【工作任务】

任务3.1
基本原理

3.1.1 透光率和吸光度

当一束平行光通过均匀的溶液介质时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被器皿反射，如图 3.1 所示。设入射光强度为 I ₀ ，吸收光强度为 I _a ，透射光强度为 I _t ，反射光强度为 I _r ，则

在进行吸收光谱分析中，先用参比溶液调节仪器的零吸收点，再测被测溶液的透射光强度，所以反射光的影响可从参比溶液中消除，则式（3.1）可简写为

透射光强度 I _t 与入射光强度 I ₀ 之比定义为透光率或透射比，用 T 表示。

溶液的 T 越大，表明它对光的吸收越弱；反之， T 越小，表明它对光的吸收越强。

为了更明确地表示物质对光的吸收程度，常用吸光度 A 表示，其定义为

A 值越大，表明物质对光吸收越强。 T 及 A 都是表示物质对光吸收程度的一种量度， T 常以百分数表示；两者可通过式（3.4）相互换算。

3.1.2 光的吸收定律

1）朗伯-比尔定律

朗伯和比尔分别于 1760 年和 1852 年研究了吸光度 A 与液层厚度 l 和溶液浓度 c 的定量关系，总结得出光的吸收定律，即朗伯-比尔定律：

式中 A ——吸光度；

c ——溶液浓度；

l ——液层厚度；

K ——吸光系数，与入射光波长、溶液的性质、温度等因素有关。

（1）定律含义

当一束平行单色光垂直通过一均匀、非散射的吸光物质溶液时，在入射光的波长、强度以及溶液温度等保持不变的条件下，其吸光度 A 与溶液浓度 c 及液层厚度 l 的乘积成正比。

（2）定律适用范围

适用于物质对紫外光、可见光和红外光的吸收；适用于均匀、无散射的溶液、固体和气体。对溶液一般只适用于浓度较低的稀溶液。

（3）吸光度具有加和性

当溶液中同时存在多种吸光物质时，则实际测得的吸光度是几种物质的吸光度之和，即

2）吸光系数

朗伯-比尔定律中的比例系数“ K ”的物理意义：吸光物质在单位浓度、单位厚度时的吸光度。吸光系数是物质的特性常数，表明物质对某一特定波长光的吸收能力， K 越大，则物质的吸光能力越强。因溶液浓度所取单位不同， K 常有两种表示方法：

（1）摩尔吸光系数（ ε ）

当浓度 c 的单位为mol/L、液层厚度 l 用cm为单位时， K 用 ε 表示，称为摩尔吸光系数，其单位为（mol·L ^-1 ）/cm。其表示浓度为 1 mol/L，液层厚度为 1 cm的溶液，在一定波长下的吸光度。这时朗伯-比尔定律变为

（2）百分吸光系数（ ）

百分吸光系数也称为比吸光系数，指浓度 c 为 1％（1 g/100 mL），液层厚度 l 为 1 cm的溶液的吸光度，用 表示，单位为 100（mL·g ^-1 ）/cm。这时朗伯-比尔定律变为

摩尔吸光系数与百分吸光系数之间的关系为

一定条件下吸光系数是一个特征常数，在温度和波长等条件一定时，吸光系数仅与物质本身的性质有关，与待测物浓度 c 和液层厚度 l 无关，是进行定性和定量分析的依据。同一物质在不同波长时 ε 值不同。不同物质在同一波长时 ε 值不同。

吸光系数不能直接测得，一般用分光光度计测出已知物质浓度溶液的吸光度后，再根据朗伯-比尔定律计算出该物质的吸光系数。 ε 一般不超过 10 ⁵ 数量级，通常认为， ε ＞10 ⁴ 为强吸收； ε ＜10 ² 为弱吸收；10 ² ＜ ε ＜10 ⁴ 为中强吸收。

【 例 3.1】 用氯霉素（相对分子质量 M 为 323.15）纯品配制 100 mL含 2.00 mg的溶液，使用 1 cm的吸收池，在波长为 278 nm处测得透光率为 24.3％，试计算氯霉素在 278 nm波长处的摩尔吸光系数和百分吸光系数。

解 A ＝-lg T ＝-lg 0.243＝0.614

＝ A/ （ c · l ）＝0.614÷（2×10 ^-3 ×1）＝307

·（ M /10）＝307×（323.15÷10）＝9 920

3）影响朗伯-比尔定律的因素

根据朗伯-比尔定律，对于同一种物质，当吸收池的厚度一定，以吸光度对浓度作图时，应得到一条通过原点的直线。但在实际工作中，吸光度与浓度之间的线性关系常常发生偏离，产生正偏差或负偏差，如图 3.2 所示。偏离朗伯-比尔定律的主要原因有以下几种：

（1）溶液浓度

朗伯-比尔定律，只有在稀溶液中才能成立。在高浓度（通常 c ＞0.01 mol/L）时，吸光质点之间的平均距离缩小到一定程度，邻近质点彼此的电荷分布都会相互受到影响，此影响能改变它们对特定辐射的吸收能力，而可导致 A 与 c 线性关系发生偏差。

（2）化学因素

溶液中吸光物质常因离解、缔合、配位、互变异构以及与溶剂作用等化学变化改变其浓度，因而导致偏离朗伯-比尔定律。

（3）仪器因素

朗伯-比尔定律成立的前提是“单色光”，实际上真正的单色光却难以得到。单色光仅是一种理想情况，即使用棱镜或光栅等所得到的单色光，实际上也是有一定波长范围的光谱带，单色光的纯度与狭缝宽度有关，狭缝越窄，它所包含的波长范围也越窄。由于吸光物质对不同波长的光的吸收能力不同（ ε 不同），就导致偏离朗伯-比尔定律。

（4）其他因素

被测样品是非均相体系，入射光经过不均匀的样品时，会有一部分光因发生散射而损失，从而使透光强度减小，致使偏离朗伯-比尔定律。入射光是非平行光，也能导致偏离朗伯-比尔定律。

综上所述，利用朗伯-比尔定律进行测定时，应使用平行的单色光，对浓度较低的均匀、无散射、具有恒定化学环境的待测样品溶液进行分析。

3.1.3 紫外-可见吸收光谱

在溶液浓度和液层厚度一定的条件下，在紫外-可见区将不同波长单色光依次通过被测溶液，测得不同波长下的吸光度，以波长 λ 为横坐标，以吸光度 A 为纵坐标作图，得到光吸收程度随波长变化的关系曲线称为吸收曲线，又称吸收光谱。一定浓度的溶液对不同波长光的吸收程度不同，在吸收曲线中吸收最大且比左右相邻都高之处，称为吸收峰，对应的波长为最大吸收波长，用 λ _max 表示，如图 3.3 所示。

其中，峰与峰之间且比左右相邻都低之处，称为吸收谷。其对应波长用 λ _min 表示；在最大吸收峰旁曲折处的峰称为肩峰。在吸收光谱中曲线波长最短，呈现出强吸收，吸光度大但不成峰形的部分称为末端吸收。分析物质的吸收光谱会发现：

①同一物质对不同波长的吸光度不同。

②同一物质不同浓度，其吸收曲线形状相似， λ _max 相同，但在同一波长处的吸光度随溶液浓度降低而减小。这是利用吸收光谱进行定量分析的依据。

③不同物质相同浓度，其吸收曲线形状不同， λ _max 不同， λ _max 与物质的性质有关。这是利用吸收光谱进行定性分析的依据。 lcGqCktcVgl0kNUS50POd1ODVSwKOUL08ELnpvt483vBBLqAK873+2HHHgcsKsVU