14.6 吸收光谱法

• 吸收光谱原理• 比色法• 分光光度法

一、吸收光谱原理

1. 吸收光谱法：在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。又称吸光光度法。

主要有 :

红外吸收光谱法：吸收光波长范围 2.5-1000 nm , 主要用于有机化合物结构鉴定。

紫外吸收光谱法：吸收光波长范围 200-400 nm （近紫外区） ，可用于结构鉴定和定量分析。

可见吸收光谱法：吸收光波长范围 400-750 nm ，主要用于有色物质的定量分析。

2. 物质的颜色与光吸收的关系（ 1 ）互补色光：若两种颜色的光按某适当的强度

比例混合后可成为白光 , 则这两种色光成为互补色光。例如 , 黄光和蓝光。

（ 2 ）物质的颜色与光吸收的关系 物质之所以呈现不同的颜色是物质对光选择性吸

收造成的。 溶液在日光的照射下 , 如果可见光几乎均被吸收 ,

则溶液呈黑色 ; 如果全不吸收 , 则呈无色透明 ; 若吸收了白光中的某种色光 , 则呈现透射光的颜色 ,即被吸收光的互补色。例如 ,KMnO4 溶液吸收波长 500—560nm 的绿色光 , 呈现紫色 ;K2Cr2O7

溶液吸收篮紫色光 , 而呈现黄色 ; 硫酸铜溶液呈现蓝色是由于它吸收了白光中的黄色光波 .

（ 3 ）吸收曲线：在同样的条件下依次将各种波长的单色光通过某物质溶液 , 并分别测定每个波长下溶液对光的吸收程度 ( 吸光度 A),以波长为横坐标 , 吸光度为纵坐标得到的 A ～λ 曲线 , 称为该溶液的吸收曲线，又称吸收光谱。

吸收曲线的讨论 :

① 同一种物质对不同波长光的吸光度不同。 吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长 λmax

。② 不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似

λmax 不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和 λmax 则不同。

③ 吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。

④ 在 λmax 处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。

3. 光的吸收定律（ 1) 朗伯－比耳定律 : 当一束平行的单色光通过均匀

溶液时 , 溶液的吸光度与溶液浓度（ c ）和液层厚度（ b ）的乘积成正比。是吸光光度法定量分析的依据。

其数学表达式为： A=kbc

A ：吸光度 (I0 ：入射光强度 , It ：透过光强度 )

k ：吸光系数 ;当 b— 以 cm 为单位； c— 以 mol·L －１为单位； k=ε

A ＝ εb c

t

o

I

IlgA

ε 称摩尔吸光系数物理意义：当某一波长光通过浓度为 1mol/L 、液层厚度为 1cm 溶液的吸光度。单位 L/mol.cm

（ 2 ）摩尔吸光系数 ε 的讨论：①  ε 是吸收物质在一定波长下的特征常数。温度

和波长等条件一定时， ε 仅与吸光物质本性有关，而与其浓度 c 和光程长度 b 无关；

② 可作为定性鉴定的参数；

③ 同一吸收物质在不同波长下的 ε 值是不同的。ε 越大表明该物质对某波长的光吸收能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。

ε代表测定方法的灵敏度。（ 3 ）透光度 ( 透光率 )T:描述入射光透过溶液

的程度 ,取值范围 0 ～ 100%。

吸光度 A 与透光度 T 的关系 :

TT

A lg1

lg

o

t

I

IT

t

o

I

IlgA

bCT 10

A＝ εb c

T= 10-εb c

例 :1. 有一溶液 , 在 λmax=310nm 处的透光率为 87%, 在该波

长处时的吸光度为多少？解： T ＝ 87％； A ＝－ lgT ＝－ lg87％＝ 0.06

2.已知苯胺的 λmax=280nm, ε=1430, 有一含苯胺的水样 ,在 1cm 比色皿中测得吸光度为 0.52,求该水样中苯胺的含量。（以 mg/L 表示 )

解 :

Lmg

b

ALmolC

/49.3310118.9210636.3

10636.311430

52.0)/(

34

4

3.

某有色化合物的 0.0010%水溶液 , 在 510nm 处 , 用3cm 比色皿测得吸光度为 A=0.57,已知摩尔吸光系数为 2.5×103L/mol.cm,求该有色配合物的摩尔质量。解：

58.131106.7

%0010.01000)/(

106.73105.2

57.0)/(

5

53

n

mmolgM

b

ALmolC

摩尔质量为：

4.偏离朗伯—比耳定律的原因 朗伯—比耳定律知 , 吸光度与溶液的浓度成正

比 , 即 A ～ C 呈线性关系 , 标准曲线法测定未知溶液的浓度时发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯—比耳定律的偏离。

引起这种偏离的因素（两大类）：（ 1 ）物理性因素 朗伯—比耳定律的前提条件之一是入射光应为

单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯—比耳定律的正或负偏离。

(2) 化学性因素 朗伯—比耳定律的假定：所有的吸光质点之间

不发生相互作用。故：朗伯—比耳定律只适用于稀溶液 ( 浓度大 ,易发生偏离 ) 。溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时 ,使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。

5.显色反应及显色反应条件的选择（ 1 ）对显色反应的要求：灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：“对比度”，要求△ > 60nm 。⑵显色反应条件的选择①显色剂用量：选择吸光度 A 与显色剂用量的

关系变化平坦处。 ②反应体系的酸度 在相同实验条件下，分别测定不同 pH值条件

下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的 pH范围。

③显色时间与温度 : 实验确定④ 溶剂：一般尽量采用水相测定。⑤共存离子干扰的消除a.加入掩蔽剂b. 选择适当的显色反应条件c. 分离干扰离子6. 测定条件的选择（ 1 ）选择适当的入射光波长 : 一般应该选择 λmax

为入射光波长。如果 λmax 处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。

（ 2 ）选择合适的参比溶液 选择参比溶液的目的：消除溶剂和试剂等非测定

物质对入射光吸收的影响 ,使测得的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。

参比溶液的选择一般遵循以下原则：① 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；

② 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；

③ 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；

④ 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。

（ 3 ）控制适宜的吸光度（读数范围）最佳读数范围：用仪器测定时 , 应尽量使吸光度 A

=0.80 ～ 0.20( 溶液透光度值 :T %=15 ～ 65% ) 。

二、比色法1.目视比色法：采用直接用眼睛比较标准溶液与被

测溶液颜色的深浅 , 来测定物质含量的方法成为目视比色法。测量的是透过光的强度。

2. 光电比色法：利用光电比色计测定溶液吸光度并进行定量分析的方法。

光电比色计组成： 光源 →滤光片→ 比色皿 → 光电池 →检流计（ 1 ）光源 : 常用钨丝灯 ,发射 400 ～ 1100nm 的连续光谱。

（ 2 ） 滤光片 :滤光片最易透过的光应是有色溶液最易吸收的光 , 即滤光片的颜色与被测有色溶液颜色互为补色。

（ 3 ） 比色皿 :盛试液和空白溶液的吸收池 , 有玻璃和石英两种 , 常用规格有 0.5cm 、 1cm 、 3cm 、5cm 。 (操作时 ,需拿毛面 )

（ 4 ）光电池 : 将光信号转换成电信号的装置。常用硒光电池。

（ 5 ） 检流计 : 测量光电流的仪器 ,上有透光度（ T%）和吸光度（ A ）两种刻度。

光电比色法优点 :（ 1 ）仪器代替人眼 ,消除主观误差 , 提高准确度。（ 2 ）采用滤光片和参比溶液消除干扰 , 提高选择性。光电比色法局限性 :只限于可见光区 400 ～ 800nm,滤光片获得单色光 , 不纯 ,影响准确度和灵敏度。

三、分光光度法 : 利用分光光度计测定溶液吸光度进行定量分析的方法成为分光光度法。

1. 分光光度计组成 光源 → 单色器 → 比色皿 → 光电池 →检流计 除了单色器以外 , 其他与光电比色计构件相同。单色器：即分光系统 , 是将混合的光按波长顺序分散

为不同波长的单色光的装置。其主要部件是棱镜(或光栅 )+狭缝。

2. 分光光度法特点 :（ 1)采用棱镜或光栅等分光器将复合光变为单色

光 , 可获得纯度较高的单色光 ,进一步提高了准确度和灵敏度。

（ 2 ）扩大了测量的范围 : 测量范围由可见光区扩展到紫外光区和红外光区。

3. 分光光度计类型 : 可见分光光度计（工作范围 360 ～ 800nm ） ; 紫外—可见分光光度计（ 200 ～ 1000nm ） ; 红外分光光度计（ 760 ～ 800nm ）。

4. 定量方法 : 常用标准曲线法 (或工作曲线法 ) ：配制不同浓度的标准溶液 , 分别测定各浓度的吸光度 , 以浓度为横坐标 , 吸光度为纵坐标 ,绘制 A-C 标准曲线（工作曲线）。 待测试液在相同条件下显色 , 并测定吸光度 ,然后在工作曲线上求出其浓度。

标准曲线 (工作曲线 )

例题1 、吸收曲线是（ C ） A ,A—C 关系图 B, A—pH 关系图 C , A-- λ 关系图 D ,A---ε 关系图2 、今有甲乙两个不同浓 度的同一有色物质的溶液，用同

一波长的光，同一厚度的比色皿测得吸光度为：甲 0 。 2 ，乙 0 。 3 ，如果甲的浓度为 4． 0×10-4mol/L ，

则乙的浓度为（ C ）mol/L A 、 2． 0×10-4 ; B、 4.0×10-4 ;

C 、 6.0 ×10-4 ; D 、 8.0×10-4 .

3. 在分光光度法中，吸光度和透光度的关系是下列四个中的哪一个（ B ）

A 、 A=1gT ; B、 A=1g（ 1/T） ; C 、 T=1gA ; D、 A=1n （ 1/T） .

4. 在分光光度法中，理想的显色剂应该满足（ A ）。 A 、灵敏度高、选择性和稳定性好 B、灵敏度高、显著性和稳定性好

C 、灵敏度高、选择性和显著性好 D、灵敏度高、显著性和准确度好

5. 某试液用 2.0cm 的比色皿 , 测得 T=60%, 若改用 1.0cm 的比色皿 , 测得 T 为（ D ）

A 15% B 30% C 39% D 77%6. 在分光光度法中，宜选用的吸光度读数范围为： A 、 0~0.2 ； B 、 0.1~0.3 ； C 、 0.3~1.0 ； D 、 0.2~

0.7 7. 某物质的摩尔吸光系数 ε很大，则表明： ( D )A 、该物质溶液的浓度很大； B 、 光通过该物质溶液的

光程长；C 、测定该物质的灵敏度低； D 、测定该物质的灵敏度高；

8. 某金属离子 X 与 R试剂形成一有色络合物，若溶液中 X的浓度为 1.0×10-4mol·L-1 ，用 1cm 比色皿在 525nm 处测得吸光度为 0.400 ，则此络合物在 525nm 处的摩尔吸光系数为： ( B )

A 、 4×10-3 ； B 、 4×103 ； C 、 4×10-4 ； D 、 4×104 。

9. 某 符合比耳定律的有色溶液，当浓度为 c 时，其透光度为 T0 ；若浓度增大 1倍，则此溶液的透光度的对数为：( C )

A 、 T0/2 ； B、 2T0 ； C 、 21gT0 ； D、 。10.符合比尔定律的某有色溶液稀释时 , 其最大吸收峰的波

长位置 :( C )A 、向短波方向移动 ; B 、向长波方向移动 ;C 、不移动 ,但高峰值降低 ; D 、不移动 ,但高峰值增大 .

11. 在吸光光度法中，透过光强度（ It ）与入射光强度（ I

0 ）之比，即 It/I0 ，称为 ( C )A 、吸光度； B 、消光度； C 、透光度； D 、光密度。

0lg2

1T

12. 有甲、乙两个不同浓度的同一有色物质水样，用同一波长进行测定。当甲水样用 1cm 比色皿，乙用 2cm 比色皿，测定的吸光度相同，则它们的浓度关系是： C

A 、甲是乙的 1/2 ； B 、甲是乙的 4倍； C 、乙是甲的 1/2 ； D 、乙是甲的 4倍。13.Fe 和 Cd 的摩尔质量分别是 55.85g/L 和 112.4g/L, 分别反应

后 , 用吸收光谱法测定 . 同样质量的两元素显色成相同体积的溶液 ,前者用 2cm 比色皿 , 后者用 1cm 比色皿 , 测定吸光度相同 . 则两种显色反应产物的摩尔吸收系数为 : A

A 、 Cd 的约为 Fe 的 4倍； B 、 Fe 的约为 Cd 的 4倍； C 、 Cd 的约为 Fe 的 2倍； D 、 Fe 的约为 Cd 的 2倍。

14. 分光光度法与普通光度法的不同点是 : C

A 、 测量范围不同； B 、 检测器不同； C 、 获得单色光的方法不同； D 、 光源不同。

15 、某符合朗伯 - 比耳定律的某有色溶液 , 当有色物质的浓度增加时 , 最大吸收波长和吸光度分别是 ( )

A 、不变、增加 B 、不变、减少 C 、增加、不变 D 、减少、不变16 、若显色剂无色，而被测溶液中存在其他有色离子，在比色分析中，应采用的参比溶液是 ( )

A 、蒸馏水 B 、显色剂C 、加入显色剂的被测溶液；D 、不加显色剂的被测溶液