第二章-紫外-可见分光光度法-2

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1、 2.6 紫外紫外-可见分光光度法分析的特点和常可见分光光度法分析的特点和常用术语用术语1.特点特点（1）灵敏度较高）灵敏度较高 分光光度法具有较高的灵敏度，其检测下限一般为10-5 molL-1，有些体系也可能达到10-6 molL-1。（2）精密度高）精密度高 分光光度法的精密度精密度是指多次重复分析结果的弥散程度。精密度一般用相对标准偏差来表示。光度分析中，一般分析的相对标准偏差在2%-5%范围内。由于近代分光光度仪器的改进，其相对标准偏差可控制在n 0/00甚至更小。（3）分析范围广）分析范围广 随着有机试剂的迅速发展，多数元素的离子可通过选择适当的显色剂显色而进行比色测定。同时，对许

2、多有机化合物来说，光度法亦不失为一个好的测定方法。（4）分析速度较快）分析速度较快 光度法测定的主要过程为：溶样、显色和测定。一般分析中，干扰离子可通过掩蔽和控制实验条件加以消除，不必分离，因而具有较快的分析速度。2.术语术语(1)生色团生色团 在有机化合物中，能在紫外或可见光区产生光吸收的含有键的不饱和基团称为生色生色团团。(2)助色团助色团 指本身不会使化合物产生颜色或产生紫外光吸收的基团，但这些基团与生色基团连接时，却能使生成基团的吸收波长移向长波并使吸收强度增加，这样的基团称为助色团助色团。通常助色基团是由含孤对电子的元素（如：氧、氮和卤素等）所构成的官能团，如：-NH2、-OH、-O

3、R、-SH、-SR、-Cl、-Br、-I等。(3)蓝移蓝移 由于取代基或溶剂极性的影响，使吸收谱带的最大吸收波长向短波方向移动的现象称为短移、紫移或蓝移蓝移。(4)红移红移 由于共轭作用、引入助色团或溶剂极性影响等原因，使吸收谱带的最大吸收波长向长波方向移动的现象，称为长移或红移红移。(5)溶剂效应溶剂效应 有些溶剂，特别是极性溶剂对溶质吸收峰的波长、强度及形状可能产生影响，这种现象称为溶剂效应溶剂效应。紫外-可见吸收光谱中常用的溶剂包括：己烷、庚烷、环己烷、二氧杂己烷、水和乙醇等。溶剂除了对吸收波长有影响外，还影响吸收强度和精细结构。因此，在溶解度允许范围内，应选择极性较小的溶剂。2.7 紫

4、外紫外-可见分光光度分析中的一些影响可见分光光度分析中的一些影响 因素因素1.溶剂：溶剂：同一样品的吸收峰峰位、吸收曲线形状在不同溶剂中可能不同，这可能是溶质与溶剂之间相互作用引起的。v 选择溶剂的原则选择溶剂的原则：a.溶剂在整个选用的波长范围内吸收尽可能地小；b.样品可以在溶剂中得到充分的溶解；c.一般采用非极性溶剂（如：环己烷、CCl4和氯仿等），尤其是当吸收物质为极性分子时，更应该如此。2.浓度：浓度：依据朗伯-比耳定律，它的适用范围是极稀的溶液（一般c0.01 molL-1）。3.pH值：值：它直接影响生成物的形成速率、结构和稳定性，故pH的变化不仅可以引起吸收峰的位移，还可以改变吸

5、收曲线的形状。4.温度：温度：显色反应与温度有很大关系。显色温度的确定，需要根据反应性质来加以选择。此外，温度对光的吸收和颜色的深浅均有影响，所以在绘制工作曲线和进行样品测试时，操作温度应尽量保持一致。5.共存离子的干扰：共存离子的干扰：（1）种 类：a.共存离子本身有颜色；b.共存离子与显色剂反应生成有色化合物或沉淀；c.共存离子与待测离子或显色剂作用，生成更稳定的无色络合物或发生氧化-还原反应，阻碍了待测离子与显色剂间的反应。（2）消除干扰的方法：a.加入掩蔽剂；b.改变干扰离子的价态；c.选择最佳的显色条件以避免干扰；d.选择适当的测定波长以消除干扰；e.利用空白液抵消某些有色离子的干扰

6、；f.利用校正系数消除干扰；g.预先使被测离子与干扰离子分离；h.利用被测物质（如：金属离子）能形成三元络合物的特点，提高显色反应的选择性。6.杂散光的影响杂散光的影响 从单色器出口狭缝出来的单色光，除了所需要的单色光外，其它波长的光都叫杂散光。杂散光对测定结果的影响程度取决于光源的能量分布、试样的吸收特性以及检测器的波长灵敏特性。I杂散光1/4 2.8 实验技术实验技术1.样样品的制备品的制备 紫外-可见吸收光谱测定通常是在溶液中进行。固体样品需转变成溶液，无机样品用合适的酸溶解或用碱熔融，有机样品用有机溶剂溶解或抽提。对光谱分析溶剂的要求是：l良好的溶解能力；l在测定波段没有明显的吸收；l

7、被测组分在溶剂中具有良好的吸收峰形；l挥发性小、不易燃、无毒性、价格便宜等。2.测定条件测定条件的选择的选择 为了使测定获得比较满意的结果，必须注意选择合适的测定条件。(1)波长的选择波长的选择 一般根据待测组分的吸收光谱，选择最大吸收波长max作为测定波长，这样灵敏度最高，同时吸光度随波长的变化最小，可以得到较好的测定精度。但在实际工作中，并不一定选择max，例如：待测组分的max受到共存杂质干扰，或待测组分的浓度太高等，在这样情况下，可以选用其它吸收峰进行测定。(2)狭缝宽度的选择狭缝宽度的选择 狭缝宽度直接影响测定的灵敏度和工作曲线的线性范围。一般在不减少吸光度时最大狭缝宽度，就是应该选

8、取的合适的狭缝宽度。(3)吸光度范围吸光度范围 吸光度在0.2 0.8时，吸光度测定误差最小。因此，应把待测组分浓度的吸光度控制在0.2 0.8之间。3.反应条件的选择反应条件的选择 显色反应一般应满足的条件：u生成的有色化合物应有较大的摩尔吸收系数；u有较高的选择性；u有色化合物组成应恒定，稳定性好；u生成物与显色剂的max之差一般应大于60 nm。（1）溶液酸度）溶液酸度 溶液酸度对待测组分的测定有显著影响。l直接影响待测组分的吸收光谱；l显色剂的形态；l待测组分的化合状态；l显色化合物组成。在实际工作中常用单因素实验单因素实验来确定适宜的溶液酸度。常用于吸收光谱测定中的缓冲溶液有：v N

9、aH2PO4+HCl (pH=3)v NaAc+HCl (pH=5)v KH2PO4+NaOH (pH=7)v H3BO3+KCl (pH=9)v H3BO3+NaOH (pH=11)（2）显色剂浓度显色剂浓度 显色剂用量将影响显色反应。过量的显色剂可以使显色反应趋于完全，但是过量太多，有可能改变有色化合物的组成，影响化合物的颜色。可用单因素实验单因素实验测定溶液吸光度随显色剂用量的变化。根据变化曲线，选择获得具有高灵敏度且吸光度恒定的显色剂用量。（3）温度的影响温度的影响 在分光光度法测定中，通常都选用室温显色反应。当温度对显色反应速度可能有较大的影响时，需要考虑温度的影响。合适的温度可用单

10、因素实验单因素实验来确定。（4）显色时间）显色时间 这里包括两种时间：一种是由于显色反应速度不同，达到反应完全所需的时间；另一种是有色化合物维持稳定的时间。这两种时间均可用单因素实验单因素实验来考察。4.参比溶液的选择参比溶液的选择 （1）溶剂参比溶液溶剂参比溶液：当待测组分溶液的组成较为简单，共存的组分在测定波长的光吸收很小时，可用溶剂作为参比溶液。（2）试剂参比溶液试剂参比溶液：如果显色剂或其它试剂在测定波长有吸收，按显色反应相同的条件，以不加入试样的溶液作为参比溶液。5.共存离子干扰的消除方法共存离子干扰的消除方法（1）加入适当的掩蔽剂；（2）改变干扰离子的价态；（3）选择适当的测定波长

11、；如果上述方法都不能使用，也可采用预分离的方法，如：萃取分离、色谱分离、沉淀分离、离子交换和蒸馏等方法，将干扰组分与待测组分分开，然后进行吸收光谱的测定。6.表观摩尔吸收系数的精确求法表观摩尔吸收系数的精确求法 根据朗伯-比耳定律，可以计算物质的表观摩尔吸收系数表观摩尔吸收系数：=A/bc 值：反映物质对光吸收的灵敏度。精确求取摩尔吸收系数的方法是：在不同带通宽度时测定表观摩尔吸收系数，绘制表观摩尔吸收系数对带通宽度的曲线关系图，将曲线外推到带通宽度为零处，这时相应的摩尔吸收系数即为精确的表观精确的表观摩尔吸收系数摩尔吸收系数。2 9 紫外紫外-可见分光光度计的构造、类型及可见分光光度计的构造

12、、类型及发展趋势发展趋势1.构造构造 通常由以下5个部分组成（1）一个或多个辐射源；（2）波长选择器；（3）试样容器(吸收池)；（4）辐射换能器；（5）信号处理器和读出装置。（1）辐辐射源射源：对光源的主要要求主要要求是：n 在仪器操作所需的光谱区域内，能发射连 续的具有足够强度和稳定的辐射；n 并且辐射能随波长的变化尽可能小；n 使用寿命长。l 在可见和近红外光区的常用光源为白炽光源，如：钨灯和碘钨灯等。l 紫外光区主要采用氢灯、氘灯和氙灯等放电灯。在紫外-可见分光光度计上最常用的有两种光源：即钨灯和氘灯。（2）波波长选择器长选择器 波长选择器通常有两种类型：滤光片和借助棱镜或衍射光栅的几何

13、色散。现在的商品仪器几乎都用光栅做色散元件。光栅光栅在整个波长区可以提供良好的、均匀一致的分辨能力，而且成本低、便于保存。（3）吸收池吸收池/试样容器试样容器 在紫外-可见分光光度法中，一般使用液体试液，试液放在分光光度计光束通过的液体池中。吸收池吸收池又称比色皿或比色杯。u 对吸收池的要求：主要是能透过所研究的光谱区辐射线。u 吸收池的两个光学面必须平整光洁，使用时不能用手触摸。u 按材料可分为：玻璃吸收池和石英吸收池两种。u 吸收池有多种尺寸和不同结构，吸收池的光径可在0.1 cm10 cm之间变化，其中以1 cm光径吸收池最为常用，根据使用要求选用。在用于高浓度或低浓度测定时，可相应地采

14、用光径较小或较大的吸收池。（4）辐能转换器辐能转换器/检测器检测器/接受器接受器 作为一个理想的检测器，它应具有高灵敏度、高信噪比、响应时间快并且在整个研究的波长范围内有恒定的响应的特点。在紫外-可见分光光度计上，现在广泛使用的检测器是光电倍增管光电倍增管。它不仅响应速度快，能检测10-810-9 s的脉冲光，它可将光电流放大至106107 倍；而且灵敏度高，比一般光电管高200 倍。多通道光度计使用的是硅光二极管阵列检测器(Diode Array Detector，简称DAD)。（5）信号处理器和读出装置信号处理器和读出装置l 它可放大检测器的输出信号。l 它也可以把信号从直流变成交流（或相

15、反），改变信号的相位，滤掉不需要的成分。l 同时信号处理器也可用来执行某些信号的数学运算，如微分、积分或转换成对数。在现代仪器中，常用的读出器件有：数字表、记录仪、电位计标尺和阴极射线管等。现在很多紫外-可见分光光度计都装有微处理机。一方面将信号记录和处理，另一方面可对分光光度计进行操作控制。2.分光光度计的类型分光光度计的类型 目前市售的分光光度计类型很多。但可以归纳为以下四种类型：单光束、双光束、双波长和多道分光光度计。其中多道仪器具有快速扫描的特点，整个光谱扫描时间不到1 s。3.紫外紫外-可见分光光度计的发展趋势可见分光光度计的发展趋势（1）分光光度计的组件发展分光光度计的组件发展 a

16、.全息光栅正在迅速取代机刻光栅 全息光栅的杂散光很少，与一般光栅相比，全息光栅的刻蚀误差显著地下降了。b.电视式显示和电子计算机绘图迅速普及 表头 数子电压表 电视式显示 c.光电倍增管作为检测器已成为主导 光电管或光电池 光电倍增管（灵敏度高、响应快）（2）分光光度计的构型发展）分光光度计的构型发展 a.电子计算机控制的分光光度计日见增多 微处理机控制的分光光度计不仅促使分光光度计进一步自动化，而且大大地改善了仪器的性能。例如例如：使分光光度计具有多级导数的能力，具有光谱累积和平均的特点（性），从而大大提高了仪器的信噪比。b.双波长分光光度计迅速发展 1968年日立公司制造出第一台商品化的3

17、65型双波长分光光度计。c.快速扫描分光光度计陆续问世 利用光分析可以跟踪化学反应历程，一般分光光度计只适于历程为2030 min以上的反应，要研究速度较快的反应，就需要设计出快速扫描分光光度计，如：多道分光光度计（采用：多道光子检测器，整个光谱扫描时间不到1 s）。4.仪器的最新进展仪器的最新进展(1)仪器的自动化程度大大提高；(2)重视适用附件的开发；(3)仪器向小型化(或微型化)、数字化和便携式的方向发展；(4)新型的紫外-可见分光光度计不断涌现。2.10 紫外紫外-可见分光光度计的实际应用可见分光光度计的实际应用1.纯度检验纯度检验 如果某一化合物的紫外-可见光区没有吸收峰，而杂质在紫

18、外-可见光区有较强的吸收时，则可方便地检出该化合物中痕量的杂质。2.未知样品的检定未知样品的检定 通常将未知样品的紫外-可见吸收光谱与标准谱相对照。3.分子结构的推测分子结构的推测 根据未知化合物的紫外-可见区吸收光谱可以推测所含的官能团。一般单凭紫外-可见吸收光谱并不能决定分子的结构，还需与红外光谱、有机质谱和核磁共振谱等综合考查，方可定论。（1）若一个化合物在220800 nm无吸收峰，则此分子结构中不含共轭体系，没有醛基、羰基、溴或碘。它可能是脂肪族碳氢化合物、腈、醇、醚、羰基、氯化烃和氟化烃。（2）若一个化合物在210280 nm有吸收，可能含有两个共轭单位。（3）若一个化合物在260

19、300 nm有强吸收带，表示有35 个共轭单位。（4）若一个化合物在280300 nm有弱吸收带，表示有羰基存在。在280300 nm有中等强度的吸收带，且有一定的精细结构，表示有苯环结构。4.有机化合物异构体的判别（顺反异构、互变异构有机化合物异构体的判别（顺反异构、互变异构和旋光异构等）和旋光异构等）对于顺反异构来说，一般顺式异构体的最大吸收峰波长比反式异构体要小，因此可用紫外-可见吸收光谱法进行区别。5研究化学反应的速度研究化学反应的速度 例如：催化分光光度法 6测定络合物的组成测定络合物的组成 常用的方法有：斜率比法、摩尔比法、等摩尔连续变化法（连续浓度变更法）和平衡移动法等。7.有机

20、化合物分子量的测定有机化合物分子量的测定 某种物质的紫外-可见吸收光谱，是该物质内部特征结构特征结构的反映。所谓物质的内部特征结构内部特征结构，主要指的是该物质分子中所含有的发色团。对于具有相同发色团的不同物质，如果都取相同的重量（或配成相同浓度的溶液），则分子量越大者，发色团所占的比例越小，吸收强度越小；反之，分子量越小者，发色团所占的比例越大，吸收强度就越大。因此我们可以根据这个原理来测定有机化合物的分子量。8.紫外紫外-可见分光光度计应用的最新进展可见分光光度计应用的最新进展（1）多组分不经分离、直接测量；（2）联用技术；（3）积分光度法进入复兴时期。第二章第二章 复习思考题复习思考题1

21、.电子光谱（亦称紫外-可见光谱）产生的本质是什么？2.紫外-可见吸收光谱中通常有哪几种价电子跃迁类型？除此还有哪两种跃迁可产生UV-Vis吸收谱？3.在有机物紫外-可见吸收谱解析中吸收带如何分类？4.紫外-可见分光光度法中的对比度是指什么？在实际分析测定中有什么意义？影响对比度的因素有哪些？5.紫外-可见分光光度法定量分析的基本方法有哪几种？有哪些扩展方法？6.紫外-可见分光光度分析的特点有哪些？7.紫外-可见分光光度计的发展趋势是什么？参考书目：参考书目：1仪器分析，高等教育出版社，武汉大学化学系编，2001年6月第一版2仪器分析，林新花 主编，华南理工大学出版社，2002年第一版3现代仪器

22、分析上册，清华大学出版社，清华大学分析教研室编，1983年4分光光度分析（分析化学丛书第四卷，第一册），科学出版社，罗庆尧、邓延倬、蔡汝秀、曾云鹗编著，1998年第二次印刷，1992年第一版5分光光度学，机械工业出版社，杨茹，邱法林，刘翊编，1998年6月第一版第一次印刷6紫外、可见分光光度法上册，原子能出版社，陈国珍等编，1983年7分析化学，人民教育出版社，成都工学院，上海化工学院编，1979年8现代仪器分析实验与技术，清华大学出版社，陈培榕、邓勃主编，1999年12月第一版，2004年5月第4次印刷。9.紫外可见分光光度计，化学工业出版社，李昌厚 著，2005年6月第一版，2005年7月北京第二次印刷。10.仪器分析，哈尔滨大学出版社，向文胜、王相晶 主编，2006年9月第1版，2006年9月第一次印刷。11.实用仪器分析，北京大学出版社，杨根元，金瑞祥，应武林 主编，1997年9月第2版，1997年9月第一次印刷。