1、第十章 紫外可见分光光度法 利用物质对光的选择性吸收对物质进行定性、定量的分析方法分光光度法特点:灵敏度高,测定下限可达测定下限可达10-510-6mol/L,准确度准确度:一般一般0.5第一节 光谱分析的基本概念 =cVn光的传播速度:波动性波动性 c真空中光速真空中光速 2.99792458108m/s3.0 108m/s波长，单位：波长，单位：m,cm,mm,m,nm,1 m=10-6m,1nm=10-9m,1=10-10m频率，单位：赫芝（周）频率，单位：赫芝（周）Hz 次次/秒秒 n折射率，真空中为折射率，真空中为1c真空中光速真空中光速 2.99792458108m/s3.0 10
2、8m/s波长，单位：波长，单位：m,cm,mm,m,nm,1 m=10-6m,1nm=10-9m,1=10-10m频率，单位：赫芝（周）频率，单位：赫芝（周）Hz 次次/秒秒 n折射率，真空中为折射率，真空中为11/C-波数,每厘米长度中波的数目,单位:cm-1磁场向量磁场向量电场向量电场向量传播方向传播方向YZX与物质作用与物质作用YZX微粒性微粒性h普朗克普朗克(Planck)常数常数 6.62610-34Js 频率频率E光量子具有的能量光量子具有的能量 单位：单位：J(焦耳焦耳)，eV(电子伏特电子伏特)光量子，具有能量光量子，具有能量。Eh波粒二象性波粒二象性结论结论:一定波长的光具有
3、一定的能量，波长越一定波长的光具有一定的能量，波长越 长长(频率越低频率越低)，光量子的能量越低。，光量子的能量越低。单色光单色光：具有相同能量：具有相同能量(相同波长相同波长)的光。的光。复合光复合光：具有不同能量：具有不同能量(不同波长不同波长)的光复合在的光复合在 一起。一起。=cEhhn真空中真空中:cEhX射线远紫外近紫外可见光红外微波0.110200380760nm电磁波谱溶液呈现不同的颜色是由于它对不同波长的光具有选择性吸收而引起的.用白光照射某有色溶液,呈现出的是透射光颜色.吸收的色光和透过光称为互补色光.二、物质对光的选择性吸收红橙黄绿青青蓝蓝紫白光第一节概述根据物质发射的电
4、磁辐射或电磁辐射与物质相互作用后发生的信号变化建立起来的分析方法称为光学分析法.光谱法光学分析法非光谱法物质与辐射能相互作用时,内部发生能级跃迁,记录由此产生的辐射强度随波长变化的图谱称为光谱,根据物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称为光谱法。光谱法非光谱法指不涉及物质内部能级的跃迁，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质(反射、折射、衍射、偏振）的变化建立的分析方法称非光谱法，如折射法，旋光法。光谱法分类从不同的角度有不同的分类原子光谱，分子光谱吸收光谱，发射光谱根据光谱的产生对象：根据能级跃迁方向：根据辐射波长分：可见、紫外、红外光谱等。三、分子吸收光谱及其产生若用一连续辐射的电磁波照射某
5、有色溶液，测量每一波长下有色液对该波长的吸收程度，然后以波长为横坐标，以吸光度 为纵坐标作图，得到一条曲线吸收曲线,亦称吸收光谱。吸收光谱300400500600700/nm350525 545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光谱的吸收光谱350未端吸收未端吸收苯和苯和甲苯甲苯在环己烷中的吸收光谱在环己烷中的吸收光谱苯苯(254nm)甲苯甲苯(262nm)A 230 250 270 AKMnO4溶液的光吸收曲线溶液的光吸收曲线/nm从图中可看出:高锰酸钾对不同波长的光的吸收程度不同,在525处有最大吸收峰.该波长称最大吸
6、收波长(Max)同一物质的吸收曲线是特征的,以此作定性分析.浓度越大,吸收越强.分子吸收光谱的产生 在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有核间的相对振动和分子绕着重心的转动。这三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电子能级振动能级分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图转动能级由于光子的能量也是量子化的，所以分子对光的吸收也是量子化的，即分子只选择吸收能量与其能级间隔一致的光子而不是对各种能量的光子普遍吸收。分子吸收光能后引起运动状态的变化称为跃迁，跃迁产生吸收光谱图中A和B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
7、许多更小的转动能级。当用频率为的电磁波照射分子，而该分子的较高能级与较低能级之差 E恰好等于该电磁波的能量 h时，即有 E =h （h为普朗克常数）此时，在微观上出现分子由较低的能级跃迁到较高的能级；在宏观上则透射光的强度变小。若用一连续辐射的电磁波照射分子，将照射前后光强度的变化转变为电信号，并记录下来，然后以波长为横坐标，以电信号（吸光度 A）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分子吸收光谱图。根据吸收电磁波的波长范围不同，可将分子吸收光谱分为远红外光谱、红外光谱及紫外、可见光谱三类。第二节 紫外-可见分光光度法基本原理一、透光率和吸光度I0ItIa透光度透光度（trans
8、mittance)T=It/I0吸光度吸光度(absorbance)A=-lgT二、光吸收基本定律二、光吸收基本定律:Lambert-Beer定律定律A=lg(I0/It)=kbc朗伯定律朗伯定律(1760)(1760)A=lg(I0/It)=k1b比尔定律比尔定律(1852)A=lg(I0/It)=k2c吸光度吸光度介质厚介质厚度度(cm)T透光率（透射比）透光率（透射比）（Transmittance）0tIT=I=10=10T-kbc-AA=lg(I0/It)=lg(1/T)=-lgT=kbc吸光度吸光度A、透射比、透射比T与浓度与浓度c的关系的关系ATc=10-kbcTA=kbcK 吸光
9、系数吸光系数 Absorptivity a的单位的单位:Lg-1cm-1当当c的单位用的单位用gL-1表示时，用表示时，用a表示，表示，Aabc 的单位的单位:Lmol-1cm-1当当c的单位用的单位用molL-1表示时，用表示时，用 表示表示.摩尔吸光系数摩尔吸光系数 Molar Absorptivity A bc 1%1cmE1%1cmE1%1cmE当当c的单位用的单位用g100mL-1表示时，用表示时，用 表示，表示，A bc，叫做比消光系数叫做比消光系数例 已知含Cd2+140gL-1的溶液，用双硫腙比色测定镉，比色皿厚度为2cm，在波长520nm处测得吸光度为0.220，计算摩尔吸光
10、系数。解：Cd的原子量为112.4，则 C Cd2+=14010-6112.4=1.2410-6molL-A=bc=A/bc=0.22021.2410-6=8.87104 Lmol-1cm-1吸光度与光程的关系吸光度与光程的关系 A=bc 光源光源检测器检测器0.00吸光度吸光度检测器检测器b样品样品光源光源0.22吸光度吸光度光源光源检测器检测器0.44吸光度吸光度b样品样品b样品样品吸光度与浓度的关系吸光度与浓度的关系 A=bc 吸光度吸光度0.00光源光源检测器检测器 吸光度吸光度0.22光源光源检测器检测器b 吸光度吸光度0.42光源光源检测器检测器b朗伯朗伯-比尔定律的适用条件比尔定
11、律的适用条件 单色光单色光 应选用应选用 max处或肩峰处测定处或肩峰处测定2.吸光质点形式不变吸光质点形式不变 离解、络合、缔合会破坏线性关系离解、络合、缔合会破坏线性关系 应控制条件应控制条件(酸度、浓度、介质等酸度、浓度、介质等)3.稀溶液稀溶液 浓度增大，分子之间作用增强浓度增大，分子之间作用增强 x104(nm)亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱a.6.3610-6 mol/Lb.1.2710-4 mol/Lc.5.9710-4 mol/L亚甲蓝阳离子亚甲蓝阳离子单体单体 max=660 nm二聚体二聚体 max=610 nm二聚体的生成破坏二聚体的生成破坏了了
12、A与与c的线性关系的线性关系单组分的定量测定单组分的定量测定A bc三、朗伯三、朗伯-比尔定律的应用比尔定律的应用1.吸光系数法 2.标准曲线法用标准品配制一系列标准溶液作吸收光谱曲线,找出最大吸收波长作标准曲线测样品吸光度并在标准曲线上查浓度计算 0 1 2 3 4 mg/mlA。*0.80.60.40.20标准曲线3.标准对照法测量与被测液浓度相近的标准溶液的As 相同条件测量试样的吸光度ACX=AXASCS多组分的定量测定如果溶液中含有不止一种吸光物质，可以利用吸光度的加合性，即总吸光度等于各吸光组分吸光度之和，不经分离同时测定。设a b为溶液中的两种吸光组分，视其吸收光谱的重叠情况采用
13、不同的方法。1.二组分吸收光谱不重叠ab12分别在1测定a ,2 处测定b,互不干扰.A2.吸收光谱单向重叠12ab在1测定a 的浓度,b不干扰.2 处测定溶液的总吸光度A2a+b,根据吸光度的加合性测定b的浓度.A2a+b=A2a+A2b =2a ca+2b cb2a2b 已知,液层厚度为1cmACb=A2a+b-2a ca 2b3.吸收光谱彼此重叠12abAA1a+b=1a ca+1b cbA2a+b=2a ca+2b cb用已知浓度的纯溶液测得1a,1b,2a,2b,即可求ca 、cb第三节 紫外可见分光光度法一、分光光度计光源光源 单色器单色器 样品吸收池样品吸收池 检测器检测器 指示
14、器指示器 1、光源、光源通常用6-12V钨丝灯作可见光区的光源.2、单色器、单色器(monochromator)(light source)色散元件：色散元件：三角棱镜和光栅三角棱镜和光栅 氢灯或氘灯作紫外光区光源 4、检测器(detector)有光电管或光电倍增管 5、显示器(indicator)有光点检流计、微电流计、数字 显示器等 3、吸收池(absorption cell)比色皿：有普通玻璃和石英玻璃可见光紫外光72系列分光光度计结构系列分光光度计结构72系列分光光度计光学系统系列分光光度计光学系统75系列分光光度计光学系统系列分光光度计光学系统三、测量条件的选择1.波长:一般选最大吸
15、收波长2.控制适当的吸光度测量范围 浓度越大,由不纯的单色光引起的对比耳定律的偏离越大.A在0.20.7范围内,由透光度读数误差引起的浓度误差小.C/C/10-2T%2065A0.7 0.2的的显色条件的选择酸度显色剂用量显色时间和温度（1）溶液的酸度）溶液的酸度 M+HR=MR+H+*影响显色剂的平衡浓度和颜色影响显色剂的平衡浓度和颜色*影响被测金属离子的存在状态影响被测金属离子的存在状态*影响络合物的组成影响络合物的组成*pH与吸光度关系曲线确定与吸光度关系曲线确定pH范围。范围。（2）显色剂的用量）显色剂的用量 M(被测组分被测组分)+R(显色剂显色剂)=MR(有色络合物有色络合物)为使
16、显色反应进行完全，需加入过量的显色为使显色反应进行完全，需加入过量的显色剂。但显色剂不是越多越好。有些显色反应，剂。但显色剂不是越多越好。有些显色反应，显色剂加人太多，反而会引起副反应，对测定显色剂加人太多，反而会引起副反应，对测定不利。在实际工作中根据实验结果来确定显色不利。在实际工作中根据实验结果来确定显色剂的用量。剂的用量。（3 3）显色反应时间显色反应时间 有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳有些显色反应瞬间完成，溶液颜色很快达到稳定状态，并在较长时间内保持不变定状态，并在较长时间内保持不变;有些显色反应有些显色反应虽能迅速完成，但有色络合物的颜色很快开始褪虽能迅速完成，但有色络合
17、物的颜色很快开始褪色色;有些显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时有些显色反应进行缓慢，溶液颜色需经一段时间后才稳定。制作吸光度间后才稳定。制作吸光度-时间曲线确定适宜时间。时间曲线确定适宜时间。（4）显色反应温度）显色反应温度：显色反应大多在室温下进行。：显色反应大多在室温下进行。但是，有些显色反应必需加热至一定温度完成但是，有些显色反应必需加热至一定温度完成。4.参比液(空白液)利用参比液调节仪器零点,以消除由于吸收池壁及其它组分对入射光的吸收带来的误差,并扣除干扰的影响.原则:扣除非待测组分对光的吸收参比液的选择溶剂空白 当试液.显色剂均无色,用溶剂作空白.试剂空白 若显色剂有色,试样在测
18、定条件下无吸收,可选不加试样的试剂作空白.试样空白 当试样基体有色,显色剂无色,可用不加显色剂的被测试样作空白.显色剂和试样均有色,可加掩蔽剂将被测组分掩蔽使之不与显色剂反应其它照加作空白.小结紫外-可见吸收光谱属电子光谱,其波长范围在200800,应用紫外-可见吸收光谱法可对物质进行定量分析,根据吸收光谱特性,可对物质进行定性及结构分析.一、紫外-可见吸收光谱法基本原理1.光吸收定律 3.吸收光谱4.Lamber-Beer定律的适用条件二、测量条件的选择仪器测量条件显色反应条件A 0.20.7Max显色剂用量显色反应PH显色时间温度参比溶液溶剂空白试剂空白试样空白三、定量测定单组分测定多组分
19、测定6.有一标准Fe3+溶液,浓度为6.00g/ml,其吸光度为0.304,而试样溶液在同一条件下测得吸光度为0.510,求试样溶液中Fe3+含量(mg/L)第五节 紫外分光光度法简介 751-G型分光光度法光源氢灯:200-400nm钨 灯:可见光区精密度较单纯可见分光光度计高所用元件如棱镜,透镜,比色杯等均用石英制造第六节 紫外吸收光谱在有机结构分析中的应用一、有机物的紫外可见吸收光谱（一）电子跃迁类型.*饱和烃吸收峰在远紫外区,如甲烷:125nm,乙烷在135nm.饱和烃类只能发生 *跃迁,吸收光谱都在远紫外区.n*2.n *含有未共用电子对(即n电子)原子如-OH,-NH2,-X,-S
20、等基团的饱和化合物,都可发生该跃迁.一般吸收峰低于200nm.含O,N ,X 等杂原子的饱和化合物如甲醇,卤烷含有不饱和键的有机物可发生这类跃迁,如-C=C-,C=O ,N=N,吸收峰一般在200左右.若有-共轭,吸收带红移.3.*4.n *若形成不饱和键的原子含有非键原子如C=O,N=N,也能发生n *,如丙酮,羧基,酰胺都可发生这类跃迁.吸收峰在近紫外区(200-400)*跃迁所需能量:n *n *有机物紫外可见吸收光谱的分析以 *n *跃迁为基础.这两类跃迁都要求化合物中有不饱和官能团以提供轨道.把含有键的不饱和基团称为生色团,一些本身在紫外和可见光区无吸收,但能使生色团吸收峰向长波(红
21、)移,吸收强度增大的基团称为助色团.如-OH,-NH2,-OR,-Cl,-Br,-I.(二)有机物的吸收带1.R带:由n *跃迁引起的吸收带.300nm弱吸收(104),210250nm.如1,3-丁二烯Max=217nm3.B带:芳香族化合物的特征吸收带.苯 蒸气在230270处出现精细结构的吸收光谱,在极性溶液剂中消失.芳香族化合物除有B带,还有E1(180),E2(200)带.当苯环上有取代基时,三个吸收带都长移,值也增大.(三)影响吸收 光谱的因素1.溶剂一般随着溶剂极性增大,*向红移,n *向短波(蓝)移.2.PH:在不同的PH条件下分子的解离形式不同,吸收光谱不同.二、在有机定性分
22、析中的应用推官能团1.在220280范围内无吸收,可推断不含苯环、共轭双键、醛基、酮基 在210250nm有强吸收，表示有共轭双键，如在260、300、330nm左右有强吸收，则含有3-5个共轭键。在250 300nm有中强吸收带，且含有振动精细结构，表示有苯环存在。推异构CH3CH2CCCH2CH3OOCH3CCH2CH2CCH3OO400nm,270nm练习1.用分光光度法测定一有色溶液,当其浓度为C时,测得透光率为T,则浓度为1/2C时,透光率T为_ 2.用分光光度法测定一有色溶液,当吸收池厚度为1厘米时,测得透光率为T,当吸收池厚度为2厘米时,透光率是多少?T1/2T23.用分光光度法测量时,为使测得浓度的相对误差较小,合适的吸光度读数范围是_ 4.用双硫腙分光光度法测定Pb2+,(M=207.2),若1升溶液中含有2mg Pb2+,在525 nm处用0.5厘米的吸收池测得吸光度A为0.5,求摩尔吸光系数.0.20.71.0 105 5.用标准对照法测定某一未知液浓度,已知标准溶液的浓度为2.4 10-4 mol/l ,A标=0.210,Ax=0.280,求未知液浓度.3.2 10-4 mol/l 第五节 紫外分光光度法简介 751-G型分光光度法光源氢灯:200-400nm钨 灯:可见光区精密度较单纯可见分光光度计高所用元件如棱镜,透镜,比色杯等均用石英制造
