1．吸光光度法的特点

（1） 定义 ：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。我们重点讨论可见光区的吸光光度法。

（2）光的基本性质  

（3）吸收光谱产生的原理

*   吸收光谱分为：原子吸收光谱和分子吸收光谱。是因物质对不同波长的光具有选择性吸收作用而产生的。

* 原子吸收光谱 （ Atomic absorption spectrum）

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（ Line spectrum） 。

?  分子吸收光谱（ molecular absorption spectrum）

→ 由电子能级跃迁而产生吸收光谱 [ 能量差在 1～20(eV)]， 是紫外及可见分光光度法 （ UV/Vis Spectrophotometry） 。

→ 由分子振动能级(能量差约0.05～leV) 和转动能级(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 （ Infrared Spectrophotometry） 。用于分子结构的研究。

→ 带状光谱（ Band spectrum）

* 单色光（ monochromatic light ）：具同一波长的光。

* 复合光（ multiplex light）： 由不同波长组成的光。

* 紫外光（ ultraviolet light）： 波长200~400 nm。

* 可见光 （ visible light）： 人眼能感觉到的光 ， 波长在 400～750 nm。 它是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种色光按一定比例混合而成的

*   波段 （ wave band）： 各种色光的波长范围不同。

* 互补色光 （ complementary color light）： 按一定比例混合 ， 得到白光 （ white light）。

*   物质的颜色是因物质对不同波长的光具有选择性吸收作用而产生的。

*   吸收光谱曲线或光吸收曲线（ absorption curve）： 以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。

* 最大吸收波长（ maximum absorption wavelengh ）： 光吸收程度最大处的波长，用 ?max 表示

*   吸光度 （ absorbance）

在可见光， KMnO4 溶液对 波长525nm 附近绿色光的 吸收最强，而对紫色和红色 的吸收很弱。?max=525nm。 浓度不同时，光吸收曲线形 状相同，?max 不变，吸光 度不同。

（4）目视比色法( colorimetry) 和吸光光度法的特点

a） 灵敏度高。常用于测定试样中质量分数为1%~10 -5 的微量组分，甚至可测定低至质量分数为10^-6～10^-8 的痕量组分。

b） 准确度较高。目视比色法的相对误差为5%～10%，吸光光度法为2%～5%。

c） 应用广泛。几乎所有的无机离子和许多有机化合物都可以直接或间接地用目视比色法或吸光光度法进行测定。

d) 仪器简单、操作简便、快速。

2.光吸收的基本定律

(1)朗伯-比尔定律（ Lambert-Beer law）

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6-3所示，设人射光强度为 I'0 ， 吸收光强度为 I a ， 透过光强度为 It ， 反射光强度为 Ir 。

　　在吸光光度分析法中，试液和空白溶液分别置于同样质料及厚度的吸收池中，然后让强度为 I‘ ₀ 的单色光分别通过这两个吸收池，再测量其透过光的强度。此时反射光强度基本上是不变的，且其影响可以相互抵消。

透射比或透光度   （Transmittance）

　　透过光强度 I_t 与人射光强度 I o 之比称为透射比或透光度，用 T 表示溶液的透射比愈大，表示它对光的吸收愈小;相反，透射比愈小，表示它对光的吸收愈大。

　　朗伯 (Lambert J H) 和比尔 (Beer A) 分别于 1760 和 1852 年研究了光的吸收与溶液层的厚度及溶液浓度的定量关系 ， 二者结合称为朗伯 - 比尔定律 ， 也称为光的吸收定律。

　　当一束强度为 I₀ 的平行单色光垂直照射到长度为 b 的液层、浓度为 c 的溶液时，由于溶液中吸光质点(分子或离子)的吸收，通过溶液后光的强度减弱为 I ：

　　　　

* 朗伯-比尔定律表明：当一束单色光通过含有吸光物质的溶液后，溶液的吸光度与吸光物质的浓度及吸收层厚度成正比。这是进行定量分析的理论基础。比例常数 K 与吸光物质的性质、入射光波长及温度等因素有关。

* 含有多种吸光物质的溶液，由于各吸光物质对某一波长的单色光均有吸收作用，若各吸光物质的吸光质点之间相互不发生化学反应，当某一波长的单色光通过这样一种含有多种吸光物质的溶液时，溶液的总吸光度应等于各吸光物质的吸光度之和。这一规律称吸光度的加和性。

（2）摩尔吸收系数和桑德尔灵敏度

* 摩尔吸收系数（ molar absorptivity）

      当浓度 c 用 mol·L ^-1 ， 液层厚度 b 用 cm 为单位表示，则 K 用另一符号 ? 来表示。 ? 称为摩尔吸收系数，单位为 L·mol ^-1 ·m ， 它表示物质的量浓度为 l mol·L ， 液层厚度为 l cm 时溶液的吸光度。

?  桑德尔( Sandell) 灵敏度(灵敏度指数) S 来表示。 S 是指当仪器的检测极限 A =0.001 时，单位截面积光程内所能检测出来的吸光物质的最低含量，其单位为 ? g·cm ^-2 ， S 与 ? 及吸光物质摩尔质量 M 的关系为：

3.比色法和吸光光度法及其仪器

（1）目视比色法( colorimetry)

　　用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法。优点是仪器简单，操作简便，适宜于大批试样的分析。灵敏度高，因为是在复合光-白光下进行测定，故某些显色反应不符合朗伯-比尔定律时，仍可用该法进行测定。主要缺点是准确度不高，标准系列不能久存，需要在测定时临时配制。

（2）吸光光度法 ( Spectrophotometry)

　　借助分光光度计来测量一系列标准溶液的吸光度，绘制 标准曲线 ，根据被测试液的吸光度，从标准曲线上求得被测物质的浓度或含量。

　　Standard curve- calibrated curve- working curve

　　吸光光度法与目视比色法在原理上不同。吸光光度法是比较有色溶液对某一波长光的吸收情况，目视比色法则是比较透过光的强度。例如，测 KMnO ₄ 的含量，吸光光度法测量的是 KMnO ₄ 溶液对黄绿色光的吸收情况，目视比色法则是比较 KMnO 4 溶液透过红紫色光的强度。

*   吸光光度法特点：入射光是纯度较高的单色光，故便偏离朗伯-比尔定律的情况大为减少，标准曲线直线部分的范围更大，分析结果的准确度较高。因可任意选取某种波长的单色光，故利用吸光度的加和性，同时测定溶液中两种或两种以上的组分。由于入射光的波长范围扩大了，许多无色物质，只要它们在紫外或红外光区域内有吸收峰，都可以测定。

（3）分光光度计及其基本部件

　　分光光度计按工作波长范围分类，紫外、可见分光光度计应用于无机物和有机物含量的测定，红外分光光度计主要用于结构分析。分光光度计又可分为单光束和双光束两类。722型分光光度计是数字显示的单光束、可见分光光度计（ recording pectrophotometer）。

旧的光电比色计 （ photoelectric colorimeter）   

分光光度计的基本部件 : 光源、单色器、比色皿、检测器和显示装置。

* 光源 （ light source）

　　用6～12 V 钨丝灯作可见光区的光源，发出的连续光谱在360～800 nm 范围内。光源应该稳定，即要求电源电压保持稳定。为此，通常在仪器内同时配有电源稳压器。

　　　　　氢灯　　　　　氘灯　　　　　钨灯　　　　　汞灯

　　　　hydrogen　　　deuterium　　　tungsten　　　mercury

　　　　　lamp　　　　　lamp　　　　　lamp　　　　　lamp

* 单色器（ monochromator）

　　单色器的作用是将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。分为棱镜和光栅。

* 棱镜（prism）： 根据光的折射原理而将复合光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过一个很窄的狭缝（slit） 照射到吸收池上。由玻璃或石英制成。玻璃棱镜用于可见光范围，石英棱镜则在紫外和可见光范围均可使用。

* 光栅（grating） 是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过狭缝照射到吸收池上。它的分辨率比棱镜大，可用的波长范围也较宽。

* 滤光片（filter）

* 比色皿( coloritrough)   也称吸收池。用于盛放试液的容器。

　　它是由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分为0.5 cm，lcm，2cm，3cm 和5 cm。

　　在可见光区测量吸光度时使用玻璃吸收池，紫外区则使用石英吸收池。使用比色皿时应注意保持清洁、透明，避免磨损透光面。

* 检测器（ detector）

　接受从比色皿发出的透射光并转换成电信号进行测量。分为光电管和光电倍增管。

光电管 （ phototube）： 一个真空或充有少量惰性气体的二极管。阴极是金属做成的半圆筒，内侧涂有光敏物质，阳极为一金属丝。光电管依其对光敏感的波长范围不同分为红敏和紫敏两种。红敏光电管是在阴极表面涂银和氧化铯，适用波长范围为625~1000 nm; 紫敏光电管是阴极表面涂锑和铯，适用波长范围为200~625 nm。

光电倍增管 （ photomultiplier）：由光电管改进而成的 ， 管中有若千个称为倍增极的附加电极。可使光激发的电流得以放大，一个光子约产生10⁶ ~10 ⁷     个电子。它的灵敏度比光电管高200多倍。适用波长范围为160~700 nm。 光电倍增管在现代的分光光度计中被广泛采用。

* 光电池（ photocell）

* 显示装置

　　作用是把放大的信号以吸光度 A 或透射比 T 的光度分析法的设计方式显示或记录下来。分光光度计常用的显示装置是检流计、微安表、数字显示记录仪。