紫外-可見(jiàn)分光光度法

關(guān)于紫外—可見(jiàn)分光光度法2024/4/132一、分子吸收光譜分析的發(fā)展概況可見(jiàn)-紫外-紅外目視比色-光電比色-分光光度光聲光譜-長(zhǎng)光程吸收光譜-傳感器第一節(jié) 概述第2頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/133二、分子吸收光譜的分類(lèi)和特征紫外-可見(jiàn) 電子光譜

Ee=1-20eV紅外 振動(dòng)光譜 0.05-1遠(yuǎn)紅外 轉(zhuǎn)動(dòng)光譜 0.005-0.05第3頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/13在分子中，除了電子相對(duì)于原子核的運(yùn)動(dòng)外，還有振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。這三種運(yùn)動(dòng)能量都是量子化的，并對(duì)應(yīng)有一定能級(jí)。下圖為分子的能級(jí)示意圖。電子能級(jí)振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)BA

分子中電子能級(jí)、振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)示意圖第4頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/135第5頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/136三、分子的電子光譜的特點(diǎn)：

在波長(zhǎng)范圍內(nèi)按一定強(qiáng)度分布的譜帶

—帶光譜波長(zhǎng)位于紫外-可見(jiàn)區(qū)第6頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/137可進(jìn)行分子的定性和定量分析可用于一些物理化學(xué)常數(shù)的測(cè)定（如平衡常數(shù)等）儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜應(yīng)用范圍廣泛（無(wú)機(jī)離子、有機(jī)化合物、生物大分子分析等）四、分子吸收光譜的特點(diǎn)第7頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天定義：以A為縱坐標(biāo)，λ為橫坐標(biāo)，繪制的λ~A曲線。吸收光譜（吸收曲線）特征值摩爾吸光系數(shù)或Em：物質(zhì)對(duì)某種波長(zhǎng)的光的吸收能力的量度；

在一定λ下，c=1mol/L，L=1cm時(shí)的吸光度。單位：L/(mol.cm)k=A/cLA=kcL第8頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1392024/4/139五、物質(zhì)對(duì)光的選擇性吸收●物質(zhì)的顏色由物質(zhì)與光的相互作用方式?jīng)Q定?！袢搜勰芨杏X(jué)到的光稱可見(jiàn)光，波長(zhǎng)范圍是：400~760nm?！褡尠坠馔ㄟ^(guò)棱鏡，能色散出紅、橙、黃、綠、藍(lán)、紫等各色光。●單色光：?jiǎn)我徊ㄩL(zhǎng)的光●復(fù)合光：由不同波長(zhǎng)的光組合而成的光，如白光?！窆獾幕パa(bǔ)：若兩種不同顏色的單色光按一定比例混合得到白光，

稱這兩種單色光為互補(bǔ)色光，這種現(xiàn)象稱為光的互補(bǔ)。第9頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1310物質(zhì)的顏色：是由于物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光具有選擇性吸收而產(chǎn)生。

即物質(zhì)的顏色是它所吸收光的互補(bǔ)色。無(wú)色溶液：透過(guò)所有顏色的光有色溶液：透過(guò)光的顏色黑色：吸收所有顏色的光白色：反射所有顏色的光物質(zhì)的本色第10頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/13112024/4/13完全吸收完全透過(guò)吸收黃光光譜示意表觀現(xiàn)象示意復(fù)合光藍(lán)光無(wú)色黑色物質(zhì)的顏色與光的關(guān)系第11頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)化合物紫外—可見(jiàn)光譜的產(chǎn)生有機(jī)化合物的紫外—可見(jiàn)吸收光譜，是其分子中外層價(jià)電子躍遷的結(jié)果（三種）：σ電子、π電子、n電子(P 電子)。分子軌道理論：一個(gè)成鍵軌道必定有一個(gè)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(jiàn)輻射后，就從基態(tài)向激發(fā)態(tài)(反鍵軌道)躍遷。第12頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1313第二節(jié)化合物紫外—可見(jiàn)光譜的產(chǎn)生1.

*躍遷它需要的能量較高，一般發(fā)生在真空紫外光區(qū)。飽和烴中的—c—c—鍵屬于這類(lèi)躍遷，乙烷

max為135nm。2.n

*躍遷吸收光譜落于遠(yuǎn)紫外光區(qū)和近紫外光區(qū)，如CH3OH和CH3NH2的n

*躍遷光譜分別為183nm和213nm。第13頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1314第二節(jié)化合物紫外—可見(jiàn)光譜的產(chǎn)生3.

*躍遷它需要的能量低于

*躍遷，吸收峰近紫外光區(qū)，在200nm左右，

max

104，為強(qiáng)吸收帶。如乙烯（蒸氣）的最大吸收波長(zhǎng)

max為162

nm4.n

*躍遷躍遷發(fā)生在近紫外光區(qū)。它是簡(jiǎn)單的生色團(tuán)如羰基、硝基等中的孤對(duì)電子向反鍵軌道躍遷。特點(diǎn)是譜帶強(qiáng)度弱，摩爾吸光系數(shù)小。

第14頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/13155.電荷遷移躍遷所謂電荷遷移躍遷是指用電磁輻射照射化合物時(shí)，電子從給予體向與接受體相聯(lián)系的軌道上躍遷。摩爾吸光系數(shù)一般都較大(104左右)，適宜于微量金屬的檢出和測(cè)定。

例：Fe3＋與SCN－形成血紅色配合物，在490nm處有強(qiáng)吸收峰。其實(shí)質(zhì)是發(fā)生了如下反應(yīng)：

[Fe3＋SCN－

]

＋hν=[FeSCN]2＋

第15頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1316第二節(jié)化合物紫外—可見(jiàn)光譜的產(chǎn)生（二）、常用術(shù)語(yǔ)1.生色團(tuán)

從廣義來(lái)說(shuō)，所謂生色團(tuán)，是指分子中可以吸收光子而產(chǎn)生電子躍遷的原子基團(tuán)。但是，人們通常將能吸收紫外、可見(jiàn)光的原子團(tuán)或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)定義為生色團(tuán)。下面為某些常見(jiàn)生色團(tuán)的吸收光譜。第16頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1317第二節(jié)化合物紫外—可見(jiàn)光譜的產(chǎn)生第17頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/13182，助色團(tuán)助色團(tuán)是指帶有非鍵電子對(duì)的基團(tuán)，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-X等，它們本身不能吸收紫外光，與生色團(tuán)相連時(shí)，會(huì)使生色團(tuán)的吸收峰向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，并且增加其吸光度。第18頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/13192024/4/13

紅移與藍(lán)移吸收譜帶因引入取代基或改變?nèi)軇┦棺畲笪詹ㄩL(zhǎng)λmax和吸收強(qiáng)度發(fā)生變化:

λmax向長(zhǎng)波方向移動(dòng)稱為紅移，或長(zhǎng)移。向短波方向移動(dòng)稱為藍(lán)移(或紫移)或短移。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。強(qiáng)帶(strongband):

max>104弱帶(weakband):

max<103第19頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1320第二節(jié)化合物紫外—可見(jiàn)光譜的產(chǎn)生(三)有機(jī)化合物紫外-可見(jiàn)吸收光譜1.飽和烴及其取代衍生物飽和烴類(lèi)分子中只含有鍵，因此只能產(chǎn)生*躍遷。飽和烴的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外-可見(jiàn)測(cè)定的范圍。直接用烷烴和鹵代烴的紫外吸收光譜分析化合物的價(jià)值不大。但是它們是測(cè)定紫外和（或）可見(jiàn)吸收光譜的良好溶劑。第20頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1321第二節(jié)化合物紫外—可見(jiàn)光譜的產(chǎn)生

2.不飽和烴及共軛烯烴

在不飽和烴類(lèi)分子中，除含有鍵外，還含有鍵，它們可以產(chǎn)生*和

*兩種躍遷。

*躍遷的能量小于

*躍遷。例如，在乙烯分子中，

*躍遷最大吸收波長(zhǎng)為180nm

在不飽和烴類(lèi)分子中，當(dāng)有兩個(gè)以上的雙鍵共軛時(shí)，隨著共軛系統(tǒng)的延長(zhǎng)，*躍遷的吸收帶將明顯向長(zhǎng)波方向移動(dòng)，吸收強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)。在共軛體系中，*躍遷產(chǎn)生的吸收帶又稱為K帶(5)。第21頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1322第二節(jié)化合物紫外—可見(jiàn)光譜的產(chǎn)生第22頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/13233.羰基化合物羰基化合物含有C=O，主要可產(chǎn)生

*、n

*、n

*三個(gè)吸收帶，n

*吸收帶又稱R帶，落于近紫外或紫外光區(qū)。由于醛酮與羧酸及羧酸的衍生物在結(jié)構(gòu)上的差異，因此它們n

*吸收帶的光區(qū)稍有不同。第23頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/13244.苯及其衍生物苯有三個(gè)吸收帶，它們都是由

*躍遷引起的。E1帶出現(xiàn)在180nm（

MAX=60，000）；E2帶出現(xiàn)在204nm（

MAX=8，000）；B帶出現(xiàn)在255nm（

MAX=200）。第24頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/13255.稠環(huán)芳烴及雜環(huán)化合物稠環(huán)芳烴，如萘、蒽、芘等，均顯示苯的三個(gè)吸收帶，但是與苯本身相比較，這三個(gè)吸收帶均發(fā)生紅移，且強(qiáng)度增加。隨著苯環(huán)數(shù)目的增多，吸收波長(zhǎng)紅移越多，吸收強(qiáng)度也相應(yīng)增加。當(dāng)芳環(huán)上的-CH基團(tuán)被氮原子取代后，則相應(yīng)的氮雜環(huán)化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光譜，與相應(yīng)的碳化合物極為相似，即吡啶與苯相似，喹啉與萘相似。此外，由于引入含有n電子的N原子的，這類(lèi)雜環(huán)化合物還可能產(chǎn)生n

*吸收帶。第25頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1326三、溶劑對(duì)紫外、可見(jiàn)吸收光譜的影響溶劑的極性的改變會(huì)引起吸收帶形狀的變化和最大吸收波長(zhǎng)的變化。當(dāng)溶劑的極性由非極性改變到極性時(shí)，精細(xì)結(jié)構(gòu)消失，吸收帶變向平滑。溶劑對(duì)異亞丙基丙酮紫外吸收光譜的影響。

正己烷CHCl3CH3OHH2O

*

max/nm230238237243

n

*

max/nm329315309305因此，在測(cè)定紫外可見(jiàn)吸收光譜時(shí)，應(yīng)注明溶劑種類(lèi)。第26頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1327溶劑的選擇原則：（1）溶劑應(yīng)能很好地溶解被測(cè)樣，溶劑對(duì)溶質(zhì)應(yīng)該是惰性的。即所成溶液應(yīng)具有良好的化學(xué)和光化學(xué)穩(wěn)定性。（2）在溶解度允許的范圍內(nèi)，盡量選擇極性較小的溶劑。（3）溶劑在樣品的吸收光譜區(qū)應(yīng)無(wú)明顯吸收。第27頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/13282024/4/130.575光源單色器吸收池檢測(cè)器信號(hào)處理及顯示一、組成部件：光源、單色器、吸收池、檢測(cè)器和信號(hào)指示系統(tǒng)。第三節(jié)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)第28頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/13292024/4/1329（一）光源要求：在所需的光譜區(qū)域內(nèi)能發(fā)射連續(xù)輻射，有足夠的輻射強(qiáng)度和良好的穩(wěn)定性，輻射能量隨波長(zhǎng)的變化應(yīng)盡可能小。分光光度計(jì)中常用的光源有熱輻射光源和氣體放電光源兩類(lèi)。熱輻射光源用于可見(jiàn)光區(qū)，如鎢絲燈和鹵鎢燈；氣體放電光源用于紫外光區(qū)，如氫燈和氘燈。第29頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1330第三節(jié)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（二）單色器主要功能：產(chǎn)生光譜純度高的波長(zhǎng)且波長(zhǎng)在紫外可見(jiàn)區(qū)域內(nèi)任意可調(diào)。主要類(lèi)型：能起分光作用的色散元件主要是棱鏡和光柵。第30頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1331第三節(jié)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)棱鏡有玻璃和石英兩種材料。玻璃棱鏡只能用于350~3200nm的波長(zhǎng)范圍，即只能用于可見(jiàn)光域內(nèi)。石英棱鏡可使用的波長(zhǎng)范圍較寬，可從185~4000nm，即可用于紫外、可見(jiàn)和近紅外三個(gè)光域。光柵可用于紫外、可見(jiàn)及紅外光域，而且在整個(gè)波長(zhǎng)區(qū)具有良好的、幾乎均勻一致的分辨能力。它具有色散波長(zhǎng)范圍寬、分辨本領(lǐng)高、成本低、便于保存和易于制備等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是各級(jí)光譜會(huì)重疊而產(chǎn)生干擾。第31頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1332第三節(jié)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（三）吸收池吸收池用于盛放分析試樣，一般有石英和玻璃材料兩種。石英池適用于可見(jiàn)光區(qū)及紫外光區(qū)，玻璃吸收池只能用于可見(jiàn)光區(qū)。為減少光的損失，吸收池的光學(xué)面必須完全垂直于光束方向。在高精度的分析測(cè)定中，吸收池要挑選配對(duì)。因?yàn)槲粘夭牧系谋旧砦馓卣饕约拔粘氐墓獬涕L(zhǎng)度的精度等對(duì)分析結(jié)果都有影響。第32頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1333（四）檢測(cè)器常用的檢測(cè)器有光電池、光電管和光電倍增管等。硒光電池對(duì)光的敏感范圍為300~800nm，其中又以500~600nm最為靈敏。這種光電池的特點(diǎn)是能產(chǎn)生可直接推動(dòng)微安表或檢流計(jì)的光電流，但由于容易出現(xiàn)疲勞效應(yīng)而只能用于低檔的分光光度計(jì)中。光電管在紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)上應(yīng)用較為廣泛。光電倍增管是檢測(cè)微弱光最常用的光電元件。第33頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1334第三節(jié)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)（五）信號(hào)指示系統(tǒng)它的作用是放大信號(hào)并以適當(dāng)方式指示或記錄下來(lái)。常用的信號(hào)指示裝置有直讀檢流計(jì)、電位調(diào)節(jié)指零裝置以及數(shù)字顯示或自動(dòng)記錄裝置等。很多型號(hào)的分光光度計(jì)裝配有微處理機(jī)，一方面可對(duì)分光光度計(jì)進(jìn)行操作控制，另一方面可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。第34頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1335第三節(jié)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)二、紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的類(lèi)型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)的類(lèi)型很多，但可歸納為三種類(lèi)型，即單光束分光光度計(jì)、雙光束分光光度計(jì)和雙波長(zhǎng)分光光度計(jì)。1，單光束分光光度計(jì)

經(jīng)單色器分光后的一束平行光，輪流通過(guò)參比溶液和樣品溶液，以進(jìn)行吸光度的測(cè)定。這種簡(jiǎn)易型分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，維修容易，適用于常規(guī)分析。第35頁(yè),共39頁(yè)，2024年2月25日，星期天2024/4/1336第三節(jié)紫外