灵敏度最大

§8.3 光的吸收定律 一、朗伯—比耳定律

1. 朗伯定律：当一束平行单色光通过浓度 c一定，均匀的非散射性溶液时，该溶液对光的吸收程度(A) 与液层厚度 b成正比

2. 比耳定律：

当一束单色光通过液层厚度 b一定的均匀的非散射性时，该溶液对光的吸收程度 (A) 与溶液中吸光物质的浓度 c成正比

加合起来

入射光 I0 透射光 I

吸光度透光率

物理定义：当一束平行单色光通过均匀的、非散射性溶液时，溶液对光的吸收程度与吸光物质的浓度 c和液层厚度 b的乘积成正比。

3. 朗伯－比耳定律

（ 1）表达式中的 K为比例常数，与温度、λ、有色溶液的性质等有关；

（ 2）朗伯比耳定律适用于紫外、红外、可见光区；也适用于溶液及任何均匀的、非散射的吸光物质；

说明

（ 4）浓度 c的单位为 mol·L-1 ，则 K=ε

ε：摩尔吸光系数， L/ （ mol·cm ）

ε与 a的关系： ε = a M

（ 3）浓度 c的单位为 g·L-1 ，则 K=a

a ：吸光系数， L/ （ g·cm ）

（ 5） ε是吸光物质在一定条件下，一定 λ和溶剂情况下的特征常数。在λmax 处的 ε最大以 εmax表示。 ε随 λ而变化。

（ 6）同一物质与不同显色剂生成不同的显色化合物，具有不同的 ε。

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（ ε≥6×104 ）。

（ 7）光度分析的一般步骤 配标准系列→做吸收曲线，确定 λmax →做

标准曲线（工作曲线）→测定未知样，数据处理

强吸收 ε ＞ 104 。弱吸收 ε ＜ 102

中强吸收 ε =102 ～ 104

λ 一定（ λmax作为入射波长），b一定，改变标准样的浓度 c，测得相应的 A，做 A 与 c的关系曲线，目的：据未知样的 A 未确定 c 未。

A

C

A

（ 8）吸收曲线（ A-λ）：

（ 9）标准（工作）曲线（ A-c ）：

c一定， b一定，改变波长 λ，测得相应的 A，做 A 与 λ的关系曲线，目的：确定 λmax 。

A 未

c 未

λmax

标准曲线做图过程中，浓度 C 单位经常用 ug/mL, mg/mL, ug/50mL, mg/50mL 表示 c 未单位与之对应。 样品的浓度根据稀释倍数和要求进行计算。

1. 定义：产生 0.001 的吸光度时，单位截面积（ cm2）的光程内所含吸光物质的微克数，单位μg/cm2。

2.公式： A=0.001=abc bc=0.001/a c 的单位 g/L， 即 106μg/1000cm3

b 的单位 cm,bc就是单位截面积 (cm2) 光程内吸光物质的微克数

S=bc· 106/1000 = bc·103

S=1/a ε = a M S=M/ε ε越大， S越小，灵敏度越高。

二、桑德尔灵敏度

三、偏离比尔定律的原因：

理想状态下，当波长和强度一定的入射光通过液层厚度一定的有色溶液时， A∝c 。

正常正偏

负偏

C

CX0

AX

A

2. 化学因素：高浓度时，粒子间有相互作用力，不能独立存在，使吸光能力发生改变，光度测量宜在较稀溶液中进行（一般小于 0.01mol·L-1 ）

1. 非单色光：严格讲朗伯—比尔定律只适用于具有一定波长的单色光，但实际上单色器提供的波长范围比较窄的光带。

3.工作曲线不过原点 存在系统误差：吸收池不完全一样（同厚度比色皿之间的透光率相差应少于 0.5%）；参比溶液选择不当等

P216 例 1： Fe2+浓度为 5mg/L的溶液 1mL，与邻二氮菲显色后，定容为 10mL。该络合物在波长 580nm ，比色皿厚度为 2cm 时，测得A=0.190 。计算 ε。 解

P291.习题 2 浓度为 25.5ug/50ml的 Cu2+溶液，用双环己酮草酰二踪显色后测定。在λ=600nm 处用 2cm 比色皿测得 A=0.300 ，求透光率 T，吸光系数 a ，摩尔吸光系数 ε（已知铜的摩尔质量为 63.55g）

解： A=-㏒ T=kbc

T=10-A=10-0.300=50.1%

cmgLbc

Aa ./1094.2

1050

105.252

300.0 2

3

6

cmmolLbc

A./1087.1

105055.63

105.25

2

300.0 4

3

6

1 、有一符合朗伯－比尔定律的有色溶液，当先选用 1cm 比色皿时测得透光率为 0.50, 若选用 2cm 比色皿时透光率为 ___ ___。

0.25

2 、符合朗伯 - 比尔定律的有色溶液，当有色物质的浓度增大时，其最大吸收波长 ，透光率 。 (填： 增大，减小或不变 )

不变 减少

3 、桑德尔灵敏度 (S) 单位是 , 数值上 S=

μg/cm2

M/ε

4 、某显色配合物的摩尔吸光系数 值很大，则 表明 ------------------------------------------( )

(A) 该物质的浓度很高 (B) 该物质对某波长的光吸收能力很强 (C) 测定该物质的灵敏度很高 (D) 测定该物质的准确度高

C

5. 以 下 说 法 错 误 的是 --------------------------------------------------------------------------------( ） (A) 吸光度 A

与浓度呈直线关系 (B) 透光率随浓度的增大而减小 (C) 当 T “为 0” ∞ 时吸光度值为 (D) 最大吸收波长随浓度变化而变化

D

（ 4）浓度 c的单位为 mol·L-1 ，则 K=ε

ε：摩尔吸光系数， L/ （ mol·cm ）

ε与 a的关系： ε = a M

（ 3）浓度 c的单位为 g·L-1 ，则 K=a

a ：吸光系数， L/ （ g·cm ）

（ 5） ε是吸光物质在一定条件下，一定 λ和溶剂情况下的特征常数。在λmax 处的 ε最大以 εmax表示。 ε随 λ而变化。

（ 6）同一物质与不同显色剂生成不同的显色化合物，具有不同的 ε。

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（ ε≥6×104 ）。

A

λmax

A 最大

λ 一定（ λmax作为入射波长），b一定，改变标准样的浓度 c，测得相应的 A，做 A 与 c的关系曲线，目的：据未知样的 A 未确定 c 未。

A

C

A

（ 8）吸收曲线（ A-λ）（做法）

（ 9）标准（工作）曲线（ A-c ）：

c一定， b一定，改变波长 λ，测得相应的 A，做 A 与 λ的关系曲线，目的：确定 λmax 。

A 未

c 未

λmax

标准曲线做图过程中，浓度 C 单位经常用 ug/mL, mg/mL, ug/50mL, mg/50mL 表示 c 未单位与之对应。 样品的浓度根据稀释倍数和要求进行计算。

定义：产生 0.001 的吸光度时，单位截面积（ cm2）的光程内所含吸光物质的微克数，单位μg/cm2。

S=1/a ε = a M S=M/ε ε越大， S越小，灵敏度越高。

桑德尔灵敏度

三、偏离比尔定律的原因：

理想状态下，当波长和强度一定的入射光通过液层厚度一定的有色溶液时， A∝c 。

正常正偏

负偏

C

CX0

AX

A

2. 化学因素：高浓度时，粒子间有相互作用力，不能独立存在，使吸光能力发生改变，光度测量宜在较稀溶液中进行（一般小于 0.01mol·L-1 ）

1. 非单色光：严格讲朗伯—比尔定律只适用于具有一定波长的单色光，但实际上单色器提供的波长范围比较窄的光带。

3.工作曲线不过原点 存在系统误差：吸收池不完全一样（同厚度比色皿之间的透光率相差应少于 0.5%）；参比溶液选择不当等

§8.4 吸光度的测量 一、分光光度计的基本组成 显示仪表

或记录仪光源 单色器 样品室 检测器

1．光源 在整个可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。钨灯作为光源，其辐射波长范围在320 ～ 2500 nm 。

2．单色器

将光源发射的复合光分解成单色光的光学系统。

①入射狭缝：光源的光由此进入单色器； ②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；

③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；

④聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；

⑤出射狭缝。

3. 样品室 样品室（放置吸收池和相应的池架）。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池 . 大多数比色皿为长方形，也有圆柱形的。一般厚度为 0.5 、 1、 2和 3厘米。

4.检测器 利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。

近代的仪器型号

方法 仪器 单色器 检测器 型号

分光光度法 分光光度计

玻璃棱镜 硒光电池 72型石英棱镜 光电管 721

石英棱镜 光电倍增 751

光栅 光电倍增 710 ， 730

5.显示仪表和记录仪 检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。显示 A 与 T的读数

二、测量条件的选择1.入射光波长的选择

（ 1）吸收曲线 Amax 处λma

x

灵敏度高，对比耳定律偏离较小（ 2）若 λmax 不在仪器可测内或干扰物在λmax 有强烈吸收，可选次峰值处的λ，即 ε不易改变的 λ。

λmax

A

)(max A

次峰

对于一台给定的仪器，吸光度 A与透光率 T 读数误差是仪器误差的主要来源

2. 吸光度测量范围的选择

已知

T=10-εbc

T 与 C对应作图

T

ΔT

ΔT

ΔT

ΔC1ΔC2 ΔC2

100

50

0 C

ΔT一定时， T越大 ΔC越小T越大有色溶液浓度越稀，

对应 C越小C

C 大

相对误差大

T越小 ΔC越大，有色溶液浓

度越大，即 C越大C

C 大

由朗伯——比尔定律

一般仪器透光率的±0.2 ～±2%

相对误差 =T的读数误差（定）

推导：

今假定△ T=0.5%，则用上式算出下表

浓度相对误差

100C

C

浓度相对误差

100C

C透光度

T/%吸光度

A 

透光度T/%

吸光度A

95 0.022（ ± ） 10.

2  40 0.399 1.36

90 0.046 5.3   30 0.523 1.38

80 0.097 2.8   20 0.699 1.55

70 0.155 2.0   10 1.000 2.17

60 0.222 1.63   3 1.523 4.75

50 0.301 1.44   2 1.699 6.38

⊿C/C(%)

T(%)20 36.8 65

0.2A 0.70.434

★一般选择 A=0.2 ～ 0.7 （ T为 20％～65 ％）的吸光度测量范围，在 A=0.434 （ T=36.8 ％）时，测量的相对误差最小。

如果不在此范围，根据 A=εbc ，改变 b及 c ，使 A 处于要求范围内。

A 总 =A 待测物 +A 显色剂 +A 溶剂 +A 辅 +A 比色皿

参比溶液 调 A=0 ， T=100%

A=A 待测物 =εbc

3. 选择适当的参比溶液待测组分、过量显色剂、溶剂、其它辅助试剂、比色皿等因素影响待测组分透光度或吸光度的测量

吸光度具有加合性

⑵若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，用“试剂空白”( 不加试样溶液 )作参比溶液；

参比溶液的选择一般遵循以下原则：⑴若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水 ) 作参比溶液；

⑷若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。

⑶若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用“试样空白” ( 不加显色剂 ) 作参比溶液；

§8.5 显色反应及显色条件的选择

一、显色反应

化合物（有色）

显色反应

显色剂待测离子MRRM

23

223 )phen(FephenFeHClOHNH

Fe络合

pH=2 ～ 9橘红色

lgK 稳 =21.3 ε=1.1×104 λmax=510nm

同一种被测物质组分可能和多种显色剂反应，生成不同的有色物质，因此显色反应的选择要考虑以下因素：

1. 灵敏度：高， ε≥6x104 的显色反应2.选择性：好，显色剂仅与一种组分发生显色反

应（特效显色剂）或与少数几种组分发生显色反应

3.对比度：大，络合物的最大吸收波长与显色剂的最大吸收波长之差⊿ λmax 大。

4.MR组成：恒定，化学性质稳定，保证测量中吸光度基本不变，否则影响 A 的再现性。

二、显色反应的选择

（一）反应体系的酸度：靠实验来确定合适的酸度 （一）反应体系的酸度：靠实验来确定合适的酸度

A

bpH

a

固定待测组分及显色剂浓度，改变溶液 pH 值测 A，作 A-pH图，

三、显色反应条件的选择

方法

取平坦曲线下的 pH值为测定此组分的最佳 pH 。

（二）显色剂用量： （二）显色剂用量：

固定其他条件，只改变 R的用量，然后测定 A，以 A-CR作图

0CR

ba

a

A ③

①

②

靠实验来确定合适的显色剂用量靠实验来确定合适的显色剂用量方法

（三）其他因素： （三）其他因素：

温度时间溶剂共存离子的影响

靠实验来确定合适的靠实验来确定合适的

§8.6 差示分光光度法和光度分析法的应用一、差示分光光度法普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当

待测液的浓度过大或过低，测量误差都较大。

1. 定义：用采用浓度稍低于（高于）待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液代替普通光度法中以试剂空白作参比测量吸光度的方法

2.优点：改善普通分光光度法的测量误差 提高测量的灵敏度3. 分类：根据参比溶液，分为浓溶液差示法、

稀溶液差示法和高精密度差示法

A=0.2 ～ 0.7 （ T为 20％～ 65 ％）A=0.434 T=36.8%

浓溶液示差吸光光度法应用更广泛浓溶液示差吸光光度法应用更广泛

测 c2： A 相对=εbc 相对=εb （ c2-c1）

4.浓溶液差示法原理： 设有两个有色溶液 c1<c2

T1>T2（ 1）普通光度法：

测 c1 ： A1=εbc1

测 c2 ： A2=εbc2

（ 2）差示光度法：c1 为参比，调 A=0 T=100%

空白为参比，调 A=0 ， T=100%

或 ΔA=εbΔc=εb （ c2-c1）

A>0.7 或 T<20%,

测量误差太大

普通光度法

差示光度法

c2 c1

T2=5%

T1=10%

T2′=50% T1′=100%

c2: T2=5 %

A2=1.301

c1:T1=10%

A1=1.000

落在测量误差较 大 的范围

c1 作参比，调 T1′=100% A1’ =0, 放大 T2

T2′=50% A2’ =0.301

落在测量误差较 小 的范围

T=100%

ΔA=εbΔc=εb （ c2-c1）

测定值 待测标准

一元弱酸： c=[HB]+[B]

二、弱酸、弱碱离解常数的测定

A=εHB·b·[HB]+εB·b·[B]

AB=εB·b·c

AHB=εHB·b·c

已知 pH , AHB,AB,A,可计算 pKa

酸全以 HB存在时测定

酸全以 B存在时测定

一定 pH 下， HB 和 B共存时，测定 A

需知公式 : A= a b c ε=M a S=M/ε

例 : 铁（Ⅱ）浓度为 5.0×10-4 g·L-1 的溶液，与邻二氮菲反应，生成橙红色配合物。该配合物在波长 508nm ，比色皿厚度为 2cm 时，测得 A=0.190 。计算邻二氮菲铁的 a 、 ε 及 S 。

S=M /ε=55.85/(1.1×104)=5.0×10-3 μg·cm-2

解：先求 a ，再求 ε 。已知 M (Fe)=55.85

a =A / bc = 0.190/(2×5.0×10-4)=190 L·g-1·cm-1

ε=Ma =55.85×190=1.1×104 L·mol-1·cm-1

例 2 用邻二氮菲分光光度法测定铁的标准曲线，数据如下表： cFe

2+/(μg/50mL)

A

10 20 30 40 50

0.050 0.120 0.180 0.240 0.310

40.00mL 水样在相同条件下测定的吸光度为 0.160 ，求水样中铁的含量。

616123/4/2123/4/21 00:0500:05

标准曲线法首先绘制标准曲线，然后查找试液吸光度对应的浓度

为 cFe2+=27.0(μg/50mL) ，再换算水样铁的含量 :

0 10 3020 5040

A

0.1

0.2

0.4

0.3

Fe2+(μg/50mL)

0.160

27.0(μg/50mL)

CFe2+ （样品）

三 .多组分的同时测定

在多组分体系中，如果各种吸光物质之间无相互作用力，这个体系的总吸光度等于各组分吸光度之和 (吸光度具有加和性）。

λ1 λ2

X Y

X+YA

λ

Aλ1 Aλ2

AX,λ1

AY,λ1

AY,λ2

AX,λ1

两组分相互干扰时的吸收光谱

设有混合物含 X 和 Y 两种组分。已知 X 在波长 λ1 和 λ2 处的 ελ1=1.80×103 （ L/mol.c

m ）和 ελ2=2.80×104 （L/mol.cm ）， Y在这

两个波长处的 ελ1=2.04×104L/ （ mol.cm ）

和 ελ2=3.13×102 （ L/mol.cm ）。相同液层

厚度（ b=1.00cm ）的混合物溶液在 λ1处测

得的吸光度为 0.301 ，在 λ2处测得的吸光度为 0.398 。求混合物溶液中 X和 Y的浓度。

解：据题意，有如下方程： 0.301=1.80×103CX+2.04×104CY

0.398=2.80×104CX+3.13×102CY

解得： CX=1.41×10-5 mol/L

CY=1.35×10-5 mol/L