第9章紫外可見(jiàn)

1、第六章 紫外可見(jiàn)吸收光譜§ 6-1 概述定義：紫外可見(jiàn)吸收光譜: 利用物質(zhì)的分子或離子對(duì)紫外和可見(jiàn)光的吸收所產(chǎn)生的紫外可見(jiàn)光譜及吸收程度對(duì)物質(zhì)的組成、含量和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、測(cè)定、推斷的分析方法。應(yīng)用：應(yīng)用廣泛不僅可進(jìn)行定量分析，還可利用吸收峰的特性進(jìn)行定性分析和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)分析，還可測(cè)定一些平衡常數(shù)、配合物配位比等?？捎糜跓o(wú)機(jī)化合物和有機(jī)化合物的分析，對(duì)于常量、微量、多組分都可測(cè)定。 特點(diǎn)：靈敏度高、準(zhǔn)確度高、選擇性好、操作方便、分析速度快、應(yīng)用范圍廣?？梢?jiàn)及紫外的波長(zhǎng)范圍100800nm。1.遠(yuǎn)紫外光區(qū)：100200nm2.近紫外光區(qū)：200400nm3.可見(jiàn)光區(qū)：400800nm40

2、0800nm，僅能進(jìn)行定量分析200400nm，定性、定量分析§ 3-2 紫外可見(jiàn)吸收光譜法一、紫外可見(jiàn)吸收光譜的基本原理（一）紫外可見(jiàn)吸收光譜 由紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)獲得 光源單色器吸收池檢測(cè)器顯示器 E電 = h n光 (200800 nm)吸收曲線將不同波長(zhǎng)的光透過(guò)某一固定濃度和厚度的待測(cè)溶液，測(cè)量每一波長(zhǎng)下待測(cè)溶液對(duì)光的吸收程度（即吸光度），然后以波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)作圖，可得一曲線。這曲線描述了物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的吸收能力，稱吸收曲線或吸收光譜。分析吸收曲線可以看到： 1.同一濃度的待測(cè)溶液對(duì)不同波長(zhǎng)的光有不同的吸光度;2. 對(duì)于同一待測(cè)溶液，濃度愈大，吸光度也愈大；

3、3. 對(duì)于同一物質(zhì)，不論濃度大小如何，最大吸收峰所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)(最大吸收波長(zhǎng) max) 不變.并且曲線的形狀也完全相同。（二）紫外可見(jiàn)光譜的特征1. 吸收峰的形狀及所在位置 定性、定結(jié)構(gòu)的依據(jù)2. 吸收峰的強(qiáng)度定量的依據(jù) A = lgI0 / I=KCb k：摩爾吸收系數(shù) 單位：L.cm -1 . mol-1 吸光度的意義吸光度表示光束通過(guò)溶液時(shí)被吸收的程度。A=logI0/It當(dāng)入射光全部被吸收時(shí)，It=0，則A=；當(dāng)入射光全部不被吸收時(shí)，It=I0，則A=0,所以，0A 。透光度的意義透光度也稱為透光率，表示透光度占入射光的比例 T=It/I0當(dāng)入射光全部被吸收時(shí)，It=0,則T=0；當(dāng)入射

4、光全部不被吸收時(shí)，It=I0，則T=1,所以，0T 1?？傻梦舛扰c透光度之間的關(guān)系A(chǔ)=logI0/It=-logT朗伯一比耳定律是光吸收的基本定律它指出：當(dāng)一束單色光穿過(guò)透明介質(zhì)時(shí)，光強(qiáng)度的降低同入射光的強(qiáng)度、吸收介質(zhì)的厚度及光路中吸光微粒的數(shù)目成正比，用數(shù)學(xué)式表達(dá)為： I/I0=10-KCb 或 lgI0/I=KCb A=KCb=-logT K 的物理意義及計(jì)算 K在數(shù)值上等于1mol/L的吸光物質(zhì)在1cm光程中的吸光度， K = A/Cb，與入射光波長(zhǎng)、溶液的性質(zhì)及溫度有關(guān)（1）K吸光物質(zhì)在特定波長(zhǎng)和溶劑中的一個(gè)特 征常數(shù) ，定性的主要依據(jù)（2）K值愈大，方法的靈敏度愈高 k >

5、104 強(qiáng)吸收 k = 103104 較強(qiáng)吸收 k = 102103 中吸收 k < 102 弱吸收K隨濃度的單位不同，而名稱、表示符號(hào)和單位不同。C以g/L為單位時(shí)，K叫吸收系數(shù)，用a表示，單位為L(zhǎng)·g-1·cm-1C以摩爾濃度為單位時(shí)， K叫摩爾吸收系數(shù)，用表示，單位為L(zhǎng)·mol-1·cm-1C以百分濃度為單位時(shí)， K叫百分吸收系數(shù)，用A1cm1%表示。吸光度具有加和性在多組分的體系中，在某一波長(zhǎng)下，如果各種對(duì)光有吸收的物質(zhì)之間沒(méi)有相互作用，這時(shí)體系在該波長(zhǎng)的總吸光度等于各組分吸光度之和。A總=A1+A2+A3+An參比溶液的作用實(shí)際中，測(cè)得的

6、吸光度包含被測(cè)溶液及吸收池、溶劑等其它吸收。除被測(cè)溶液吸收，其它吸收引起的誤差用參比溶液消除。實(shí)際中，標(biāo)準(zhǔn)曲線不通過(guò)原點(diǎn)時(shí)，其中原因之一是參比溶液選擇不當(dāng)。選擇參比溶液的原則1.使測(cè)得的被測(cè)溶液的吸光度能準(zhǔn)確地反映被測(cè)組分的濃度。2.參比溶液的性質(zhì)要穩(wěn)定，在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，其本身的吸光度要不變。參比溶液及選擇方法（1）溶劑參比。當(dāng)加入的試劑及顯色劑均無(wú)色，只有待測(cè)物顯色時(shí)，用純?nèi)芤鹤鲄⒈热芤骸Ｈ缫话愠Ｓ玫娜軇┱麴s水。 （2）試劑參比。當(dāng)試劑和顯色劑在測(cè)定波長(zhǎng)處有吸收時(shí)，選用試劑參比。即用蒸餾水代替樣品，其他所加試劑及操作與樣品完全相同，此溶液就是試劑參比，常稱“試劑空白”。多數(shù)情況下都是采用此

7、種溶液做空白。 （3）樣品參比。當(dāng)樣品溶液有顏色，而試劑溶液無(wú)顏色時(shí)，應(yīng)采用不加顯色劑的樣品溶液作參比，稱為樣品空白。 （4）褪色參比。顯色劑及樣品基體均有顏色，但顯色劑又不與基體顯色，測(cè)定時(shí)應(yīng)選樣品的褪色溶液做參比。其配制方法是：先將樣品顯色，再選加一種試劑，只絡(luò)合或改變被測(cè)離子價(jià)態(tài)，使試樣中以顯示的待測(cè)組分在褪色。此外，有時(shí)也可改變加入試劑的順序，使待測(cè)組分不發(fā)生顯色反應(yīng)。 偏離吸光度定律的影響因素在實(shí)際測(cè)定時(shí)，吸光度往往不是一條直線，它偏離直線而發(fā)生向上或向下彎曲，這種現(xiàn)象稱為偏離光吸收定律。物理因素引起的偏離入射光非單色光引起的偏離。嚴(yán)格地說(shuō)：朗伯比耳定律只適用于單色光，分光光度計(jì)上還

8、不能完全得到單一波長(zhǎng)的單色光，而是一個(gè)很小波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。選擇適當(dāng)?shù)娜肷洳ㄩL(zhǎng)十分關(guān)鍵。選擇最大吸收波長(zhǎng)的光為入射光，不僅可以獲得最大的靈敏度，而且吸光物質(zhì)的吸收曲線在最大波長(zhǎng)附近曲線膠平坦，吸光度值基本相等。溶液本身的原因溶液本身的一些化學(xué)因素引起偏離朗伯比耳定律。朗伯比耳定律是一個(gè)有限定律。它只適用于濃度小于0.01mol/L的稀溶液。溶液為膠體溶液、乳濁液或懸濁液偏離?；瘜W(xué)因素引起的偏離化學(xué)因素如離解、諦合、溶劑化，互變異構(gòu)反應(yīng)及吸光物質(zhì)組成改變等，使溶液中吸光物質(zhì)的真實(shí)濃度與溶液的指示濃度不成正比變化，吸光度與濃度的線性關(guān)系，發(fā)生偏離。二、 紫外可見(jiàn)吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系(一 

9、;) 有機(jī)化合物的紫外可見(jiàn)吸收光譜1. 電子躍遷類型紫外可見(jiàn)吸收光譜是由分子中價(jià)電子能級(jí)躍遷產(chǎn)生的這種吸收光譜取決于價(jià)電子的性質(zhì) 1. 電子類型 形成單鍵的電子 C-H、C-C 形成雙鍵的電子 C=C、C=O 未成對(duì)的孤對(duì)電子n 電子 C=O：在紫外和可見(jiàn)光區(qū)范圍內(nèi)，有機(jī)化合物的吸收帶主要由-*、-*、n-* 、n-*及電荷遷移躍遷產(chǎn)生。無(wú)機(jī)化合物的吸收帶主要由電荷遷移和配位場(chǎng)躍遷產(chǎn)生。各種躍遷情況如圖所示：在選擇測(cè)定電子吸收光譜曲線的溶劑時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：（1）盡量選用低極性溶劑；（2）能很好地溶解被測(cè)物，并且形成的溶液具有良好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性； （3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)

10、無(wú)明顯吸收。§6-3 紫外可見(jiàn)吸收光譜法的應(yīng)用不同的有機(jī)化合物具有不同的吸收光譜，可進(jìn)行簡(jiǎn)單的定性分析，但吸收光譜較簡(jiǎn)單，只能用于鑒定共軛發(fā)色團(tuán)，推斷未知物骨架，可進(jìn)行定量分析及測(cè)定配合物配位比和穩(wěn)定常數(shù)一 、定性分析： (一）比較吸收光譜法 根據(jù)化合物吸收光譜的形狀、吸收峰的數(shù)目、強(qiáng)度、位置進(jìn)行定性分析 待測(cè)樣品 相同條件 樣品譜 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 標(biāo)準(zhǔn)譜(三)純度檢查如果一化合物在紫外區(qū)沒(méi)有吸收峰，而其雜質(zhì)有較強(qiáng)吸收，就可方便的檢出該化合物中的痕量雜質(zhì)。 例如要鑒定甲醇和乙醇中的雜質(zhì)苯，可利用苯在254nm處的B吸收帶，而甲醇或乙醇在此波長(zhǎng)范圍內(nèi)幾乎沒(méi)有吸收。 又如四氯化碳中有無(wú)二硫化碳

11、雜質(zhì)，只要觀察在318nm處有無(wú)二硫化碳的吸收峰即可。 三、 定量分析無(wú)機(jī)化合物，測(cè)定主要在可見(jiàn)光區(qū),大約可測(cè)定50多種元素有機(jī)化合物，主要在紫外區(qū) 1. 單組分物質(zhì)的定量分析 測(cè)定條件： 選擇合適的分析波長(zhǎng)（max） A：0.2-0.8 選擇適當(dāng)?shù)膮⒈热芤?1.一次標(biāo)準(zhǔn)加入法 取一份試液測(cè)其吸光度Ax，再取另一等份試液，加入一定量標(biāo)準(zhǔn)溶液使?jié)舛仍黾覥k，測(cè)其吸光度Ax+k， Ax=Cxb Ax+k= （Cx+Ck）b四、示差分光光度法普通的分光光度法采用不含被測(cè)組分的參比溶液，而示差分光光度法則使用一定濃度的被測(cè)物作參比溶液。 普通 參比 T100% 示差 參比Cs As=sCsL T100

12、% 未知液 Ax=xCxL A=AsAx=(Cs Cx)L= C L示差分光光度法分為高吸收法、低吸收法和最精密法三種。高吸收法在測(cè)定高濃度溶液時(shí)使用。低吸收法在測(cè)定低濃度溶液時(shí)使用。普通的分光光度法：測(cè)得試樣的T=5.0%, 配制一濃度稍低的標(biāo)準(zhǔn)溶液Cs,測(cè)得T=10.0%, 二者之差為5%示差法: 用標(biāo)準(zhǔn)溶液Cs 來(lái)調(diào)節(jié)儀器令T=100%, 再測(cè)定試樣Cx, 可得T=50.0%, 二者之差為50%。示差法相當(dāng)于把標(biāo)尺擴(kuò)大了10倍，測(cè)量讀數(shù)的相對(duì)誤差也就縮小了10倍。示差分光光度法(示差法)與普通光度法的關(guān)系示差法: 采用濃度稍低于試樣的標(biāo)準(zhǔn)溶液(Cs)作參比溶液調(diào)節(jié)儀器T100(A=0)，

13、再測(cè)定試樣溶液的吸光度(稱為相對(duì)吸光度)，相對(duì)應(yīng)的透光度稱為相對(duì)透光度。普通光度法:以純?nèi)軇┗蚩瞻自噭┳鲄⒈热芤?，測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)溶液及試液的吸光度分別為As和Ax，對(duì)應(yīng)的透光度為Ts和Tx，根據(jù)朗伯-比爾定律 普通光度法: As=sCsL Ax=xCxL 示差法: A=As-Ax=(Cs-Cx)L= C L上式意義：在符合朗伯-比爾定律測(cè)定濃度范圍內(nèi)，示差法測(cè)得的相對(duì)吸光度(A)與被測(cè)溶液和參比溶液的濃度差(Cs-Cx,即C)成正比，即可用于定量測(cè)定。此時(shí)試液的T50，令讀數(shù)落在適宜的范圍內(nèi)，提高了測(cè)定的準(zhǔn)確度。 （2）低濃度溶液 Cx<Cs用Cs調(diào)T=0，再用純?nèi)軇┱{(diào)T=100%，測(cè)Cx的T

14、或A把原來(lái)的90%100%一段擴(kuò)展成0100%，透光率擴(kuò)大了10倍。被測(cè)物質(zhì)的透光率由95%50%。2、雙標(biāo)準(zhǔn)示差分光光度法Cs1CxCs2 用Cs1調(diào)T=0，Cs2調(diào)T=100%，測(cè)Cx的T或A（4）雙波長(zhǎng)測(cè)定法l1為a組分的最大吸收波長(zhǎng)， 為測(cè)定波長(zhǎng)l2為參比波長(zhǎng)，A l1b =Al 2b l1處： Al1a+b = Al1a + Al1b l2 處： Al2a+b = Al2a + Al2b A = Al1a+b Al2a+b = (Al1a + Al1b ) (Al2a+ Al2b) = Al1a Al2a= l1a CXL l2a CXL§64 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)一 、儀器

15、的基本部件光源 單色器 吸收池 檢測(cè)器 顯示器（一）光源光源的作用是提供輻射連續(xù)復(fù)合光可見(jiàn)光區(qū) 鎢燈 320-2500nm 優(yōu)點(diǎn)：發(fā)射強(qiáng)度大、使用壽命長(zhǎng)紫外光區(qū) 氫燈或氘燈 180-375nm 氘燈的發(fā)射強(qiáng)度比氫燈大4倍 玻璃對(duì)這一波長(zhǎng)有強(qiáng)吸收，必須用石英光窗。 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)同時(shí)具有可見(jiàn)和紫外兩種光源。（二） 單色器 單色器是從連續(xù)光譜中獲得所需單色光的裝置。常用的有棱鏡和光柵兩種單色器。棱鏡單色器的缺點(diǎn)是色散率隨波長(zhǎng)變化，得到的光譜呈非均勻排列，而且傳遞光的效率較低。光柵單色器在整個(gè)光學(xué)光譜區(qū)具有良好的幾乎相同的色散能力。因此，現(xiàn)代紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)上多采用光柵單色器。（三）吸收池 吸

16、收池是用于盛放溶液并提供一定吸光厚度的器皿。它由玻璃或石英材料制成。玻璃吸收池只能用于可見(jiàn)光區(qū)。最常用的吸收池厚度為1cm。（四）檢測(cè)器 檢測(cè)器的作用是檢測(cè)光信號(hào)。常用的檢測(cè)器有光電管和光電倍增管。 1.光電管 光電管由一個(gè)半圓筒形陰極和一個(gè)金屬絲陽(yáng)極組成。當(dāng)照射陰極上光敏材料時(shí)，陰極就發(fā)射電子。兩端加壓，形成光電流。 藍(lán)敏光電管為銫銻陰極。適用波長(zhǎng)范圍：220-625nm 紅敏光電管為銀和氧化銫陰極適用波長(zhǎng)范圍： 600-1200nm。2.光電倍增管光電倍增管是檢測(cè)微弱光信號(hào)的光電元件。它由密封在真空管殼內(nèi)的一個(gè)光陰極、多個(gè)倍增極（亦稱打拿極）和一個(gè)陽(yáng)極組成。通常兩極間的電壓為75-100V，九個(gè)倍增極的光電倍增管的總放大數(shù)為106-107光電倍增管的暗電流是儀器噪音的主要來(lái)源（五）信號(hào)顯示器 常用的顯示器有檢流計(jì)、微安計(jì)、電位計(jì)、數(shù)字電壓表、記錄儀、示波器及數(shù)據(jù)處理機(jī)等。二、儀器的類型（一）單光束分光光度計(jì) 只有一條光路，通過(guò)變換參比池和樣品池的位置，使它們分別置于光路來(lái)進(jìn)行測(cè)定特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，價(jià)廉，適于在給定波長(zhǎng)處測(cè)量吸光度或透光度，一般不能作全波段光譜掃描，要求光源和檢測(cè)器具有很高的穩(wěn)定性。特點(diǎn)：自動(dòng)記錄，快速全波長(zhǎng)掃描?？上庠床环€(wěn)定，檢測(cè)器靈敏度變換等因素的影響