工科化學(xué)第十三講紫外-可見吸收光譜法專業(yè)級隨堂講義

1、第十三章第十三章 紫外紫外- -可見吸收光譜法可見吸收光譜法 (Ultraviolet-Visible Absorption Spectrometry, UV-Vis)UV-VisUV-Vis法是根據(jù)物質(zhì)分子對紫外法是根據(jù)物質(zhì)分子對紫外- -可見區(qū)的電磁輻可見區(qū)的電磁輻射的吸收特性建立起來的定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的射的吸收特性建立起來的定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的方法。屬于分子吸收光譜的一種。方法。屬于分子吸收光譜的一種。UV-VisUV-Vis法優(yōu)點(diǎn)：靈敏度及準(zhǔn)確度高、選擇性較好；法優(yōu)點(diǎn)：靈敏度及準(zhǔn)確度高、選擇性較好；使用的儀器設(shè)備簡單，易于操作；應(yīng)用廣泛，幾乎使用的儀器設(shè)備簡單，易于操作；應(yīng)用廣泛

2、，幾乎可應(yīng)用于所有無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的分析?？蓱?yīng)用于所有無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)的分析。缺點(diǎn)：譜線重疊引起的光譜干擾比較嚴(yán)重，這是有缺點(diǎn)：譜線重疊引起的光譜干擾比較嚴(yán)重，這是有時選擇性不好的主要原因；在可見分光光度法中被時選擇性不好的主要原因；在可見分光光度法中被分析物通常必須用化學(xué)法將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲馕镔|(zhì)，手分析物通常必須用化學(xué)法將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲馕镔|(zhì)，手續(xù)麻煩，有時還帶來干擾。續(xù)麻煩，有時還帶來干擾。 一、分子吸收光譜的產(chǎn)生一、分子吸收光譜的產(chǎn)生 分子的總能量包括：分子的總能量包括： E總總=E內(nèi)內(nèi)+E平平+E電電+E振振+E轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) E內(nèi)內(nèi) 為分子固有內(nèi)能，不隨運(yùn)動而改變；為分子固有內(nèi)能，不隨運(yùn)動而改變； E平平

3、 為分子在空間自由運(yùn)動所需能量，是連續(xù)變化為分子在空間自由運(yùn)動所需能量，是連續(xù)變化 的，是溫度的函數(shù)；的，是溫度的函數(shù)； E電電 為分子中電子相對于原子核的運(yùn)動所需的能量；為分子中電子相對于原子核的運(yùn)動所需的能量； E振振 為分子在平衡位置附近振動所需的能量；為分子在平衡位置附近振動所需的能量； E轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 為分子繞分子重心轉(zhuǎn)動所需的能量；為分子繞分子重心轉(zhuǎn)動所需的能量； E電電、E振振、E轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)是不連續(xù)的，是量子化是不連續(xù)的，是量子化的，即分子具的，即分子具有電子（價電子）能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級，分子有電子（價電子）能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級，分子也有其也有其特征分子能級。特征分子能級。13-1

4、紫外紫外- -可見吸收光譜的產(chǎn)生可見吸收光譜的產(chǎn)生 分子吸收外界輻射能后，引起分子能級的躍遷，分子總能分子吸收外界輻射能后，引起分子能級的躍遷，分子總能量變化為：量變化為： E E總總 = = E E電子電子+ + E E振動振動+ + E E轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動 且且 E E電子電子 E E振動振動 E E轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動同樣分子吸收的能量應(yīng)具有量子化特征：同樣分子吸收的能量應(yīng)具有量子化特征： E = EE = E2 2- E- E1 1 = h= h 1、紫外、紫外-可見光譜（電子光譜）可見光譜（電子光譜） 分子電子能級躍遷所需能量最大，一般在分子電子能級躍遷所需能量最大，一般在 1-20eV, 相當(dāng)于相當(dāng)于

5、 1230-62nm,1230-62nm,紫外紫外-可見光區(qū)的波長可見光區(qū)的波長為為200-780nm200-780nm，分子吸收此波區(qū)的光能足以使價電，分子吸收此波區(qū)的光能足以使價電子發(fā)生躍遷，由此產(chǎn)生的吸收光譜稱為子發(fā)生躍遷，由此產(chǎn)生的吸收光譜稱為紫外紫外-可見可見吸吸收光譜亦稱電子光譜。收光譜亦稱電子光譜。三種不同能級的躍遷所需能量不同，所處的波譜區(qū)域三種不同能級的躍遷所需能量不同，所處的波譜區(qū)域不同，因此可分成下列幾種分子吸收光譜：不同，因此可分成下列幾種分子吸收光譜：200-380nm200-380nm為近紫外區(qū)；為近紫外區(qū)；380-780nm380-780nm為可見光區(qū)；為可見光區(qū)

6、；10-200nm10-200nm為遠(yuǎn)紫外區(qū)為遠(yuǎn)紫外區(qū)，由于空氣中氮、氧、水等均對此區(qū)域由于空氣中氮、氧、水等均對此區(qū)域光有吸收，若對此范圍的光進(jìn)行吸收測定時，必須先對光學(xué)光有吸收，若對此范圍的光進(jìn)行吸收測定時，必須先對光學(xué)系統(tǒng)抽真空，然后充入惰性氣體，所以稱為系統(tǒng)抽真空，然后充入惰性氣體，所以稱為真空紫外區(qū)真空紫外區(qū)，實(shí)實(shí)際應(yīng)用受到一定限制。際應(yīng)用受到一定限制。二、分子吸收光譜的類型二、分子吸收光譜的類型可見光可見光：波長為波長為 380-780nm380-780nm，能被人的視網(wǎng)膜所感覺，能被人的視網(wǎng)膜所感覺， 且不同波長的光呈現(xiàn)不同的顏色。且不同波長的光呈現(xiàn)不同的顏色。單色光單色光：單一

7、波長的光單一波長的光復(fù)合光復(fù)合光：不同波長的可見光組合而成的光，不同波長的可見光組合而成的光， 如日光（白光）等。如日光（白光）等?；パa(bǔ)色互補(bǔ)色：將兩種適當(dāng)顏色的光按一定比例混合，得到白光，將兩種適當(dāng)顏色的光按一定比例混合，得到白光， 則這兩種顏色稱為互補(bǔ)色。則這兩種顏色稱為互補(bǔ)色。物質(zhì)顏色與其吸收光的關(guān)系物質(zhì)顏色與其吸收光的關(guān)系：物質(zhì)本身呈現(xiàn)的顏色與其物質(zhì)本身呈現(xiàn)的顏色與其 吸收顏色成互補(bǔ)色。即物質(zhì)選擇性吸收白光中某波吸收顏色成互補(bǔ)色。即物質(zhì)選擇性吸收白光中某波 段的光后，物質(zhì)就呈現(xiàn)其透過光的顏色；當(dāng)物質(zhì)對段的光后，物質(zhì)就呈現(xiàn)其透過光的顏色；當(dāng)物質(zhì)對 所有波段的白光均不吸收時，物質(zhì)呈透明無色

8、。所有波段的白光均不吸收時，物質(zhì)呈透明無色。 三、物質(zhì)的顏色與光三、物質(zhì)的顏色與光 分子轉(zhuǎn)動能級差一般在分子轉(zhuǎn)動能級差一般在0.005-0.025eV,0.005-0.025eV,相當(dāng)于相當(dāng)于 50-30050-300的遠(yuǎn)紅外光的遠(yuǎn)紅外光, , 也即遠(yuǎn)紅外也即遠(yuǎn)紅外光區(qū)的光能只能光區(qū)的光能只能引起分子轉(zhuǎn)動能級的躍遷，由此得到的吸收光譜稱引起分子轉(zhuǎn)動能級的躍遷，由此得到的吸收光譜稱為為遠(yuǎn)遠(yuǎn)紅外紅外光譜亦稱轉(zhuǎn)動光譜光譜亦稱轉(zhuǎn)動光譜。由于分子吸收足夠的能量產(chǎn)生電子能級的躍遷時，伴隨有振由于分子吸收足夠的能量產(chǎn)生電子能級的躍遷時，伴隨有振動及轉(zhuǎn)動能級的躍遷，相當(dāng)于若干個譜帶系相互重疊，所以動及轉(zhuǎn)動能級

9、的躍遷，相當(dāng)于若干個譜帶系相互重疊，所以分子光譜為分子光譜為帶狀光譜帶狀光譜分子振動能級差一般在分子振動能級差一般在0.025-1eV,0.025-1eV,相當(dāng)于相當(dāng)于 0.78-500.78-50的近紅外及紅外光的近紅外及紅外光, , 也即近紅外、紅外也即近紅外、紅外光區(qū)的光能可引光區(qū)的光能可引起分子振動能級（包括轉(zhuǎn)動能級）的躍遷，由此得到的起分子振動能級（包括轉(zhuǎn)動能級）的躍遷，由此得到的吸收光譜稱為吸收光譜稱為紅外紅外光譜亦稱振光譜亦稱振- -轉(zhuǎn)光譜。轉(zhuǎn)光譜。2 2、紅外光譜（振、紅外光譜（振- -轉(zhuǎn)光譜）轉(zhuǎn)光譜）3 3、遠(yuǎn)紅外光譜（轉(zhuǎn)動光譜）、遠(yuǎn)紅外光譜（轉(zhuǎn)動光譜）一、一、 常見的價電子

10、躍遷類型常見的價電子躍遷類型分子吸收光能，使其電子發(fā)生躍遷，發(fā)生躍遷分子吸收光能，使其電子發(fā)生躍遷，發(fā)生躍遷的電子可分為以下三大類：的電子可分為以下三大類：1.1. 、 、和、和n n電子電子2.2.d d和和f f電子電子3.3.電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移13-2 13-2 有機(jī)化合物的紫外吸收光譜有機(jī)化合物的紫外吸收光譜1 1、 、 、和、和n n電子的電子的躍遷躍遷據(jù)分子軌道理論，據(jù)分子軌道理論，有機(jī)化合物分子有機(jī)化合物分子中價電子包括形中價電子包括形成成單鍵的單鍵的 電子、雙鍵的電子、雙鍵的 電子電子和和非成鍵的非成鍵的n n電子電子* * 位于遠(yuǎn)紫外區(qū)，吸收強(qiáng)度大，有機(jī)化合物中位于遠(yuǎn)紫外區(qū)，吸

11、收強(qiáng)度大，有機(jī)化合物中飽和烴均為飽和烴均為 單鍵，吸收帶小于單鍵，吸收帶小于160nm160nm，在遠(yuǎn)紫外，在遠(yuǎn)紫外區(qū)，因此，此類化合物常用于紫外區(qū)，因此，此類化合物常用于紫外- -可見吸收光譜可見吸收光譜分析的溶劑。分析的溶劑。 * *和和n n 躍遷的吸收帶躍遷的吸收帶 近紫外區(qū)或可見光區(qū)近紫外區(qū)或可見光區(qū)，最常用最常用, , n n 吸收較弱。吸收較弱。* *躍遷幾率比躍遷幾率比n n 大，故大，故吸收帶強(qiáng)度大吸收帶強(qiáng)度大。若。若具有共軛雙鍵，則電子容易激發(fā)，吸收帶具有共軛雙鍵，則電子容易激發(fā)，吸收帶“紅紅移移”，且，且摩爾吸光系數(shù)更大摩爾吸光系數(shù)更大。 n n* * 躍遷的吸收帶躍遷的

12、吸收帶 如含如含-OH-OH、-NH-NH2 2、-X-X、-S-S等等 基團(tuán)的化合物，其雜原子中的基團(tuán)的化合物，其雜原子中的孤對電子孤對電子吸收能量吸收能量后后 向向 * *反鍵軌道反鍵軌道躍遷，其吸收波長在躍遷，其吸收波長在200nm200nm左右。左右。 電負(fù)性越強(qiáng)，躍遷所需能量越高，吸收波長越短。電負(fù)性越強(qiáng)，躍遷所需能量越高，吸收波長越短。n n* *躍遷的摩爾吸光系數(shù)較小。躍遷的摩爾吸光系數(shù)較小。2 2、 電荷轉(zhuǎn)移躍遷電荷轉(zhuǎn)移躍遷電荷轉(zhuǎn)移躍遷是指當(dāng)外來輻射照射到某些化合物時，電荷轉(zhuǎn)移躍遷是指當(dāng)外來輻射照射到某些化合物時，可能發(fā)生一個電子從體系的電子給予體部分轉(zhuǎn)移到該可能發(fā)生一個電子從

13、體系的電子給予體部分轉(zhuǎn)移到該體系的另一電子接受體部分，即給予體的一個電子向體系的另一電子接受體部分，即給予體的一個電子向接受體的一個電子軌道躍遷，相當(dāng)于化合物內(nèi)部發(fā)生接受體的一個電子軌道躍遷，相當(dāng)于化合物內(nèi)部發(fā)生了內(nèi)氧化還原過程，如：了內(nèi)氧化還原過程，如：電荷轉(zhuǎn)移吸收帶的電荷轉(zhuǎn)移吸收帶的特點(diǎn)特點(diǎn)是是 吸收強(qiáng)度大，吸收強(qiáng)度大，maxmax 10104 4L Lmolmol-1-1cmcm-1-1。利用。利用它它 進(jìn)行定量分析，有利于進(jìn)行定量分析，有利于 靈敏度的提高。靈敏度的提高。3 3、配位場躍遷、配位場躍遷是指含有過渡金屬及鑭系錒系元素的配合物在配位體的是指含有過渡金屬及鑭系錒系元素的配合物

14、在配位體的配配位場位場作用下作用下d d軌道或軌道或f f軌道發(fā)生能級分裂，電子吸收能量發(fā)軌道發(fā)生能級分裂，電子吸收能量發(fā)生生d d能級或能級或f f能級躍遷，由此產(chǎn)生配位場吸收帶，主要用于能級躍遷，由此產(chǎn)生配位場吸收帶，主要用于配合物結(jié)構(gòu)的研究。配合物結(jié)構(gòu)的研究。d dd d電子躍遷吸收帶是由于電子躍遷吸收帶是由于d d 電子層未填滿的第一電子層未填滿的第一(3d)(3d)、二二(4d)(4d)過渡金屬離子的過渡金屬離子的d d電子電子，在配位體場影響下分裂出，在配位體場影響下分裂出的不同能量的的不同能量的d d軌道之間的躍遷而產(chǎn)生的。這種吸收帶在軌道之間的躍遷而產(chǎn)生的。這種吸收帶在可見光區(qū)

15、可見光區(qū)，強(qiáng)度較弱，強(qiáng)度較弱，maxmax約為約為0.10.1100 L/mol/cm100 L/mol/cm。f ff f電子躍遷吸收帶在電子躍遷吸收帶在紫外可見光區(qū)紫外可見光區(qū)，它是，它是由鑭系和錒由鑭系和錒系元素的系元素的4f 4f 和和5f5f電子躍遷產(chǎn)生電子躍遷產(chǎn)生的。因的。因f f軌道被已填滿的外軌道被已填滿的外層軌道屏蔽，不易受溶劑和配位體的影響，所以吸收帶層軌道屏蔽，不易受溶劑和配位體的影響，所以吸收帶較較窄窄。二、紫外二、紫外- -可見吸收光譜中的一些常用術(shù)語可見吸收光譜中的一些常用術(shù)語生色團(tuán)生色團(tuán)（chromophorechromophore）：有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)中含有）：

16、有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)中含有* *和和n n 躍遷的基團(tuán)，如躍遷的基團(tuán)，如C=CC=C，C=OC=O，-N=N-N=N-，-NO-NO2 2，-C=S-C=S等等，能在能在UV-VisUV-Vis光范圍內(nèi)產(chǎn)生吸收的原子團(tuán)。光范圍內(nèi)產(chǎn)生吸收的原子團(tuán)。助色團(tuán)助色團(tuán)（auxochromeauxochrome）：指含有）：指含有非鍵電子非鍵電子的雜的雜原子飽和基團(tuán)，如原子飽和基團(tuán)，如-OH-OH、-NH-NH2 2、-X-X、-S-S等基團(tuán)的等基團(tuán)的化合物。當(dāng)它們化合物。當(dāng)它們與生色團(tuán)或飽和烴相連與生色團(tuán)或飽和烴相連時，能使時，能使該生色團(tuán)或飽和烴的吸收峰該生色團(tuán)或飽和烴的吸收峰向長波方向移動，并向長波方

17、向移動，并使吸收強(qiáng)度增加。使吸收強(qiáng)度增加。紅移紅移(red shift)(red shift)亦稱長移亦稱長移：由于化合物的結(jié)構(gòu)由于化合物的結(jié)構(gòu)改變，如發(fā)生共軛作用，引入助色團(tuán)以及溶劑改改變，如發(fā)生共軛作用，引入助色團(tuán)以及溶劑改變等，變等，使吸收峰向長波方向移動。使吸收峰向長波方向移動。藍(lán)（紫）移（藍(lán)（紫）移（blue shiftblue shift）亦稱短移）亦稱短移：當(dāng)化合當(dāng)化合物的結(jié)構(gòu)改變時或受溶劑影響使吸收峰物的結(jié)構(gòu)改變時或受溶劑影響使吸收峰向短波方向短波方向移動。向移動。三、三、 紫外紫外- -可見吸收光譜中的吸收帶可見吸收光譜中的吸收帶吸收帶吸收帶：即吸收峰在即吸收峰在UV-vis

18、UV-vis光譜中的位置。根據(jù)電子光譜中的位置。根據(jù)電子 和軌道種類，可把吸收帶分為和軌道種類，可把吸收帶分為四種四種類型。類型。R R帶帶：由由n n * *躍遷引起的吸收帶，是雜原子的不飽躍遷引起的吸收帶，是雜原子的不飽 和基團(tuán)，如和基團(tuán)，如=C=O=C=O，-NO-NO，-NO-NO2 2，-N=N-N=N-等發(fā)色等發(fā)色 團(tuán)的特征。較長波長范圍（團(tuán)的特征。較長波長范圍（ 300nm)300nm)，弱吸收。，弱吸收。K K帶帶：共軛雙鍵中共軛雙鍵中 * *躍遷所產(chǎn)生的吸收峰，為強(qiáng)吸躍遷所產(chǎn)生的吸收峰，為強(qiáng)吸 收帶。共軛程度增大，吸收帶紅移，吸收強(qiáng)度收帶。共軛程度增大，吸收帶紅移，吸收強(qiáng)度

19、增大。增大。B B帶帶：也稱精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶，是也稱精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶，是 * *躍遷和振動能級躍遷躍遷和振動能級躍遷疊加所產(chǎn)生的吸收帶，是芳香族化合物的特征吸收帶。疊加所產(chǎn)生的吸收帶，是芳香族化合物的特征吸收帶。E E帶帶：芳香族化合物特征吸收，由芳香族化合物特征吸收，由苯環(huán)結(jié)構(gòu)苯環(huán)結(jié)構(gòu)中三個乙烯的環(huán)中三個乙烯的環(huán)狀狀共軛系統(tǒng)的共軛系統(tǒng)的 * *躍遷躍遷所產(chǎn)生的，分為所產(chǎn)生的，分為E E1 1和和E E2 2，均屬強(qiáng)帶。，均屬強(qiáng)帶。三、三、 影響吸收帶的因素影響吸收帶的因素（一）生色團(tuán)或助色團(tuán)的影響（一）生色團(tuán)或助色團(tuán)的影響： 飽和有機(jī)化合物中引入生色團(tuán)或助色團(tuán)，將使飽和有機(jī)化合物中引入生色團(tuán)或助

20、色團(tuán)，將使吸收帶吸收帶紅移和紅移和maxmax增大。增大。1 1、對吸收帶精細(xì)結(jié)構(gòu)對吸收帶精細(xì)結(jié)構(gòu) 的影響的影響： 當(dāng)物質(zhì)溶解在極性溶劑中當(dāng)物質(zhì)溶解在極性溶劑中時，溶質(zhì)分子溶劑化，使其時，溶質(zhì)分子溶劑化，使其轉(zhuǎn)動光譜消失，并限制了溶轉(zhuǎn)動光譜消失，并限制了溶質(zhì)分子的自由轉(zhuǎn)動和分子振質(zhì)分子的自由轉(zhuǎn)動和分子振動，動，導(dǎo)致精細(xì)結(jié)構(gòu)模糊甚至導(dǎo)致精細(xì)結(jié)構(gòu)模糊甚至不出現(xiàn)不出現(xiàn)。非極性溶劑中，其非極性溶劑中，其光譜與該物質(zhì)的氣態(tài)的光譜光譜與該物質(zhì)的氣態(tài)的光譜相似。相似。二、溶劑的影響二、溶劑的影響2 2、極性大的溶劑、極性大的溶劑使使* *躍遷的吸收帶躍遷的吸收帶紅移紅移；使使nn* *躍遷的吸收帶躍遷的吸收

21、帶紫移紫移。在測定紫外吸收光譜時應(yīng)盡可能采用低極性溶劑。在測定紫外吸收光譜時應(yīng)盡可能采用低極性溶劑。溶劑在樣品吸收區(qū)無明顯吸收，在可見光測量范圍內(nèi)，溶劑在樣品吸收區(qū)無明顯吸收，在可見光測量范圍內(nèi)，應(yīng)盡量使用無色溶劑。應(yīng)盡量使用無色溶劑。能很好溶解被測物質(zhì)，且有較好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性。能很好溶解被測物質(zhì)，且有較好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性。（三）溶劑的選擇（三）溶劑的選擇一、一、 UV-VisUV-Vis法中常見術(shù)語法中常見術(shù)語光強(qiáng)光強(qiáng)（ P P或或I I，習(xí)慣上用，習(xí)慣上用I)I)：光束單位時間內(nèi)、單位面積光束單位時間內(nèi)、單位面積 I I0 0=I+I=I+Ir r+I+Ia a I+I I+Ia

22、 a內(nèi)所傳輸?shù)妮椛淠埽▋?nèi)所傳輸?shù)妮椛淠埽↗ mJ m-2-2 s s-1-1） 透光率透光率(T):(T): 一束單色光通過樣品介質(zhì)后，入射光強(qiáng)一束單色光通過樣品介質(zhì)后，入射光強(qiáng)I I0 0減弱為減弱為I I， 則則 透光率：透光率：T=I/IT=I/I0 0 或用百分透光率表示：或用百分透光率表示： T% =I/IT% =I/I0 0 100 100吸光度吸光度(A)(A)： A= -lgT= lg(IA= -lgT= lg(I0 0/I)/I)13-3 13-3 光的吸收定律光的吸收定律I0I二、二、 比爾定律比爾定律 (Beer(Beers Law)s Law)K K ：為比例常數(shù)，與吸

23、光物質(zhì)的性質(zhì)，入射光波長及溫度：為比例常數(shù)，與吸光物質(zhì)的性質(zhì)，入射光波長及溫度 等因素有關(guān)。等因素有關(guān)。當(dāng)樣品濃度為當(dāng)樣品濃度為 g Lg L-1-1時，時， K K用用a a表示，叫做表示，叫做吸光系數(shù)吸光系數(shù)， 單位為單位為 L gL g-1 -1 cmcm-1-1. .當(dāng)樣品濃度為當(dāng)樣品濃度為 mol Lmol L-1-1時，時， K K用用 表示；稱為表示；稱為摩爾吸光系摩爾吸光系 數(shù)數(shù)，單位為單位為L molL mol-1 -1 cmcm-1-1. .abcAbcAA=KbcA A為吸光度，為吸光度，c c為濃度，為濃度，b b為樣品厚度，為樣品厚度， A與與 的的關(guān)系關(guān)系： = M

24、 aM M為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為物質(zhì)的摩爾質(zhì)量1 1、比爾定律、比爾定律 2 2、BeerBeer定律成立的前提定律成立的前提 3 3、吸光度具有加和性、吸光度具有加和性 在互相不作用的多組分體系進(jìn)行吸光分析測定時，往往各在互相不作用的多組分體系進(jìn)行吸光分析測定時，往往各組分對同一波長的光均有不同程度吸收，則當(dāng)一束單色光組分對同一波長的光均有不同程度吸收，則當(dāng)一束單色光通過此溶液時，測得的總吸光度是各組分吸光度之和：通過此溶液時，測得的總吸光度是各組分吸光度之和： A總總=A1+A2+A3+ +An = 1bc1 + 2bc2 + + nbcn 1. 入射光是單色光；入射光是單色光；2. 吸收發(fā)生

25、在均勻的介質(zhì)中；吸收發(fā)生在均勻的介質(zhì)中；3. 吸收過程中，吸收物質(zhì)互相不發(fā)生作用。吸收過程中，吸收物質(zhì)互相不發(fā)生作用。三、偏離三、偏離BeerBeer定律的因素定律的因素1 1、偏離、偏離BeerBeer定律現(xiàn)象定律現(xiàn)象 根據(jù)根據(jù)BeerBeer定律，在理論定律，在理論上，吸光度對溶液濃度作上，吸光度對溶液濃度作圖所得的直線的截距為零，圖所得的直線的截距為零，斜率為斜率為 b b，實(shí)際上，吸光，實(shí)際上，吸光度與濃度的關(guān)系有時是非度與濃度的關(guān)系有時是非線性的，或不通過零點(diǎn)，線性的，或不通過零點(diǎn)，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為偏離偏離BeerBeer定定律。律。BeerBeer定律本身的局限性定律本身的

26、局限性：BeerBeer定律通常適用于濃度小于定律通常適用于濃度小于 0.01mol L0.01mol L-1-1的稀溶液。這是由于的稀溶液。這是由于 A A、濃度過高，折射率發(fā)生改變，從而改變了摩爾吸光系數(shù)；、濃度過高，折射率發(fā)生改變，從而改變了摩爾吸光系數(shù)； B B、濃度過高，分子間發(fā)生的相互作用會改變摩爾吸光系數(shù)。、濃度過高，分子間發(fā)生的相互作用會改變摩爾吸光系數(shù)?；瘜W(xué)因素化學(xué)因素：若溶液中發(fā)生了電離、酸堿反應(yīng)、配位反應(yīng)以及：若溶液中發(fā)生了電離、酸堿反應(yīng)、配位反應(yīng)以及 締合反應(yīng)等，則改變了吸光物質(zhì)的濃度；締合反應(yīng)等，則改變了吸光物質(zhì)的濃度；光學(xué)因素光學(xué)因素： A A、入射光的、入射光的非

27、單色性非單色性； B B、雜散光；雜散光；由于儀器制造過程中的瑕疵，或光學(xué)元件受塵由于儀器制造過程中的瑕疵，或光學(xué)元件受塵 染或霉蝕等染或霉蝕等 ，從分光器得到的單色光中，還有一些不在，從分光器得到的單色光中，還有一些不在 譜帶寬范圍內(nèi)的與所需波長相隔較遠(yuǎn)的光；譜帶寬范圍內(nèi)的與所需波長相隔較遠(yuǎn)的光； C C、待測溶液（混濁）的、待測溶液（混濁）的散射散射。2 2、偏離、偏離BeerBeer定律的原因定律的原因四、四、 吸收光譜吸收光譜 有的吸收峰較弱或兩峰很接近，不容易出現(xiàn)完整的吸收峰，有的吸收峰較弱或兩峰很接近，不容易出現(xiàn)完整的吸收峰，而在一個吸收峰旁產(chǎn)生一個曲折，稱為而在一個吸收峰旁產(chǎn)生一

28、個曲折，稱為肩峰肩峰。 UV-VisUV-Vis的峰位取決于電子能級差；吸光系數(shù)取決于躍遷幾的峰位取決于電子能級差；吸光系數(shù)取決于躍遷幾率。因此，率。因此， UV-VisUV-Vis吸收光譜反映了分子的電子結(jié)構(gòu)特征，吸收光譜反映了分子的電子結(jié)構(gòu)特征，可用于可用于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究，并可為并可為定量分析中選擇適宜波長定量分析中選擇適宜波長。吸收光譜以是波長或波數(shù)為橫坐吸收光譜以是波長或波數(shù)為橫坐標(biāo)，以吸光度標(biāo)，以吸光度A A（或透光率（或透光率T T、 ）為縱坐標(biāo)所描繪的曲線。為縱坐標(biāo)所描繪的曲線。吸吸收曲線形狀不隨濃度變化而變化收曲線形狀不隨濃度變化而變化。吸收光譜圖上吸收最大的地方

29、稱吸收光譜圖上吸收最大的地方稱為為吸收峰吸收峰；它所對應(yīng)的波長稱為它所對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長最大吸收波長。13-4 13-4 紫外紫外- -可見分光光度計(jì)可見分光光度計(jì) 紫外紫外- -可見分光光度計(jì)是在可見分光光度計(jì)是在UV-VisUV-Vis光區(qū)內(nèi)可任意選擇不同光區(qū)內(nèi)可任意選擇不同波長的光測定吸光度的儀器。波長的光測定吸光度的儀器。 一、儀器類型一、儀器類型 可分為單波長、雙波長分光光度計(jì)、多通道分光光度計(jì)；可分為單波長、雙波長分光光度計(jì)、多通道分光光度計(jì)； 單波長分光光度計(jì)又分為單光束和雙光束分光光度計(jì)。單波長分光光度計(jì)又分為單光束和雙光束分光光度計(jì)?；竟饴穲D（五部分組成）：基本光路

30、圖（五部分組成）：二、基本部件二、基本部件 1、光源、光源 發(fā)射的是發(fā)射的是連續(xù)光譜連續(xù)光譜，要求要求光強(qiáng)大而穩(wěn)定光強(qiáng)大而穩(wěn)定 可見區(qū)：可見區(qū)：白熾光源如鎢燈或碘鎢燈，白熾光源如鎢燈或碘鎢燈， 波長范圍波長范圍 3202500nm 紫外區(qū)紫外區(qū)：氣體放電燈，如低壓直流氫放電燈或：氣體放電燈，如低壓直流氫放電燈或 氘放電燈氘放電燈 波長范圍波長范圍 180375nm 因玻璃對紫外光有吸收，所以應(yīng)用因玻璃對紫外光有吸收，所以應(yīng)用石英窗石英窗 2 2、單色器、單色器 作用作用：將復(fù)合光分解為單色光：將復(fù)合光分解為單色光 類型：類型：濾光片濾光片 透過光即濾光片本身顏色，與吸透過光即濾光片本身顏色，與

31、吸 收物質(zhì)顏色互補(bǔ)。半寬度大于收物質(zhì)顏色互補(bǔ)。半寬度大于30nm。 棱鏡棱鏡 利用不同波長光通過棱鏡時折射率不同進(jìn)利用不同波長光通過棱鏡時折射率不同進(jìn) 行分光，半寬度大于行分光，半寬度大于5 10nm。 光柵光柵 利用光的衍射和干涉作用進(jìn)行分光利用光的衍射和干涉作用進(jìn)行分光 波長范圍寬，色散均勻，分辨率強(qiáng)。波長范圍寬，色散均勻，分辨率強(qiáng)。3、吸收池、吸收池 由無色透明的普通光學(xué)玻璃或石英玻璃制成，由無色透明的普通光學(xué)玻璃或石英玻璃制成， 厚度：厚度：0.5cm, 1.0cm, 2.0cm, 3.0cm等等 4、檢測器、檢測器 光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器 類型：類型： 光電池光電池 ：半導(dǎo)體材料受到光

32、照逸出電子產(chǎn)生電位差半導(dǎo)體材料受到光照逸出電子產(chǎn)生電位差。 光電管，光電倍增管，光二極管陣列等光電管，光電倍增管，光二極管陣列等5 5、顯示記錄裝置、顯示記錄裝置三、幾種儀器介紹三、幾種儀器介紹單波長單波長雙光束分光光度計(jì)的特點(diǎn)：雙光束分光光度計(jì)的特點(diǎn)： 消除光源強(qiáng)度變化的影響消除光源強(qiáng)度變化的影響雙波長分光光度計(jì)的特點(diǎn)：雙波長分光光度計(jì)的特點(diǎn)：1 1）可測定多組分混合試樣、混濁試樣；）可測定多組分混合試樣、混濁試樣；2 2）測量時使用同一吸收池，不用空白溶液作參比，）測量時使用同一吸收池，不用空白溶液作參比， 消除了參比池的不同和制備空白溶液等產(chǎn)生的誤差；消除了參比池的不同和制備空白溶液等產(chǎn)

33、生的誤差；3 3）使用同一光源來獲得兩束單色光，減小了由光源電）使用同一光源來獲得兩束單色光，減小了由光源電 壓變化而產(chǎn)生的誤差，提高了檢出限。壓變化而產(chǎn)生的誤差，提高了檢出限。4 4）可測得導(dǎo)數(shù)吸收光譜。）可測得導(dǎo)數(shù)吸收光譜。13-5 UV-Vis13-5 UV-Vis吸收光譜法的應(yīng)用吸收光譜法的應(yīng)用 一、一、定性鑒別定性鑒別 定性依據(jù)定性依據(jù)：多數(shù)有機(jī)化合物：多數(shù)有機(jī)化合物具有吸收光譜特征具有吸收光譜特征，例如吸收光譜形狀、吸收峰數(shù)目、各吸收峰的波例如吸收光譜形狀、吸收峰數(shù)目、各吸收峰的波長位置、強(qiáng)度和相應(yīng)的吸光系數(shù)值等。長位置、強(qiáng)度和相應(yīng)的吸光系數(shù)值等。 結(jié)構(gòu)完全相同的化合物應(yīng)有完全相同

34、的吸收光譜；結(jié)構(gòu)完全相同的化合物應(yīng)有完全相同的吸收光譜；但吸收光譜完全相同的化合物卻不一定是同一個但吸收光譜完全相同的化合物卻不一定是同一個化合物化合物這是由于有機(jī)分子中的選擇吸收的波長這是由于有機(jī)分子中的選擇吸收的波長和強(qiáng)度，主要和強(qiáng)度，主要決定于分子中的生色團(tuán)和助色團(tuán)及決定于分子中的生色團(tuán)和助色團(tuán)及其共軛情況。其共軛情況。利用利用UV-VisUV-Vis吸收光譜法進(jìn)行化合物的定性鑒別，一吸收光譜法進(jìn)行化合物的定性鑒別，一般采用般采用對比法對比法。1 1比較法比較法 通常以通常以未知純試樣未知純試樣的紫外吸收光譜圖與的紫外吸收光譜圖與標(biāo)準(zhǔn)純標(biāo)準(zhǔn)純試樣試樣的紫外吸收光譜圖，或與的紫外吸收光譜圖

35、，或與標(biāo)準(zhǔn)紫外吸收光譜圖標(biāo)準(zhǔn)紫外吸收光譜圖比較進(jìn)行定性。比較進(jìn)行定性。 對比吸收光譜的特征數(shù)據(jù)（對比吸收光譜的特征數(shù)據(jù)（ maxmax、 maxmax）對比吸收光譜的一對比吸收光譜的一致性（致性（ maxmax、 maxmax、峰形均須一致峰形均須一致）2計(jì)算最大吸收波長計(jì)算最大吸收波長 利用紫外吸收光譜中的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律利用紫外吸收光譜中的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律計(jì)算計(jì)算不飽和不飽和有機(jī)化合物的最大吸收波長有機(jī)化合物的最大吸收波長max，并，并與實(shí)驗(yàn)值與實(shí)驗(yàn)值比較比較，從而推斷其結(jié)構(gòu)；從而推斷其結(jié)構(gòu)；(1) Woodward-Fieser經(jīng)驗(yàn)規(guī)則經(jīng)驗(yàn)規(guī)則 可用于計(jì)算可用于計(jì)算共軛烯烴及共軛烯烴及 ， - -不飽和

36、羰基不飽和羰基化合物的化合物的* *躍遷躍遷的最大吸收波長，的最大吸收波長，計(jì)算時以計(jì)算時以母體生色團(tuán)的最大吸收波長母體生色團(tuán)的最大吸收波長maxmax為基數(shù)，再加為基數(shù)，再加上連接在母體上連接在母體電子體系上的不同取代基助色電子體系上的不同取代基助色團(tuán)的修正值；團(tuán)的修正值；(2) Scott(2) Scott經(jīng)驗(yàn)規(guī)則經(jīng)驗(yàn)規(guī)則 它用于計(jì)算苯甲酸、苯甲醛或苯甲酸酯等它用于計(jì)算苯甲酸、苯甲醛或苯甲酸酯等芳芳 香族羰基衍生物香族羰基衍生物RC6H4COX的的max 。二、有機(jī)化合物構(gòu)型和構(gòu)象的推斷二、有機(jī)化合物構(gòu)型和構(gòu)象的推斷 max=204nm弱吸收弱吸收 max=245nm K吸收帶吸收帶 =1

37、8000LmoL-1cm-1三、定量分析三、定量分析2 2、實(shí)驗(yàn)條件的選擇實(shí)驗(yàn)條件的選擇：1.1. 波長波長：通常選擇被測物質(zhì)的：通常選擇被測物質(zhì)的 maxmax處，以提高靈敏度并處，以提高靈敏度并減少測定誤差。如有干擾，則應(yīng)選擇其它波長；減少測定誤差。如有干擾，則應(yīng)選擇其它波長；2.2. 狹縫寬度狹縫寬度：應(yīng)采用較大的狹縫寬度，但以不減小吸光：應(yīng)采用較大的狹縫寬度，但以不減小吸光度為原則；度為原則；3.3. 吸光度值吸光度值：吸光度值應(yīng)控制在某一范圍內(nèi)，以使測定：吸光度值應(yīng)控制在某一范圍內(nèi)，以使測定相對誤差較小；相對誤差較??；4.4. 有色化合物的形成有色化合物的形成：顯色劑的種類、顯色劑的

38、劑量、：顯色劑的種類、顯色劑的劑量、溶液的溶液的pHpH、溫度、顯色時間、穩(wěn)定性、干擾的掩蔽等。、溫度、顯色時間、穩(wěn)定性、干擾的掩蔽等。1 1、定量依據(jù)定量依據(jù)：BeerBeer定律，物質(zhì)在一定波長處的吸光度與濃定律，物質(zhì)在一定波長處的吸光度與濃 度成線性關(guān)系；度成線性關(guān)系；3 3、單組分的定量分析、單組分的定量分析 標(biāo)準(zhǔn)曲線法：配制一系列不同濃度的被測組分的標(biāo)準(zhǔn)溶標(biāo)準(zhǔn)曲線法：配制一系列不同濃度的被測組分的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在選定的波長和最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，分別測定其液，在選定的波長和最佳的實(shí)驗(yàn)條件下，分別測定其A A，以以A A與與C C作圖得一條件直線，在相同條件下，再測量樣品作圖得一條件直線，在相

39、同條件下，再測量樣品溶液的溶液的A A，然后從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得樣品的濃度；，然后從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得樣品的濃度； 吸光系數(shù)法：吸光系數(shù)法： 已知（或通過手冊查到）已知（或通過手冊查到）, ,可根據(jù)公式求可根據(jù)公式求出待測物濃度；出待測物濃度； 目視比色法：基本同標(biāo)準(zhǔn)曲線法，只不過是用眼睛比較目視比色法：基本同標(biāo)準(zhǔn)曲線法，只不過是用眼睛比較溶液顏色。誤差較大，但簡便。溶液顏色。誤差較大，但簡便。4 4、多組分的定量分析、多組分的定量分析 解聯(lián)立方程解聯(lián)立方程：若它們的吸收峰重疊，但不嚴(yán)重，且符合若它們的吸收峰重疊，但不嚴(yán)重，且符合BeerBeer定律，則根據(jù)吸光度的可加和性，可不經(jīng)分離，在定律，則根據(jù)吸光度的可加和性，可不