《儀器分析》教案6紫外可見吸收光譜法

1、第九章紫外-可見吸收光譜法91教學(xué)建議一、從光譜定性分析和定量分析的依據(jù)和方法入手，介紹紫外-可見吸收光譜原理、有機(jī)和無機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜特征。二、在通用光譜分析儀器結(jié)構(gòu)的總框架下，介紹紫外-可見分光光度計結(jié)構(gòu)組成、特點(diǎn)及應(yīng)用。92主要概念一、教學(xué)要求：（一）、掌握紫外-可見吸收光譜法的基本原理；（二）、掌握物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與紫外-可見吸收光譜的關(guān)系；（三）、了解紫外-可見分光光度計結(jié)構(gòu)組成與應(yīng)用。二、內(nèi)容要點(diǎn)精講9-1概述利用紫外可見分光光度計測量物質(zhì)對紫外可見光的吸收程度（吸光度）和紫外可見吸收光譜來確定物質(zhì)的組成、含量，推測物質(zhì)結(jié)構(gòu)的分析方法，稱為紫外可見吸收光譜法或紫外可見分光光

2、度法（ultravioletandvisiblespectrophotometry,UV-VIS）。它具有如下特點(diǎn)：八、（1）靈敏度高適于微量組分的測定，一般可測定10-6g級的物質(zhì)，其摩爾吸收系數(shù)可以達(dá)到104105數(shù)量級。（2）準(zhǔn)確度較高其相對誤差一般在1%5%之內(nèi)。（3）方法簡便操作容易、分析速度快。（4）應(yīng)用廣泛不僅用于無機(jī)化合物的分析，更重要的是用于有機(jī)化合物的鑒定及結(jié)構(gòu)分析（鑒定有機(jī)化合物中的官能團(tuán)）。可對同分異構(gòu)體進(jìn)行鑒別。此外，還可用于配合物的組成和穩(wěn)定常數(shù)的測定。紫外可見吸收光譜法也有一定的局限性，有些有機(jī)化合物在紫外可見光區(qū)沒有吸收譜帶，有的僅有較簡單而寬闊的吸收光譜，更有

3、個別的紫外可見吸收光譜大體相似。例如，甲苯和乙苯的紫外吸收光譜基本相同。因此，單根據(jù)紫外可見吸收光譜不能完全決定這些物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，只有與紅外吸收光譜、核磁共振波譜和質(zhì)譜等方法配合起來，得出的結(jié)論才會更可靠。9-2紫外可見吸收光譜法的基本原理當(dāng)一束紫外可見光（波長范圍200760nm）通過一透明的物質(zhì)時，具有某種能量的光子被吸收，而另一些能量的光子則不被吸收，光子是否被物質(zhì)所吸收既決定于物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，也決定于光子的能量。當(dāng)光子的能量等于電子能級的能量差時（即AE電=hf）,則此能量的光子被吸收，并使電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。物質(zhì)對光的吸收特征，可用吸收曲線來描述。以波長入為橫坐標(biāo)，吸光度A為縱

4、坐標(biāo)作圖，得到的A-入曲線即為紫外可見吸收光譜（或紫外可見吸收曲線）。它能更清楚地描述物質(zhì)對光的吸收情況（圖9-1）。從圖9-1中可以看出：物質(zhì)在某一波長處對光的吸收最強(qiáng)，稱為最大吸收峰，對應(yīng)的波長稱為最大吸收波長（入max）；低于高吸收峰的峰稱為次峰；吸收峰旁邊的一個小的曲折稱為肩峰；曲線中的低谷稱為波谷其所對應(yīng)的波長稱為最小吸收波長（入min）；在吸收曲線波長最短的一端，吸收強(qiáng)度相當(dāng)大，但不成峰形的部分，稱為末端吸收。同一物質(zhì)的濃度不同時，光吸收曲線形狀相同，最大吸收波長不變，只是相應(yīng)的吸光度大小不同。物質(zhì)不同，其分子結(jié)構(gòu)不同，則吸收光譜曲線不同，入max不同，所以可根據(jù)吸收光譜曲線對物質(zhì)

5、進(jìn)行定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析。物質(zhì)吸光的定量依據(jù)為朗伯-比爾定律：A=KcL。表明物質(zhì)對單色光的吸收強(qiáng)度A與溶液的濃度c和液層長度L的乘積成正比，K為摩爾吸收系數(shù)，其單位為Lmol-lcm-l,它與入射光的波長、溶液的性質(zhì)以及溫度有關(guān)。K反映吸光物質(zhì)對光的吸收能力，也反映定量測定的靈敏度。K值越大，說明該物質(zhì)在某特定條件的吸收能力越強(qiáng)，測定的靈敏度越高。它是描述物質(zhì)紫外可見吸收光譜的主要特征，也是物質(zhì)定性分析的重要依據(jù)。9-3紫外可見吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、電子躍遷的類型紫外可見吸收光譜是由于分子中價電子能級躍遷而產(chǎn)生的。因此，有機(jī)化合物的紫外可見吸收光譜取決于分子中價電子的性質(zhì)。根據(jù)分子軌道理

6、論，在有機(jī)化合物分子中與紫外可見吸收光譜有關(guān)的價電子有三種：形成單鍵的。電子，形成雙鍵的n電子和分子中未成鍵的孤對電子，稱為n電子。當(dāng)有機(jī)化合物吸收了可見光或紫外光，分子中的價電子就要躍遷到激發(fā)態(tài)，其躍遷方式主要有四種類型，即OfO*,nf。*,nn*,nfn*。各種躍遷所需能量大小為：。一。*no*三nfn*nfn*。電子能級間位能的相對大小見圖9-2所示。一般未成鍵孤對電子n容易躍遷到激發(fā)態(tài)。成鍵電子中，n電子較o電子具有較高的能級，而反鍵電子卻相反。故在簡單分子中的nn*躍遷需要的能量最小，吸收峰出現(xiàn)在長波段；nn*躍遷的吸收峰出現(xiàn)在較短波段；而。o*躍遷需要的能量最大，出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)。

7、oo*躍遷成鍵o電子由基態(tài)躍遷到o*軌道；在有機(jī)化合物中，由單鍵構(gòu)成的化合物，如飽和烴類能產(chǎn)生。o*躍遷。引起oo*躍遷所需的能量很大。因此，所產(chǎn)生的吸收峰出現(xiàn)在遠(yuǎn)紫外區(qū)，即在近紫外區(qū)、可見光區(qū)內(nèi)不產(chǎn)生吸收，故常采用飽和烴類化合物做紫外可見吸收光譜分析時的溶劑（如正己烷、正庚烷）。no*躍遷分子中未共用n電子躍遷到o*軌道；凡含有n電子的雜原子（如0、N、X、S等）的飽和化合物都可發(fā)生no*躍遷。此類躍遷比oo*所需能量小，一般相當(dāng)于150-250nm的紫外光區(qū)，但躍遷概率較小，K值在102103Lmol-1.cm-1，屬于中等強(qiáng)度吸收。nn*躍遷成鍵n電子由基態(tài)躍遷到n*軌道；凡含有雙鍵或三

8、鍵的不飽和有機(jī)化合物（如C=CV、一C三C等）都能產(chǎn)生nn*躍遷。其所需的能量與nn*躍遷相近，吸收峰在200nm附近，屬強(qiáng)吸收。共軛體系中的nn*躍遷，吸收峰向長波方向移動，在200-700nm的紫外可見光區(qū)。nn*躍遷未共用n電子躍遷到n*軌道。含有雜原子的雙鍵不飽和有機(jī)化合物能產(chǎn)生這種躍遷。如含有C=O、C=S、一N=O、一N=N等雜原子的雙鍵化合物。躍遷的能量較小，吸收峰出現(xiàn)在200-400nm的紫外光區(qū)，屬于弱吸收。nn*及nn*躍遷都需要有不飽和官能團(tuán)存在，以提供n軌道。這兩類躍遷在有機(jī)化合物中具有非常重要的意義，是紫外可見吸收光譜的主要研究對象，因為躍遷所需的能量使吸收峰進(jìn)入了便

9、于實驗的光譜區(qū)域(200-1000nm)。二、發(fā)色團(tuán)、助色團(tuán)和吸收帶發(fā)色團(tuán)含有不飽和鍵，能吸收紫外、可見光產(chǎn)生nn*或nn*躍遷的基團(tuán)稱為發(fā)色團(tuán)(或生色團(tuán))。例如C=C、一C三C、C=O、C=N、一N=N、一COOH等。助色團(tuán)含有未成鍵n電子，本身不產(chǎn)生吸收峰，但與發(fā)色團(tuán)相連，能使發(fā)色團(tuán)吸收峰向長波方向移動，吸收強(qiáng)度增強(qiáng)的雜原子基團(tuán)稱為助色團(tuán)。例如一NH2、一0H、一0R、一SR、一X等。吸收帶在紫外可見吸收光譜中，吸收峰的波帶位置稱為吸收帶，通常分以下四種。R吸收帶這是與雙鍵相連接的雜原子(例如C=0、C=N、S=0等)上未成鍵電子的孤對電子向n*反鍵軌道躍遷的結(jié)果，可簡單表示為nn*。其特

10、點(diǎn)是強(qiáng)度較弱，一般K102LmolTcmT；吸收峰位于200-400nm之間。K吸收帶是二個或二個以上雙鍵共軛時，n電子向n*反鍵軌道躍遷的結(jié)果，可簡單表示為nn*。其特點(diǎn)是吸收強(qiáng)度較大，通常K104LmolTcmT；躍遷所需能量大，吸收峰通常在217-280nm。K吸收帶的波長及強(qiáng)度與共軛體系數(shù)目、位置、取代基的種類有關(guān)。其波長隨共軛體系的加長而向長波方向移動，吸收強(qiáng)度也隨之加強(qiáng)。K吸收帶是紫外可見吸收光譜中應(yīng)用最多的吸收帶，用于判斷化合物的共軛結(jié)構(gòu)。B吸收帶也是由于芳香族化合物苯環(huán)上三個雙鍵共軛體系中的nn*躍遷和苯環(huán)的振動相重疊引起的精細(xì)結(jié)構(gòu)吸收帶，但相對來說，該吸收帶強(qiáng)度較弱。吸收峰在

11、230-270nm之間，K102Lmol-1cm-1。B吸收帶的精細(xì)結(jié)構(gòu)常用來判斷芳香族化合物，但苯環(huán)上有取代基且與苯環(huán)共軛或在極性溶劑中測定時，這些精細(xì)結(jié)構(gòu)會簡單化或消失。E吸收帶由芳香族化合物苯環(huán)上三個雙鍵共軛體系中的n電子向n*反鍵軌道nn*躍遷所產(chǎn)生的，是芳香族化合物的特征吸收E1帶出現(xiàn)在185nm處，為強(qiáng)吸收，K104LmolTcmT；E2帶出現(xiàn)在204nm處，為較強(qiáng)吸收，K103LmolTcmT。當(dāng)苯環(huán)上有發(fā)色團(tuán)且與苯環(huán)共軛時，E1帶常與K帶合并且向長波方向移動，B吸收帶的精細(xì)結(jié)構(gòu)簡單化，吸收強(qiáng)度增加且向長波方向移動。例如苯乙酮和苯的紫外吸收光譜(見圖9-3)。以上各吸收帶相對的波

12、長位置大小為：RBK、E1、E2，但一般K和E帶常合并成一個吸收帶。三、影響紫外可見吸收光譜的因素紫外可見吸收光譜主要取決于分子中價電子的能級躍遷，但分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境都會對紫外可見吸收光譜產(chǎn)生影響。了解影響紫外可見吸收光譜的因素，對解析紫外光譜、鑒定分子結(jié)構(gòu)有十分重要的意義。2Z/nrrt眾人銅的舊外吸收光ip止抉蛻中）ATllTi:A）瓠的就炸吸敕圧門悼中、共軛效應(yīng)共軛效應(yīng)使共軛體系形成大n鍵，結(jié)果使各能級間能量差減小，躍遷所需能量減小。因此共軛效應(yīng)使吸收的波長向長波方向移動，吸收強(qiáng)度也隨之加強(qiáng)。隨著共軛體系的加長，吸收峰的波長和吸收強(qiáng)度呈規(guī)律地改變。助色效應(yīng)助色效應(yīng)使助色團(tuán)的n電子

13、與發(fā)色團(tuán)的n電子共軛，結(jié)果使吸收峰的波長向長波方向移動，吸收強(qiáng)度隨之加強(qiáng)。超共軛效應(yīng)這是由于烷基的。鍵與共軛體系的n鍵共軛而引起的，其效應(yīng)同樣使吸收峰向長波方向移動，吸收強(qiáng)度加強(qiáng)。但超共軛效應(yīng)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于共軛效應(yīng)的影響。溶劑的影響溶劑的極性強(qiáng)弱能影響紫外可見吸收光譜的吸收峰波長、吸收強(qiáng)度及形狀。如改變?nèi)軇┑臉O性，會使吸收峰波長發(fā)生變化。表9-1列出了溶劑對異亞丙基丙酮CH3C0CH=C（CH3）2紫外吸收光譜的影響。從表9-1可以看出，溶劑極性越大，由nfn*躍遷所產(chǎn)生的吸收峰向短波方向移動（稱為短移或紫移），而nfn*躍遷吸收峰向長波方向移動（稱為長移或紅移）。表9-1異亞丙基丙酮的溶劑效

14、應(yīng)劑溶己烷正氯仿甲醇水n230238n237n243n向長波fn*nmmmm移動nf329315n309n305n向短波n*nmmmm移動因此，測定紫外可見光譜時應(yīng)注明所使用的溶劑，所選用的溶劑應(yīng)在樣品的吸收光譜區(qū)內(nèi)無明顯吸收。四、各類有機(jī)化合物的紫外可見特征吸收光譜飽和有機(jī)化合物飽和碳?xì)浠衔镏荒墚a(chǎn)生。一。*躍遷，所需能量較高，只有遠(yuǎn)紫外光的能量才行，在所研究的近紫外、可見光區(qū)不產(chǎn)生吸收，因此常被用于做紫外可見光譜分析時的溶劑。不飽和有機(jī)化合物（1）含有孤立雙鍵的化合物烯烴能產(chǎn)生n-n*躍遷，吸收峰位于遠(yuǎn)紫外區(qū)。當(dāng)烯烴雙鍵上的碳原子被雜原子取代時（如C=0、C=S等基團(tuán)）,可產(chǎn)生n-n*、n

15、-n*及n。*躍遷。（2）含有共軛雙鍵的化合物共軛二烯、多烯烴及共軛烯酮類化合物中由于存在共軛效應(yīng)，使n-n*躍遷所需能量減小，從而使其吸收波長和吸收程度隨著共軛體系的增加而增加。其最大吸收波長除可以用紫外可見分光光度計測量外，還可利用經(jīng)驗公式推算，有時將計算結(jié)果與實驗結(jié)果相比較，可確定待測物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。a,B不飽和醛酮等化合物的入max可根據(jù)進(jìn)行計算。Woodward-Fieser規(guī)則鏈狀及環(huán)狀共軛多烯的入max計算時，首先從母體得到一個最大吸收的基本值，然后對連接在母體n電子體系上的不同取代基以及其它結(jié)構(gòu)因素加以修正。表9-2共軛多烯類化合物最大吸收波長計算法*（以己烷為溶劑）母體基本值鏈狀

16、共軛二烯單環(huán)共軛二烯異環(huán)共軛二烯同環(huán)共軛二烯入max/nm217217214253舉例說明OGOO增加值延伸一個共軛雙鍵+30增加一個烷基或環(huán)基+5取代+5增加一個環(huán)外雙鍵助色團(tuán)取代0C0R（酯基）+0Cl或Br+5OR（烷氧基）+6NR2+60SR（烷硫基）+30*同環(huán)二烯與異環(huán)二烯同時并存時，按同環(huán)二烯計算。Fieser-Kuhn規(guī)則如果一個多烯分子中含有四個以上的共軛雙鍵，則它們在己烷中的吸收光譜的入max值和emax值分別由Fieser-Kuhn規(guī)則計算入max=l14十5M十n(48.0一1.7n)16.5R1一10R2&max=1.74X104n式中，M是雙鍵體系上烷基取代的數(shù)目；

17、n是共軛雙鍵的數(shù)目，R1是具有橋環(huán)雙鍵的環(huán)數(shù)；R2是具有環(huán)外雙鍵的環(huán)數(shù)。Scott規(guī)則6yBaa,B-不飽和羰基化合物（醛酮）的n-n*躍遷吸收波長入max計算法如表9-3所示。表9-3a,B-不飽和醛酮最大吸收波長計算法（以乙醇為溶劑）母體基本值鏈狀a,B-不飽和醛直鏈及六兀環(huán)a,B-不飽和酮五元環(huán)a,B-不飽和酮a,B-不飽和酸酯nn*207215202193躍遷入max/nm增加值同環(huán)共軛二烯+39增加一個共軛雙鍵+30增加一個環(huán)外雙鍵、五元及七元環(huán)內(nèi)雙鍵+5烯基上取代a位B位Y位烷基或環(huán)殘基取代6位烷氧基取代一OR10121818羥基取代一OH35301731?；〈籓COR3530

18、5050鹵素Cl6666鹵素Br15121212含硫基團(tuán)取代一SR25302525氨基取代一NRR80953.芳香族化合物由前所述可知，E帶和B帶是芳香族化合物的特征吸收，它們均由n-n*表9-4苯及其衍生物的吸收特征EaBkLl-：th1A/nni”/Lmol1fccm1H20479DO254?)4NI220375UU25416070002612252077000：57700-ci緲1()ocrh2176400時1480Br21079D0鬲192OH2106200270L45U-meth24513000278110024411400為強(qiáng)E帶掩蓋-COTH2301600273070O23594

19、00；28726WJ躍遷產(chǎn)生，當(dāng)苯環(huán)上的取代基不同時，其E2帶和B帶的吸收峰也隨之變化，故可由此來鑒定各種取代基。苯及其衍生物的吸收特征見表9-4。9-4紫外可見分光光度計用于測量和記錄待測物質(zhì)對紫外光、可見光的吸光度及紫外-可見吸收光譜，并進(jìn)行定性定量以及結(jié)構(gòu)分析的儀器，稱為紫外可見吸收光譜儀或紫外可見分光光度計。一、儀器的基本構(gòu)造紫外可見分光光度計，其波長范圍200lOOOnm，構(gòu)造原理與可見光分光光度計（如721型分光光度計）相似，都是由光源、單色器、吸收池、檢測器和顯示器五大部件構(gòu)成，見圖9-4。光源單也器吸收池檢測辭z二私示黑圖9-4紫外可見分比光度計結(jié)構(gòu)示意圖光源光源是提供入射光的

20、裝置。要求在所需的光譜區(qū)域內(nèi)，發(fā)射連續(xù)的具有足夠強(qiáng)度和穩(wěn)定的紫外及可見光，并且輻射強(qiáng)度隨波長的變化盡可能小，使用壽命長。在可見區(qū)常用的光源為鎢燈，可用的波長范圍350lOOOnm。在紫外區(qū)常用的光源為氫燈或氘燈，它們發(fā)射的連續(xù)光波長范圍為180360nm。其中氘燈的輻射強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好，壽命也長。單色器單色器是將光源輻射的復(fù)合光分成單色光的光學(xué)裝置。單色器一般由狹縫、色散元件及透鏡系統(tǒng)組成。最常用的色散元件是棱鏡和光柵。棱鏡通常用玻璃、石英等制成。玻璃適用于可見光區(qū)，石英材料適用于紫外光區(qū)。吸收池用于盛裝試液的裝置。吸收池材料必須能夠透過所測光譜范圍的光，一般可見光區(qū)使用玻璃吸收池，紫外光區(qū)使

21、用石英吸收池。檢測器是將光信號轉(zhuǎn)變成電信號的裝置。要求靈敏度高，響應(yīng)時間短，噪聲水平低且有良好的穩(wěn)定性。常用的檢測器有硒光電池、光電管、光電倍增管和光電二極管陣列檢測器。硒光電池構(gòu)造簡單，價格便宜，使用方便，但長期曝光易“疲勞”，靈敏度也不高。光電管靈敏度比硒光電池高，它能將所產(chǎn)生的光電流放大，可用來測量很弱的光。常用的光電管有藍(lán)敏和紅敏光電管兩種。前者是在鎳陽極表面沉積銻和銫，適用波長范圍210625nm；后者是在陰極表面沉積銀和氧化銫，適用范圍625lOOOnm。光電倍增管比普通光電管更靈敏，是目前高中檔分光光度計中常用的一種檢測器（其工作原理見第八章中“光電轉(zhuǎn)換器”）。光電二極管陣列檢測

22、器（photo-diodearraydetector）是紫外可見光度檢測器的一個重要進(jìn)展。這類檢測器用光電二極管陣列作檢測元件，陣列由數(shù)百個光電二極管組成，各自測量一窄段即幾十微米的光譜。通過單色器的光含有全部的吸收信息，在陣列上同時被檢測，并用電子學(xué)方法及計算機(jī)技術(shù)對二極管陣列快速掃描采集數(shù)據(jù)，由于掃描速度非?？欤梢缘玫饺S（A，入，t）光譜圖。顯示器顯示器是將檢測器輸出的信號放大并顯示出來的裝置。常用的裝置有電表指示、圖表指示及數(shù)字顯示等。二、儀器的類型紫外可見分光光度計主要有單光束分光光度計、雙光束分光光度計、雙波長分光光度計以及光電二極管陣列分光光度計。1.單光束分光光度計單光束分光

23、光度計光路示意圖如前面的圖9-4所示，一束經(jīng)過單色器的光，輪流通過參比溶液和樣品溶液來進(jìn)行測定。這種分光光度計結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，主要用于定量分析但這種儀器操作麻煩，如在不同的波長范圍內(nèi)使用不同的光源、不同的吸收池，且每換一次波長，都要用參比溶液校正等等，也不適于作定性分析。國產(chǎn)的751型和WFD-8A型分光光度計都是單光束分光光度計。2.雙光束分光光度計雙光束分光光度計的光路設(shè)計基本上與單光束相似，如圖9-5所示，經(jīng)過單色器的光被斬光器一分為二，一束通過參比溶液，另一束通過樣品溶液，然后由檢測系統(tǒng)測量即可得到樣品溶液的吸光度。由于采用雙光路方式，兩光束同時分別通過參照池和測量池，使操作簡單，

24、同時也消圖9-6除了因光源強(qiáng)度變化而帶來的誤差。國產(chǎn)的雙光束分光光度計有710型和730型。是一種雙光束記錄式分光光度計光路系統(tǒng)圖。9-5或光束分光光度計測雖示意圖9-6種雙光束、白動記錄式紫外可見分光光度計比程原理圖雙波長分光光度計圖9-了取波長分光光度計滬A國檢測器22單光束和雙光束分光光度計，就測量波長而言，都是單波長的。雙波長分光光度計是用兩種不同波長（入1和入2）的單色光交替照射樣品溶液（不需使用參比溶液）經(jīng)光電倍增管和電子控制系統(tǒng)，測得的是樣品溶液在兩種波長入1和入2處的吸光度之差A(yù)A,AA=A入1A入2,只要入1和入2選擇適當(dāng)，AA就是扣除了背景吸收的吸光度。儀器原理方框圖如圖9

25、-7所示。雙波長分光光度計不僅能測定高濃度試樣、多組分混合試樣，并能測定混濁試樣（見9-5中“用雙波長分光光度法進(jìn)行定量分析”）。雙波長分光光度計在測定相互干擾的混合試樣時，不僅操作簡單，而且精確度高。光電二極管陣列分光光度計一種利用光電二極管陣列作多道檢測器，由微型電子計算機(jī)控制的單光束紫外可見分光光度計，具有快速掃描吸收光譜的特點(diǎn)。從光源發(fā)射的復(fù)合光，通過樣品吸收池后經(jīng)全息光柵色散，通過一個可移動的反射鏡使光束通過幾個吸收池，色散后的單色光由光電二極管陣列中的光電二極管接受，光電二極管與電容耦合，當(dāng)光電二極管受光照射時，電容器就放電，電容器的帶電量與照射到光電二極管上的總光量成正比。由于單

26、色器的譜帶寬度接近于光電二極管的間距，每個譜帶寬度的光信號由一個光電二極管接受，一個光電二極管陣列可容納400個光電二極管，可覆蓋200800nm波長范圍，分辨率為12nm，其全部波長可同時被檢測而且響應(yīng)快,在極短時間內(nèi)（2s）給出整個光譜的全部信息。9-5紫外可見吸收光譜法的應(yīng)用一、定性分析以紫外可見吸收光譜進(jìn)行定性分析時，通常是根據(jù)吸收光譜的形狀，吸收峰的數(shù)目以及最大吸收波長的位置和相應(yīng)的摩爾吸收系數(shù)進(jìn)行定性鑒定。一般采用比較光譜法，即在相同的測定條件下，比較待測物與已知標(biāo)準(zhǔn)物的吸收光譜曲線，如果它們的吸收光譜曲線完全等同（入max及相應(yīng)的K均相同），則可以認(rèn)為是同一物質(zhì)。進(jìn)行這種對比法時

27、，也可借助前人匯編的標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比較。二、結(jié)構(gòu)分析根據(jù)化合物的紫外可見吸收光譜推測化合物所含的官能團(tuán)例如，某化合物在紫外可見光區(qū)無吸收峰，則它可能不含雙鍵或環(huán)狀共軛體系，它可能是飽和有機(jī)化合物。如果在200250nm有強(qiáng)吸收峰，可能是含有兩個雙鍵的共軛體系；在260350nm有強(qiáng)吸收峰，則至少有35個共軛發(fā)色團(tuán)和助色團(tuán)。如果在270350nm區(qū)域內(nèi)有很弱的吸收峰，并且無其它強(qiáng)吸收峰時，則化合物含有帶n電子的未共軛的發(fā)色團(tuán)（C=0,N02,N=N等），弱峰由n-n*躍遷引起的。如在260nm附近有中吸收且有一定的精細(xì)結(jié)構(gòu)，則可能有芳香環(huán)結(jié)構(gòu)（在230270nm的精細(xì)結(jié)構(gòu)是芳香環(huán)的特征吸收）。利用

28、紫外可見吸收光譜來判別有機(jī)化合物的同分異構(gòu)體例如，乙酰乙酸乙酯的互變異構(gòu)體：0O01_0_CHCCHCOCHCHCCHCOCH3225325酮式烯醇式酮式?jīng)]有共軛雙鍵，在206nm處有中吸收；而烯醇式存在共軛雙鍵，在245nm處有強(qiáng)吸收（K=18000Lmol-1cm-1）。因此根據(jù)它們的吸收光譜可判斷存在與否。一般在極性溶劑中以酮式為主；非極性溶劑中以烯醇式為主。又如，1,2-二苯乙烯具有順式和反式兩種異構(gòu)體：由于順反異構(gòu)體的入max及K不同，可用紫外可見光譜判斷順式或反式構(gòu)型。反式順式入max=295nmK=27000LmolTcmT入max=280nmK=14000LmolTcmT三、定

29、量分析紫外可見分光光度法用于定量分析的依據(jù)是朗伯-比爾定律，即物質(zhì)在一定波長處的吸光度與它的濃度呈線性關(guān)系。故通過測定溶液對一定波長入射光的吸光度，便可求得溶液的濃度和含量。紫外可見分光光度法不僅用于測定微量組分，而且用于常量組分和多組分混合物的測定。單組分物質(zhì)的定量分析比較法在相同條件下配制樣品溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液(與待測組分的濃度近似)，在相同的實驗條件和最大波長入max處分別測得吸光度為Ax和As，然后進(jìn)行比較，求出樣品溶液中待測組分的濃度即cx=csX(Ax/As)。標(biāo)準(zhǔn)曲線法首先配制一系列已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在入max處分別測得標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，然后，以吸光度為縱坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為橫坐

30、標(biāo)作圖，得-c的校正曲線圖(理想的曲線應(yīng)為通過原點(diǎn)的直線)。在完全相同的條件下測出試液的吸光度，并從曲線上求得相應(yīng)的試液的濃度。多組分物質(zhì)的定量分析根據(jù)吸光度加和性原理，對于兩種或兩種以上吸光組分的混合物的定量分析，可不需分離而直接測定。根據(jù)吸收峰的互相干擾情況，分為以下三種，如圖9-8所示。不jfi塞bj中向車聲(，可向蟲疊1*19-8混合物的紫外|：總吸收沂:譜吸收光譜不重疊如圖9-8(a)所示，混合物中組分a,b的吸收峰相互不干擾，即在入1處，組分b處，無吸收，而在入2處，組分a無吸收，因此，可按單組分的測定方法分別在入1和入2處測得組分a和b的濃度。吸收光譜單向重疊如圖9-8(b)所示

31、，在入1處測定組分a,組分b有干擾，在入2Ab處測定組分b，組分a無干擾，因此可先在入2處測定組分b的吸光度。Ab=Kbcb-L式中尢2為組分b在入2處的摩爾吸收系數(shù)，可由組分b的標(biāo)準(zhǔn)溶液求得，故可由上Aa+b式求得組分b的濃度。然后再在入1處測定組分a和組分b的吸光度人。Aa+b=Aa+Ab=KaCa-L+KbCb-L人九i人九i九i式中，叟、背分別為組分a、b在入1處的摩爾吸收系數(shù)，它們可由各自的標(biāo)準(zhǔn)溶液求得，從而可由上式求出組分a的濃度。吸收光譜雙向重疊如圖9-8(c)所示，組分a、b的吸收光譜互相重疊，同樣有吸光度加和性原則在入1和入2處分別測得總的吸光度Ab、Axf。Aa+b=Aa+

32、Ab=KaCa-L+KbCb-L人九i人九i九iAa+b=Aa+Ab=KaCa-L+KbCb-L九2九2九2九2九2KaKaKbKb式中，人、九2、人、九2分別為組分a、b在入1、入2處的摩爾吸收系數(shù)，它們同樣可由各自的標(biāo)準(zhǔn)溶液求得，因此，通過解方程求得組分a和b的濃度Ca和Cb。顯然，有n個組分的混合物也可用此法測定，聯(lián)立n個方程組便可求得各自組分的含量,但隨著組分的增多，實驗結(jié)果的誤差也會增大，準(zhǔn)確度降低。用雙波長分光光度法進(jìn)行定量分析對于吸收光譜互相重疊的多組分混合物，除用上述解聯(lián)立方程的方法測定外，還可用雙波長法測定，且能提高測定靈敏度和準(zhǔn)確度。z閣勺-9或波長測運(yùn)鎧在測定組分a和b的

33、混合樣品時，一般采用作圖法確定參比波長和測定波長，如圖9-9,選組分a的最大吸收波長入1為測定波長，而參比波長的選擇，應(yīng)考慮能消除干擾物質(zhì)的吸AbAb收，即使組分b在入1處的吸光度等于它在入2處的吸光度，即人二九2,根據(jù)吸光度加和性原則，混合物在入1和入2處的吸光度分別為Aa+b=Aa+Ab九九九111Aa+b=Aa+Ab九九九222由雙波長分光光度計測得AbAb因為人尢2所以AAAaAa九2KaCaLKaCaL九1X2AAAa+bAa+bAa+AbAaAb九九九九九21122AACa(KaKa)L片入2KaKa入、分別為組分a在入1和入2處的摩爾吸收系數(shù)，可由組分a的標(biāo)準(zhǔn)溶液在入1和入2處測

34、得的吸光度求得，由上式求得組分a的濃度。同理，也可以測得組分B的濃度。雙波長法還可用于測定混濁樣品、吸光度相差很小而干擾又多的樣品及顏色較深的樣品，測定的準(zhǔn)確度和靈敏度都較高。四、示差分光光度法(量程擴(kuò)展技術(shù))常規(guī)的分光光度法是采用空白溶液作參比的，對于高含量物質(zhì)的測定，相對誤差較大示差分光光度法是以與試液濃度接近的標(biāo)準(zhǔn)溶液作參比，則由實驗測得的吸光度為AAAAK(CC)LKACLsxsx按所選擇的測量條件不同，示差法可分以下兩種。0204060801000204(360K0100仏)單標(biāo)準(zhǔn)示星分光光咸法020406080100020406U和1)1)(b)單扮;準(zhǔn)坯龍分光光按苗0204060

35、X01000204060100(O雙懷準(zhǔn)不差為光光度法9-W用蛙分朮光廣法測雖示意圈單標(biāo)準(zhǔn)示差分光光度法(1)高濃度試液法首先用純?nèi)軇┱{(diào)節(jié)儀器T=0；然后用一個比試液濃度ex稍低的參比溶液es調(diào)節(jié)儀器T=100%，再測定待測物質(zhì)的透射比或吸光度，如圖9-10(a)所示。如果將標(biāo)準(zhǔn)溶液的透射比由T=10%擴(kuò)展到T=100%，儀器的透射比相當(dāng)于擴(kuò)展了10倍，則待測物質(zhì)的透射比由6%擴(kuò)展到60%，使吸光度落入了讀數(shù)誤差較小的范圍，提高了測定準(zhǔn)確度。(2)低濃度試液法和高濃度試液的測定不同，低濃度是采用參比調(diào)零示差分光光度法。標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度cs比ex稍大，先用cs調(diào)節(jié)儀器T=0,用純?nèi)軇┱{(diào)節(jié)T=100

36、%，然后測定待測物質(zhì)的透射比和吸光度，如圖9-10(b)所示。標(biāo)尺擴(kuò)展的結(jié)果將原來T=90%100%之間的一段變?yōu)門=0100%,透射比擴(kuò)大了10倍，將待測物質(zhì)的透射比由95%變?yōu)?0%,同樣吸光度落在了理想?yún)^(qū)，此法適用于痕量物質(zhì)的測定。2.雙標(biāo)準(zhǔn)示差分光光度法這種方法采用兩個標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行量程擴(kuò)展，一個標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度cs1比試液的濃度稍大，另一個標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度cs2比試液的濃度稍低。測定時，用cs1調(diào)節(jié)儀器T=0,用cs2調(diào)節(jié)T=100%，試液的透射比或吸光度總是處于兩個標(biāo)準(zhǔn)溶液之間。此法適用于任何濃度區(qū)域差別很小的試液的測定，如圖9-10(c)所示。五、動力學(xué)分光光度法利用反應(yīng)速率與反應(yīng)物、

37、產(chǎn)物、催化劑濃度間的定量關(guān)系，通過測量吸光度對待測組分進(jìn)行定量分析的方法，稱為動力學(xué)分光光度法。下面以催化顯色吸光光度法為例介紹其基本原理及測定方法。假設(shè)在催化劑M的作用下，加速以下顯色反應(yīng)：aA+bBgG+hH若G為有色化合物，并以G作為指示物質(zhì)，考慮到速率方程式上的指數(shù)與化學(xué)方程式的系數(shù)不一定相同，G的顯色(反應(yīng))速率可表示如下：=kCm(A)-Cn(B)-cdt催(9-1)如果測定的是反應(yīng)的起始速率，A、B的濃度較大，反應(yīng)消耗的A和B可忽略不計，則c(A)和。(B)可視為常數(shù)。dc(G)=kcdt催(9-2)c由于催變化很小，也可視為常數(shù)，上式積分得：(9-3)c(G)=kct催將上式代

38、入朗伯比爾定律A=k0c(G)L=k0kct=kct催催(9-4)上式說明，催化劑濃度愈大，催化顯色反應(yīng)時間愈長，則指示物質(zhì)G的吸光度值愈大，這就是動力學(xué)分光光度法的基本關(guān)系式。催化顯色吸光光度法通?？刹捎霉潭〞r間法、固定吸光度(濃度)法和斜率法三種定量法。固定時間法是根據(jù)反應(yīng)溶液混合一固定時間后的吸光度來測定催化劑的含量。A=kc1催(9-5)以不同濃度的催化劑溶液，測得響應(yīng)的反應(yīng)體系的A值，作出Ac標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后在相同條件和相同顯色時間下測得試液的吸光度，即可從標(biāo)準(zhǔn)曲線上求得試液中催化劑(M)的濃度。固定吸光度法是將反應(yīng)溶液混合后，由吸光度上升至一固定數(shù)值所需時間來測定催化劑的含量。這種方

39、法實際上是固定濃度法，即當(dāng)指示物質(zhì)在定容液中的濃度達(dá)到一固定值時，其吸光度必然為一定值，此時式(9-3)中的c(G)為一常數(shù)。c=k/1催2ct-i同樣可以作出催工作曲線，由試樣體系中的t值求出催化劑(M)的含量。Akct斜率法是根據(jù)吸光度(A)隨反應(yīng)時間的變化速率來測定。根據(jù)式(9-4),一催，ckckcc在不同的催下測得At曲線分別求出其斜率值(催)作出催催工作曲線，在相同條件下測得試液的斜率值，就能很快由工作曲線求出待測物(M)的濃度。此法利用了一系列的實驗數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確度較高，缺點(diǎn)是比其它方法麻煩。動力學(xué)分光光度法具有靈敏度高，選擇性好，應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，尤其是酶催化動力學(xué)分光光度法具有快

40、速簡便以及更好的特效性和準(zhǔn)確度。已廣泛用于生化、環(huán)境保護(hù)、食品衛(wèi)生、醫(yī)藥及臨床檢驗等方面。六、紫外可見吸收光譜法在農(nóng)林水科學(xué)中的應(yīng)用紫外可見吸收光譜分析法在農(nóng)、林、水、牧等科學(xué)中應(yīng)用廣泛，用途較多。在提高品種的質(zhì)量和產(chǎn)量方面起著重要的作用。它可以測定樣品中的賴氨酸、色氨酸、蛋白質(zhì)、丹寧、葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、葉綠素、農(nóng)藥等許多有機(jī)物，也可以測定銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷、速效磷、K、Fe、Ca、Mg、Si、S以及B、Mo、Cu、Zn、Co、Cr、Al、Hg、As、Mn等數(shù)十種元素和許多無機(jī)物，涉及的測定對象有土壤、肥料、農(nóng)藥、植物體、水、種子、食品、果蔬、飼料、大氣、粉塵等。在土壤和植物分析中的應(yīng)用農(nóng)業(yè)和林業(yè)上的一些有重要意義的元素(如N、P、K、Ca、Mg、S、Si)以及一些微量元素(Fe、B、Mn、Zn、Cu等)都可用此法進(jìn)行定量分析。氮利用靛酚藍(lán)法測定銨態(tài)氮：NH4+在強(qiáng)堿性介質(zhì)中與次氯酸鹽和苯酚反應(yīng)生成水溶性的靛酚藍(lán)(入max=625nm，K=4.3X103LmolTcmT)；利用酚二磺酸法(入max=410nm,K=9.4X103LmolTcmT)測定硝態(tài)氮；利用偶氮染料法測定亞硝酸鹽；與4-氨基苯磺酸反應(yīng)生成重氮鹽，