第二章-紫外-可見分光光度法

第二章紫外-可見分光光度法第一節(jié)概述第二節(jié)基本原理第三節(jié)紫外可見分光光度計第四節(jié)可見分光光度法第五節(jié)目視比色法第六節(jié)紫外分光光度法一、紫外-可見分光光度法分類

1、分光光度法分類

2、紫外-可見分光光度法二、紫外-可見分光光度法的特點第一節(jié)概述一、紫外-可見分光光度法分類

1、分光光度法分類(按所用的光的波譜區(qū)域不同)（1）可見分光光度法：400～780nm（2）紫外分光光度法：200～400nm（3）紅外分光光度法：3×103～3×104nm2、紫外-可見分光光度法是基于物質(zhì)分子對200～780nm區(qū)域內(nèi)光輻射的吸收而建立起來的分析方法。二、紫外-可見分光光度法的特點

1、具有較高的靈敏度；（檢測下限10－5～10－6M）2、操作簡便，分析速度快；3、價格低廉，應(yīng)用廣泛。一、光的基本特性二、物質(zhì)對光的選擇性吸收三、吸收定律第二節(jié)基本原理一、光的基本特性1、電磁波譜光是一種電磁波，具有波粒二重性。光既是一種波，具有波長（

）；光也是一種粒子，又具有能量（E）。2、單色光和互補(bǔ)光

單色光：具有同一種波長的光。

復(fù)合光：含有多種波長的光。如：白光。互補(bǔ)光：如果把適當(dāng)顏色的兩種光按一定的強(qiáng)度比例混合，可成為白光，那么兩種顏色的光稱為互補(bǔ)光。

/nm顏色互補(bǔ)光400-450紫黃綠450-480藍(lán)黃480-490綠藍(lán)橙490-500藍(lán)綠紅500-560綠紅紫560-580黃綠紫580-610黃藍(lán)610-650橙綠藍(lán)650-760紅藍(lán)綠二、物質(zhì)對光的選擇性吸收1、物質(zhì)顏色的產(chǎn)生完全吸收完全透過吸收黃色光光譜示意表觀現(xiàn)象示意復(fù)合光結(jié)論：若某溶液選擇性地吸收了可見光區(qū)某波長的光，則該溶液呈現(xiàn)出被吸收光的互補(bǔ)色光的顏色。例如：重鉻酸鉀溶液顏色是黃色的，溶液吸收了可見光中的藍(lán)色；硫酸銅溶液顏色是藍(lán)色的，溶液吸收了可見光中的黃色。2、物質(zhì)的吸收光譜曲線（1）在進(jìn)行吸光度測定時，通常選取在最大吸收波長處來測量。（2）不同濃度的高錳酸鉀溶液，其吸收曲線形狀相似，最大波長不變，但吸收峰峰高隨濃度的增加而增高。（定量分析）（3）不同物質(zhì)的吸收曲線，其形狀和最大吸收波長都各不相同。（定性分析）AB3、分子吸收光譜產(chǎn)生的機(jī)理分子中電子躍遷產(chǎn)生的電子光譜處于紫外和可見光區(qū)。電子躍遷的同時，伴隨著振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷；帶狀光譜。三、吸收定律1、朗伯-比爾定律入射光被溶液吸收的程度與溶液的厚度關(guān)系為：朗伯定律：當(dāng)溶液濃度和入射光通量一定時，光吸收程度與溶液液層厚度成正比。ФtФ0bcФt/Ф0：表示溶液對光的透射程度，稱為透射比τ。Lg(Ф0/Фt)：表示單色光通過溶液時被吸收的程度，稱為吸光度A。入射光被溶液吸收的程度與溶液的厚度關(guān)系為：比爾定律：當(dāng)溶液液層厚度和入射光通量一定時，光吸收程度與溶液濃度成正比。ФtФ0bc入射光被溶液吸收的程度與溶液的厚度關(guān)系為：朗伯-比爾定律：當(dāng)一束平行單色光垂直入射通過均勻、透明的吸光物質(zhì)的稀溶液時，溶液對光的吸收程度與溶液的濃度及液層厚度的乘積成正比。A=Kbc朗伯-比爾定律的適用條件：（1）必須使用單色光；（2）吸收發(fā)生在均勻的介質(zhì)；（溶液為稀溶液）（3）吸收過程中，吸收物質(zhì)互相不發(fā)生作用；（4）吸收定律對紫外光、可見光、紅外光都適用。2、吸光系數(shù)K（1）摩爾吸光系數(shù)當(dāng)溶液濃度c的單位為mol/L，用ε表示，其單位為L/mol·cm。（2）質(zhì)量吸光系數(shù)當(dāng)溶液濃度c的單位為g/L,用a表示，其單位為L/g·cm。其物理意義是：單位濃度的溶液液層厚度為1cm時，在一定波長下測得的吸光度。K大小與入射波長、溶液溫度和溶劑性質(zhì)有關(guān)。3、吸光度的加和性在多組分的體系中，在某一波長下，如果各種對光有吸收的物質(zhì)之間沒有相互作用，則體系在該波長的總吸光度等于各組分吸光度的和。A總=A1+A2+…An=ΣAn4、影響吸收定律的主要因素（1）入射光為非單色光引起偏離（2）溶液的化學(xué)因素引起偏離（3）比爾定律的局限性引起偏離AC比爾定律只適用于濃度小于0.01mol?L－1的稀溶液。一、儀器的基本組成部件二、紫外-可見分光光度計的類型及特點三、常用紫外-可見分光光度計的使用

第三節(jié)紫外可見分光光度計光源→單色器→吸收池→檢測器→信號顯示系統(tǒng)一、儀器的基本組成部件光源單色器吸收池光電管暗盒光電倍增管放大器微安表單色器1、光源作用：供給符合要求的入射光。（1）可見光光源常見的可見光光源有：鎢絲燈和鹵鎢燈。（2）紫外光光源常見的紫外光光源有：氫燈和氘燈。另外，為了使光源發(fā)出的光在測量時穩(wěn)定，光源的供電一般都要用穩(wěn)壓電源，即加有一個穩(wěn)壓器。2、單色器作用：把光源發(fā)出的連續(xù)光譜分解成單色光，并能準(zhǔn)確方便地“取出”所需要的某一波長的光，它是分光光度計的心臟部分。組成：單色器一般由狹縫、色散元件（棱鏡和光柵）、透鏡系統(tǒng)組成。（1）棱鏡單色器玻璃棱鏡：可吸收紫外光，只能用于可見光區(qū)域。石英棱鏡：用于紫外、可見和近紅外三個光區(qū)域。（2）光柵單色器可用于紫外、可見及紅外光區(qū)域，目前生產(chǎn)的紫外-可見分光光度計大多采用光柵作為色散元件。3、吸收池（比色皿）作用：用于盛放待測液和決定透光液層厚度的器件。吸收池的規(guī)格是以光程為標(biāo)志。玻璃吸收池：只能用于可見光光區(qū)測定石英吸收池：用于紫外光區(qū)測定，也可以用于可見光光區(qū)測定。分類：使用吸收池過程，應(yīng)特別注意保護(hù)兩個光面：（1）拿取吸收池時，只能用手指接觸兩側(cè)的毛玻璃，不可接觸光學(xué)面；（2）不能將光學(xué)面與硬物或贓物接觸，只能用擦鏡紙或絲綢擦拭光學(xué)面；（3）凡含有腐蝕玻璃的物質(zhì)的溶液，不得長時間盛放在吸收池；（4）吸收池使用后應(yīng)立即用水沖洗干凈；（5）不得在火焰或電爐上進(jìn)行加熱或烘烤吸收池。4、檢測器（接受器）作用：對透過吸收池的光做出響應(yīng)，并把它轉(zhuǎn)變成電信號輸出，其信號大小與透過光的強(qiáng)度成正比。常用的檢測器：光電池、光電管和光電倍增管。作用：由檢測器產(chǎn)生的電信號，經(jīng)放大等處理后，用一定方式顯示出來，以便于計算和記錄。常用的信號顯示器：（1）指示儀表（檢流計或微安表），（2）數(shù)字顯示和自動記錄型裝置。5、信號顯示器二、紫外-可見分光光度計的類型及特點1、按使用的波長范圍分可見分光光度計：使用波長范圍是400～780nm，只能用于測量有色溶液的吸光度紫外-可見分光光度計：使用波長范圍是200～1000nm，可測量在紫外、可見、近紅外有吸收的物質(zhì)的吸光度。

2、按光路分單光束分光光度計是指從光源發(fā)出的光，經(jīng)過單色器等一系列光學(xué)元件及吸收池后，最后照在檢測器上始終為一束光。雙光束分光光度計是指從光源發(fā)出的光，經(jīng)過單色器后被切光器分為強(qiáng)度相等的兩束光，分別通過參比溶液和樣品溶液，利用切光器使兩束光交替地照在同一檢測器上。（1）單光束分光光度計0.575光源單色器吸收池比色皿檢測器信號顯示系統(tǒng)（2）單波長雙光束分光光度計比值光源單色器吸收池檢測器顯示光束分裂器三、常用紫外-可見分光光度計的使用

1、721型可見分光光度計——單光束http:///vlabcq/flash/分光光度計/分光光度計.html可見分光光度計：使用波長范圍是400～780nm，只能用于測量有色溶液的吸光度紫外-可見分光光度計：使用波長范圍是200～1000nm，可測量在紫外、可見、近紅外有吸收的物質(zhì)的吸光度。

2、紫外-可見分光光度計——雙光束http:///vlabcq/flash/分光光度計/分光光度計.html可見分光光度計：使用波長范圍是400～780nm，只能用于測量有色溶液的吸光度紫外-可見分光光度計：使用波長范圍是200～1000nm，可測量在紫外、可見、近紅外有吸收的物質(zhì)的吸光度。四、分光光度計的維護(hù)

1、儀器對工作環(huán)境的要求穩(wěn)固、溫度15～28℃、干燥、無腐蝕性氣體、光線不宜過強(qiáng)（1）電源穩(wěn)定在220V，最好配備穩(wěn)壓器；（2）光源不用不要開；（3）單色器不能拆開，經(jīng)常更換干燥劑；（4）正確使用吸收池；（5）光電轉(zhuǎn)換元件不能長時間曝光。

2、儀器保養(yǎng)和維護(hù)方法一、顯色反應(yīng)和顯色劑二、顯色條件的選擇三、測量條件的選擇四、定量方法

第四節(jié)可見分光光度法一、顯色反應(yīng)和顯色劑

1、顯色反應(yīng)：將待測組分轉(zhuǎn)變成有色化合物的反應(yīng)。顯色劑：與待測組分形成有色化合物的試劑。

2、類型氧化還原反應(yīng)Fe3＋＋e=Fe2＋配位反應(yīng)Fe3＋＋5SCN－=Fe(SCN)52－（1）選擇性要好。（2）靈敏度要高。（3）有色化合物的組成要恒定，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。（4）顯色劑的顏色與有色化合物的顏色差別要大。（5）顯色條件要易于控制。3、選擇顯色反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)二、顯色條件的選擇（一）顯色劑用量M為被測物質(zhì)，R為顯色劑，MR為反應(yīng)生成的有色配合物，其反應(yīng)式為：M＋R≒MR顯色劑一般應(yīng)適當(dāng)過量。實驗的方法為：固定被測組分的濃度和其它條件，然后加入不同量的顯色劑，分別測定吸光度A值，繪制吸光度（A）-顯色劑濃度（cR）曲線。（二）溶液酸度1、當(dāng)酸度不同時，會生成配位比不同的配合物，其顏色也有所不同。如：Fe3+與水楊酸的配合物：PH＜4 Fe(C7H4O3)+

紫色4＜PH＜9 Fe(C7H4O3)2－ 紅色PH＞9 Fe(C7H4O3)

33－黃色2、酸度過高會降低配合物的穩(wěn)定性；酸度較低時，不利于顯色反應(yīng)的進(jìn)行。3、酸度變化，顯色劑的顏色可能發(fā)生變化。如：用二甲酚橙為顯色劑，它與金屬離子形成的配合物為紅色，它本身在PH<6.3時為檸檬黃色，而在PH＞6.3時為紅紫色。所以在PH＞6.3時，就無法進(jìn)行測定。實驗方法：固定待測液組分與顯色劑濃度，改變?nèi)芤簆H，分別測定吸光度A值，繪制A-pH關(guān)系曲線。選擇曲線平坦部分對應(yīng)pH作為應(yīng)控制的pH范圍。（三）顯色溫度

一般顯色反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，但是也有一些反應(yīng)要加熱到一定溫度下才能進(jìn)行。

適宜的顯色溫度要由實驗來確定。（四）顯色時間顯色時間：反應(yīng)完成所需要的時間；穩(wěn)定時間：顯色后有色物質(zhì)色澤保持穩(wěn)定的時間。適宜的顯色時間要由實驗來確定。實驗方法：配制一份顯色溶液，從加入顯色劑開始，每隔一定時間測定吸光度A值，繪制A-t關(guān)系曲線。選擇曲線平坦部分對應(yīng)時間作為應(yīng)控制的時間范圍。（五）溶劑的選擇有色化合物在有機(jī)溶劑中穩(wěn)定性好，溶解度大。三、測量條件的選擇（一）入射光波長的選擇依據(jù)被測物質(zhì)的吸收曲線，選用最大吸收波長作為入射波長。

根據(jù)“吸收最大干擾最小”的原則。1、溶劑參比如果僅有顯色劑與被測組分反應(yīng)的產(chǎn)物有吸收，則可以用溶劑作參比溶液。2、試劑參比如果顯色劑和其他試劑有顏色，則用試劑溶液作參比液。3、試液參比如果試液中其他共存組分有吸收，則用試液作參比液。4、褪色參比（二）參比溶液的選擇測量吸光度過高或過低，誤差都很大，一般適宜的吸光度范圍是0.2～0.8。

控制的方法為：1）調(diào)節(jié)溶液的濃度；2）選用適當(dāng)厚度的比色皿。（三）吸光度測量范圍的選擇四、定量方法1、工作曲線法（標(biāo)準(zhǔn)曲線法）（1）作圖法方法：配制一系列不同含量的待測組分的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以不含待測組分的空白溶液為參比，測定標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度。并繪制吸光度—濃度曲線，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線（工作曲線），然后再在相同條件下測定試樣溶液的吸光度。由測得的吸光度在曲線上查得試樣溶液中待測組分的濃度，最后計算得到試樣中待測組分的含量。（2）計算法工作曲線可用一元線性方程表示：y=a＋bxb為直線斜率a為直線的截距r為相關(guān)系數(shù)2、比較法用一個已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液cs，在一定條件下，測得其吸光度As，然后在相同條件下測得試液cx的吸光度Ax：條件：cs與cx濃度應(yīng)接近，且符合吸收定律。一、方法原理二、測定方法三、特點目視比色法：用眼睛觀察比較溶液顏色深淺，來確定物質(zhì)含量的分析方法。第五節(jié)目視比色法一、方法原理將有色的標(biāo)準(zhǔn)溶液和被測溶液在相同條件下對顏色進(jìn)行比較，當(dāng)溶液液層厚度相同、顏色深度一樣時，兩者的濃度相等。據(jù)吸收定律：

由于εs=εx，當(dāng)bs=bx，As=Ax時，則cs=cx。二、測定方法（標(biāo)準(zhǔn)系列法）系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：取一套完全相同的比色皿，依次加入不同量的待測組分標(biāo)準(zhǔn)溶液和一定量的顯色劑及其他輔助試劑，并用蒸餾水或其他溶液稀釋到同樣體積，配成1套顏色逐漸加深的標(biāo)準(zhǔn)色階。待測試液的配制：取一定量的待測試液在同樣條件下顯色。觀察：從管口垂直向下觀察。三、特點優(yōu)點：儀器簡單、操作方便、適宜大批樣品的分析、靈敏度高，可分析混濁溶液。缺點：主觀誤差大、準(zhǔn)確度差。一、方法原理（一）有機(jī)化合物紫外吸收光譜的產(chǎn)生（二）紫外吸收光譜常用術(shù)語二、紫外分光光度法的應(yīng)用（一）定性鑒定（二）定量分析

第六節(jié)紫外分光光度法一、方法原理（一）有機(jī)化合物紫外吸收光譜的產(chǎn)生有機(jī)化合物的紫外-可見吸收光譜是三種電子躍遷的結(jié)果：σ電子、π電子、n電子。分子軌道理論：成鍵軌道—反鍵軌道。sp

*s*RKE,Bnp

ECOHnpsH電子躍遷類型（常見）

（1）σ→σ*躍遷指處于成鍵軌道上的σ電子吸收光子后被激發(fā)躍遷到σ*反鍵軌道。（2）n→σ*躍遷指分子中處于非鍵軌道上的n電子吸收能量后向σ*反鍵軌道的躍遷（3）π→π*躍遷指不飽和鍵中的π電子吸收光波能量后躍遷到π*反鍵軌道。（4）n→π*躍遷指分子中處于非鍵軌道上的n電子吸收能量后向π*反鍵軌道的躍遷。電子躍遷類型不同，實際躍遷需要的能量不同，

σ→σ*～150nmn→σ*

～200nmπ→π*～200nmn→π*～300nm吸收能量的次序為：

σ→σ*＞n→σ*≥π→π*＞n→π*sp

*s*RKE,Bnp

E電子躍遷所處的波長范圍1、生色團(tuán)和助色團(tuán)生色團(tuán)：在200～1000nm波長范圍內(nèi)產(chǎn)生特征吸收帶的具有一個或多個不飽和鍵和未共用電子對的基團(tuán)。如：C＝C＝、C＝O、亞硝基、偶氮基—N＝N—、腈基—C≡N、C≡C等。助色團(tuán)：一些含有未共用電子對的氧原子、氮原子或鹵素原子的基團(tuán)。如：—F，—CH3，—Br，—OH等。（二）紫外吸收光譜常用術(shù)語2、紅移與藍(lán)移由于取代基或溶劑的影響造成有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的變化，使吸收峰向長波方向移動的現(xiàn)象，稱為吸收峰紅移。由于取代基或溶劑的影響造成有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的變化，使吸收峰向短波方向移動的現(xiàn)象，稱為吸收峰藍(lán)移。3、增色效應(yīng)和減色效應(yīng)由于有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)變化，使吸收峰摩爾吸光系數(shù)增加的現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)。由于有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)變化，使吸收峰摩爾吸光系數(shù)減小的現(xiàn)象稱為增色效應(yīng)。由于溶劑的極性不同，引起某些化合物的吸收峰的波長、強(qiáng)度及形狀產(chǎn)生變化。4、溶劑效應(yīng)1：乙醚2：水12250300苯酰丙酮非極性→

極性n

→

*躍遷：蘭移；；

→*躍遷：紅移；；極性溶劑使精細(xì)結(jié)構(gòu)消失5、吸收帶類型（1）R-帶（取自