分光光度计( spectrophotometer)是啥,它有什么用处?”这是很多高中生看到这几个字的第一反应。(如图)这是分光光度计的样子,同学们主要会接触的是可见分光光度计,它是大学期间检测有颜色溶液浓度的基础仪器

分光光度计

一般大学选择化学,生物等理科相关专业的同学们在实验中都会用到它。而且有关分光光度计的实验是近几年AP化学考试中FRQ大题非常容易考到,而容易被同学们漏掉的知识点。因为它是大学常用仪器,所以在一些高中的化学课堂上并没有讲到这个实验。如果备考中有关分光光度计的实验没有复习到,很有可能考试中遇到相关考题完全没有思路。

说到这里,同学们可能会想,有关分光光度计的实验,AP化学考试会考哪些内容呢?其实AP化学考试,有关分光光度计的考题并不难,只需要掌握两点内容,下面我来和同学们分析一下。

Part I

首先同学们需要掌握——使用分光光度计检测有颜色溶液的浓度。仪器检测溶液浓度的相关原理是什么呢?同学们需要掌握比尔定律。

当入射光照射待检测溶液,溶液会对入射光进行吸收。通过比尔定律(Beer’s law)可知吸光度A=abc。

A—吸光度(absorbance)
a—吸光度系数(molar absorptivity)
b—光程长(path length)
c—浓度(concentration)

吸光度系数a取决于被检测溶液的种类,如果检测的是同一种物质,那么a值相同。b为光的穿行路径,也就是盛放被检测溶液的容器——比色皿(cuvette)的宽度(如图),比色皿宽度增大,b值增大。如果题目中没有说换一个比色皿,b值就是一个常数,不会发生改变。

b=1.0cm

b=2.0cm

b=2.0cm

同学们掌握原理后,需要理解通过分光光度计可以检测溶液浓度的变化。c为溶液的浓度,吸光度A与溶液浓度c成正比,浓度c越大,吸光度A越大。也就是浓度c和吸光度A是成正比的关系,由此我们可以检测溶液浓度的变化。

当同学们检测的溶液种类没有变,比色皿不变,那么a,b 都为常数。通过分光光度计,我们可以得到吸光度A 的读数,例如当A 值变为初始读数一半,由此可知被检测溶液的浓度也变为开始浓度的1/2(如图显示,观察随着吸光度的改变,溶液浓度的变化)。


当然我们可以通过分光光度计实验得出被检测溶液的浓度。首先我们可以通过测量已知浓度溶液的吸光度,绘制出浓度和吸光度成一条直线关系,然后测量未知浓度溶液的吸光度,通过对应图像可得到相应的溶液浓度。接下来我们可以做一道相关真题来加深理解。

题目中溶液吸光度为A=0.74,要求出Co2+的浓度。题目中已知已经给出Co2+浓度和吸光度的直线关系,我们可以直接从图像中找到纵坐标吸光度为0.74,对应横坐标浓度的值就可以了。

Part II

其次有关分光光度计的实验我们需要掌握的是波长的选择。物质有颜色是因为它们吸收一部分可见光,没有被吸收的可见光反射到人的眼睛中显示出相应颜色。不同颜色的物质会对不同的波长有较大吸收值(如图)。


针对分光光度计实验我们选择的波长一定要满足两点条件。第一被检测的物质一定要对入射光有较大的吸收值,不然从分光光度计中显示不出读数会发生明显的变化。第二被检测的溶液中混有其他物质时,只有我们要检测的物质对这个波长有较大吸收值,其他物质要对这个波长有较小吸收值,也就是满足唯一性,不然我们会分不清吸光度由哪一个物质产生的。我们可以做一道相关真题。

题目中要分析Cu2+的浓度,但溶液中混有了Co2+,所以我们选择的波长一定是Cu2+对它有较大吸收值,而Co2+对它有较小的吸收值。题目要求从400nm-700nm进行选择,由上分析选700nm最为合适。答案要求比较宽松,650-700nm都是对的。

通过相关真题的分析,同学们也可以看出有关分光光度计的考题相对容易,只需要掌握上面所讲的两点知识:第一,同学需要掌握根据比尔定律,检测有色溶液的浓度;第二,入射光波长的选择,被检测的溶液对波长有较大吸收值,且满足唯一性

相信同学们现在已经对分光光度计的实验有一定的理解了,当然还需要去做一些相关的真题以增加做题的熟练度(文末有真题福利可以领取哦!)。还有很值得强调的一点是,AP化学属于大学预科课程,整体内容还是有一定难度的,近几年的5分率只有10%左右,所以想要备考AP化学的同学们还需要多花一些时间和精力来认真备考,这样才能取得理想的5分。

 专业名词

Spectrophotometer 分光光度计

Beer’s law比尔定律

Absorbance 吸光度

Absorptivity吸光度系数

Path length 光程长

Concentration 浓度

Wavelength波长

Cuvette比色皿

文章作者介绍

TD王晓倩老师

TD福利&参与方式

我们为大家准备了文章中所涉及到的分光光度计知识点相关真题分享给大家,扫描下方二维码,添加马甲微信(已经有TD小马甲的同学无需重复添加啦!),并回复关键字「光度计」,即可领取~千万不要错过噢!

推荐阅读

👉2020AP 5分率权威发布!绝大多数科目5分率创10年新高?AP微积分/化学/计算机学科5分率小幅下降?

👉2020年AP化学考试真题回顾及考点分析-AP化学考情回顾:题量大,但整体难度不高

👉什么是「伦敦色散力」?3分钟搞定这个AP化学重点

👉AP和SAT2化学中的「电离能」是什么? 要怎么考呢? 你只需要掌握三点

👉2014年AP化学真题下载-选择题下载