紫外可見分光光法課詳解演示文稿

紫外可見分光光度法課詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點1（優(yōu)選）紫外可見分光光度法課目前二頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點2可見吸收光譜：電子躍遷光譜，吸收光波長范圍400750nm，主要用于有色物質的定量分析。二、吸光光度法的特點：（1）靈敏度高；（2）準確度高；（3）操作簡便快速；（4）應用廣泛。目前三頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點3三、光的基本性質

光是一種電磁波，具有波粒二象性。光的波動性可用波長、頻率、光速c、波數(shù)（cm-1）等參數(shù)來描述：

=c；波數(shù)=1/=/c光是由光子流組成，光子的能量：

E=h=hc/

（Planck常數(shù)：h=6.626×10-34J×S)光的波長越短（頻率越高），其能量越大。白光(太陽光)：由各種單色光組成的復合光

單色光：單波長的光(由具有相同能量的光子組成)

可見光區(qū)：400-750nm

紫外光區(qū)：近紫外區(qū)200-400nm遠紫外區(qū)10-200nm（真空紫外區(qū)）目前四頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點4四、物質的顏色

物質的顏色是由于物質對不同波長的光具有選擇性吸收而產生的。表1-1物質的顏色與吸收光顏色的互補關系目前五頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點5五、物質對光的選擇性吸收及吸收曲線M+

h

M*M+熱M+熒光或磷光基態(tài)激發(fā)態(tài)E1（△E）E2E=E2-

E1=h

量子化；選擇性吸收;分子結構的復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，測吸光度—

吸收曲線與最大吸收波長

max；目前六頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點6六、光吸收曲線

用不同波長的單色光照射某一物質測定吸光度，以波長為橫坐標，以吸光度為縱坐標，繪制曲線，描述物質對不同波長光的吸收能力。圖1-1吸收曲線目前七頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點7吸收曲線的討論：（1）同一種物質對不同波長光的吸光度不同。吸光度最大處對應的波長稱為最大吸收波長λmax（2）不同濃度的同一種物質，其吸收曲線形狀相似λmax不變。而對于不同物質，它們的吸收曲線形狀和λmax則不同。（3）吸收曲線可以提供物質的結構信息，并作為物質定性分析的依據(jù)之一。目前八頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點8

（4）不同濃度的同一種物質，在某一定波長下吸光度A有差異，在λmax處吸光度A的差異最大。此特性可作為物質定量分析的依據(jù)。（5）在λmax處吸光度隨濃度變化的幅度最大，所以測定最靈敏。吸收曲線是定量分析中選擇入射光波長的重要依據(jù)。目前九頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點9

七、光吸收的基本定律1.朗伯—比耳定律

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

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物濃度之間也具有類似的關系。A∝c二者的結合稱為朗伯—比耳定律，其數(shù)學表達式為：目前十頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點10朗伯-比耳定律的數(shù)學表達式為：

A＝lg（I0/I)=εbc

或:A＝lg（I0/I)=abc

式中A：吸光度；I0

：入射光強度；I：透射光強度；

b：液層厚度(光程長度)，通常以cm為單位；ε：摩爾吸光系數(shù)，單位L·mol-1·cm-1；溶液的濃度c單位mol·L-1；a：吸光系數(shù)，單位L·g-1·cm-1；

溶液的濃度c單位g·L-1。

目前十一頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點11

ε與a的關系為：

ε=Ma（M為物質的摩爾質量）摩爾吸光系數(shù)ε(L·mol-1·cm-1)在數(shù)值上等于濃度為1mol·L-1、液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。吸光系數(shù)a(L·g-1·cm-1)相當于濃度為1g·L-1，液層厚度為1cm時該溶液在某一波長下的吸光度。目前十二頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點12吸光度A描述溶液對光的吸收程度：

A＝lg（I0/I)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的關系:

A＝－lgT

A、T、c三者的關系如右圖所示。吸光度A具有加和性：A總=A1+A2A1、A2分別為兩種吸光物質的吸光度。ATATC圖8-3A，T，C關系曲線目前十三頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點13

朗伯-比耳定律的物理意義：當平行單色光通過單一均勻的、非散射的吸光物質溶液時,溶液的吸光度與溶液濃度和液層厚度的乘積成正比。朗伯-比耳定律是吸光光度法的理論基礎和定量測定的依據(jù)。廣泛地應用于紫外光、可見光、紅外光區(qū)的吸收測量，也適用于原子吸收測量。目前十四頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點142.摩爾吸光系數(shù)ε的討論（1）吸收物質在一定波長和溶劑條件下的特征常數(shù)；（2）不隨濃度c和光程長度b的改變而改變。在溫度和波長等條件一定時，ε僅與吸收物質本身的性質有關，與待測物濃度無關；（3）可作為定性鑒定的參數(shù)；（4）同一吸收物質在不同波長下的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表明了該吸收物質最大限度的吸光能力，也反映了光度法測定該物質可能達到的最大靈敏度。

目前十五頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點15（5）εmax越大表明該物質的吸光能力越強，用光度法測定該物質的靈敏度越高。

ε>105：超高靈敏；ε=(6～10）×104：高靈敏；

ε=(2～6）×104：中等靈敏；

ε<2×104：不靈敏。（6）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。

目前十六頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點163.偏離朗伯—比耳定律的原因

標準曲線法測定未知溶液的濃度時，發(fā)現(xiàn)：標準曲線常發(fā)生彎曲（尤其當溶液濃度較高時），這種現(xiàn)象稱為對朗伯—比耳定律的偏離。引起這種偏離的因素（兩大類）：（1）物理性因素，即儀器的非理想引起的；（2）化學性因素。

目前十七頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點17（1）物理性因素難以獲得真正的純單色光。

朗伯—比耳定律的前提條件之一是入射光為單色光。分光光度計只能獲得近乎單色的狹窄光帶。復合光可導致對朗伯—比耳定律的正或負偏離。非單色光、雜散光、非平行入射光都會引起對朗伯—比耳定律的偏離，最主要的是非單色光作為入射光引起的偏離。

圖8-4-1工作曲線目前十八頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點18

｜Δε｜很小時，則可近似認為是單色光。為克服非單色光引起的偏離，首先應選擇比較好的單色器。此外還應將入射光波長選定在待測物質的最大吸收波長且吸收曲線較平坦處。(2)化學性因素朗伯-比耳定律假定：所有的吸光質點之間不發(fā)生相互作用，實驗證明，這種假定只有在稀溶液時才基本符合。

目前十九頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點19

當溶液濃度c>10-2mol·L-1時，吸光質點間可能發(fā)生締合等相互作用，直接影響了對光的吸收。朗伯-比耳定律只適用于稀溶液。溶液中存在著離解、聚合、互變異構、配合物的形成等化學平衡時，使吸光質點的濃度發(fā)生變化，影響吸光度。(3)工作曲線不過原點存在系統(tǒng)誤差：吸收池不完全一樣；參比溶液選擇不當?shù)取D8-4-2工作曲線目前二十頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點20

§1-2紫外可見分光光度計

一、主要部件光源單色器樣品室檢測器顯示

目前二十一頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點211．光源：2．單色器：包括狹縫、準直鏡、色散元件棱鏡——對不同波長的光折射率不同色散元件分出光波長不等距光柵——衍射和干涉分出光波長等距鎢燈或鹵鎢燈——可見光源350~1000nm氫燈或氘燈——紫外光源200~360nm目前二十二頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點22續(xù)前3．吸收池：玻璃——能吸收UV光，僅適用于可見光區(qū)石英——不能吸收紫外光，適用于紫外和可見光區(qū)要求：匹配性（對光的吸收和反射應一致）4．檢測器：將光信號轉變?yōu)殡娦盘柕难b置5．記錄裝置：訊號處理和顯示系統(tǒng)光電池光電管光電倍增管二極管陣列檢測器目前二十三頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點23類型：

1．單光束分光光度計：特點：使用時來回拉動吸收池→移動誤差對光源要求高比色池配對目前二十四頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點24續(xù)前2．雙光束分光光度計：

特點：不用拉動吸收池，可以減小移動誤差對光源要求不高可以自動掃描吸收光譜目前二十五頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點25續(xù)前3．雙波長分光光度計特點：利用吸光度差值定量消除干擾和吸收池不匹配引起的誤差目前二十六頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點26目前二十七頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點27

§1-3顯色反應及顯色條件的選擇一、顯色反應的選擇

選擇顯色劑選擇顯色反應時應考慮的因素：靈敏度高、選擇性高、生成物穩(wěn)定、顯色劑在測定波長處無明顯吸收，與有色物最大吸收波長之差（對比度），應滿足>60nm。常用配位顯色反應或氧化還原顯色反應對待測離子進行顯色后測定。例如：鋼中微量錳的測定，Mn2＋不能直接進行光度測定，可將其氧化成紫紅色的Mn(Ⅶ)，在525nm處

目前二十八頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點28二、顯色條件的選擇1.顯色劑用量：吸光度A與顯色劑用量cR的關系曲線如圖12-8所示。選擇曲線變化平坦處作為顯色條件。2.溶液的pH值在相同實驗條件下，分別測定不同pH值條件下顯色溶液的吸光度。選擇曲線中吸光度較大且恒定的平坦區(qū)所對應的pH范圍。3.顯色時間與溫度顯色反應一般在室溫下進行，有的反應需加熱，應通過實驗找出適宜的溫度范圍。圖8-10吸光度與顯色劑用量關系曲線cRcRcRAAA目前二十九頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點29pHA

圖8-11吸光度與pH關系曲線三、干擾的消除

1.加入掩蔽劑選擇掩蔽劑的原則是：掩蔽劑不與待測組分反應；掩蔽劑本身及掩蔽劑與干擾組分的反應產物不干擾待測組分的測定。例：測定Ti4＋，目前三十頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點30

加入H3PO4掩蔽劑使Fe3+(黃色)成為［Fe(PO４)2］3-(無色)，消除Fe3+的干擾；又如用鉻天菁S光度法測定Al3+時，加入抗壞血酸作掩蔽劑將Fe3+還原為Fe2+，消除Fe3+的干擾。2.選擇適當?shù)娘@色反應條件通過控制適宜的顯色條件，消除干擾組分的影響。3.選擇適宜的波長避開干擾物的最大吸收，配制適當?shù)膮⒈纫?，消除干擾組分的影響。

目前三十一頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點31

4.提高顯色反應的選擇性利用被測物能形成三元絡合物的特點，提高顯色反應的選擇性。5.分離干擾離子

采用適當?shù)姆蛛x方法預先除去干擾物質。目前三十二頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點32§1-4吸光光度測量條件的選擇1.選擇適當?shù)娜肷洳ㄩL一般應該選擇λmax為入射光波長。但如果λmax處有共存組分干擾時，則應考慮選擇靈敏度稍低但能避免干擾的入射光波長。2.選擇適當?shù)膮⒈热芤何粘乇砻鎸θ肷涔庥蟹瓷浜臀兆饔茫蝗芤旱牟痪鶆蛐运鸬纳⑸?；過量顯色劑、其它試劑、溶劑等引起的吸收，這些因素影響待測組分透光度或吸光度的測量。采用參目前三十三頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點33

比溶液校正的方法消除或減小這些影響。在相同的吸收池中裝入?yún)⒈热芤?又稱空白溶液)，調節(jié)儀器使透過參比池的吸光度為零(稱為工作零點)。在此條件下測得的待測溶液的吸光度才真正反映其吸光強度。目前三十四頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點34圖8-12吸光度測定條件的選擇曲線A為鈷絡合物的吸收曲線曲線B為顯色劑的吸收曲線目前三十五頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點35

參比溶液的選擇一般遵循以下原則：⑴若僅待測組分與顯色劑反應產物在測定波長處有吸收，其它所加試劑均無吸收，用純溶劑（水)作參比溶液；⑵若顯色劑或其它所加試劑在測定波長處略有吸收，而試液本身無吸收，用“試劑空白”(不加試樣溶液)作參比溶液；⑶若待測試液在測定波長處有吸收，而顯色劑等無吸收，則可用“試樣空白”(不加顯色劑)作參比溶液；⑷若顯色劑、試液中其它組分在測量波長處有吸收，則可在試液中加入適當掩蔽劑將待測組分掩蔽后再加顯色劑，作為參比溶液。目前三十六頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點360.20.80.40.6A012

345C/mg·L-1分光光度法三、標準曲線法繪圖示例：目前三十七頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點37

§8-5吸光光度法的應用

一、示差分光光度法（示差法）普通分光光度法一般只適于測定微量組分，當待測組分含量較高時，將產生較大的誤差。需采用示差法。示差法需要較大的入射光強度，并采用濃度稍低于待測溶液濃度的標準溶液作參比溶液。設：待測溶液濃度為cx，標準溶液濃度為cs(cs<cx)。則：

Ax=εbcx

As=εbcs

目前三十八頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點38ΔＡ＝Ａx－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔc

測得的吸光度相當于普通法中待測溶液與標準溶液的吸光度之差ΔＡ。示差法測得的吸光度與Δc呈直線關系。由標準曲線上查得相應的Δc值，則待測溶液濃度cx：

cx=cx+Δc

目前三十九頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點39示差法標尺擴展原理：

普通法：cs的T=10%；cx的T=5%示差法：cs做參比，調T=100%則：cx的T=50%；標尺擴展10倍目前四十頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點40

圖8-13是不同As的溶液作參比時相對誤差函數(shù)曲線。由圖可見，隨著參比溶液濃度增加，濃度相對誤差減小。若參比溶液選擇適當，則示差法測定的準確度可與滴定法接近。二、多組分的同時測定

1.若各組分的吸收曲線互不重疊，則可在各自最大吸收波長處分別進行測定。這本質上與單組分測定沒有區(qū)別。2.若各組分的吸收曲線互有重疊，則可根據(jù)吸光度的加和性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。

目前四十一頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點41Aλ1=εaλ1bCa＋εbλ1bCb

Aλ2=εaλ2bCa＋εbλ2bCb

圖8-13相對誤差函數(shù)曲線AAλλλ1λ1λ2λ2圖8-14雙組分的吸收曲線目前四十二頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點42§1-6紫外吸收光譜簡介

一、有機化合物電子躍遷的類型

有機化合物的紫外—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輻射后，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＊目前四十三頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點43⑴σ→σ＊躍遷

所需能量最大，σ電子只有吸收遠紫外光的能量才能發(fā)生躍遷。飽和烷烴的分子吸收光譜出現(xiàn)在遠紫外區(qū)(吸收波長λ<200nm，只能被真空紫外分光光度計檢測到)。如甲烷的λ為125nm,乙烷λmax為135nm。⑵n→σ＊躍遷

所需能量較大。吸收波長為150～250nm，大部分在遠紫外區(qū)，近紫外區(qū)仍不易觀察到。含非鍵電子的飽和烴衍生物(含N、O、S和鹵素等雜原子)均呈現(xiàn)n→σ*躍遷。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*躍遷的λ分別為173nm、183nm和227nm。目前四十四頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點44⑶π→π＊躍遷

所需能量較小，吸收波長處于遠紫外區(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，吸收譜帶強度較弱。分子中孤對電子和π鍵同時存在時發(fā)生n→π＊躍遷。丙酮n→π＊躍遷的λ為275nmεmax為22L·mol-1·cm-1（溶劑環(huán)己烷)。目前四十五頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點45紅移與藍移有機化合物的吸收譜帶常常因引入取代基或改變溶劑使最大吸收波長λmax和吸收強度發(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移(或紫移)。吸收強度即摩爾吸光系數(shù)ε增大或減小的現(xiàn)象分別稱為增色效應或減色效應，如圖所示。目前四十六頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點46二、影響紫外吸收光譜的因素1.溶劑的影響溶劑極性的變化會使化合物的紫外吸收光譜形狀改變。例如，在非極性的庚烷溶劑中，苯酚在270nm處出現(xiàn)中等強度的吸收峰并有精細結構；但在極性的乙醇溶劑中，這些精細結構變得不明顯或消失。2.溶劑pH的影響當被測物質具有酸性或堿性基團時，溶劑的pH值的變化對光譜的影響較大。3.空間效應若存在空間阻礙，影響較大共軛體系的生成，則最大吸收波長較短，吸光系數(shù)小。目前四十七頁\總數(shù)五十一頁\編于二十三點47三、紫外吸收光譜法的應用1.計算