紫外-可見吸收光譜法基本原理-1課件

第二章紫外－可見吸收光譜法分析法第一節(jié)基本原理一、概述二、紫外–可見吸收光譜三、光的吸收定律光的基本性質(zhì)

光是一種電磁波，具有波粒二象性。單色光：單一波長的光(由具有相同能量的光子組成)

白光：由各種單色光組成的復(fù)合光一、概述白光紫綠紅橙藍(lán)青藍(lán)青黃光的互補(bǔ)示意圖白光白光

在光譜分析中，依據(jù)物質(zhì)對光的選擇性吸收而建立起來的分析方法稱為吸光光度法。1.定義

光譜分析法是指在光的作用下，通過測量物質(zhì)產(chǎn)生的發(fā)射光、吸收光或散射光的波長和強(qiáng)度來進(jìn)行分析的方法。本章主要講授紫外-可見吸光光度法。二、紫外–可見吸收光譜分析法2.物質(zhì)對光的選擇性吸收及其吸收曲線

E=E2-

E1=h

量子化；選擇性吸收;分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性使其對不同波長光的吸收程度不同；用不同波長的單色光照射，吸收曲線—測吸光度與吸收波長之間的關(guān)系。M+h

M*基態(tài)激發(fā)態(tài)E1

（△E）E23.紫外-可見吸收光譜與電子躍遷的關(guān)系物質(zhì)分子內(nèi)部三種運動形式：

（1）電子相對于原子核的運動（2）原子核在其平衡位置附近的相對振動（3）分子本身繞其重心的轉(zhuǎn)動分子具有三種不同能級：電子能級、振動能級和轉(zhuǎn)動能級三種能級都是量子化的，且各自具有相應(yīng)的能量。分子的內(nèi)能：電子能量Ee、振動能量Ev

、轉(zhuǎn)動能量Er

即E＝Ee

+Ev

+Er

Εe>Εv>Εr

紫外-可見光譜屬于電子躍遷光譜。電子能級間躍遷的同時總伴隨有振動和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動能級和轉(zhuǎn)動能級間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。能級躍遷吸收光譜與電子躍遷1．紫外—可見吸收光譜有機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜，是其分子中外層價電子躍遷的結(jié)果（三種）：σ電子、π電子、n電子。分子軌道理論：一個成鍵軌道必定有一個相應(yīng)的反鍵軌道。通常外層電子均處于分子軌道的基態(tài)，即成鍵軌道或非鍵軌道上。

外層電子吸收紫外或可見光后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。主要有四種躍遷所需能量ΔΕ大小順序為：n→π＊<π→π＊<n→σ＊<σ→σ＊

⑶π→π＊躍遷

所需能量較小，吸收波長處于遠(yuǎn)紫外區(qū)的近紫外端或近紫外區(qū)，摩爾吸光系數(shù)εmax一般在104L·mol-1·cm-1以上，屬于強(qiáng)吸收。不飽和烴、共軛烯烴和芳香烴類均可發(fā)生該類躍遷。如：乙烯π→π*躍遷的λ為162nm，

εmax為:1×104L·mol-1·cm-1。⑷n→π＊躍遷

需能量最低，吸收波長λ>200nm。這類躍遷在躍遷選律上屬于禁阻躍遷，摩爾吸光系數(shù)一般為10～100L·mol-1·cm-1，吸收譜帶強(qiáng)度較弱。分子中孤對電子和π鍵同時存在，同時發(fā)生n→π＊

躍遷。丙酮n→π＊躍遷的λ為275nm,εmax為22L·mol-1·cm-1（溶劑環(huán)己烷)。生色團(tuán)與助色團(tuán)生色團(tuán)：

最有用的紫外-可見光譜是由π→π＊和n→π＊躍遷產(chǎn)生的。這兩種躍遷均要求有機(jī)物分子中含有不飽和基團(tuán)。這類含有π鍵等不飽和基團(tuán)稱為生色團(tuán)。簡單的生色團(tuán)由雙鍵或叁鍵體系組成，如乙烯基、羰基、亞硝基、偶氮基-N＝N-、乙炔基、腈基-C三N等。助色團(tuán)：有一些含有n電子的基團(tuán)(如-OH、-OR、-NH２、-NHR、-X等)，它們本身沒有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但當(dāng)它們與生色團(tuán)相連時，就會發(fā)生n-π共軛作用，增強(qiáng)生色團(tuán)的生色能力(吸收波長向長波方向移動，且吸收強(qiáng)度增加)，這樣的基團(tuán)稱為助色團(tuán)。紅移和藍(lán)移

有機(jī)化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩLλmax和吸收強(qiáng)度發(fā)生變化:

λmax向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為藍(lán)移。吸收強(qiáng)度即摩爾吸光系數(shù)ε增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應(yīng)或減色效應(yīng)，如圖所示。三、光的吸收定律

1.朗白-比爾定律

布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年闡明了光的吸收程度與吸收層厚度的關(guān)系。A∝b

1852年比爾(Beer)又提出了光的吸收程度與吸收物濃度之間的關(guān)系。A∝c

二者的結(jié)合稱為朗伯-比爾定律A=εbc

A＝lg(I0/It)＝

εbc

式中A：吸光度；描述溶液對光的吸收程度；（A無單位）

b：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位；

c：溶液的摩爾濃度，單位mol·L-1；ε：摩爾吸光系數(shù)，單位L·mol-1·cm-1；在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度；

或:

A＝lg(I0/It)＝abc

（A無單位）

c：溶液的濃度，單位g·L-1

a：吸光系數(shù)，單位L·g-1·cm-1，相當(dāng)于濃度為1g/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。朗伯–比爾定律數(shù)學(xué)表達(dá)式摩爾吸收系數(shù)ε的討論（1）ε在數(shù)值上等于濃度為1mol/L、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。（2）吸收物質(zhì)是在一定溫度、波長和溶劑條件下的特征常數(shù)。（3）不隨濃度c和光程長度b的改變而改變。ε僅與吸收物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)，與待測物濃度無關(guān)；（4）同一吸收物質(zhì)在不同波長下的ε值是不同的。在最大吸收波長λmax處的摩爾吸光系數(shù)，常以εmax表示。εmax表明了該吸收物質(zhì)最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質(zhì)可能達(dá)到的最大靈敏度。

透過度T:描述入射光透過溶液的程度:

T=It

/I0吸光度A與透光度T的關(guān)系:

A=

-lgT朗伯-比爾定律是吸光光度法的理論基礎(chǔ)和定量測定的依據(jù)。應(yīng)用于各種光度法的吸收測量。2.透光度T應(yīng)用舉例某有色物質(zhì)溶液的濃度為4.5×10-3g·L-1,在530nm波長下用2.0cm的吸收池所測得的吸光度為0.300，試計算（a）吸收系數(shù)；（b)使用5cm的吸收池時溶液的百分透光度。解：應(yīng)用舉例某有色物質(zhì)溶液的濃度為4.5×10-3g·L-1,在530nm波長下用2.0cm的吸收池所測得的吸光度為0.300，試計算(a)吸收系數(shù)；(b)使用5cm的吸收池時溶液的百分透光度。解：（a）a=A/bc=0.300/2.0×4.5×10-3=33.3L·g-1·cm-1（b）T=10-ab’c=10-A’T%=10-ab’c×100％=10-A’×100％=17.81％（1）物理性因素朗白-比爾定律的前提條件之一是入射光為單色光。難以獲得真正的純單色光。

分光光度計只能獲得近似于單色的狹窄光帶。復(fù)合光可導(dǎo)致對朗伯-比爾定律的正或負(fù)偏離。

非單色光、雜散光、非平行入射光都會引起對朗白-比爾定律的偏離，最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。

非單色光作為入射光引起的偏離

假設(shè)由波長為λ1和λ2的兩單色光組成的入射光通過濃度為c的溶液，則：

A

1

＝lg(Ｉo1/Ｉt1）＝ε1bc

A

2

＝lg(Ｉo2/Ｉt2）＝ε2bc故：式中：Ｉo1、Ｉo2分別為λ1、λ2的入射光強(qiáng)度；

Ｉt1、Ｉt2分別為λ1、λ2的透射光強(qiáng)度；

ε1、ε2分別為λ1、λ2的摩爾吸光系數(shù)；因?qū)嶋H上只能測總吸光度A總，并不能分別測得A1和A2，故討論:

A總=A1+lg2-lg(1＋10-εbc

)

(3)｜｜很小時，即ε1≈ε2：

可近似認(rèn)為是單色光。在低濃度范圍內(nèi)，不發(fā)生偏離。若濃度較高，即使｜｜很小，A總≠Ａ1，且隨著c值增大，

A總與A1的差異愈大，在圖上則表現(xiàn)為A-c曲線上部(高濃度區(qū))彎曲愈嚴(yán)重。故朗伯-比爾定律只適用于稀溶液。(4)為克服非單色光引起的偏離，首先應(yīng)選擇比較好的單色器。此外還應(yīng)將入射光波長選定在待測物質(zhì)的最大吸收波長且吸收曲線較平坦處。(2)化學(xué)性因素

朗白-比爾定律的假定：所有的吸光質(zhì)點之間不發(fā)生相互作用；此假定只有在稀溶液(c<10-2mol/L)時才基本符合。當(dāng)溶液濃度c>10-2mol/L時，吸光質(zhì)點間可能發(fā)生締合等相互作用，直接