1、第 7 章 分光光度法（約 3 萬字 編者：史建軍） 內容簡介 分光光度法是目前應用最為廣泛的一種分子吸收光譜法，主要用于 試樣中微量組分的定量測定。本章著重介紹分光光度法的基本原理、分光光度計的 主要部件和幾種常見儀器的使用操作方法、可見分光光度法測定分析技術、目視比 色法的原理和方法、分光光度法的實際應用等。 學習要求 通過對本章的學習，要重點掌握光吸收定律、影響顯色反應的因素 和測量條件的選擇、儀器的基本構造及使用方法、掌握利用分光光度計對試樣進行 分析測定的技能。7. 1 概 述許多物質都是有顏色的， 例如 KMnO4 水溶液呈紫紅色， K2Cr2O7 水溶液呈橙色， Ni（NO3）2

2、水溶液呈綠色，Cu2+在水中呈藍色等。有些物質本身無色或是淺色，但當它 們與某些試劑發生反應后，也可以生成有色物質，例如Fe3+與CNS生成血紅色配合 物；Fe2+與1.10-鄰菲羅啉（1,10-鄰二氮菲）生成橙紅色配合物；Cu2+與NH3生成深 藍色配合物等。這些有色物質溶液顏色的深淺與溶液的濃度有關，溶液的濃度愈大， 顏色就愈深。濃度愈小，顏色就愈淺。因此，在分析中利用比較溶液顏色的深淺來 測定溶液中有色物質含量的方法稱為比色分析法。以人眼來檢測溶液顏色深淺的方 法稱為目視比色法；以光電轉換器來檢測溶液顏色深淺的方法稱為光電比色法。利 用分光光度計測定溶液對某一波長光的吸收程度來分析被測物

3、質含量的方法稱為分 光光度法。分光光度法不僅能在可見光區（400780nm）測定有色物質的含量，還 能在紫外（200400nm）和紅外光區（300040000nm）測定物質的含量和結構。 所以，分光光度法又分為可見分光光度法、紫外分光光度法、紅外分光光度法。本 章僅著重討論可見分光光度分析。分光光度法具有以下特點：（1）靈敏度高重量分析和容量分析一般只適應于常量組分（ 1%）的測定,不能測定微量組分（0.01%1 %）和痕量組分（V 0.01%）,而分光光度法可測定 濃度為10-510-6mol L-1（達微克量級）的物質，相當于含量為0.0010.0001 %，甚至更 低。如果將被測組分事先

4、加以富集 （采用萃取、 共沉淀等方法），靈敏度還可以提高。 非常適用于微量組分的測定。（2準確度較高分光光度分析一般相對誤差為 2 %5 %,看起來它的準確度比重量分析法和容量分析法低得多，但對于微量組分的測定，已完全滿足要求。 在微量的情況下，重量分析法和容量分析法是無法進行準確測定。（3） 操作簡便，分析速度快分光光度法所使用的儀器設備并不復雜，操作 也比較簡單。試驗溶液進行分析時，一般只經歷顯色和吸光度測定兩個步驟，就可以得出分析結果。在生產過程的例行分析中，一般幾分鐘，甚至數十秒就可報出結 果。（4） 使用成本低儀器設備價格便宜，分析時所用的試劑數量較少，因而使 用費用較低。（5） 應

5、用范圍廣幾乎所有的無機物和許多有機物都可以直接或間接用此法 進行分析測定。因此，在石油、化工、冶金、國防、刑偵、環保、食品、質檢、科 研等領域應用十分廣泛。隨著科學技術的迅猛發展，計算機技術在分析儀器制造中的廣泛應用，各種新 型智能分析儀器將不斷出現，例如可自動計算、儲存、分析數據，打印、顯示反應 濃度、酸度、時間、速度、溫度與吸光度的關系等功能。使人們獲得更多、更準確、 更全面的信息。7.2光的吸收定律7.2.1朗伯-比爾定律721.1光的基本性質光是一種電磁波，具有波動性和粒子性。光既是一種波，它具有波長（入）、頻率（V和光速（C）,它們的關系是入 v= c（7-1）式中入的單位為nm（納

6、米）；v的單位為Hz （赫茲）;c為3X1O10cms-1 （真空中） 光也是一種粒子，它具有能量（E）。它們的關系是E = h v h （7-2）A式中E為能量，單位是eV（電子伏特）；h為普朗克常數（6.627X 10-34Js）; v為 頻率，單位是Hz； c為光速；入為波長，單位是nm 。從式7-2可見，不同波長的光，能量不同，波長愈長，能量愈小，波長愈短，能 量愈大。將電磁波（光）按波長或頻率排列成圖表，則該表稱為電磁波譜。表7-1電磁波譜波譜名稱波長范圍頻率/MHz光子能量/eV躍遷能級類型分析方法Y射線5 x 10-3 0.14nm6X 1014 2X 10122.5X 106

7、8.3X 103核能級X射線10-2 10nm3X 1014 3X 10101.2 X 1061.2X 102內層電子能級X射線光譜法遠紫外線10200nm3X 1010 1.5X 109125 6原子及分子真空紫外光譜法近紫外線200380nm1.5 X 1097.5X 1086 3.1的價電子或紫外分光度法可見光400780nm7.5 X 1084.0X 1083.1 1.7丿成鍵電子能級可見分光光度法近紅外線0.752.5 口4.0 X 1081.2X 1081.7 0.5分子振近紅外光譜法中紅外線2.5 50 m1.2 X 1086.0X 1060.5 0.02丿動能級中紅外光譜法遠紅

8、外線501000 口6.0X 106 1052 X 10-24 X 10-4分子轉遠紅外光譜法微波0.1 100cm105 1024 X 10-44 X 10-7J動能級微波光譜法無線電波11000m102 0.14X 10-7 4X 10-10核自旋能級核磁共振光譜法具有同一波長的光，稱為單色光。純單色光很難獲得，激光的單色性雖然很好， 但也只是接近于單色光。含有多種波長的光稱為復合光，日光、白熾燈光等白光都 是復合光。能被人肉眼感覺的光稱為可見光，其波長范圍是400780nm。波長小于400nm的紫外光和波長大于780nm的紅外光均不能被人的眼睛感覺，所以這些波長 范圍的光是看不到的。在可

9、見光范圍內，不同波段的光刺激人的眼睛后，會產生不 同顏色的感覺。見表7-2。日光中的可見光（白光也是復合光）就是這些不同波段的 色光混合而成的。把復合光分解成單色光的過程，叫光的色散。當一束白光通過棱鏡后就會色散 為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色光。實驗證明，不僅七色光可以混合成白光， 其中的兩種色光按一定強度混合也可以成為白光。這兩種白光稱為互補色光。圖7-1中處于直線關系的兩種色光為互補色光，例如橙色光和青藍色光、綠色光和紫色光、 黃色光和藍色光都是互補色光。顏色波長紫色400 450藍色450480青色480500綠色500 560黃色560590橙色590620紅色620760表7-2

10、各種色光的波長青藍圖7-1互補色光示意圖721.2物質的顏色和對光的選擇性吸收(1) 物質的顏色如果把不同顏色的物體放在黑暗處，什么顏色也看不到?？梢?，物質的顏色與 光有密切的關系，物質的顏色由光的組成和物質本身的結構共同決定。當白光照射到固體物質上時，如果物質對各種波長的光完全吸收，則呈黑色； 如果完全反射，則呈白色；如果對各種波長的光均勻吸收，則呈灰色；如果選擇吸 收某些波長的光，則呈反射或透射光的顏色。溶液呈不同顏色是由溶液中的離子或分子對不同波長的光具有選擇性吸收而引起的，溶液的顏色是它吸收光的互補光色。見表7-3。表7-3物質的顏色與吸收光顏色和波長的關系物質的顏色吸收光顏色波長黃綠

11、紫400 450黃藍450480橙青藍480490紅青490 500紫紅綠500 560紫黃綠560580藍黃580600青藍橙600 650青紅650 760當一束光（強度為Io）通過下列幾種溶液時，溶液呈現的顏色和吸收光的關系見（e）Fe（CNS）3溶液（f）黑色溶液（g）均勻吸收溶液圖7-2溶液呈現的顏色和吸收光的關系（2）物質吸收光譜曲線溶液對不同波長的光吸收程度并不相同，如果將不同波長的光依次通過某一固定濃度的溶液，測量每一波長下有色溶液對光的吸收程度（即吸光度），以波長為橫坐標、以吸光度為縱坐標作圖，得到一曲線。曲線描述了物質對不同波長光的吸收 能力，稱為吸收光譜曲線。如圖7-3所

12、示。圖7-3是三個不同濃度的KMnO 4溶液的吸收光譜曲線。從圖上可以看出：圖 7-2, 即吸收綠光(b)KMnO 4 溶液Io吸收青藍Lj、橙色光紫色光Io無色透明溶液(d)K2CrO7 溶液KMnO4溶液對不同波長光吸收程度不同，對波長為525nm的綠色光吸收 最多，在吸收曲線上形成一咼峰（稱為 吸收峰），而對紅光和紫光吸收很少， 因此KMnO4溶液呈紫紅色。光吸收程度 最大處所對應的波長稱為最大吸收波長（常以Zmax表示）。在進行光度測定時， 選定在Amax處測量，可以得到最大的靈 敏度。 不同濃度的KMnO4溶液的吸收曲線形狀相似，最大吸收波長也相同，所不 同的是吸收高峰隨濃度的增加而

13、增高。 不同物質溶液的吸收曲線，其形狀和最大吸收波長都各不相同。因此，可以 利用吸收曲線作為定性、定量分析的依據。721.3朗伯-比耳定律（1）透射比和吸光度當一束光通量為6的單色光垂直照射在含有吸光物質的均勻溶液時，一部分光 被溶液吸收，透過溶液的光通量 Otr減少。其比值 Otr/o表示溶液對光的透射程 度，稱為透射比（也稱透光率），用符號T表示。(KMO4)1 C=1.56 X 10-4mol L-1T=1 tr1 0(KMO4)(KMO4)=3.12 X 10-4mol L-1=4.68 X 10-4mol L-1(7-3)可見透射比T愈大說明溶液對光的透射程度愈大吸收愈小，反之T愈小

14、則溶液對 光的透射程度愈小吸收愈大。T用百分數表示，又稱百分透射比。有色溶液對入射光的吸收程度稱為吸光度（也稱吸光率），用符號A表示，且A = lg，0tr1=lg = lg T(7-4)（2）朗伯定律1768年朗伯（S.HLambert）研究了物質對光的吸收與吸光物質的厚度的關系，證明入射光強度一定、溶液濃度、溫度一定時，溶液的吸光度與液層厚度（b）成正比，即(7-5)A = k1 b式中 k1 為比例常數，它與入射光的波長、溶液的性質、濃度和溫度有關。(3) 比耳定律1859年，比耳(Beer)研究了不同濃度的溶液對光吸收的定律，證明當入射光 的強度、溶液液層厚度和溫度一定時，溶液的吸光度

15、與溶液的濃度(c)成正比，即A = k2c(7-6)(4) 朗伯-比耳定律 當溶液厚度和濃度都可改變時，就要考慮兩者同時對吸光度的影響，將朗伯定 律和比耳定律合并為朗伯 -比耳定律，即A = kbc(7-7)朗伯-比耳定律不僅適用于可見光，也適用于紅外光和紫外光，它是分光光度法 進行定量分析的理論基礎。應用朗伯 -比耳定律的條件：一必須使用單色光，二吸收發生在均勻的介質中， 三吸收過程中，吸光物質互相不發生作用。7.2.2 朗伯-比耳定律在比色分析中的應用7.2.2.1 吸光系數 朗伯-比耳定律中的比例常數 K 稱為吸光系數，其物理意義是：單位濃度的溶液 液層厚度為1cm時，在一定波長下測得的

16、吸光度。K 值的大小取決于吸光物質的性質、入射光波長、溶液溫度、和溶劑性質等， 與 溶液濃度和液層厚度無關。但 K 值的大小因溶液濃度所采用的單位不同而不同。( 1) 摩爾吸光系數 當溶液的濃度以物質的量濃度(mol L-1)表示，液層厚度以厘米(cm)表示 時，相應的比例常數 K稱為摩爾吸光系數，以&表示，其單位為L mol-1 cm-1。 因此，式( 7-7)可改寫成A = bc(7-8)摩爾吸光系數的物理意義是：濃度為1mol L-1的溶液，于厚度為1cm的吸收池 中，在一定波長下測得的吸光度。摩爾吸光系數是吸光物質的重要參數，它表示物質對某一特定波長光的吸收能 力。&愈

17、大，該物質對某波長光的吸收能力愈強，測定的靈敏度也就愈高。因此，測 定時，選擇摩爾吸光系數大的有色化合物進行測定，選擇摩爾吸光系數值最大的波 長作為入射光。一般認為產1 X 104l mol-1 cm-1靈敏度較低；&在1 x 1046X104L mol-1 cm-1 為中等靈敏度；£>6X104l mol-1 cm-1 為高靈敏度。摩爾吸光系數由實驗測得。在實際測量中，不可能取1mol L-1這樣高濃度的溶液來測量摩爾吸光系數，只能在稀溶液中測量后，計算出摩爾吸光系數?！纠?-1】含/©姑離子濃度500卩gL-1的溶液，與顯色劑1.10-鄰菲羅啉反應，生 成

18、橙紅色配合物，在波長為508nm,吸收池的厚度為2cm條件下，測得吸光度為0.197, 試計算有色物質1.10-鄰菲羅啉亞鐵的摩爾吸光系數解Fe的摩爾質量為55.85g mol-1C (Fe2+)500 1055.85-6=8.95X 10-1(mol L )Abe0.1978.95 10 止 24-1-1=1.1 x 10 (L mol cm )(2) 質量吸光系數質量吸光系數適用于摩爾質量未知的化合物。若溶液的濃度以質量濃度 (g L-1)表示，液層厚度以厘米(cm)表示，相應的吸光度為質量吸光度，以a表示，單位-1-1為L g cm。式(7-7)可改寫成A = ab p(7-9)7.2.

19、2.2.吸光度的加和性多組分體系中，在某一波長下，如果溶液中存在多種吸光物質，相互之間不發 生作用，則溶液在該波長的總吸光度等于各組分吸光度之和，即吸光度具有加和性。 表示如下：n(7-10)A 總=A1+A2+A3+An= ' ii d利用這個性質，可以進行多組分混合物的定量分析7.223偏離光吸收定律的主要原因根據吸收定律，當一定波長和強度的入射光通過一定厚度的溶液時，吸光度和溶液的濃度成正比，即A = kbc。吸光度對溶液作圖可得到一條過原點的直線，該直 線稱為標準曲線（或標準曲線）。在實際工作中，A正偏離經常出現標準曲線不成直線或不通過原點的現 象，這種現象稱之為偏離光吸收定律

20、。如果標準曲線向上偏（實際吸光度比理 論值大）稱為正偏離光吸收定律；標準曲線 向下偏（實際吸光度比理論值小）稱為負偏 離光吸收定律，如圖7-4所示。引起偏離光 吸收定律的原因很多，但主要有以下幾方面。（1入射單色光不純引起的偏離 吸收定律成立的前提條件是入射光為單色光，在實際工作中單色器提供的是波長范 圍較窄的光帶，嚴格地說仍然是復合光。由于物質對不同波長光的吸收程度不同 （即 吸光系數不同），導致偏離光吸收定律。（2）溶液中的化學反應引起的偏離溶液中的吸光物質因離解、締合、形成 新的化合物而改變了吸光物質的濃度，導致對光吸收定律的偏離。為此應控制好顯 色條件，控制溶液的化學平衡，防止偏離的產

21、生。（3）比耳定律的局限性引起的偏離比耳定律只適用于濃度小于O.OlmolL-1 的稀溶液。溶液濃度過高將導致偏離比耳定律。因此在測量中，被測溶液的濃度要 控制在O.OImol L-1以內，避免產生偏離。7.3顯色反應及測量條件的選擇7.3.1影響顯色反應的因素7.3.1.1顯色反應在比色分析和可見分光光度分析中，要利用測量有色物質對某一單色光吸收程 度來進行測定。而許多物質本身無色或淺色，它們的吸光度很小，這就需要將試樣 中的被測組分轉變成有色化合物，這種反應稱為顯色反應。與被測組分反應生成有 色化合物的試劑稱為顯色劑。顯色反應分為氧化還原反應和配位反應兩大類，也可 以兼有上述兩種反應，其中

22、配位反應應用最為普遍。731.2對顯色反應的要求在分析測定中，同一組分可與多種顯色劑發生顯色反應，生成各種不同的有色 物質。選用那種顯色劑較好呢？應該考慮以下幾個因素。（1）選擇性好。一種顯色劑最好只與一種被測組分起顯色反，或顯色劑與共 存組分生成的有色化合物的吸收峰相隔較遠，這樣干擾少。（2）靈敏度高。分光光度法一般測定微量組分，這就要求靈敏度較高。有色 化合物的摩爾吸光系數愈大，靈敏度愈高。但靈敏度高的顯色反應，不一定選擇性 好。對高含量的組分，并不要求高靈度的顯色反應。（3）有色化合物組成恒定，化學性質穩定。在測定過程中吸光度才能保持基 本不變，否則會影響吸光度測定的準確度和再現性。（4

23、）如果顯色劑有色，則要求有色化合物與顯色劑之間顏色差別要大，這樣，試劑空白值小測定的準確度高。（5）顯色反應的條件要易于控制，保證有較好的再現性。731.3顯色劑常用的顯色劑有兩大類，即無機顯色劑和有機顯色劑。（1）無機顯色劑許多無機試劑能與金屬離子發生顯色反應，如Cu2+與NH3 H2O形成深藍色配合物 Cu（NH3）2，CNS-與Fe3+形成紅色的配合物Fe（CNS）3 或Fe（CNS）2+等等。但多數無機顯色劑靈敏度和選擇性都不高，性能較好有實用價值 的無機顯色劑如表7-4。表7-4常用的無機顯色劑顯色劑測定元素反應介質有色化合物的組成顏色最大吸收波長硫氤酸鹽鐵 鉬 鎢 鈮 錸-10.1

24、 0.8mol L HNO3-i1.52mol L 1H2SO4-11.5 2mol L H2SO4-134mol L HCl16mol L 'HCl2-Fe(CNS)5Mo(CNS) 6MoO(CNS) 5- 2-W(CNS)6WO(CNS)5NbO(CNS) 4-ReO(CNS)-4紅 橙 黃 黃 黃480460405420420鋁酸鞍硅 磷 鴇 硅 磷a-10.15 0.3mol L 1H2SO410.15mol L 1H2SO4-146mol L 1HCl稀酸性稀 hno3酸性硅鉬藍磷鉬藍磷鎢藍硅鉬雜多酸磷鉬釩雜多酸磷鉬釩雜多酸藍藍 藍 黃 黃 黃670820670820660

25、420430420氨 水銅鉆鎳濃氨水濃氨水濃氨水2+Cu(NH 3)422+Co(NH 3)62Ni(NH 3)62藍紅紫620500580過氧化氫鈦釩鈮-11 2mol L 1H2SO4-16.5 3mol L H2SO4-118mol L 1H2SO4TIO(H 2O2)23+VO(H 2O2)Nb2O3(SO4)2( H2O2)黃紅橙黃420400450360(2)有機顯色劑 許多有機顯色劑與金屬離子形成穩定的配合物，且顏色鮮明, 顯色反應的選擇性和靈敏度都比較高。有機顯色劑種類很多，實際應用廣泛。常用 的有機顯色劑見表7-5。表7-5常用的有機顯色劑顯色劑測定兀素反應介質心ax / n

26、m_1 _1/(L mol 1 cm 1)磺基水楊酸Fe2+PH2 35201.6X 1031.10-鄰菲羅啉Fe2+PH3 951041.1X 10小 2+ Cu43537 X 10丁二酮肟Ni( IV)氧化劑存在、堿性4701.3X 1031-亞硝基-2-苯酚宀2+Co41542.9X 10鉆試劑Co2+57051.13 x 10雙硫腙Cu2+、Pb2+、不同酸度490 5504.5X 104 3 x 1042+Zn、(Pb520)4(Pb6.8 x 10 )Cd2+、Hg2+偶氮砷（川）Th( IV)、Zr( IV 卜強酸至弱酸665675451x 10 1.3x 10La3+、Ce4+

27、、(Th665)5(Th1.3 x 10 )Ca2+、Pb2+RAR（吡啶偶氮間Co、 Pd、 Nb、不同酸度(Nb550)(Nb3.6 x 104)苯一酚）TaTh、In、Mn二甲酚橙Zr( V 卜 Hf( V 卜不同酸度5305801.6X 104 5.5x 1042 +Nb( V )、Uo 2、(Hf530 )4(Hf4.7 x 10 )Bi3+、Pb2+鉻天菁SAlPH5 5.85305.9 x 104結晶紫Ca7mol -L"HC lCHCl 345.4x 10丙酮萃取羅丹明BCa、Tl6mol - L HCl 苯萃46 x 10取 1mol - L'HBr 異51

28、 x 10丙醚萃取孔雀綠Ca6mol - L-HCI、49.9x 10C6H5CI-CCI4 萃取亮綠Tl-10.01 0.1mol - L47 x 10BHBr乙酸乙酯萃取45.2x 10PH3.5苯萃取731.4影響顯色反應的因素顯色反應是否滿足分光光度法的要求，除了與顯色劑的性質有關外，還與顯色 劑的用量、顯色反應的酸度、顯色溫度、顯色時間等因素有關。如果控制不好這些 顯色條件，將會嚴重影響分析結果的準確度。（1）顯色劑的用量 顯色反應可以用下式表示：M+R = MR（被測組分）（顯色劑）（有色化合物）從化學平衡角度看，為使顯色反應盡可能地進行完全，一般需要加入過量的顯色劑。但也不是顯色

29、劑越多越好，顯色劑太多，往往會引起副反應，對測定不利。 顯色劑的適宜用量一般通過實驗來確定，即作 A- cr曲線，獲得顯色劑適宜的用量。 具體的方法是：固定被測組分的濃度和其它條件，分別加入不同量的顯色劑，測定 其吸光度值，繪制吸光度（A）顯色劑濃度（cr）曲線，一般可能出現以下三種情況， 如圖7-5。圖7-5 （a）的曲線表明，顯色劑濃度在 a-b范圍內吸光度出現穩定值，可 以在這個范圍內選擇顯色劑用量。這類曲線較常見，顯色反應生成的有色配合物較 穩定，對顯色劑用量控制要求不嚴格，適用于分光光度法。圖7-5 （b）的曲線表明，顯色劑濃度在a' -b'范圍內吸光度比較穩定，因此

30、要嚴格控制顯色劑用量。圖7-5（c）曲線表明，吸光度隨顯色劑濃度的增大而增大，必須十分嚴格的控制顯色劑用 量，才能得到符合要求的分析結果。圖7-5吸光度與顯色劑濃度的關系曲線（2）溶液的酸度 溶液的酸度對顯色反應的影響是多方面的，溶液的酸度直接影響金屬離子和顯色劑存在的形式、有色配合物的組成和穩定性。因此，必須控制好 溶液適宜的酸度。 酸度對配合物組成的影響 同種金屬離子與同種顯色劑反應，若酸度不同， 生成配合物的配位數、顏色也不同。例如Fe3+與水楊酸在不同酸度下，生成不同配位比的配合物。PH=< 4Fe(C7H4O3)+紫紅色（1 ： 1 )PH 4 7Fe(C7H4O3)2-橙紅色

31、( 1 ： 2 )PH" 8 10Fe(C7H4O3)33-黃色( 1 ：3)可見，控制一定的溶液酸度，得到組成恒定的有色配合物，才能獲得好的分 析結果。 酸度對配合物穩定性的影響 當溶液酸度增大時，顯色劑的有效濃度減小， 顯色能力減弱，有色配合物的穩定性隨之降低。 酸度對顯色劑顏色的影響 許多顯色劑是有機弱酸， 本身就具有酸堿指示劑的性質，溶液酸度變化，顯色劑的顏色也發生變化。例如PAR（吡啶偶氮間苯二酚）用H2R 表示，它的顏色與酸度的關系如下。PH=2.14.2黃色( H2R)PH=4 7橙色(HR-)pH > 10紅色( R2-)PAR 可與多種離子生成紅色的配合物，在

32、堿性溶液中顯色劑本身的顏色與配合 物的顏色相近，無法進行測定。 酸度對金屬離子存在狀態的影響 溶液酸度過低可能引起金屬離子水解，破 壞有色配合物組成和穩定性，使溶液顏色變化，無法準確測定。故溶液酸度不能太 低。綜上所述，酸度對顯色的影響很大，而且表現在許多方面。因此，顯色反應最適宜 的酸度是通過實驗來確定的。其方法是：固定溶液中的被測組分和顯色劑的濃度， 改變溶液的 pH 值，測定吸光度，作出 A-pH 曲線，如圖 7-6 所示。應選擇與曲線平 坦部分相對應的 pH 值作為測定控制酸度范圍。（3）顯色溫度 不同的顯色反應要求不同的溫度，大多數顯色反應可以在室溫（1530° C）下進行

33、，但有些反應需要較高的溫度才能比較快的進行。例如硅鉬藍 法測微量的硅 ,在室溫下需要 30分鐘，而在沸水浴中僅需 30秒即可完成。有的有色適宜的顯色時間要通過實驗確定。其方法是：配制一顯色溶液，從加入顯色劑開始, 每隔一定的時間測一次吸光度，繪制吸光度曲線。曲線平坦的部分對應的時間就是 測定吸光度適宜的時間范圍。(5)溶劑 溶劑對顯色反應的影響表現在以下幾方面。 溶劑影響配合物的離解度 許多有色化合物在水中離解度較大，而在有機溶劑 中離解度很小，例如在Fe(CNS)3溶液中加入可與水混合的有機溶劑 (如丙酮)，由于 降低了 Fe(CNS)3離解度而使顏色加深，提高了測定的靈敏度。 溶劑影響配合

34、物的顏色溶劑可以改變配合物的顏色，例如Co(CNS)42在水中無色，而在乙醇等有機溶劑中呈藍色。 溶劑影響顯色反應的速度有時有機溶劑可以提高顯色反應的速度，例如氯代磺酚S測定Nb (鈮)時，在水溶液中顯色需幾小時，加入丙酮后，僅需30min。(6)共存離子的干擾和消除方法在以下幾種情況下共存離子會造成干擾： 共存離子本身具有顏色。如 Fe3+、Ni2+、Co2+、Cu2+、C產等有色離子的存在 影響被測離子的測定。 共存離子與顯色劑或被測組分反應，生成更穩定的配合物或發生氧化還原反應，使顯色劑或被測組分濃度降低，阻礙顯色反應，使測定結果偏低。 共存離子與顯色劑反應生成有色化合物或沉淀，使測定結

35、果偏高。 共存離子與顯色劑反應生成無色化合物，大量消耗顯色劑，使顯色反應不完全而干擾測定。如用磺基水楊酸測 卩°2+時,ai3+也與磺基水楊酸生成無色配合物，消耗磺基水楊酸，使卩62+的配位顯色反應不完全，導致測定結果偏低。消除干擾的方法： 控制溶液酸度許多顯色劑都是有機弱酸，控制溶液酸度使被測離子顯色，而干擾離子不顯色。這是消除共存離子干擾的簡便而重要的方法，例如以磺基水楊酸測定Fe2+時，共存離子Cu2+也能與磺基水楊酸生成黃色配合物。把溶液酸度控制在 pH=2.5時，Cu2+就不與磺基水楊酸生成黃色配合物而消除干擾。 加入掩蔽劑在顯色溶液中加入一種只與干擾離子反應的掩蔽劑，這是

36、一種消 除干擾的有效方法，要求掩蔽劑和生成的掩蔽產物的顏色必須不干擾測定。常用的 掩蔽劑如表7-6表7-6可見分光光度法常用的掩蔽劑掩蔽劑pH被掩蔽離子KCNpH> 8Cu2+、Co2+、Nj2+、Zn2+、Hg2+、Ca2+、Ag +、Ti4+及鉑族元素PH=6Cu2+、Co2+、Ni2+NH4FPH=4 6Al3+、Ti4+、Sn2+、Zr4+、Nb5+、Ta5+、W6+、Be2+酒石酸PH=5.5Fe3+、Al3+、Sn4+、Sb3+、Ca2+PH=5 6UO2-2PH=6 7.5Mg2+、Ca2+、Fe3+、Al3+、Mo4+、Nb5+、Sb3+、W6+、UO2+2PH=10Al

37、3+、Sn4+早酸PH=2Sn4+、Cu2+及稀土元素PH=5.5Zr4+、Th4+、Fe3+、Fe2+、Al3+檸檬酸PH=5 6UO2+2、Th4+、Sr2+、Zr4+、Sb3+、Ti4+PH=7Nb5+、Ta5+、Mo4+、W6+、Ba2+、Fe3+、Cr3+抗壞血酸（維生素C）PH=1 2Fe3+PH=2.5Cu2+、Hg2+、Fe3+PH=5 6Cu2+、Hg2+ 改變干擾離子價態利用氧化還原反應改變干擾離子價態，使干擾離子不與顯 色劑反應，以消除干擾。例如以鉻天菁 S顯色Al3+時，為了消除F0的干擾，可加抗 壞血酸或鹽酸羥胺將Fe3+還原為Fe2+。 選擇適當的測定波長 應兼顧“

38、吸光度最大、干擾最小”的原則選擇入射光波 長（入測量），以避開干擾。例如用4-氨基安替吡啉顯色測定廢水中揮發酚時，顯色劑 和氧化劑鐵氰化鉀都呈黃色，有干擾，選擇波長為 520nm 單色光可消除干擾 選擇合適的參比溶液可以消除顯色劑和一些共存離子的干擾。 分離干擾離子 以上方法都難以消除干擾時，可采用電解法、沉淀法、溶劑萃 取法、離子交換法等分離方法分離干擾離子。7.3.2 測量條件的選擇 在測定吸光物質的吸光度時，測定的準確度和靈敏度受很多因素的影響。除了 要選擇和控制適當的顯色反應條件外，還要選擇適當的光度測量條件。7.3.2.1測定波長的選擇 在進行被測溶液吸光度測量時，首先要選擇適合的入

39、射光波長，以保證測定的 準確度和靈敏度。選擇入射光波長可根據被測組分的吸收曲線，選擇最大吸收波長（石ax）為測定波長，若吸收峰附近存在吸收干擾，應兼顧“吸光度最大、干擾最小” 的原則選擇入射光波長（入測量），以避開干擾。7.3.2.2 吸光度范圍的選擇 為了減小由儀器引起的誤差，使測定結果的準確度較高，一般將測量的吸光度度控制在0.20.8范圍內。為此，可以從以下兩方面來考慮：（1）控制被測溶液的濃度，如改變取樣量、改變顯色后溶液的體積等。（2）選擇不同厚度的吸收池，以調節吸光度的大小。7.3.2.3 參比溶液的選擇 在分光光度分析中，測定被測物質的吸光度時，由于溶劑、試劑等對入射光的吸收，造

40、成誤差（結果偏高）。為了使光通量的減少只與溶液中被測物質的濃度有關， 需要合適的溶液作參比溶液（空白溶液），以調節儀器吸光度（A）零點（透射比 T =100%），這實際上是以通過參比池的光作為入射光來測定被測物質的吸光度。這樣 可消除顯色溶液中其他有色物質的干擾，真實地反映被測物質的吸光度。常見的參 比溶液有以下幾種。（1）溶劑參比 當試樣溶液中只有待測組分與顯色劑的反應產物對入射光有吸收，共存的其它組分對測定波長的光幾乎不吸收時，可以用溶劑作參比溶液（2）試劑參比 若顯色劑或其它試劑對測定波長的光有吸收，應使用試劑參比 溶液。也就是按顯色反應相同的條件，與試樣溶液進行平行操作，只是不加試樣。

41、 試劑參比溶液可以消除試劑中的組分產生的影響。多數情況下都是采用試劑溶液作 參比溶液。（3）試樣參比 當試樣中其它共存組分有吸收，但不與顯色劑反應，且顯色劑 在測定波長不吸收時，可用試樣參比溶液，就是按顯色反應相同的條件，與試樣溶 液進行平行操作，只是不加顯色劑。用這種參比溶液可以消除試樣中干擾組分的影 響。（4）褪色參比 若試樣基體和顯色劑均有色，對測定波長的光有吸收，可以在 顯色溶液中加入特定的褪色劑（配位劑、氧化劑、或還原劑） ，選擇性地與被測離子 反應，生成無色物質，使顯色物質褪色，此溶液稱褪色參比溶液。例如用鉻天菁 S 法測鋁，鉻天菁S與Al3+反應顯色后，加入NH4F奪取Al 3+

42、生成無色的AIF6-,使鋁與 鉻天菁 S 配合物腿色。褪色參比溶液可消除顯色劑和樣品中微量共存離子的吸收干 擾。7.4 目視比色法與分光光度計7.4.1 目視比色法 直接用眼睛觀察，比較溶液顏色深淺以確定物質含量的分析方法稱為目視比色 法。由于目視比色法所用儀器簡單，操作簡便，盡管與其它方法相比誤差較大，在 一些對準確度要求不高的分析中仍然廣泛應用。7.4.1.1 方法概要將有色被測溶液與有色標準溶液在相同的條件下進行顏色比較，根據式（7-8）朗伯-比耳定律A= b，若溶液厚度、顏色深淺度相同，兩者的濃度就相同。7.4.1.2 測定方法目視比色法有多種形式， 標準系列法是常用的定量分析形式。

43、具體操作方法是： 取一套直徑、長度、玻璃厚度、玻璃成分都相同的平底比色管（容量有 10ml、 25ml、 50ml、 100ml 幾種）插入比色管架中（如圖 7-7）依次加入不同量的標準溶液和等量 顯色劑及其它輔助試劑，用蒸餾水或其它溶劑稀釋至標線（相同體積） ，配制成一套顏色逐漸加深的標準系列溶液（標準色階）。將一定量的待測試液在同樣的條件下，按同樣的 要求顯色、稀釋，由管口垂直向下觀察（有時 也可以從側面觀察）、比較，若待測溶液與標準 色階中某一標準溶液顏色深淺相同，則其濃度 亦相同。若介于相鄰兩標準溶液之間，則待測 溶液的濃度為兩標準溶液濃度的平均值。741.3目視比色法的特點（1）優點

44、：儀器簡單，操作方便，適宜于大批樣品的分析。 比色管很長，從上往下看顏色很淺的溶液也容易比較， 故靈敏度較高, 適于微量組分的測定。 不需要單色光，可直接在復合光（白光）下進行測定，因此某些溶液 中的顯色反應不符合朗伯-比耳定律，仍可以用此法進行測定。（2） 缺點：主觀誤差較大，準確度差，相對誤差達土520%。 標準色階溶液一般不太穩定，不宜保存，測定時需要重新配制，比較 費時。也不適于少量樣品分析。7.4.2分光光度計7.4.2.1分光光度計的基本部件分光光度計的型號很多，但基本構件相似，都由光源、單色器、樣品吸收池、檢測器和信號顯示系統等五大部件組成。單色器吸收池檢測器顯示器圖7-8分光光

45、度計組成部件方框圖（1）光源能發出符合要求的入射光的裝置稱為光源。用分光光度計測量物質的吸光度時,對光源的要求是：發出所需波長范圍內的連續光譜，且具有足夠的光強度，并在一 定時間內保持良好的穩定性。光源的使用壽命長。紫外和可見分光光度計常用兩種 光源： 可見光區（400780nm）用鎢燈、鹵鎢燈 鎢燈可發射波長為3252500nm范圍的連續光譜，其中最適宜的使用范圍為3201000nm,除用做可見光源外，還可用做近紅外光源。鎢燈一般工作溫度為 26002870K （鎢的熔點為3680K）,鎢燈 的工作溫度取決于電源電壓，因此電源電壓的微小波動會引起光強度的較大變化，為保證鎢燈發光強度穩定，需要

46、安裝穩壓電源，也可用12V直流電源供電。鹵鎢燈的燈泡用石英制作，燈絲用鎢添加適量的鹵化物或鹵素制成。它具有使 用壽命長，發光效率高等優點，將逐步取代鎢燈，目前7230型、754型等許多分光度計都采用鹵鎢燈。 紫外區（10380nm）用氫燈、氘燈、激光光源氫燈其同位素氘燈波長范圍為185375nm,燈泡用石英（不吸收紫外線）制成，內充低壓氫氣或氘氣，兩電 極間施以一定電壓，激發氣體分子發射出連續的紫外光。 氘燈發光強度比氫燈大3 5倍，使用壽命比氫燈長。激光光源用做紫外光源，具有高光強度、高單色性等優點，目前已開發應用，比較成熟的有氬離子激光器和可調諧染料激光器等。（2）單色器將光源發出的連續光

47、譜分解為單色光的裝置稱為單色器，其分解過程稱為色散單色器是分光光度計的核心。色散以后的單色光經反射、聚光，通過狹縫到達溶液。 常用的單色器有棱鏡單色器和光柵單色器。 棱鏡單色器 棱鏡單色器的原理是利用不同波長的光在棱鏡內折射率不同將復合光色散為單色光，如圖7-9所示。圖7-9光在棱鏡中的色散當入射角為？的一條光線進入棱鏡后, 將向法線（垂直于鏡面的直線）方向， 彎曲射出棱鏡與空氣界面后，則向偏 離垂直的方向彎曲，波長越短，彎曲 角度越大。棱鏡色散作用的大小取決 于棱鏡制作材料和幾何形狀。棱鏡一般用玻璃或石英制作。玻璃棱鏡吸收紫外光， 只適用于可見分光光度計，石英棱鏡可適用于紫外-可見分光光度計

48、。光柵單色器光柵單色器的原理是以光的衍射和干涉現象為基礎制成的,在拋光的金屬平面上刻劃出許多等距離鋸齒形平行條痕，其數目根據所需波長而定。 基于光的衍射干涉原理，將不同波長的光色散。它的優點是分辨率比棱鏡單色器高， 工作波長范圍比棱鏡單色器寬等。（3）吸收池吸收池（又稱吸收池）是盛裝待測溶液和決定透光溶液厚度的器件。吸收池一 般為長方體，底和兩側為毛玻璃，兩面為光學透光面，玻璃透光面的吸收池稱玻璃 吸收池適用于可見分光光度計，石英透光的面的吸收池稱石英吸收池適用于紫外-可見分光光度計。使用吸收池時，要注意保護光學透光面，手不能接觸光學面，只能接觸毛玻璃 面。光學透光面可用擦鏡紙擦拭，也可用鹽酸

49、-乙醇（1 : 2）溶液浸泡后用蒸餾水沖 洗，含有腐蝕玻璃的物質的溶液，不能長時間盛放。吸收池出廠前都經過配套檢驗， 幾套吸收池不能混淆使用。（4）檢測器檢測器是光電轉換元件，其作用是將透過吸收池的光轉換為電信號輸出，輸出 的電信號大小與透過光的強度成正比。常用的檢測器有光電池、光電管和光電倍增管等。 光電池 一般應用于可見分光光度計。光電池是由三層物質構成的薄片,上層是導電性能優良的透光金屬膜，中層是半導體材料（硒、硅等）屬片,如圖7-10所示。當光照在光電池上時，由于半導體材料的單向導電性，半導體材料表面逸出的電子只能流向金屬膜,使金屬膜表面帶負電荷，半導體材料失去電子后帶正，底層是金圖7

50、-10硒光電池結構示意圖電，使底層金屬片帶正電荷。線路接通后就產生10100 yA光電流，可直接輸出給信號顯示器。光電流大小與光照強度成正比。1基體（鐵或鋁），正極；2光電池根據半導體材料不同可分為硒光電池和硅半導體硒；3 透明金屬膜（金、銀或鋁），負極；4 入射光光池等。硒光電池對光響應電的波長范圍為250750nm，靈敏區為500600 nm，最高靈敏峰在530nm。硒光電池具有價格低廉、不需 外接電源等優點，但其內阻很小，光電流不易放大，不適于較微弱光的測量。硅光 電池應用波長范圍為4001200nm,最高靈敏峰在780nm。硅光電池對光響應波長 范圍寬，光電轉換率高，因此用途較廣。常用

51、于火焰光度計、太陽能電池等，但在 可見光區內不如硒光電池靈敏。光電池受持續光照后會產生光電轉換異常的“疲勞” 現象，因此一般不能連續使用2h以上。停止使用一段時間，可恢復光電池的靈敏度。 光電管 廣泛應用于紫外-可見分光光度計。藍敏光電管可用波長范圍為210625nm,紅敏光電管可用波長范圍為 6251000nm。與光電池相比，具有靈敏 度高、光敏范圍廣和不易疲勞等優點。 光電倍增管 廣泛應用于紫外-可見分光光度計。光電倍增管不僅是光電轉換元件，而且有放大作用，可對較弱的光進行檢測；它響應速度快，能檢測10-810-9s的脈沖光；靈敏度較高，比光電管高 200倍。(5) 信號顯示器將檢測器產生

52、的光電信號經放大等處理后，以一定方式顯示出來，便于記錄和 計算。 儀表顯示 儀表表頭標尺的上半部分為透射比 T刻度均勻；下半部分為吸 光度A。由于A與t是對數關系，所以A刻度不均勻，指示儀表顯示的數據只能讀， 不便自動記錄。 數字顯示檢測器產生的信號經放大等處理后由數碼管顯示出透射比或吸 光度。這種數據顯示方式方便、直觀、準確、快捷，還可以與數據處理系統連接， 自動繪制標準曲線，計算分析結果，儲存或打印出分析報告。7.422分光光度計的分類分光光度計的種類和型號繁多，按光路可分為單光束分光光度計和雙光束分光光度計；按測量時提供的波長數可分為單波長分光光度計和雙波長分光光度計；按工作波長又可分為

53、可見分光光度計、紫外分光光度和紅外分光光度計。如表7-7所示表7-7部分不同波長范圍的分光光度計分類波長范圍nm光源單色器檢測器型號可見分光光度計360800鎢燈玻璃棱鏡光電管721型330800鎢鹵素燈光柵光電管722型紫外、可見和遠200 -1000氫燈及石英棱鏡光電管或光電751型紅外分光光度計鎢燈或光柵倍增管WFD-8 型碘鎢燈和氘燈光柵光電管UV-754C 型紅外分光光度計76040000硅碳棒或巖鹽或螢石玻熱點堆或測輻WFD-3 型輝光燈璃棱鏡射熱器WFD-7 型（1單光束分光光度計單光束分光光度計是指光源發出的光，經單色器、吸收池到檢測器始終為一束常用的單光束可見分光光度計有 721型、722型、723型、724型等。常用的單光束紫外-可見分光光度計有751型、752型、754型、756MC型等。單