《分析化学》分光光度法的测定原理（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《分析化学》分光光度法的测定原理-讲义 1、理解分光光度法的测定原理。理解朗伯-比耳定律及其表达式。 知识点一 分光光度法的测定原理 物质对光的选择性吸收： 原理：物质能够吸收光，使分子由基态转为激发态。只有当分子吸收的光能量（hν）与基态和激发态能量之差（ΔE）相等时才能被吸收，所以物质对光的吸收具有选择性。若溶液选择性地吸收了某波长的光，而让另一部分波长的光透过，则溶液呈现透射光的颜色。 吸收光谱：以波长 λ 为横坐标，溶液对不同波长的光的吸收程度即吸光度 A 作纵坐标得到的曲线，即为吸收光谱。不同物质其吸收光谱的形状及最大吸收波长（λmax）通常不同，这是定性鉴别物质的基础；同一物质不同浓度的溶液，吸收光谱形状相同，λmax 不变，浓度愈大，吸光度峰值愈高。 朗伯 - 比尔定律： 定律内容：当一束单色光照射溶液时，若不考虑反射，入射光强度 I₀、吸收光强度 Iₐ、透射光强度 Iₜ之间的关系为 I₀ = Iₐ + Iₜ。透射光的强度 Iₜ与入射光强度 I₀之比称为透光率 T（T = Iₜ/I₀），透光率的负对数为吸光度 A（A=-lgT）。温度一定时，吸光度（A）与溶液浓度（c）、液层厚度（b）成正比，即 A = εbc，此为朗伯 - 比尔定律的数学表示式。式中 b 的单位为 cm、c 单位为 mol/L，ε 为摩尔吸光系数，单位为 L/(mol・cm)。若用质量浓度 ρ 代替物质的量浓度 c，则可表示为 A = aρb，a 称为质量吸光系数，单位为 L/(g・cm)，ε 和 a 可通过 ε = aM 相互换算，M 表示被测物质的摩尔质量。 意义与应用：当入射光波长、溶剂种类、溶液温度等因素确定时，ε 和 a 只与物质的性质有关，是物质的特征常数。ε 或 a 愈大，表明溶液对入射光愈容易吸收，测定的灵敏度愈高。分光光度法通常先绘制吸收光谱，确定 λmax，再以 λmax 作为入射光的波长进行定量分析，通过测定吸光度来计算物质浓度。 分光光度法的理论基础是（ ） A. 朗伯定律 B. 比尔定律 C. 朗伯 - 比尔定律 D. 欧姆定律 【答案】C 【解析】分光光度法的理论基础是朗伯 - 比尔定律，它表明当一束单色光通过均匀溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层厚度的乘积成正比。 1. 紫外 - 可见分光光度法的合适检测波长范围是（ ） A. 200 - 400nm B. 400 - 760nm C. 200 - 760nm D. 760 - 1000nm 【答案】C 【解析】紫外 - 可见分光光度法涵盖紫外光区（200 - 400nm）和可见光区（400 - 760nm），所以检测波长范围是 200 - 760nm。 2. 根据朗伯 - 比尔定律 A = εbc，下列因素中不影响吸光度 A 的是（ ） A. 溶液浓度 c B. 液层厚度 b C. 入射光波长 D. 溶液颜色 【答案】D 【解析】根据朗伯 - 比尔定律，吸光度与溶液浓度、液层厚度和入射光波长下物质的吸光特性（由摩尔吸光系数体现）有关，溶液颜色是物质吸光后的外在表现，不影响吸光度大小。 3. 吸光度 A 与透光率 T 的关系是（ ） A. A = lgT B. A = -lgT C. T = lgA D. T = -lgA 【答案】B 【解析】吸光度与透光率的关系为 A = -lgT，这是分光光度法中的基本关系。 1. 摩尔吸光系数 ε 越大，说明（ ） A. 物质对光的吸收能力越弱 B. 物质对光的吸收能力越强 C. 溶液浓度越大 D. 液层厚度越大 【答案】B 【解析】摩尔吸光系数是衡量物质对某一波长光吸收能力的物理量，ε 越大，表明该物质对该波长的光吸收能力越强，测定该物质的灵敏度也越高。 2. 用分光光度法进行定量分析时，通常绘制的工作曲线是以（ ） A. 吸光度为横坐标，浓度为纵坐标 B. 浓度为横坐标，吸光度为纵坐标 C. 透光率为横坐标，浓度为纵坐标 D. 浓度为横坐标，透光率为纵坐标 【答案】B 【解析】在定量分析中，通常以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标绘制工作曲线，根据朗伯 - 比尔定律，吸光度与浓度呈线性关系。 3. 紫外 - 可见分光光度计中，用于可见光区的光源是（ ） A. 钨灯 B. 氘灯 C. 空心阴极灯 D. 钠灯 【答案】A 【解析】在紫外 - 可见分光光度计中，钨灯用于可见光区提供连续辐射，氘灯用于紫外光区提供连续辐射，空心阴极灯是原子吸收光谱仪的光源。 · 基于物质对光的选择性吸收：不同物质对不同波长的光吸收程度不同。 · 符合比尔-朗伯定律：吸光度与溶液浓度和光程长度成正比。 · 通过测量吸光度定量分析：根据吸光度计算被测物质的浓度。 知识点二 朗伯 - 比尔定律 定律内容：当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度 A 与吸光物质的浓度 c 及吸收层厚度 b 成正比，数学表达式为 A = εbc。其中 ε 为摩尔吸光系数，若 c 用质量浓度 ρ 代替，则可表示为 A = aρb，a 称为质量吸光系数。 物理意义：光被吸收的量正比于光程中产生光吸收的分子数目。吸光度 A 与透光度 T 成反相关，即 A=-lgT，透射光强度 Iₜ与入射光强度 I₀之比称为透光率 T（T = Iₜ/I₀）。 适用条件：入射光为平行单色光且垂直照射；吸光物质为均匀非散射体系；吸光质点之间无相互作用；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；吸光度通常在 0.2-0.8 之间，溶液浓度小于 0.01mol/L。 朗伯 - 比尔定律的数学表达式是（ ） A. A = εbc B. A = lgT C. T = εbc D. A = lg (1/T²) 【答案】A 【解析】朗伯 - 比尔定律表明，当一束平行单色光垂直通过某一均匀非散射的吸光物质时，其吸光度 A 与吸光物质的浓度 c 及吸收层厚度 b 成正比，表达式为 A = εbc，其中 ε 为摩尔吸光系数。 1. 朗伯 - 比尔定律成立的前提条件之一是（ ） A. 入射光为复合光 B. 入射光为单色光 C. 溶液为非均匀体系 D. 吸光物质会相互作用 【答案】B 【解析】朗伯 - 比尔定律成立要求入射光为单色光，只有在这种情况下，吸光度才与溶液浓度和液层厚度成正比关系，非单色光会导致吸光度与浓度的线性关系偏离。 2. 在朗伯 - 比尔定律 A = εbc 中，ε 的单位是（ ） A. mol/(L・cm) B. L/(mol・cm) C. cm/(mol・L) D. L/(g・cm) 【答案】B 【解析】摩尔吸光系数 ε 的单位是 L/(mol・cm)，它是吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，反映了吸光物质对光的吸收能力。 3. 某有色溶液符合朗伯 - 比尔定律，当浓度为 c 时，吸光度为 A，若浓度变为 2c 时，吸光度为（ ） A. A/2 B. 2A C. A² D. √A 【答案】B 【解析】根据 A = εbc，在 ε 和 b 不变的情况下，吸光度 A 与浓度 c 成正比，浓度变为原来的 2 倍，吸光度也变为原来的 2 倍。 1. 用分光光度计测定某溶液吸光度时，若比色皿厚度从 1cm 变为 2cm，其他条件不变，则吸光度将（ ） A. 变为原来的一半 B. 不变 C. 变为原来的 2 倍 D. 变为原来的 4 倍 【答案】C 【解析】由 A = εbc 可知，当 ε 和 c 不变时，A 与 b 成正比，比色皿厚度 b 增大一倍，吸光度 A 也增大一倍。 2. 摩尔吸光系数 ε 反映了物质对光的吸收能力，ε 越大，则（ ） A. 物质对光的吸收能力越强，测定灵敏度越高 B. 物质对光的吸收能力越弱，测定灵敏度越高 C. 物质对光的吸收能力越强，测定灵敏度越低 D. 物质对光的吸收能力越弱，测定灵敏度越低 【答案】A 【解析】摩尔吸光系数 ε 是吸光物质的特征常数，ε 越大，表明该物质对某波长光吸收能力越强，相同浓度下吸光度越大，比色测定的灵敏度越高。 3. 符合朗伯 - 比尔定律的有色溶液稀释时，其最大吸收波长（ ） A. 向长波方向移动 B. 向短波方向移动 C. 不移动，但吸收峰降低 D. 不移动，但吸收峰升高 【答案】C 【解析】物质的最大吸收波长是由物质的分子结构决定的，与浓度无关，所以溶液稀释时，最大吸收波长位置不移动，但由于浓度降低，根据朗伯 - 比尔定律，吸光度减小，吸收峰降低。 · 表达式：A=Kbc，其中 A 为吸光度，K 为摩尔吸光系数，b 为吸收层厚度，c 为吸光物质浓度。 · 适用条件：适用于均匀、非散射的稀溶液，入射光为单色光。 · 偏离原因：物理方面是单色光不纯；化学方面是溶液浓度高、溶质和溶剂的化学变化。 知识点三 偏离原因 单色光不纯：由于仪器分辨能力所限，入射光实际为一很窄波段的谱带，含有杂色光，会导致朗伯 - 比耳定律的偏离。 溶液浓度过高：浓度大于 0.01mol/L 时，吸光粒子间平均距离减小，受粒子间电荷分布相互作用影响，摩尔吸收系数改变，导致偏离。 溶质和溶剂性质变化：溶质和溶剂相互作用，可使生色团和助色团变化，导致吸收光谱的波长移动，即红移或蓝移，使吸收曲线形状改变。 介质不均匀：若被测试液为胶体溶液、乳浊液或悬浮液，入射光除被吸收外，还会因反射、散射使光损失，导致透光率减小，吸光度增大，标准曲线偏离直线。 溶质发生化学变化：溶液中发生解离、缔合、生成络合物或溶剂化等化学变化，会改变吸光物质的浓度或性质，导致吸光度与浓度的比例关系变化，偏离朗伯 - 比耳定律。 朗伯 - 比尔定律偏离的主要物理因素之一是（ ） A. 溶液浓度过高 B. 溶质发生解离 C. 入射光为非单色光 D. 溶剂与溶质发生相互作用 【答案】C 【解析】入射光的单色性不纯是物理方面导致偏离朗伯 - 比尔定律的主要原因，朗伯 - 比尔定律只适用于单色光，实际仪器产生的入射光通常为复合光，会引起定律偏离，C 正确。A、B、D 选项均为化学因素导致的偏离。 1. 下列哪种情况会导致朗伯 - 比尔定律偏离（ ） A. 溶液为稀溶液（浓度小于 0.01mol/L） B. 入射光为平行光 C. 溶液中存在胶体粒子 D. 吸光质点之间无相互作用 【答案】C 【解析】溶液中存在胶体粒子时，会使入射光发生散射，除了被吸收外还有光损失，导致透光率减小，吸光度增大，使标准曲线偏离直线，C 正确。A、B、D 选项均符合朗伯 - 比尔定律成立的条件，不会导致偏离。 2. 当溶液浓度过高时，朗伯 - 比尔定律发生偏离的原因是（ ） A. 吸光质点间平均距离增大 B. 吸光质点间相互作用减弱 C. 摩尔吸收系数发生改变 D. 溶液变为均匀体系 【答案】C 【解析】浓度高时，吸光粒子间的平均距离减小，受粒子间电荷分布相互作用的影响，它们的摩尔吸收系数发生改变，导致偏离比尔定律，C 正确。浓度高时吸光质点间平均距离减小，相互作用增强，A、B 错误；溶液本身性质未改变，仍为不均匀体系时才会导致偏离，D 错误。 3. 以下关于朗伯 - 比尔定律偏离原因的说法，正确的是（ ） A. 溶剂的性质对朗伯 - 比尔定律无影响 B. 离解不是偏离朗伯 - 比尔定律的化学因素 C. 杂散光不会对比尔定律产生影响 D. 非单色光会导致朗伯 - 比尔定律偏离 【答案】D 【解析】非单色光会导致朗伯 - 比尔定律偏离，因为朗伯 - 比尔定律只适用于单色光，实际的非单色光会使吸光度与浓度关系不符合定律，D 正确。溶剂性质会影响溶质的吸收光谱，A 错误；离解是偏离朗伯 - 比尔定律的主要化学因素，B 错误；杂散光会对比尔定律产生影响，可使吸收光谱变形，改变吸光度值，C 错误。 1.朗伯 - 比尔定律适用于均匀、非散射的溶液，若溶液为乳浊液会导致定律偏离，原因是（ ） A. 乳浊液会吸收更多的光 B. 乳浊液会使光发生反射、散射 C. 乳浊液会改变溶质的化学性质 D. 乳浊液会使溶液浓度发生变化 【答案】B 【解析】乳浊液属于不均匀体系，入射光通过乳浊液后，除了一部分被吸收，还会有反射、散射使光损失，导致透光率减小，吸光度增大，从而偏离朗伯 - 比尔定律，B 正确。乳浊液主要是通过反射、散射光影响定律，而非吸收更多光，A 错误；乳浊液一般不会改变溶质化学性质和溶液浓度，C、D 错误。 2.下列哪项不是引起朗伯 - 比尔定律偏离的化学因素（ ） A. 溶质的解离 B. 溶液中有色质点的聚合 C. 入射光为复合光 D. 生成络合物 【答案】C 【解析】入射光为复合光属于物理因素，是由于仪器分光能力有限导致的，不是化学因素，C 正确。溶质的解离、有色质点的聚合、生成络合物都会因改变吸光质点的性质或浓度，从而引起朗伯 - 比尔定律偏离，属于化学因素，A、B、D 错误。 3.关于朗伯 - 比尔定律，当出现下列哪种情况时，定律会发生偏离（ ） A. 溶液中溶质和溶剂未发生相互作用 B. 吸光物质为均匀体系 C. 溶液浓度为 0.005mol/L D. 溶质发生缔合反应 【答案】D 【解析】溶质发生缔合反应会改变吸光质点的形态和浓度，影响吸光度与浓度的线性关系，导致朗伯 - 比尔定律偏离，D 正确。A、B、C 选项均符合朗伯 - 比尔定律成立条件，不会引起偏离。 · 物理因素：入射光非单色光。 · 化学因素：溶液浓度过高，发生离解、缔合。 · 仪器因素：吸收池厚度不一致。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $