摩尔吸光系数

河北农大化学系臧晓欢第10章吸光光度法10.1物质对光的选择性吸收和光吸收的基本定律10.2分光光度计及吸收光谱10.3显色反应及影响因素10.4吸光光度分析及误差控制10.5其他吸光光度法10.6吸光光度法的应用河北农大化学系臧晓欢化学分析与仪器分析方法比较化学分析(Chemicalanalysis)：常量组分(1%),Er0.1%～0.2%依据化学反应,使用玻璃仪器仪器分析(Instrumentalanalysis)：微量组分(1%),Er1%～5%依据物理或物理化学性质,需要特殊的仪器例:含Fe约0.05%的样品,称0.2g,则m(Fe)≈0.1mg重量法m(Fe2O3)≈0.14mg,称不准滴定法V(K2Cr2O7)≈0.02mL,测不准光度法结果0.048%～0.052%,满足要求准确度高灵敏度高河北农大化学系臧晓欢10.1物质对光的选择性吸收和光吸收的基本定律10.1.1物质对光的选择性吸收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，包括比色法、可见及紫外吸光光度法及红外光谱法等。特点：灵敏度高（测定下限可达10-5～10-6mol/L）准确度高（满足微量组分的测定要求：RE:2～5％(1～2％)简便快速（在适当条件下，不经分离可直接测定）应用广泛（无机、有机成分、农药残留、生物体内的微量成分、药物分析、环境卫生分析）。河北农大化学系臧晓欢光是一种电磁波。根据波长或频率排列，得到如表1所示的电磁波谱表。表1电磁波谱范围表光谱名称波长范围跃迁类型辐射源分析方法x射线远紫外光近紫外光可见光近红外光中红外光远红外光微波无线电波10-1~l0nm10~200nm200~400nm400~750nm0.75~2.5μm2.5~5.0μm5.0~1000μm0.1~100cm1~1000mK和L层电子x射线管中层电子氢、氘、氙灯价电子氢、氘、氙灯价电子钨灯分子振动碳化硅热棒分子振动碳化硅热棒分子转动和振动碳化硅热棒分子转动电磁波发生器x射线光谱法真空紫外光度法紫外光度法比色及可见光度法近红外光度法中红外光度法远红外光度法微波光谱法核磁共振光谱法河北农大化学系臧晓欢光的基本性质光的电磁波性质射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2nm10nm102nm104nm0.1cm10cm103cm105cm可见光近紫外：200-400nm人眼所能感觉到的波长范围400-750nm近红外：750－2500nm河北农大化学系臧晓欢可见光色散红橙黄绿青青蓝蓝紫650-750nm600-650nm580-600nm500-580nm490-500nm480-490nm450-480nm400-450nm单色光:单一波长的光复合光:由不同波长的光组合而成的光河北农大化学系臧晓欢单色光、复合光、光的互补单色光复合光光的互补单一波长的光由不同波长的光组合而成的光若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光，那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。白光青蓝青绿黄橙红紫蓝物质对光的吸收物质的颜色与光的关系完全吸收完全透过吸收黄色光光谱示意表观现象示意复合光河北农大化学系臧晓欢物质对光的选择性吸收吸收(absorption):一种物质呈现何种颜色，是与入射光的组成和物质本身的结构有关。溶液呈现不同的颜色是由溶液中的质点（离子或分子）对不同波长的光具有选择性吸收而引起的。当白光通过某一有色溶液时，该溶液会选择性地吸收某些波长(wavelength)的光而让未被吸收的光透射过，即溶液呈现透射光的颜色，亦即呈现的是它吸收光的互补光的颜色。例如，KMnO4溶液选择吸收了白光中的绿色(500~560nm)光，与绿色光互补的紫色光因未被吸收而透过溶液，所以KMnO4溶液呈现紫色。河北农大化学系臧晓欢吸收光谱产生的原理物质分子内部六种运动形式：（1）电子相对于原子核的运动Ee；（2）原子核在其平衡位置附近的相对振动Ev；（3）分子本身绕其重心的转动Er；（4）原子的核能En；（5）分子的平动能Et；（6）基团间的内旋转能Ei。河北农大化学系臧晓欢分子吸收光谱-带状光谱(molecularabsorptionspectrum-Bandspectrum)→由电子能级跃迁而产生吸收光谱Ee[能量差在1~20(eV)]，是紫外及可见分光光度法(UV/VisSpectrophotometry)→由分子振动能级Ev(能量差约0.05~leV)和转动能级Er(能量差小于0.05eV)的跃迁而产生的吸收光谱，为红外吸收光谱(InfraredSpectrophotometry)。用于分子结构的研究。河北农大化学系臧晓欢分子的能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量ΔEe(1~20eV)ΔEv(0.05~1eV)ΔEr(0.005~0.05eV)在紫外光的照射下，En不变，Et和Ei较小。所以，体系吸收能量而发生跃迁时：△E=△Ee+△Ev+△Er河北农大化学系臧晓欢电子能级的跃迁当用可见光或紫外光照射分子时，价电子可以跃迁产生吸收光谱，在电子能级变化的同时，不可避免地伴随分子振动和转动的能级变化。因此他包含了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带。河北农大化学系臧晓欢S2S1S0hAhhh分子内电子跃迁带状光谱分子吸收光谱-带状光谱(molecularabsorptionspectrum-Bandspectrum)河北农大化学系臧晓欢纯电子能态间跃迁S2S1S0S3hE2E0E1E3锐线光谱A原子吸收光谱Atomicabsorptionspectrum由原子外层电子选择性地吸收某些波长的电磁波而引起的，为线状光谱(Linespectrum)。河北农大化学系臧晓欢吸收光谱的获得AbsorptionSpectra测量某物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长（）为横坐标，吸光度（A）为纵坐标，绘制吸光度随波长的变化可得一曲线，此曲线即为吸收光谱。(a)(b)(c)(d)220240260280nmA0000(a)联苯（己烷溶剂）；一些典型的紫外光谱(b)苯（己烷溶剂）；(c)苯蒸汽；(d)Na蒸汽。河北农大化学系臧晓欢河北农大化学系臧晓欢吸收曲线(absorptionspectrum)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(max)2）同一物质不同浓度的溶液，光吸收曲线形状相似，其最大吸收波长不变；但在一定波长处吸光度随溶液的浓度的增加而增大。这个特性可作为物质定量分析的依据。在实际测定时，只有在λmax处测定吸光度，其灵敏度最高，因此，吸收曲线是吸光光度法中选择测量波长的依据。3）不同物质吸收曲线的形状和最大吸收波长均不相同。光吸收曲线与物质特性有关，故据此可作为物质定性分析的依据。河北农大化学系臧晓欢定性分析与定量分析的基础定性分析基础定量分析基础物质对光的选择吸收物质的电子结构不同，所能吸收光的波长也不同，这就构成了物质对光的选择吸收基础ABA)(maxA)(maxB在一定的实验条件下，物质对光的吸收与物质的浓度成正比。AC增大河北农大化学系臧晓欢10.1.2光的吸收基本定律——Lambert-Beerlaw透光率（透射比）Transmittance透光率定义：0IITtT取值为0.0%~100.0%全部吸收T=0.0%全部透射T=100.0%入射光I0透射光It河北农大化学系臧晓欢(1)Lambert-Beerlaw当一束平行单色光通过任何均匀、非散射的固体、液体或气体介质时，一部分被吸收，一部分透过介质，一部分被器皿的表面反射。如图所示，设入射光强度为I0,吸收光强度为Ia，透过光强度为It，反射光强度为Ir。rtaIIII0I‘0I‘rI‘tI‘a光吸收的基本定律朗伯定律（1760年）：光吸收与溶液层厚度成正比比尔定律（1852年）：光吸收与溶液浓度成正比河北农大化学系臧晓欢abcIIAtolgTIIAto1lglgLambert-BeerlawbcA0ItITA入射光强度透射光强度透光度吸光度摩尔吸光系数：L·mol–1·cm-1bc溶液厚度溶液浓度其物理意义：一定温度下，一定波长的单色光通过均匀的、非散射的溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和厚度的乘积成正比。=10=10T-kbc-A河北农大化学系臧晓欢2）吸光系数(Absorptivity)a的单位:L·g-1·cm-1当c的单位用g·L-1表示时，用a表示，A＝abc的单位:L·mol-1·cm-1当c的单位用mol·L-1表示时，用表示.－摩尔吸光系数(Molarabsorptivity)A＝bc1%1cmE1%1cmE1%1cmE当c的单位用g·(100mL)-1表示时，用表示，A＝bc，叫做比消光系数河北农大化学系臧晓欢3）吸光度(A)、透光率(T)与浓度(c)的关系ATc=10-kbcTA=kbc线性关系河北农大化学系臧晓欢吸收定律与吸收光谱的关系AC吸光定律A吸收光谱ACmax河北农大化学系臧晓欢河北农大化学系臧晓欢吸光度与光程的关系A=bc检测器b样品光源0.22吸光度光源检测器0.00吸光度光源检测器0.44吸光度b样品b样品河北农大化学系臧晓欢河北农大化学系臧晓欢吸光度与浓度的关系A=bc吸光度0.00光源检测器吸光度0.22光源检测器b吸光度0.44光源检测器b河北农大化学系臧晓欢摩尔吸光系数()的讨论1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，可作为定性鉴定的参数；2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时,ε仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；3）同一吸光物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。河北农大化学系臧晓欢4）εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。ε105：超高灵敏；ε=(6～10）×104：高灵敏；ε2×104：不灵敏。5）ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。Lambert-Beerlaw的适用条件1)单色光:应选用max处或肩峰处测定2)吸光质点形式不变：离解、络合、缔合会破坏线性关系，应控制条件(酸度、浓度、介质等)3)稀溶液：浓度增大，分子之间作用增强河北农大化学系臧晓欢例有一浓度为1.0μg•mL–1的Fe2+溶液，以邻二氮菲显色后，用分光光度计测定，比色皿厚度为2.0cm，在波长510nm处测得吸光度A=0.380，计算该显色反应的吸光系数a和摩尔吸光系数ε。解：已知b=2.0cmA=0.380铁的摩尔质量M=55.85g•mol–1(1)Fe2+的浓度用g•L–1表示时，c=1.0×10–3g•L–1吸光系数a=bcA1-3Lg100.1cm0.2380.0=1.9×102L•g–1•cm–1河北农大化学系臧晓欢(2)Fe2+的浓度用mol•L–1表示时，138185551001Lmol.molg.Lg.c1--1摩尔吸光系数1141510111081023800molLcm.Lmol.cm..bcA例有一浓度为1.0μg•mL–1的Fe2+溶液，以邻二氮菲显色后，用分光光度计测定，比色皿厚度为2.0cm，在波长510nm处测得吸光度A=0.380，计算该显色反应的吸光系数a和摩尔吸光系数ε。河北农大化学系臧晓欢例:某有色溶液在2.00cm比色皿中，测得透光率T=50.0%，若改用1.00cm比色皿时，其T1和A1各为多少？解：有色溶液在2.00cm比色皿中的吸光度为：A=–lgT=–lg0.500=0.301根据朗伯—比尔定律，吸光度与液层厚度成正比，则改用1.00cm比色皿时，其A1和T1各为：A1=1/2A=0.150由于A1=–lgT1则T1=10-