仪器分析 课件 第三章：紫外—可见分光光度法.ppt

1、 研究研究物质在物质在 紫外、可见光区紫外、可见光区 的的分子吸收光谱分子吸收光谱 的分析方法的分析方法称为称为紫外紫外可见分光光度法可见分光光度法。紫外紫外可见分光光度法是可见分光光度法是利用某些物质的分子吸收利用某些物质的分子吸收190 750 nm190 750 nm的辐射来进行分析测定的方法。的辐射来进行分析测定的方法。这种分子吸收光谱产生于这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子价电子和分子轨道上的电子 在在电子能级间的跃迁电子能级间的跃迁，广泛用于，广泛用于无机和有机物质的定无机和有机物质的定性和定量测定性和定量测定。2一、分子吸收光谱的产生一、分子吸收光谱的产生 在分子中，

2、除了电子相对于原子核的运动在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有核间相对位移引起的振动和转动。这三外，还有核间相对位移引起的振动和转动。这三种运动能量都是量子化的，并对应有一定能级。种运动能量都是量子化的，并对应有一定能级。下图为分子的能级示意图。下图为分子的能级示意图。E E分子分子=E=E电子电子 +E+E振动振动+E+E转动转动3图图3-13-1：双原子分子的三种能级跃迁示意图（实际上电子：双原子分子的三种能级跃迁示意图（实际上电子能级间隔要比图示大得多，转动能级间隔要比图示小得多）能级间隔要比图示大得多，转动能级间隔要比图示小得多）4 图中图中A A和和B B表示不同能量的电子能

3、级。在每一电子能级上有许表示不同能量的电子能级。在每一电子能级上有许多间距较小的振动能级，在每一振动能级上又有许多更小的转动能级多间距较小的振动能级，在每一振动能级上又有许多更小的转动能级。若用若用E E电子电子、E E振动振动、E E转动转动分别表示电子能级、振动能级转分别表示电子能级、振动能级转动动能级差能级差，即有，即有 E E电子电子 E E振动振动 E E转动转动。处在同一电子能级的分子，。处在同一电子能级的分子，可能因其振动能量不同，而处在不同的振动能级上。当分子处在同一可能因其振动能量不同，而处在不同的振动能级上。当分子处在同一电子能级和同一振动能级时，它的能量还会因转动能量不同

4、，而处在电子能级和同一振动能级时，它的能量还会因转动能量不同，而处在不同的转动能级上。所以分子的总能量可以认为是这三种能量的总和不同的转动能级上。所以分子的总能量可以认为是这三种能量的总和：E E分子分子 =E E电子电子 +E E振动振动 +E E转动转动5 当用频率为当用频率为 的电磁波照射分子，而该分子的较的电磁波照射分子，而该分子的较高能级与较低能级之差高能级与较低能级之差 E E恰好等于该电磁波的能量恰好等于该电磁波的能量 h h 时，即有时，即有 E =hE =h （h h为普朗克常数为普朗克常数）此时，在此时，在微观上微观上出现分子由较低的能级跃迁到较高出现分子由较低的能级跃迁到

5、较高的能级的能级；在宏观上在宏观上则透射光的强度变小。则透射光的强度变小。若用一连续辐射的电磁波照射分子，若用一连续辐射的电磁波照射分子，将照射前后将照射前后光强度的变化转变为电信号，并记录下来，然后以波光强度的变化转变为电信号，并记录下来，然后以波长为横坐标，以电信号（吸光度长为横坐标，以电信号（吸光度 A A）为纵坐标，就可为纵坐标，就可以得到一张光强度变化对波长的关系曲线图以得到一张光强度变化对波长的关系曲线图分子分子吸收光谱图。吸收光谱图。6二、分子吸收光谱类型二、分子吸收光谱类型 根据吸收电磁波的范围不同，可将分子吸收光谱分为根据吸收电磁波的范围不同，可将分子吸收光谱分为远红外光谱远

6、红外光谱、红外光谱红外光谱及及紫外、可见光谱紫外、可见光谱三类。三类。分子的转动能级差一般在分子的转动能级差一般在0.005 0.050.005 0.05eVeV。产生此能级的跃迁，产生此能级的跃迁，需吸收波长约为需吸收波长约为250 25250 25 mm的远红外光，因此，形成的光谱称为的远红外光，因此，形成的光谱称为转动转动光谱或远红外光谱光谱或远红外光谱。分子的振动能级差一般在分子的振动能级差一般在0.05 1 0.05 1 eVeV，需吸收波长约为需吸收波长约为25 25 1.251.25 mm的红外光才能产生跃迁。在分子振动时同时有分子的转动运动。的红外光才能产生跃迁。在分子振动时同

7、时有分子的转动运动。这样，分子振动产生的吸收光谱中，包括转动光谱，故常称为这样，分子振动产生的吸收光谱中，包括转动光谱，故常称为振振-转光转光谱谱。由于它吸收的能量处于红外光区，故又称。由于它吸收的能量处于红外光区，故又称红外光谱红外光谱。7 电子的跃迁能差约为电子的跃迁能差约为1 20 1 20 eVeV，比分子振动能级差要比分子振动能级差要大几十倍，所吸收光的波长约为大几十倍，所吸收光的波长约为12.5 0.0612.5 0.06 mm，主要在主要在真真空紫外到可见光区空紫外到可见光区，对应形成的光谱，称为，对应形成的光谱，称为电子光谱或紫外、电子光谱或紫外、可见吸收光谱。可见吸收光谱。通

8、常，分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可见光通常，分子是处在基态振动能级上。当用紫外、可见光照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的任一振动（或不照射分子时，电子可以从基态激发到激发态的任一振动（或不同的转动）能级上。因此，电子能级跃迁产生的吸收光谱，包同的转动）能级上。因此，电子能级跃迁产生的吸收光谱，包括了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带，括了大量谱线，并由于这些谱线的重叠而成为连续的吸收带，这就是为什么分子的这就是为什么分子的紫外、可见光谱不是线状光谱，而是带状紫外、可见光谱不是线状光谱，而是带状光谱光谱的原因。的原因。8又因为绝大多数的分子光谱分析，都是用液体样品，加

9、之仪又因为绝大多数的分子光谱分析，都是用液体样品，加之仪器的分辨率有限，因而使记录所得电子光谱的谱带变宽。器的分辨率有限，因而使记录所得电子光谱的谱带变宽。由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外区（由于氧、氮、二氧化碳、水等在真空紫外区（60 60 200 200 nmnm）均有吸收，因此在测定这一范围的光谱时，必须均有吸收，因此在测定这一范围的光谱时，必须将光学系统抽成真空，然后充以一些惰性气体，如氦、氖、将光学系统抽成真空，然后充以一些惰性气体，如氦、氖、氩等。鉴于真空紫外吸收光谱的研究需要昂贵的真空紫外分氩等。鉴于真空紫外吸收光谱的研究需要昂贵的真空紫外分光光度计，故在实际应用中受到一定的

10、限制。光光度计，故在实际应用中受到一定的限制。我们通常所说我们通常所说的紫外的紫外可见分光光度法，实际上是指近紫外、可见分光光可见分光光度法，实际上是指近紫外、可见分光光度法。度法。910表3-1：电磁波谱式中：A：吸光度；:透射率；b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；c：溶液的摩尔浓度，单位molL-1；：摩尔吸光系数，单位Lmol-1cm-1；n1iiin1iiin1iicbbcAA CbA abCA bCEA1%1cm MaE 1.0.101%1cm 0 lg 0.4343 C TTTTCT 0 lg 0.4343lg0.4343 2TTTT0.00.51.01.52.02.53

11、.03.54.0020406080100dC/C*100A0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.000.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0dC/C*100A 在紫外和可见光谱区范围内，有机化合物的吸在紫外和可见光谱区范围内，有机化合物的吸收带主要由收带主要由*、*、n n*、n n*及电荷及电荷迁移跃迁迁移跃迁产生。产生。由于电子跃迁的类型不同，实现跃迁需要的能由于电子跃迁的类型不同，实现跃迁需要的能量不同，因此吸收光的波长范围也不相同。其中量不同，因此吸收光的波长范围也不相同。其中*跃迁所需能量最大，跃迁所需能量最大，

12、n n*及配位场跃迁所需及配位场跃迁所需能量最小，因此，它们的吸收带分别落在能量最小，因此，它们的吸收带分别落在远紫外和远紫外和可见光区可见光区。20一、有机化合物的紫外一、有机化合物的紫外可见吸收光谱可见吸收光谱（一）、跃迁类型（一）、跃迁类型 基态有机化合物的价电子基态有机化合物的价电子包括包括成键成键 电子、成键电子、成键 电子和非键电子（以电子和非键电子（以 n n表示）表示）。分子的空轨道包括。分子的空轨道包括反键反键 *轨道和反键轨道和反键*轨道，因此，可能的跃迁为轨道，因此，可能的跃迁为*、*、n n*n n*等。等。21 有机化合物的紫外吸收光谱取决于分子中外层有机化合物的紫外

13、吸收光谱取决于分子中外层电子的性质电子的性质 1 1，*跃迁跃迁 ：它需要的能量较高，一般发生在：它需要的能量较高，一般发生在真空紫外光区真空紫外光区。饱和烃中的。饱和烃中的cccc键属于这类跃键属于这类跃迁，例如乙烷的最大吸收波长迁，例如乙烷的最大吸收波长 maxmax为为135135nmnm；甲烷；甲烷的最大吸收波长的最大吸收波长 maxmax为为1 12 25 5nmnm。22 2.n2.n*跃迁：跃迁：实现这类跃迁所需要的能量实现这类跃迁所需要的能量较高，其吸收光谱落于较高，其吸收光谱落于远紫外光区远紫外光区和近紫外光和近紫外光区区，如如CHCH3 3OHOH和和CHCH3 3NHNH

14、2 2的的n n*跃迁光谱分跃迁光谱分别为别为183183nmnm和和213213nmnm，含有，含有杂原子杂原子的跑和有的跑和有化合物。化合物。3.3.*跃迁跃迁 它需要的能量低于它需要的能量低于*跃迁，跃迁，吸收峰一般处于吸收峰一般处于近紫外光区近紫外光区，在，在200 200 nmnm左右，左右，其特征其特征是摩尔吸光系数大，一般是摩尔吸光系数大，一般 maxmax 10104 4，为为强吸收带。如乙烯（蒸气）的最大吸收波长强吸收带。如乙烯（蒸气）的最大吸收波长 maxmax为为162162 nmnm。234 4 n n*跃迁跃迁 这类跃迁发生在这类跃迁发生在近紫外光区近紫外光区和可见光

15、区和可见光区。它是简单的生色团如。它是简单的生色团如羰基羰基、硝基硝基等中的孤对电子向反键轨道跃迁。等中的孤对电子向反键轨道跃迁。其特点其特点是谱是谱带强度弱，摩尔吸光系数小，通常小于带强度弱，摩尔吸光系数小，通常小于100100。有机化合物的紫外吸收光谱中，有机化合物的紫外吸收光谱中，n n*和和*跃迁跃迁 产生的吸收带最有用。产生的吸收带最有用。24NCH3CH3NCH3CH3+CROCRO+_5电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁 所谓所谓电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁是指用电磁辐射照射化合物时，电子从是指用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体给予体向与向与接受体接受体相联系的轨道上跃迁。因此，电荷迁移跃迁

16、相联系的轨道上跃迁。因此，电荷迁移跃迁实质是一个内氧化实质是一个内氧化还原的过程，而相应的吸收光谱称为电荷还原的过程，而相应的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱。迁移吸收光谱。26图图3-2：电子跃迁能级示意图：电子跃迁能级示意图27 图图3-3：电子跃迁所处的波长范围及强度：电子跃迁所处的波长范围及强度（二）、常用术语（二）、常用术语1 1，生色团生色团 从广义来说，所谓从广义来说，所谓生色团生色团，是指分子中可以，是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。但是，人们吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。但是，人们通常将通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统定能吸收紫外、可见光的原子团或结构

17、系统定义为生色团义为生色团。(含有含有 键的不饱和基团键的不饱和基团)下面为某些常见生色团的吸收光谱。下面为某些常见生色团的吸收光谱。28生色团 溶剂/nm max 跃迁类型 烯 正庚烷 177 13000*炔 正庚烷 178 10000*羧基 乙醇 204 41 n*酰胺基 水 214 60 n*羰基 正己烷 186 1000 n*，n*硝基 异辛酯 280 22 n*亚硝基 乙醚 300 100 n*硝酸酯 二氧杂环己烷 270 12 n*292 2，助色团，助色团 助色团是指带有非键电子对的基团，如助色团是指带有非键电子对的基团，如-OHOH、-OR-OR、-NHR-NHR、-SH-SH

18、、-Cl-Cl、-Br-Br、-I-I等，它们等，它们本身不能吸收大于本身不能吸收大于200200nmnm的光，的光，但是当它们与生色团相连时，会使生色团的但是当它们与生色团相连时，会使生色团的吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸光度。吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸光度。3 3，红移与蓝移（紫移），红移与蓝移（紫移）某些有机化合物经取代反应引入含有未共享电子对的基某些有机化合物经取代反应引入含有未共享电子对的基团（团（-OHOH、-OR-OR、-NHNH2 2、-SH-SH、-Cl-Cl、-Br-Br、-SR-SR、-NRNR2 2 ）之后，吸收峰的波长将向长波方向移动，这种效应称为之后，吸

19、收峰的波长将向长波方向移动，这种效应称为红移红移效应效应。这种会使某化合物的最大吸收波长向长波方向移动的。这种会使某化合物的最大吸收波长向长波方向移动的基团称为基团称为向红基团向红基团。30 在某些生色团如羰基的碳原子一端引入在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波长会向短波方一些取代基之后，吸收峰的波长会向短波方向移动，这种效应称为向移动，这种效应称为蓝移（紫移）效应蓝移（紫移）效应。这些会使某化合物的最大吸收波长向短波方这些会使某化合物的最大吸收波长向短波方向移动的基团（如向移动的基团（如-CHCH2 2、-CH-CH2 2CHCH3 3、-OCOCHOCOCH3 3）

20、称为）称为向蓝（紫）基团向蓝（紫）基团。31羧酸及羧酸的衍生物虽然也有羧酸及羧酸的衍生物虽然也有n n*吸收带，但是，吸收带，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接连结含有羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接连结含有未共用电子对的助色团，如未共用电子对的助色团，如-OHOH、-Cl-Cl、-OR-OR等，由等，由于这些助色团上的于这些助色团上的n n电子与羰基双键的电子与羰基双键的 电子产生电子产生n n共轭，导致共轭，导致*轨道的能级有所提高，但这种共轭作用轨道的能级有所提高，但这种共轭作用并不能改变并不能改变n n轨道的能级，因此实现轨道的能级，因此实现n n*跃迁所需跃迁所需的能

21、量变大，使的能量变大，使n n*吸收带蓝移至吸收带蓝移至210210nmnm左右。左右。34生色团生色团化合物化合物溶剂溶剂 max/nm max羰基CH3COCH3正己烷28016羧基CH3COOH乙醇20441硝基CH3NO2异辛烷28022亚硝基C4H9NO乙醚66520354 4 苯及其衍生物苯及其衍生物 苯有三个吸收带，它们都是由苯有三个吸收带，它们都是由*跃迁跃迁引起的。引起的。E E1 1带出现在带出现在180180nmnm（MAX MAX=60=60，000000）；）；E E2 2带出现在带出现在204nmnm（MAX MAX=8=8，000 000）；）；B B带带出现在出

22、现在255255nm nm（MAX MAX=200=200）。）。如图：如图：3-43-4所示：所示：363738在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的B B谱带有许谱带有许多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁上的叠加而引起的。在上的叠加而引起的。在极性溶剂中，这些精细结构消失极性溶剂中，这些精细结构消失。当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显著的变化，其中影响较大的是显著的变化，其中影响较大的是E E2 2带和带和B B谱带。谱带。395

23、5 稠环芳烃及杂环化合物稠环芳烃及杂环化合物 稠环芳烃，如萘、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收稠环芳烃，如萘、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，但是与苯本身相比较，这三个吸收带均发生红移，带，但是与苯本身相比较，这三个吸收带均发生红移，且强度增加。且强度增加。随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强度也相应增加。度也相应增加。40 当芳环上的当芳环上的-CHCH基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相似，即似，即吡

24、啶与苯相似吡啶与苯相似，喹啉与奈相似喹啉与奈相似。此外，由于引入含有。此外，由于引入含有n n电电子的子的N N原子的，这类杂环化合物还可能产生原子的，这类杂环化合物还可能产生n n*吸收带。吸收带。产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的电子跃迁形式，一产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的电子跃迁形式，一般分为两大类：般分为两大类：电荷迁移跃迁和配位场跃迁。电荷迁移跃迁和配位场跃迁。1.1.电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁 无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁移吸收光谱。无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁移吸收光谱。41 在配合物的中心离子和配位体中，当一个电子由在配合物的中心离子和配位体中，当一个电子由

25、配配体的轨道体的轨道跃迁到与跃迁到与中心离子中心离子相关的轨道上时，可产生相关的轨道上时，可产生电电荷迁移吸收光谱荷迁移吸收光谱。不少过渡金属离子与含生色团的试剂。不少过渡金属离子与含生色团的试剂反应所生成的反应所生成的配合物配合物以及许多以及许多水合无机离子水合无机离子，均可产生，均可产生电荷迁移跃迁电荷迁移跃迁。42 此外，一些具有此外，一些具有d d1010电子结构的过渡元素形成的卤化电子结构的过渡元素形成的卤化物及硫化物，如物及硫化物，如AgBrAgBr、HgSHgS等，也是由于这类跃迁而等，也是由于这类跃迁而产生颜色。产生颜色。电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子电荷迁移吸收光

26、谱出现的波长位置，取决于电子给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。432.2.配位场跃迁（配位场跃迁（包括包括d-d d-d 跃迁和跃迁和f-f f-f 跃迁）跃迁）元素周期表中第四、五周期的过度金属元素分别含有元素周期表中第四、五周期的过度金属元素分别含有3 3d d和和4 4d d轨道，镧系和锕系元素分别含有轨道，镧系和锕系元素分别含有4 4f f和和5 5f f轨道。轨道。在配体的存在下，过渡元素五个能量相等的在配体的存在下，过渡元素五个能量相等的d d轨道轨道和镧系元素七个能量相等的和镧系元素七个能量相等的f f 轨道分别分裂成几组能量轨道分别

27、分裂成几组能量不等的不等的d d轨道和轨道和f f轨道。当它们的离子吸收光能后，轨道。当它们的离子吸收光能后，44 低能态的低能态的d d电子或电子或f f电子可以分别跃迁至高能电子可以分别跃迁至高能态的态的d d或或f f轨道，这两类跃迁分别称为轨道，这两类跃迁分别称为d-d d-d 跃迁和跃迁和f f-f -f 跃迁。由于这两类跃迁必须在跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作配体的配位场作用下才可能发生用下才可能发生，因此又称为，因此又称为配位场跃迁配位场跃迁。45 溶剂对紫外溶剂对紫外可见光谱的影响较为复杂。改变溶剂的可见光谱的影响较为复杂。改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变化。极性

28、，会引起吸收带形状的变化。例如，当溶剂的极性由非极性改变到极性时，精细结构消例如，当溶剂的极性由非极性改变到极性时，精细结构消失，吸收带变向平滑。失，吸收带变向平滑。改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生变化。下表为变化。下表为溶剂对亚异丙酮溶剂对亚异丙酮紫外吸收光谱的影响。紫外吸收光谱的影响。正己烷正己烷 CHClCHCl3 3 CH CH3 3OH HOH H2 2O O *maxmax/nm 230 238 237 nm 230 238 237 243243 n n *maxmax/nm 329 315 309 nm 329 315

29、309 30530546 由上表可以看出，由上表可以看出，当溶剂的极性增大时，由当溶剂的极性增大时，由n n *跃迁产生的吸收带发生蓝移，而由跃迁产生的吸收带发生蓝移，而由*跃迁跃迁产生的吸收带发生红移。产生的吸收带发生红移。因此，因此，在测定紫外、可见吸收光谱时，应注明在测定紫外、可见吸收光谱时，应注明在何种溶剂中测定在何种溶剂中测定。由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸由于溶剂对电子光谱图影响很大，因此，在吸收光谱图上或数据表中必须注明所用的溶剂。与已收光谱图上或数据表中必须注明所用的溶剂。与已知化合物紫外光谱作对照时也应注明所用的溶剂是知化合物紫外光谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相

30、同。否相同。47在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。选选择溶剂时注意下列几点择溶剂时注意下列几点：（1 1）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该是应该是惰性的。即所成溶液应具有良好的化学和光化学稳惰性的。即所成溶液应具有良好的化学和光化学稳定性。定性。（2 2）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。（3 3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。48溶剂除了对吸收波长有影响外，还影响溶剂除了对吸收波长有影响外，

31、还影响吸收强度和精吸收强度和精细结构细结构。例如：例如：吸收带的精细结构在非极性溶剂中较清楚，吸收带的精细结构在非极性溶剂中较清楚，但在极性溶剂中则较弱，有时要消失而出现一个宽峰但在极性溶剂中则较弱，有时要消失而出现一个宽峰。因此，因此，在溶解度允许范围内，应选择极性较小的溶剂在溶解度允许范围内，应选择极性较小的溶剂。49另外，溶剂本身有一定的吸收带，如果和溶质的吸收另外，溶剂本身有一定的吸收带，如果和溶质的吸收带有重叠，将妨碍溶质吸收带的观察。带有重叠，将妨碍溶质吸收带的观察。紫外吸收光谱分析中常用溶剂的最低波长极限均列于紫外吸收光谱分析中常用溶剂的最低波长极限均列于表中表中，低于此波长，溶

32、剂的吸收不可忽视。，低于此波长，溶剂的吸收不可忽视。50 紫外紫外-可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：即可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：即光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统。（一）光源（一）光源 对光源的基本要求是对光源的基本要求是应在仪器操作所需的光谱区域应在仪器操作所需的光谱区域内能够发射连续辐射，有足够的辐射强度和良好的稳定性，内能够发射连续辐射，有足够的辐射强度和良好的稳定性，而且辐射能量随波长的变化应尽可能小。而且辐射能量随波长的变化应尽可能小。分光光度计中常用的光源有分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电热辐

33、射光源和气体放电光源光源两类。两类。热辐射光源用于可见光区，如热辐射光源用于可见光区，如钨丝灯和卤钨灯钨丝灯和卤钨灯；52气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。钨灯和碘钨灯可使用的范围在钨灯和碘钨灯可使用的范围在340 2500340 2500nmnm。这类光源的这类光源的辐射能量与施加的外加电压有关，在可见光区，辐射的能量辐射能量与施加的外加电压有关，在可见光区，辐射的能量与工作电压与工作电压4 4次方成正比。光电流与灯丝电压的次方成正比。光电流与灯丝电压的n n次方（次方（n n 1 1）成正比。因此必须严格控制灯丝电压，仪器必须配有稳压装成正比。因

34、此必须严格控制灯丝电压，仪器必须配有稳压装置。置。在近紫外区测定时常用氢灯和氘灯。在近紫外区测定时常用氢灯和氘灯。它们可在它们可在160 160 375 375 nmnm范围内产生连续光源。氘灯的灯管内充有氢的同位范围内产生连续光源。氘灯的灯管内充有氢的同位素氘，它是紫外光区应用最广泛的一种光源，其光谱分布与素氘，它是紫外光区应用最广泛的一种光源，其光谱分布与氢灯类似，但光强度比相同功率的氢灯要大氢灯类似，但光强度比相同功率的氢灯要大3535倍。倍。53（二）单色器（二）单色器 单色器单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置，其主要功能：产生光

35、谱纯度高的波长且波长在紫外可装置，其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在紫外可见区域内任意可调。见区域内任意可调。单色器一般由单色器一般由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭缝使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭缝等几等几部分组成。部分组成。其核心部分是其核心部分是色散元件色散元件，起分光的作用。，起分光的作用。单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影响到测定单色器的性能直接影响入射光的单色性，从而也影响到测定的灵敏度度、选择性及校准曲线的线性关系等。的灵敏度度、选择性及校准曲线的线性关系等。能起分光

36、作用的色散元件主要是能起分光作用的色散元件主要是棱镜和光栅棱镜和光栅。54 棱镜有玻璃和石英两种材料。棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理它们的色散原理是依据不同的波长光通过棱镜时有不是依据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波长的光分开。同的折射率而将不同波长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于350 350 3200 3200 nmnm的波长范围，即只能用于可见光域内。石英棱的波长范围，即只能用于可见光域内。石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从镜可使用的波长范围较宽，可从185 4000185 4000nmnm，即可用于即

37、可用于紫外、可见和近红外三紫外、可见和近红外三 个光域。个光域。光栅光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可用于紫是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可用于紫外、可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、几乎外、可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。它具有色散波长范围宽、分辨本领高、均匀一致的分辨能力。它具有色散波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保存和易于制备等优点。缺点是各级光谱会重成本低、便于保存和易于制备等优点。缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。叠而产生干扰。55入射、出射狭缝，透镜及准光镜等光学元件中狭缝在决定单入射、出射狭缝，透镜及准光镜等光学元件中狭缝

38、在决定单色器性能上起重要作用。狭缝的大小直接影响单色光纯度，色器性能上起重要作用。狭缝的大小直接影响单色光纯度，但过小的狭缝又会减弱光强。但过小的狭缝又会减弱光强。（三）吸收池（三）吸收池 吸收池吸收池用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材料两用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材料两种。种。石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只能用石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只能用于可见光区于可见光区。为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向直于光束方向。在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要），。在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要），吸收

39、池要挑选配对。因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸吸收池要挑选配对。因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。56（四）检测器（四）检测器 检测器的功能是检测信号、测量单色光透过溶检测器的功能是检测信号、测量单色光透过溶液后光强度变化的一种装置。液后光强度变化的一种装置。常用的检测器有常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管光电池、光电管和光电倍增管等。等。硒光电池对光的敏感范围为硒光电池对光的敏感范围为300800300800nmnm，其其中又以中又以500 600500 600nmnm最为灵敏。这种光电池的特点最为灵

40、敏。这种光电池的特点是能产生可直接推动微安表或检流计的光电流，但由是能产生可直接推动微安表或检流计的光电流，但由于容易出现疲劳效应而只能用于低档的分光光度计中。于容易出现疲劳效应而只能用于低档的分光光度计中。光电管在紫外光电管在紫外-可见分光光度计上应用较为广泛。可见分光光度计上应用较为广泛。57光电倍增管是检测微弱光最常用的光电元件，它的灵光电倍增管是检测微弱光最常用的光电元件，它的灵敏度比一般的光电管要高敏度比一般的光电管要高200200倍，因此可使用较窄的倍，因此可使用较窄的单色器狭缝，从而对光谱的精细结构有较好的分辨能单色器狭缝，从而对光谱的精细结构有较好的分辨能力。力。（五）信号指示

41、系统（五）信号指示系统 它的作用是它的作用是放大信号并以适当方式指示或记录下放大信号并以适当方式指示或记录下来。常用的信号指示装置有直读检流计、电位调节指来。常用的信号指示装置有直读检流计、电位调节指零装置以及数字显示或自动记录装置等零装置以及数字显示或自动记录装置等。很多型号的分光光度计装配有微处理机，一方面可对很多型号的分光光度计装配有微处理机，一方面可对分光光度计进行操作控制，另一方面可进行数据处理。分光光度计进行操作控制，另一方面可进行数据处理。58二、紫外二、紫外-可见分光光度计的类型可见分光光度计的类型 紫外紫外-可见分光光度计的类型很多，但可归纳为三种可见分光光度计的类型很多，但

42、可归纳为三种类型，即单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分类型，即单光束分光光度计、双光束分光光度计和双波长分光光度计。光光度计。1 1 单光束分光光度计单光束分光光度计 经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样经单色器分光后的一束平行光，轮流通过参比溶液和样品溶液，以进行吸光度的测定。这种简易型分光光度计结构品溶液，以进行吸光度的测定。这种简易型分光光度计结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。2 2 双光束分光光度计双光束分光光度计 经单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束光，经单色器分光后经反射镜分解为强度相等的两束光，59

43、一束通过参比池，一束通过样品池。光度计能自动比一束通过参比池，一束通过样品池。光度计能自动比较两束光的强度，此比值即为试样的透射比，经对数较两束光的强度，此比值即为试样的透射比，经对数变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。变换将它转换成吸光度并作为波长的函数记录下来。双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲双光束分光光度计一般都能自动记录吸收光谱曲线。线。由于两束光同时分别通过参比池和样品池，还能由于两束光同时分别通过参比池和样品池，还能自动消除光源强度变化所引起的误差自动消除光源强度变化所引起的误差。3 3 双波长分光光度计双波长分光光度计 由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两

44、个由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，得到两束不同波长（单色器，得到两束不同波长（1 1和和 2 2）的单色光；）的单色光；60利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收池，然利用切光器使两束光以一定的频率交替照射同一吸收池，然后经过光电倍增管和电子控制系统，最后由显示器显示出两后经过光电倍增管和电子控制系统，最后由显示器显示出两个波长处的吸光度差值个波长处的吸光度差值AA（A=AA=A 1 1-A-A 2 2）。）。对于对于多组分混合物、混浊试样（如生物组织液）多组分混合物、混浊试样（如生物组织液）分析，分析，以及存在背景干扰或共存组分吸收干扰的情况下，利用双波以及存在背景

45、干扰或共存组分吸收干扰的情况下，利用双波长分光光度法，往往能提高方法的灵敏度和选择性。利用双长分光光度法，往往能提高方法的灵敏度和选择性。利用双波长分光光度计，能获得导数光谱波长分光光度计，能获得导数光谱。通过光学系统转换，使双波长分光光度计能很方便地通过光学系统转换，使双波长分光光度计能很方便地转化为单波长工作方式。如果能在转化为单波长工作方式。如果能在 1 1和和 2 2处分别记录吸光度处分别记录吸光度随时间变化的曲线，还能进行化学反应动力学研究。随时间变化的曲线，还能进行化学反应动力学研究。61它可用来进行在紫外区范围有吸收峰的物质的检它可用来进行在紫外区范围有吸收峰的物质的检定及结构分

46、析，其中主要是定及结构分析，其中主要是有机化合物的分析和有机化合物的分析和检定，同分异构体的鉴别，物质结构的测定等；检定，同分异构体的鉴别，物质结构的测定等；另一方面，如果物质组成的变化不影响生色团及另一方面，如果物质组成的变化不影响生色团及助色团，就不会显著地影响其吸收光谱，因此助色团，就不会显著地影响其吸收光谱，因此物物质的紫外吸收光谱基本上是其分子中生色团及助质的紫外吸收光谱基本上是其分子中生色团及助色团的特性，而不是它的整个分子的特性。色团的特性，而不是它的整个分子的特性。62所以，单根据紫外光谱不能完全决定物质的分子结所以，单根据紫外光谱不能完全决定物质的分子结构，还必须与构，还必须

47、与红外吸收光谱、核磁共振波谱、质谱红外吸收光谱、核磁共振波谱、质谱以及其它化学的和物理化学的方法以及其它化学的和物理化学的方法共同配合起来，共同配合起来，才能得出可靠的结论。才能得出可靠的结论。63当然，紫外光谱也有其特有的优点。当然，紫外光谱也有其特有的优点。例如具有例如具有 键电子及共轭双键的化合物，在紫外区键电子及共轭双键的化合物，在紫外区有有强烈的强烈的K K吸收带吸收带，其摩尔吸收系数，其摩尔吸收系数 可达可达10104 410105 5Lmo1Lmo1-1-1cmcm-1-1，检测灵敏度很高检测灵敏度很高(红外吸收光红外吸收光谱的谱的 很少超过很少超过10103 3Lmo1Lmo1

48、-1-1cmcm-1-1)，因而紫外吸因而紫外吸收光谱的收光谱的 maxmax和和 maxmax还是能像其它物理常数，还是能像其它物理常数，如如熔点、旋光度等一样，可提供一些有价值的定性数熔点、旋光度等一样，可提供一些有价值的定性数据据。其次，紫外吸收光谱分析所用的仪器比较简单而普其次，紫外吸收光谱分析所用的仪器比较简单而普遍，操作方便，准确度也较高，因此它的应用是很遍，操作方便，准确度也较高，因此它的应用是很广泛的。广泛的。641 1定性分析定性分析 以紫外吸收光鉴定有机化合物时，通常是在相以紫外吸收光鉴定有机化合物时，通常是在相同的测定条件下，比较未知物与已知标准物的紫外同的测定条件下，比

49、较未知物与已知标准物的紫外光谱图，将两者的谱图相同，则可认为光谱图，将两者的谱图相同，则可认为待测试样与待测试样与已知化合物具有相同的生色团已知化合物具有相同的生色团。如果没有标准物，。如果没有标准物，也可借助了标准谱图或有关电子光谱数据表进行比也可借助了标准谱图或有关电子光谱数据表进行比较。较。65 但应注意但应注意，紫外吸收光谱相同，两种化合物有时不，紫外吸收光谱相同，两种化合物有时不一定相同，因为紫外吸收光谱常只有一定相同，因为紫外吸收光谱常只有2 23 3个较宽的个较宽的吸收峰，具有相同生色团的不同分子结构，有时在吸收峰，具有相同生色团的不同分子结构，有时在较大分子中不影响生色团的紫外

50、吸收峰，导致不同较大分子中不影响生色团的紫外吸收峰，导致不同分子结构产生相同的紫外吸收光谱，但它们的吸光分子结构产生相同的紫外吸收光谱，但它们的吸光系数是有差别的，所以在比较系数是有差别的，所以在比较maxmax的同时，还要比的同时，还要比较它们的较它们的maxmax662.2.有机化合物分子结构的推断有机化合物分子结构的推断 根据化合物的紫外及可见区吸收光谱可以推测化根据化合物的紫外及可见区吸收光谱可以推测化合物所含的官能团。合物所含的官能团。a.a.例如化合物在例如化合物在220220800800nmnm范围内无吸收峰，范围内无吸收峰，它可能是它可能是脂肪族碳氢化合物、胺、腈、醇、羧酸、脂