朗伯-比耳定律.ppt

一、朗伯一、朗伯-比耳定律比耳定律 (1)布格布格(Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)先后在先后在1729年和年和1760年阐明了物质对光的吸收程度与年阐明了物质对光的吸收程度与吸收层厚度之间的关系；吸收层厚度之间的关系；(2)比耳比耳(beer)与与1852年又提出光的吸收程度与年又提出光的吸收程度与吸光物质浓度之间也有类似的关系；吸光物质浓度之间也有类似的关系；(3)二者结合起来就得到了朗伯二者结合起来就得到了朗伯-比耳定律。比耳定律。(4)该定律奠定了分光光度分析法的理论基础。该定律奠定了分光光度分析法的理论基础。当一束平行单色光照射到任何均匀当一束平行单色光照射到任何均匀、非散射的介质非散射的介质(固体固体、液体或气体液体或气体)。例如：溶液时例如：溶液时，光的一部分被介质吸收光的一部分被介质吸收，一部分透过一部分透过溶液溶液、一部分被器皿的表面反射一部分被器皿的表面反射。则它们之间的关系为：则它们之间的关系为：(一一)朗伯朗伯-比耳定律的推导比耳定律的推导 入射光的强度为入射光的强度为I0，吸收光的强度为吸收光的强度为Ia，透过光的强度为透过光的强度为It，反射光的强度为反射光的强度为Ir 如果如果 I0 Ia+It+Ir 近似处理近似处理 在分光光度测定中，盛溶液的比色皿都是在分光光度测定中，盛溶液的比色皿都是采用相同材质的光学玻璃制成的，反射光的强采用相同材质的光学玻璃制成的，反射光的强度基本上是不变的度基本上是不变的(一般约为入射光强度的一般约为入射光强度的4)其影响可以互相抵消，于是可以简化为：其影响可以互相抵消，于是可以简化为：I0 Ia+It 推推 导导 纯水对于可见光的吸收极微纯水对于可见光的吸收极微，故有故有色液对光的吸收完全是由溶液中的有色色液对光的吸收完全是由溶液中的有色质点造成的质点造成的。当入射光的强度当入射光的强度I0一定时一定时，如果如果Ia越大越大，It就越小就越小，即透过光的强度越小即透过光的强度越小，表明有色溶液对光的吸收程度就越大表明有色溶液对光的吸收程度就越大。I0 Ia+It 实验证明实验证明 实践证明，有色溶液对光的吸收实践证明，有色溶液对光的吸收程度，与该溶液的浓度、液层的厚度程度，与该溶液的浓度、液层的厚度以及入射光的强度等因素有关。如果以及入射光的强度等因素有关。如果保持入射光的强度不变，则光吸收程保持入射光的强度不变，则光吸收程度与溶液的浓度和液层的厚度有关。度与溶液的浓度和液层的厚度有关。1760年由朗伯推导出了吸光度于吸收介质年由朗伯推导出了吸光度于吸收介质厚度的关系式：厚度的关系式：1.朗伯定律朗伯定律 bkIIbkIIdbkIdIdbkIdIIdbkdIttbIIt10100111434.0lgln02.比耳定律比耳定律 比耳比耳(beer)在在1852年提出光的吸收程度与吸年提出光的吸收程度与吸光物质浓度之间的关系：光物质浓度之间的关系：ckIIckIIdckIdIdckIdIIdckdIttcIIt20200222434.0lgln03.朗伯朗伯-比耳定律比耳定律 如果同时考虑溶液的浓度和液层厚度的变化如果同时考虑溶液的浓度和液层厚度的变化，则则上述两个定律可合并为朗伯上述两个定律可合并为朗伯-比耳定律比耳定律，即得到：即得到：KbcTIIAIIAKbcIItototo 1lglglglg设设式中式中:A:吸光度，吸光度，K:比例常数，与入射比例常数，与入射光的波长、物质的性光的波长、物质的性质和溶液的温度等因质和溶液的温度等因素有关。素有关。It/I0=T:透射比透射比(透光度透光度)，b：液层厚度：液层厚度(cm)此式为光吸收定律的数学表达式此式为光吸收定律的数学表达式 4.朗伯朗伯-比耳定律比耳定律物理意义物理意义 当一束当一束平行平行的的单色光垂直单色光垂直通过某一通过某一均匀均匀的、的、非散射非散射的吸光物质溶液时，其的吸光物质溶液时，其吸光度吸光度(A)与溶液液层与溶液液层厚度厚度(b)和和浓度浓度(c)的乘积成正比。的乘积成正比。它不仅适用于溶液，也适用于均匀的气它不仅适用于溶液，也适用于均匀的气体、固体状态，是体、固体状态，是各类光吸收的基本定律，各类光吸收的基本定律，也也是各类分光光度法进行定量分析的依据。是各类分光光度法进行定量分析的依据。5.朗伯朗伯-比耳定律成立的前提比耳定律成立的前提(1)入射光为平行单色光且垂直照射。入射光为平行单色光且垂直照射。(2)吸光物质为均匀非散射体系。吸光物质为均匀非散射体系。(3)吸光质点之间无相互作用。吸光质点之间无相互作用。(4)辐射与物质之间的作用仅限于光吸收，辐射与物质之间的作用仅限于光吸收，无荧光和光化学现象发生。无荧光和光化学现象发生。6.吸光度的加和性吸光度的加和性 当介质溶液中含有多种吸光组分时，当介质溶液中含有多种吸光组分时，只要各组分间不存在着相互作用，则在某只要各组分间不存在着相互作用，则在某一波长下介质的总吸光度是各组分在该波一波长下介质的总吸光度是各组分在该波长下吸光度的加和。长下吸光度的加和。即：即：A=A1+A2+An(二二)吸收系数和桑德尔灵敏度吸收系数和桑德尔灵敏度 1.吸收系数吸收系数 朗伯朗伯-比尔定律比尔定律(A=Kbc)中的系数中的系数(K)因浓度因浓度(c)所取的单位不同，有两种表所取的单位不同，有两种表示方式：示方式：当当c：g.L-1 b：cm时时 K用用a表示，称为吸收系数，表示，称为吸收系数，其单位为其单位为L.g-1.cm-1，这时朗伯这时朗伯-比耳定律变为：比耳定律变为：Aabc(1)吸收系数吸收系数(a)(2)摩尔吸收系数摩尔吸收系数()当当c：mol.L-1，b：cm时时 K用用 表示，称为摩尔吸收系数，表示，称为摩尔吸收系数，其单位为其单位为L.mol-1.cm-1，这时朗伯这时朗伯-比耳定律变为：比耳定律变为：A bc 摩尔吸收系数摩尔吸收系数()的物理意义的物理意义 当吸光物质的浓度为当吸光物质的浓度为1mol L-1，吸收层厚度为吸收层厚度为1cm时，吸光物质时，吸光物质对某波长光的吸光度。对某波长光的吸光度。摩尔吸收系数摩尔吸收系数()的性质的性质 表示了吸光物质的浓度为表示了吸光物质的浓度为1mol L-1，液层，液层厚度为厚度为1cm，物质对光的吸收能力。，物质对光的吸收能力。与溶液的浓度和液层厚度无关，只与物质与溶液的浓度和液层厚度无关，只与物质的性质及光的波长等有关。的性质及光的波长等有关。在波长、温度、溶剂等条件一定时在波长、温度、溶剂等条件一定时 的大小取决于物质的性质。的大小取决于物质的性质。是吸光物质的特征常数，不同物质具有是吸光物质的特征常数，不同物质具有不同的不同的。对于同一物质，当其他条件一定时对于同一物质，当其他条件一定时(温度温度等等)，的大小取决于波长。的大小取决于波长。=f()能表示物质对能表示物质对某一波长某一波长的光的的光的吸收吸收能力。能力。越大越大，表明物质对某，表明物质对某 的光吸收能力的光吸收能力越强越强。当当 为为 max，为为max max是一重要的是一重要的特征常数特征常数，它反映了某吸光物，它反映了某吸光物质吸收能力可能达到的最高度。质吸收能力可能达到的最高度。常用来衡量光度法常用来衡量光度法灵敏度灵敏度的高低，的高低，max越大，表明测定该物质的灵敏度越高越大，表明测定该物质的灵敏度越高 一般认为一般认为max 104 L mol-1 cm-1的方法较灵的方法较灵敏。敏。(所以书写所以书写时应标明波长时应标明波长)目前最大的目前最大的的数量级可达的数量级可达106 如：如：Cu双流腙配合物双流腙配合物 495=1.5105 L mol-1 cm-1 (3)吸收系数吸收系数(a)与摩尔吸收系数与摩尔吸收系数()的关系的关系 吸收系数吸收系数(a)常用于化合物组成不明，常用于化合物组成不明，相对分子质量尚不清楚的情况。相对分子质量尚不清楚的情况。摩尔吸收系数摩尔吸收系数()的应用更广泛。的应用更广泛。=a M 2.桑德尔灵敏度桑德尔灵敏度(Sandell)S 吸光光度法的灵敏度除用摩尔吸收系吸光光度法的灵敏度除用摩尔吸收系数数 表示外，还常用桑德尔灵敏度表示外，还常用桑德尔灵敏度S表示。表示。定义：定义：当光度仪器的检测极限为当光度仪器的检测极限为A=0.001时，单位截面积光程内所能检出的吸光时，单位截面积光程内所能检出的吸光物质的最低质量物质的最低质量 单位：单位：gcm-2 3.3.桑德尔灵敏度桑德尔灵敏度(S)与与摩尔吸收摩尔吸收系数系数()的关系的关系 由桑德尔灵敏度由桑德尔灵敏度S的定义可得到：的定义可得到：A=0.001=bc 001.0 bcS 单位：单位：gcm-2 b:cm c:mol L-1=mol/103cm3 bc=mol/103cm2(1)若再乘以若再乘以M(g mol-1)，则为则为103cm2的截面积光的截面积光程中所含物质的质量程中所含物质的质量(g)(2)若再乘已若再乘已106，则，则(g)把把变成了变成了(g)MSMbcMbcMS 33610001.0101010001例例 题：题：用邻二氮菲分光光度法测铁。已知溶液用邻二氮菲分光光度法测铁。已知溶液中中Fe2+的浓度为的浓度为500 g L-1，液层厚度为，液层厚度为2cm，在，在508nm处测得透射比为处测得透射比为0.645。计算：吸光系数计算：吸光系数 a、摩尔吸收系数摩尔吸收系数、桑德尔桑德尔灵敏度灵敏度S (MFe=55.85 g mol-1)解：解：A=-lgT=-lg0.645=0.190(三位有效数字三位有效数字)c=500 g L-1=5.0010-4 g L-1 b=2cm 11241090.11000.52190.0 cmgLbcAa 1641095.885.551000.5 Lmolc11461006.11095.82190.0 cmmolLbcA 2341027.51006.185.55 cmgMS (三三)标准曲线的绘制及应用标准曲线的绘制及应用 1 1.标准曲线标准曲线 配制一系列已知浓度的配制一系列已知浓度的标准溶液标准溶液，在确定的波长和光在确定的波长和光程等条件下程等条件下，分别测定系列溶分别测定系列溶液的吸光度液的吸光度(A)，然后以吸光然后以吸光度为纵坐标度为纵坐标，以浓度以浓度(c)为横为横坐标作图坐标作图，得到一条曲线得到一条曲线，称称标准曲线标准曲线，也称做工作曲线也称做工作曲线。C A 2.2.标准曲线的应用标准曲线的应用 (1)曲线的斜率为曲线的斜率为 b，由由于于b是定值是定值，由此可得到由此可得到摩尔吸收系数摩尔吸收系数 ；(2)可根据未知液的可根据未知液的Ax,在在标准曲线上查出未知液的标准曲线上查出未知液的浓度浓度cx。C A Ax Cx A=bc 二、引起偏离朗伯二、引起偏离朗伯-比耳比耳定律的原因定律的原因 根据郎伯根据郎伯-比尔定律，当吸收层厚度不变比尔定律，当吸收层厚度不变时，标准曲线应当是一条通过原点的直线，时，标准曲线应当是一条通过原点的直线，即即A与与c成正比关系，称之为服从比尔定律。成正比关系，称之为服从比尔定律。但在实际测定中，标准曲线会出现向浓但在实际测定中，标准曲线会出现向浓度轴弯曲度轴弯曲(负偏离负偏离)和向吸光度轴弯曲和向吸光度轴弯曲(正偏离正偏离)，这种现象称为对郎伯这种现象称为对郎伯-比尔定律的偏离。比尔定律的偏离。(一一)物理因素物理因素 1.单色光不纯所引起的偏离单色光不纯所引起的偏离 严格地讲，朗伯严格地讲，朗伯-比耳定律只对一定波长比耳定律只对一定波长的单色光才成立。但在实际工作中，目前用的单色光才成立。但在实际工作中，目前用各种方法得到的入射光并非纯的单色光，而各种方法得到的入射光并非纯的单色光，而是具有一定波长范围的单色光。那么，在这是具有一定波长范围的单色光。那么，在这种情况下，吸光度与浓度并不完全成直线关种情况下，吸光度与浓度并不完全成直线关系，因而导致了对朗伯系，