紫外可见分光光度分析法课件

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1、2023-2-12 紫外紫外-可见分光光可见分光光度法度法第一节第一节 概述概述第二节第二节 基本原理基本原理第三节第三节 紫外紫外-可见光光度计可见光光度计 第四节第四节 分析分析条件选择条件选择第五节第五节 定性与定量分析定性与定量分析第六节第六节 应用应用分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导 紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-12222023-2-12一、基本概念一、基本概念（一）电磁辐射和电磁波谱（一）电磁辐射和电磁波谱1电磁辐射（电磁辐射（电磁波，光是其中一种电磁波，光是其中一种）：以巨大速度通过空间、：以巨大速度通过空间、不需要任何物质作为传播媒介的一种

2、粒子流（能量）。不需要任何物质作为传播媒介的一种粒子流（能量）。2电磁辐射的性质：具有波、粒二向性电磁辐射的性质：具有波、粒二向性1，cchhE波动性波动性：光的反射、折射、偏振、干涉衍射现象。光的反射、折射、偏振、干涉衍射现象。微粒性微粒性：光的吸收、放射、光电效应等现象。光子能量光的吸收、放射、光电效应等现象。光子能量:E 1/，E 是波数，是波数，C=2.9979108m/s例例1:P153分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导 紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-12332023-2-12电磁辐射本质是一样的，区别在于频率不一样。电磁辐射本质是一样的，区别在于频

3、率不一样。按按波长不同波长不同排列起来就形成电磁波谱。表排列起来就形成电磁波谱。表13-1(10-310nm)(10nm10m)(0.1cm1000m)电磁波谱：电磁波谱：射线射线 X 射线射线紫外光紫外光可见光可见光红外光红外光微波微波无线电波无线电波10-2 0.1nm 10 nm 102 nm 103nm 0.1 cm 100cm 1 cm 103 m|分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导 紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-12442023-2-12（二（二）原子光谱与分子光谱原子光谱与分子光谱1、原子光谱：、原子光谱：气态原子或离子气态原子或离子外层电子外层

4、电子在不同能级间跃迁而产生在不同能级间跃迁而产生的光谱。包括：的光谱。包括：原子吸收、原子放射、原子荧光光谱原子吸收、原子放射、原子荧光光谱等。等。原子吸收辐射能条件：原子吸收辐射能条件：Ech chhEEE12原子光谱为一条条彼此分立的原子光谱为一条条彼此分立的线状光谱线状光谱。2、分子光谱：、分子光谱：在辐射能作用下，分子在辐射能作用下，分子内能级间内能级间的跃起迁产生的的跃起迁产生的光谱。包括：光谱。包括：分子吸收、分子荧光光谱分子吸收、分子荧光光谱等。等。分子光谱产生的机制与原子光谱相同，但复杂得多，包括：分子光谱产生的机制与原子光谱相同，但复杂得多，包括：电子电子运动、原子间振动、分

5、子转动运动、原子间振动、分子转动三种不同运动。三种不同运动。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导 紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-12552023-2-12分子吸收外来辐射能后，其能量改变（分子吸收外来辐射能后，其能量改变（E）为：为：E=Ee+Ev+Er对多数分子而言，对多数分子而言，Ee（电子）电子）约为约为1-20ev，紫外可见紫外可见 Ev（振动）振动）约为约为0.05-1ev，近红外、中红外区近红外、中红外区 Er（转动）转动）小于小于0.05ev，远红外、微波区远红外、微波区 Ee Ev Er因无法获得纯粹的振动光谱和电子光谱，因无法获得纯粹的振动光谱

6、和电子光谱，故分子光谱为故分子光谱为带状光谱带状光谱。分子光谱分子光谱分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导 紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-12662023-2-12（三（三）吸收光谱与发射光谱吸收光谱与发射光谱1、吸收光谱：、吸收光谱：物质由基态跃迁至激发态时，对辐射能选择性吸收物质由基态跃迁至激发态时，对辐射能选择性吸收而得到的原子或分子光谱。而得到的原子或分子光谱。激发态光基态吸收辐射能量*MhM吸收光谱(1)紫外分光光度法紫外分光光度法(UV):(200400nm),用于有机物用于有机物定性、定量、定性、定量、结构分析结构分析。(2)可见分光光度法可见分光

7、光度法(Vis):(400760nm),用于用于有色物质定量分析有色物质定量分析。(3)红外分光光度法红外分光光度法(IR):(2.550m),用于用于有机物结构分析有机物结构分析。(4)核磁共振谱核磁共振谱(NMR)：原子核吸收无线电波，发生核自旋级跃原子核吸收无线电波，发生核自旋级跃 迁，产生光谱。用于迁，产生光谱。用于分子结构分析分子结构分析。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-12772023-2-12物质由激发态跃迁至基态而产生的原子或分子光谱。物质由激发态跃迁至基态而产生的原子或分子光谱。包括：原子发射光谱、原子或分子荧

8、光光谱、分子包括：原子发射光谱、原子或分子荧光光谱、分子磷光光谱等。磷光光谱等。光基态激发态释放能量发光hMM*发射光谱2、发射光谱：、发射光谱：分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-12882023-2-12二、物质对光的选择性吸收二、物质对光的选择性吸收物质的颜色物质的颜色由物质与光的相互作用方式决定。由物质与光的相互作用方式决定。人眼能感觉到的光称可见光，波长范围是：人眼能感觉到的光称可见光，波长范围是：400760nm。表表13-2让白光通过棱镜，能色散出红、橙、黄、绿、蓝、紫等各色光。让白光通过棱镜，能色散出红、橙、黄、绿、

9、蓝、紫等各色光。单色光：单色光：单一波长的光单一波长的光复合光：复合光：由不同波长的光组合而成的光，如白光。由不同波长的光组合而成的光，如白光。光的互补：光的互补：若两种不同颜色的单色光按一定比例混合得到若两种不同颜色的单色光按一定比例混合得到白光白光，称这两种单色光为称这两种单色光为互补色光互补色光，这种现象称为，这种现象称为光的互补光的互补。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-12992023-2-12即物质的颜色是它所吸收光的互补色。即物质的颜色是它所吸收光的互补色。无色溶液：透过所有颜色的光无色溶液：透过所有颜色的光有色溶液

10、：透过光的颜色有色溶液：透过光的颜色黑色：黑色：吸收所有颜色的光吸收所有颜色的光白色：白色：反射所有颜色的光反射所有颜色的光物质的本色物质的本色分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1210102023-2-12完全吸收完全吸收完全透过完全透过吸收黄光吸收黄光光谱示意光谱示意表观现象示意表观现象示意复合光复合光蓝光蓝光无色无色黑色黑色物质的颜色与光的关系物质的颜色与光的关系分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1211112023-2-12 基于物质吸收基于物质吸收紫外或可见

11、光紫外或可见光引起分子中价电子跃迁、产引起分子中价电子跃迁、产生分子生分子吸收光谱吸收光谱与物质组分之间的关系建立起来的分析方与物质组分之间的关系建立起来的分析方法，称为法，称为紫外可见分光光度法（紫外可见分光光度法（UV-visUV-vis）。三、紫外三、紫外-可见分光光度法特点可见分光光度法特点（1）灵敏度高，可测到灵敏度高，可测到10-7g/ml。（2）准确度好，相对误差为准确度好，相对误差为1%-5%，满足微量组分测定要求。，满足微量组分测定要求。（3）选择性好，多种组分共存，无需分离直接测定某物质。）选择性好，多种组分共存，无需分离直接测定某物质。（4）操作简便、快速、选择性好、仪器

12、设备简单、便宜。操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单、便宜。（5）应用广泛，无机、有机物均可测定。应用广泛，无机、有机物均可测定。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1212122023-2-12物质对不同波长的光具有物质对不同波长的光具有选择性吸收选择性吸收而产生。而产生。即即物质的颜色物质的颜色是它所吸收光的是它所吸收光的互补色互补色。为什么溶液呈为什么溶液呈黑色或白色呢黑色或白色呢?物质的颜色物质的颜色光光的的互互补补规规律律分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1

13、213132023-2-12第二节第二节 紫外紫外-可见分光光度法的基本原理可见分光光度法的基本原理一、透光率（透光度）和吸收度一、透光率（透光度）和吸收度透光率透光率T T定义：定义：T 取值为取值为0.0%100.0%T=0.0%：光全吸收光全吸收T=100.0%：光全透过：光全透过吸光度（吸收度）吸光度（吸收度）A AT=ItI0100%显然，显然，TT，溶液吸收度溶液吸收度；T T，溶液吸收度，溶液吸收度。即透光率即透光率T T反映溶液对光吸收程度，通常用反映溶液对光吸收程度，通常用1/1/T T反映吸光度反映吸光度。定义：定义：A=lg1T=-lgT=lgI0ItA=-lgT,T=1

14、0-AtI0=It+Ia+Ir吸收光吸收光反射光反射光透过光透过光 Ia T T与与A A关系：关系：Ir例例2 2：P157P157A1/TA1/T，T=0T=0，A=A=，T=100%T=100%，A=0A=0分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1214142023-2-12二、光的吸收定律二、光的吸收定律朗伯朗伯(Lambert)和比尔和比尔(Beer)分别于分别于1760年和年和1852年研究年研究吸光度吸光度与溶液厚度和其浓度与溶液厚度和其浓度的的定量关系定量关系：朗伯定律朗伯定律：A=k1 L比尔定律比尔定律：A=k1

15、CA=k C L 一束平行一束平行单色光单色光通过一通过一均匀、非散射均匀、非散射的吸光物质溶液时，在入的吸光物质溶液时，在入射光的射光的波长、强度以及溶液温度等保持不变时波长、强度以及溶液温度等保持不变时，该溶液的，该溶液的吸光度吸光度A A与其浓度与其浓度C C及及液层厚度液层厚度L L的乘积的乘积成正比成正比。入射光为单色光，适用于可见、红外、紫外光。入射光为单色光，适用于可见、红外、紫外光。均匀、无散射溶液、固体、气体。均匀、无散射溶液、固体、气体。吸光度吸光度A A具有加和性。具有加和性。A Aa+b+ca+b+c=A=Aa a+A+Ab b+A+Ac c 注意注意!适用范围适用范围

16、朗伯朗伯-比尔定律比尔定律:L2L时，时，A、T？2AA=-lgT,T=10-A=10-kcL吸光吸光系数系数浓度浓度液层液层厚度厚度T22023-2-1215152023-2-12三、吸光系数三、吸光系数1、摩尔吸光系数、摩尔吸光系数 或或Em：在一定在一定下，下，c=1mol/Lc=1mol/L，L=1cmL=1cm时的吸光度。时的吸光度。单位：单位：L/(mol.cm)%1110cmEM%11cmE（1 1）一定条件下是一个特征常数。）一定条件下是一个特征常数。（2 2）在）在温度和波长温度和波长等条件一定时，等条件一定时，仅与物质仅与物质本身的性质本身的性质有关，与有关，与待测物浓度待

17、测物浓度c c和和液层厚度液层厚度L L无关无关；（3 3）定性和定量分析依据定性和定量分析依据：同一物质在不同波长时：同一物质在不同波长时值不同。值不同。不同物质在同一波长时不同物质在同一波长时值不同。值不同。maxmax表明了该物质在最大吸收波长表明了该物质在最大吸收波长maxmax处的最大吸光能力。处的最大吸光能力。4、吸光系数的意义、吸光系数的意义:2、百分吸光系数、百分吸光系数/比吸光系数比吸光系数 ：3、两者关系、两者关系:A=k c Lk=A/c L 一定一定下下,c=1%(W/V)c=1%(W/V)，L=1cmL=1cm时的吸光度。时的吸光度。单位：单位：100100ml/g.

18、cm ml/g.cm 1g/100ml分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1216162023-2-121定义：以定义：以A为纵坐标，为纵坐标，为横坐标，为横坐标，绘制的绘制的A曲线。曲线。四、吸收光谱四、吸收光谱（吸收曲线）（吸收曲线）2吸收光谱术语吸收光谱术语：吸收峰吸收峰max ,吸收谷吸收谷min 肩峰肩峰sh ,末端吸收末端吸收 强带：强带：max104，弱带：弱带：max0.01(0.01mol/L)mol/L)会使会使C C与与A A关系偏离定律：关系偏离定律：粒子相互作用加强，吸光能力改变。粒子相互作用加强，吸光能力

19、改变。溶液对光的折射率显著改变。溶液对光的折射率显著改变。（二）光学因素（二）光学因素1非单色光的影响：入射光为单色光是应用该定律的重要前提：非单色光的影响：入射光为单色光是应用该定律的重要前提：2杂散光的影响：仪器本身缺陷；光学元件污染造成。杂散光的影响：仪器本身缺陷；光学元件污染造成。3反射和散色光的影响：散射和反射使反射和散色光的影响：散射和反射使T，A，吸收光谱变形。吸收光谱变形。通常可用空白对比校正消除。通常可用空白对比校正消除。4非平行光的影响：使光程非平行光的影响：使光程，A，吸收光谱变形。吸收光谱变形。（一）化学因素（一）化学因素朗朗比耳定律假定所有的吸光质点之间不发生相互作用

20、；比耳定律假定所有的吸光质点之间不发生相互作用；分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1220202023-2-120.575第三节第三节 紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计依据朗伯依据朗伯-比尔定律，测定待测液吸光度比尔定律，测定待测液吸光度A的仪器。（的仪器。（选择不同波选择不同波长单色光长单色光、浓度浓度）光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器信号处理及显示信号处理及显示分光光度计外观分光光度计外观分光光度原理图分光光度原理图:分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023

21、-2-1221212023-2-12一、主要部件一、主要部件1.光源：光源：2.单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件钨灯或卤钨灯钨灯或卤钨灯氢灯或氘灯氢灯或氘灯可见光源可见光源 3501000nm紫外光源紫外光源 200360nm色散元件色散元件棱镜棱镜光栅光栅对不同波长的对不同波长的光折射率不同光折射率不同衍射和干涉衍射和干涉,不同波不同波长的投射方向不同长的投射方向不同玻璃棱镜玻璃棱镜:适用于可见区适用于可见区石英棱镜石英棱镜:适用于紫外区适用于紫外区高度抛光的玻璃上刻有高度抛光的玻璃上刻有等宽、等距平行条痕等宽、等距平行条痕狭缝：进出光狭缝。狭缝：进出光狭

22、缝。准直镜：复合光准直镜：复合光平行光平行光色散后色散后聚集狭缝聚集狭缝最佳宽度最佳宽度:减小狭缝宽度而溶液吸光度不变。减小狭缝宽度而溶液吸光度不变。3.吸收池：比色皿、比色杯，装样品溶液。有玻璃、石英杯两种吸收池：比色皿、比色杯，装样品溶液。有玻璃、石英杯两种4.检测器：光检测器：光电，光电池电，光电池(硒硒,硅硅)，光电管光电管(红红,紫紫)，光电倍增管。，光电倍增管。5.信号处理显示器：放大较弱的电信号，并在检流计上显示出来。信号处理显示器：放大较弱的电信号，并在检流计上显示出来。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-12222

23、22023-2-12二、光学性能二、光学性能1.波长范围：波长范围：2.波长准确度：一般误差为波长准确度：一般误差为0.5nm可见光可见光 4001000nm紫外紫外-可见光可见光 190360nm3.波长重现性波长重现性：波长准确度的波长准确度的1/2左右。左右。4.狭缝和谱带宽：单色光纯度指标。最小谱带宽度可达狭缝和谱带宽：单色光纯度指标。最小谱带宽度可达0.10.5nm5.分辨率分辨率：数值越小越好。中等仪器数值越小越好。中等仪器0.5nm,高级仪器高级仪器0.1nm6.杂散光杂散光：所含杂散光强度百分比作指标。中等仪器所含杂散光强度百分比作指标。中等仪器0.5%,高级仪器高级仪器0.0

24、01%7.透光率测量范围透光率测量范围：中档仪器为中档仪器为0%150%8.吸光度测量范围吸光度测量范围：中档仪器为中档仪器为-0.1730+2.009.测光准确度测光准确度：中档仪器误差为中档仪器误差为 0.5%10.测光重现性测光重现性：测光准确度误差范围的测光准确度误差范围的1/2左右。左右。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1223232023-2-12三、分光光度计类型三、分光光度计类型 单波长单波长分光光度计分光光度计双波长双波长分光光度计分光光度计单光束单光束分光光度计分光光度计双光束双光束分光光度计分光光度计可见光

25、区可见光区:可紫外可紫外-见光区见光区:721型型751，754型型760型型仪器简单，单仪器简单，单色光误差大色光误差大仪器简单，要求仪器简单，要求光强度稳定高光强度稳定高普遍采用的普遍采用的光路光路wfz800-S,日本日本岛津岛津UV-300型型特定情况（背景、共特定情况（背景、共存组分干扰）下使用存组分干扰）下使用各种分光光度计使各种分光光度计使用化学教学网用化学教学网视频操作视频操作分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1224242023-2-12第四节第四节 分析条件的选择分析条件的选择一、一、测量条件的选择测量条件的选

26、择 1.吸光度的范围：吸光度的范围：T 20%65%，A0.20.7之间之间吸收最大的波长为入射光吸收最大的波长为入射光，干扰最小干扰最小三、显色反应条件的选择三、显色反应条件的选择 显色反应：显色反应：将试样组分转变成有较强吸收的有色化合物的反应。将试样组分转变成有较强吸收的有色化合物的反应。显色剂：显色剂：与被测组分化合生成有色物质的试剂。与被测组分化合生成有色物质的试剂。1.显色反应的条件：显色反应的条件：(1)定量反应、选择性要好；定量反应、选择性要好；干扰少。干扰少。(2)灵敏度要高，摩尔吸光系数灵敏度要高，摩尔吸光系数大大。(3)有色化合物的组成要恒定，化学性质要稳定。有色化合物的

27、组成要恒定，化学性质要稳定。(4)有色化合物与显色剂的最大吸收波长之差有色化合物与显色剂的最大吸收波长之差60nm。(5)显色反应的条件要易于控制。显色反应的条件要易于控制。2.测定波长的选择：测定波长的选择：M 十十 R MR（被测物）（显色剂）（有色配合物）被测物）（显色剂）（有色配合物）分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1225252023-2-122.溶液酸度溶液酸度 3.显色温度及显色温度及 显色时间显色时间 T1()T2()t(min)A用量通过实验来确定用量通过实验来确定只能用于定性只能用于定性1.显色剂用量：显色剂

28、用量：分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1226262023-2-12三、参比溶液（空白溶液）的选择三、参比溶液（空白溶液）的选择 用于用于调节调节100%T，若选择不适当，对测量读数的影响较大。若选择不适当，对测量读数的影响较大。主要是主要是消除溶液中其他组分对光的吸收等带来的影响消除溶液中其他组分对光的吸收等带来的影响。1.溶剂参比液溶剂参比液 当当试液、试剂、显色剂试液、试剂、显色剂均无色时，用溶剂均无色时，用溶剂(通常通常是是蒸馏水蒸馏水)作参比液；作参比液；3.试剂参比液试剂参比液 如果如果显色剂或其他试剂略有吸收显色剂

29、或其他试剂略有吸收，可用，可用不含待测不含待测组分组分的试剂溶液作参比溶液。的试剂溶液作参比溶液。2.试样参比液试样参比液 如果试样中的如果试样中的其他组分也有吸收其他组分也有吸收，但不与显色剂但不与显色剂反应，则当显色剂无吸收时，可用试样溶液作参比溶液。反应，则当显色剂无吸收时，可用试样溶液作参比溶液。4.平等操作参比液平等操作参比液 用用不含待测组分不含待测组分的溶液，在相同条件下与待的溶液，在相同条件下与待测试样同时进行处理，此为平行操作参比溶液。测试样同时进行处理，此为平行操作参比溶液。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1

30、227272023-2-12第五节第五节 定性与定量分析定性与定量分析紫外紫外-可见分光光度法主要用于可见分光光度法主要用于有机物分析有机物分析。定性分析：比较定性分析：比较吸收光谱特征吸收光谱特征可以对纯物质进行可以对纯物质进行鉴定及杂质检查鉴定及杂质检查；定量分析：利用定量分析：利用光吸收定律光吸收定律进行分析进行分析（一）定性鉴别：（一）定性鉴别：一、一、定性分析定性分析 对比法：比较对比法：比较样品化合物样品化合物的吸收光谱特征与的吸收光谱特征与标准化合物标准化合物的吸收的吸收光谱特征；或与文献所载的化合物的标准谱图进行核对。光谱特征；或与文献所载的化合物的标准谱图进行核对。同一物质有

31、相同吸收光谱图，反之不一定是同一物质。同一物质有相同吸收光谱图，反之不一定是同一物质。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1228282023-2-122、对比吸光度（或吸光系数）、对比吸光度（或吸光系数）相同条件下，同一物质吸光度比值是吸光系数的比值。例相同条件下，同一物质吸光度比值是吸光系数的比值。例:P168（二）纯度检查（二）纯度检查 1、杂质检查：有杂质时，吸收光谱变形。例、杂质检查：有杂质时，吸收光谱变形。例:1692、杂质限量检查：以某一波长吸光度值表示；例、杂质限量检查：以某一波长吸光度值表示；例:169 以峰谷吸光

32、度比值表示。例以峰谷吸光度比值表示。例:1693、对比吸收光谱的一致性、对比吸收光谱的一致性将试样与已知标准样品用同一溶剂配制成相同浓度的溶液，在同将试样与已知标准样品用同一溶剂配制成相同浓度的溶液，在同一条件下分别扫描吸收光谱，核对其一致性。一条件下分别扫描吸收光谱，核对其一致性。1、对比吸收光谱特征数据：、对比吸收光谱特征数据：max、min、sh不同基团化合物可能有相同的不同基团化合物可能有相同的max值，但值，但max有明显差别；有明显差别；有相同吸光基团同系物，其有相同吸光基团同系物，其max、max值值接近接近，但分子量不同，但分子量不同，E1%1cm差别大。差别大。A1/A2=E

33、1/E2分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1229292023-2-12二、二、定量分析定量分析 分光光度法被广泛的应用在各个领域，环境、医药、石油等测分光光度法被广泛的应用在各个领域，环境、医药、石油等测定无机、有机微量成份。由于操作简单，仪器廉价，一般说是定无机、有机微量成份。由于操作简单，仪器廉价，一般说是常用的首选方法。常用的首选方法。（一）单组分的定量分析（一）单组分的定量分析1、标准曲线（工作曲线）法：、标准曲线（工作曲线）法：配制一系列不同浓度的标准溶液，在同一条件下分别测定吸光度，配制一系列不同浓度的标准溶液，在同

34、一条件下分别测定吸光度，然后以吸光度然后以吸光度A为纵坐标，浓度为纵坐标，浓度C为横坐标绘制为横坐标绘制A-C关系曲线。关系曲线。符合朗符合朗-伯定律，则得到一条通过原点的直线。伯定律，则得到一条通过原点的直线。根据测得样品吸光度根据测得样品吸光度，从标准曲线中求得样品溶液浓度，最后从标准曲线中求得样品溶液浓度，最后计算含量。计算含量。原理原理:根据朗伯根据朗伯-比尔定律，选择合适比尔定律，选择合适测测A，求出浓度。求出浓度。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1230302023-2-122、标准对照法、标准对照法 以该物质吸收光

35、谱图中以该物质吸收光谱图中 max为入射光，配制一个与被测溶液浓为入射光，配制一个与被测溶液浓度相近的标准溶液度相近的标准溶液cS，测其测其AS，再将样品溶液推入光路，测其再将样品溶液推入光路，测其AX，则试样溶液的浓度则试样溶液的浓度cX为：为：ssxxcAAc倍数稀释xcc原样3、吸光系数法：、吸光系数法：根据朗根据朗-比定律，从已知的吸光系数比定律，从已知的吸光系数K和液层厚度和液层厚度L，根据测得根据测得的吸光度值，求出溶液浓度和含量。的吸光度值，求出溶液浓度和含量。例例4：P170例例5、6：171此法适于非经常性的分析工作，准确度不如标准曲线法。此法适于非经常性的分析工作，准确度不

36、如标准曲线法。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1231312023-2-12（二）多组分的定量分析法（二）多组分的定量分析法 在含有多种组分的溶液中，如果要测定多个组分，可以根据情在含有多种组分的溶液中，如果要测定多个组分，可以根据情况的不同，采用不同的方法来进行测定。况的不同，采用不同的方法来进行测定。测量依据测量依据吸光度的加和性：吸光度的加和性：nAAAA+.+=21(1)(2)(3)分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1232322023-2-12(1)图计算

37、法图计算法-两组分吸收光谱不重叠（互不干扰）两组分吸收光谱不重叠（互不干扰）a 图中，图中，a,b 组份最大吸收波长组份最大吸收波长max不重迭，相互不干扰，可以按不重迭，相互不干扰，可以按两个单一组份处理。两个单一组份处理。(2)图计算法图计算法-两组分吸收光谱部分重叠两组分吸收光谱部分重叠a、b两组分的吸收光谱部分重叠，此时两组分的吸收光谱部分重叠，此时1处按单组分测定处按单组分测定a组分浓度，组分浓度，b组分此处无干扰。组分此处无干扰。在在2处测得混合溶液的总吸光度处测得混合溶液的总吸光度A2a+b,根据加和性计算根据加和性计算cb，假假设液层厚度为设液层厚度为1cm,则：则：A2a+b

38、=A2a+A2b=E2a ca+E2b cbbaababEcEAc222分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1233332023-2-12(3)图计算法图计算法-两组分吸收光谱完全重叠两组分吸收光谱完全重叠-混合样品测定混合样品测定 (3)图中，图中，a,b 吸收光谱双向重迭，互相干扰，在最大波长处互相吸收光谱双向重迭，互相干扰，在最大波长处互相吸收。处理方法如下：吸收。处理方法如下：1.解线性方程组法解线性方程组法过程：过程：babababaAEEAEE22221111；和测定；和测定bbaababacEcEAAA11111bba

39、ababacEcEAAA22222bababbabbaaEEEEEAEAc12211221babaabaababEEEEEAEAc12212112分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1234342023-2-122.等吸收双波长法等吸收双波长法-babababaAAAAAA222111+=+=+bbbbbbbbaabbabbaabababackAcLELELcELcEAAAAAAAAAAAA)()()()(212121212121注：须满足两个基本条件注：须满足两个基本条件选定的两个波长下干扰组分具有选定的两个波长下干扰组分具有等吸

40、收点等吸收点选定的两个波长下待测物的吸光选定的两个波长下待测物的吸光度差值应足够大度差值应足够大分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1235352023-2-12（三）示差分光光度法（示差法）（三）示差分光光度法（示差法）普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即提高入射光强度，并采用即提高入射光强度，并采用浓度稍低于浓度稍低于待测溶液浓度待测溶液浓度的标准的标准溶液作参比溶液。溶液作参比溶

41、液。设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为cxcx，标准溶液浓度为标准溶液浓度为cs(cs cx)cs(cs cx)。则：则：Ax=E Ax=E L L cxcx As=E As=E L L cscs x x s=E s=E b(cxb(cxcs cs）=E=E L L cc测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液吸光度差测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液吸光度差。示差法测得的吸光度与示差法测得的吸光度与c c呈直线关系。由标准曲线上查得相应呈直线关系。由标准曲线上查得相应的的c c值，则待测溶液浓度值，则待测溶液浓度c cx x ：c cx x=c cs s+c c分分 析析 化

42、化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1236362023-2-12第六节、紫外吸收光谱在有机物结构分析中的应用第六节、紫外吸收光谱在有机物结构分析中的应用(一一)有机物的电子跃迁有机物的电子跃迁 有机化合物的紫外有机化合物的紫外可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：的结果（三种）：电子、电子、电子、电子、n电子电子(P电子电子)。分子轨道理论分子轨道理论：一个成键一个成键轨道必定有一个相应的反键轨轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即轨道的

43、基态，即成键轨道或非成键轨道或非键轨道上键轨道上。外层电子外层电子吸收紫外或可见辐射吸收紫外或可见辐射后，就从基态向后，就从基态向激发态激发态(反键反键轨道轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量跃迁。主要有四种跃迁所需能量大小顺序为：大小顺序为：n n n n 1 1有机物紫外有机物紫外可见吸收光谱可见吸收光谱分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1237372023-2-12跃迁跃迁 所需能量所需能量最大最大，电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。迁。饱和烷烃饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区（的

44、分子吸收光谱出现在远紫外区（吸收波长吸收波长200nm。这类跃迁在跃迁选律上属于这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为10100 Lmol-1 cm-1，吸收吸收谱带谱带强度较弱强度较弱。含有杂。含有杂原子不饱和基团如原子不饱和基团如=C=O、=C=S、-N=N-等，分等，分子中子中孤对电子和孤对电子和键同时存在键同时存在时发生时发生n 跃迁。丙酮跃迁。丙酮n 跃迁跃迁的的为为275nm max为为22 Lmol-1 cm-1（溶剂环己烷溶剂环己烷)。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-12

45、39392023-2-12 生色团与助色团生色团与助色团生色团：生色团：最有用的紫外最有用的紫外可见光谱是由可见光谱是由和和n跃迁跃迁产生的。这产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团含有不饱和基团。这类含有。这类含有键的不键的不饱和基团饱和基团称为称为生色团生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基NN、乙炔基、腈基乙炔基、腈基CN等等。助色团：助色团：有一些含有有一些含有n n电子电子的基团的基团(如如OH、OR、NH、NHR、X等等)，它们本身没有生色功能它

46、们本身没有生色功能(不能吸收不能吸收200nm200nm的光的光)，但，但当它们与生色团相连时，就会发生当它们与生色团相连时，就会发生n n共轭共轭作用，增强生色团的作用，增强生色团的生色能力生色能力(吸收波长吸收波长向长波方向移动向长波方向移动，且吸收强度增加，且吸收强度增加)，这样的，这样的基团称为助色团。基团称为助色团。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1240402023-2-12 红移与蓝移红移与蓝移 有机化合物的有机化合物的吸收谱带吸收谱带常常因引常常因引入入取代基或改变溶剂使最大吸收波长取代基或改变溶剂使最大吸收波长

47、maxmax和吸收强度和吸收强度发生变化发生变化:maxmax向向长波方向移动长波方向移动称为称为红移红移，或长移。向或长移。向短波方向移动短波方向移动称为称为蓝移蓝移(或紫移或紫移)或短移。或短移。吸收强度即摩尔吸光系数吸收强度即摩尔吸光系数增大或增大或减小的现象分别称为减小的现象分别称为增色效应或减色增色效应或减色效应效应，如图所示。，如图所示。强带强带(strong band):(strong band):maxmax10104 4弱带弱带(weak band):(weak band):maxmax10vr 分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光

48、度法2023-2-1247472023-2-12能级跃迁能级跃迁 紫外紫外-可见光谱属于电子可见光谱属于电子跃迁光谱。跃迁光谱。电子能级电子能级间跃迁的同时间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。宽谱带。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1248482023-2-12讨论：讨论：（1 1）转动能级间的能量差）转动能级间的能量差E Er r：0.0050.0050

49、.0500.050eVeV，跃迁跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；（2 2）振动能级的能量差）振动能级的能量差E Ev v约为：约为：0.050.05eVeV，跃迁产跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；（3 3）电子能级的能量差）电子能级的能量差E Ee e较大较大1 12020eVeV。电子跃迁产生电子跃迁产生的吸收光谱在紫外的吸收光谱在紫外可见光区，紫外可见光区，紫外可见光谱或分子的电可见光谱或分子的电子光谱子光谱分分 析析 化化 学学 学学 习习 指

50、指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1249492023-2-12讨论：讨论：（4 4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。的依据。（5 5）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数尔吸光系数max也作为定性的依据。也作为定性的依据。不同物质的不同

51、物质的max有时可能有时可能相同，但相同，但max不一定相同不一定相同；（6 6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。定量分析的依据。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1250502023-2-122.2.金属配合物的紫外金属配合物的紫外可见吸收光谱可见吸收光谱 金属离子与配位体反应生成配合物的颜色一般不同于游金属离子与配位体反应生成配合物的颜色一般不同于游离金属离子离金属离子(水合离子水合离子)和配位体本身的颜色。金属配合物的和配位体本身的颜色。金属配合物的生

52、色机理主要有三种类型：生色机理主要有三种类型：配位体微扰的金属离子配位体微扰的金属离子d d一一d d电子跃迁和电子跃迁和一一电子跃迁电子跃迁 摩尔吸收系数摩尔吸收系数很小，对定量分析意义不大。很小，对定量分析意义不大。金属离子微扰的配位体内电子跃迁金属离子微扰的配位体内电子跃迁 金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。金属离子的微扰，将引起配位体吸收波长和强度的变化。变化与成键性质有关，若静电引力结合，变化一般很小。若变化与成键性质有关，若静电引力结合，变化一般很小。若共价键和配位键结合，则变化非常明显。共价键和配位键结合，则变化非常明显。电荷转移吸收光谱电荷转移吸收光谱 在分光光

53、度法中具有重要意义。在分光光度法中具有重要意义。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1251512023-2-12电荷转移吸收光谱电荷转移吸收光谱 当吸收紫外可见辐射后，分子中原定域在金属当吸收紫外可见辐射后，分子中原定域在金属M轨道上电荷的转轨道上电荷的转移到配位体移到配位体L的轨道，或按相反方向转移，这种跃迁称为电荷转移跃迁，的轨道，或按相反方向转移，这种跃迁称为电荷转移跃迁，所产生的吸收光谱称为荷移光谱。所产生的吸收光谱称为荷移光谱。电荷转移跃迁本质上属于分子内氧化还原反应，因此呈现荷移光电荷转移跃迁本质上属于分子内氧化还原反

54、应，因此呈现荷移光谱的必要条件是构成分子的二组分，一个为电子给予体，另一个应为电谱的必要条件是构成分子的二组分，一个为电子给予体，另一个应为电子接受体。子接受体。电荷转移跃迁在跃迁选律上属于允许跃迁，其摩尔吸光系数一般电荷转移跃迁在跃迁选律上属于允许跃迁，其摩尔吸光系数一般都较大都较大(10 4左右左右)，适宜于微量金属的检出和测定。，适宜于微量金属的检出和测定。电荷转移跃迁在紫外区或可见光呈现荷移光谱，荷移光谱的最大电荷转移跃迁在紫外区或可见光呈现荷移光谱，荷移光谱的最大吸收波长及吸收强度与电荷转移的难易程度有关。吸收波长及吸收强度与电荷转移的难易程度有关。例：例：Fe3与与SCN形成血红色

55、配合物，在形成血红色配合物，在490nm处有强吸收峰。其处有强吸收峰。其实质是发生了如下反应：实质是发生了如下反应：Fe3 SCN h=Fe SCN 2 分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1252522023-2-12四、光的吸收定律四、光的吸收定律 1.1.朗伯朗伯比耳定律比耳定律 布格布格(Bouguer)Bouguer)和朗伯和朗伯(Lambert)Lambert)先后于先后于17291729年和年和17601760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。A Ab b （动画（动画1）

56、（动画（动画2）18521852年比耳年比耳(Beer)Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。浓度之间也具有类似的关系。A A c c 二者的结合称为朗伯二者的结合称为朗伯比耳定律，其数学表达式为：比耳定律，其数学表达式为：分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1253532023-2-12朗伯朗伯比耳定律数学表达式比耳定律数学表达式 Alg（I0/It)=b c 式中式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；吸光度；描述溶液对光的吸收程度；b：液层厚度液层厚度(光程长度光程长度)，

57、通常以，通常以cm为单位；为单位；c：溶液的摩尔浓度，单位溶液的摩尔浓度，单位molL；：摩尔吸光系数，单位摩尔吸光系数，单位Lmolcm；或或:Alg（I0/It)=a b c c：溶液的浓度，单位溶液的浓度，单位gL a：吸光系数，单位吸光系数，单位Lgcm a与与的关系为：的关系为：a=/M （M为摩尔质量）为摩尔质量）分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1254542023-2-12透光度透光度(透光率透光率)T T透过度透过度T:描述入射光透过溶液的程度描述入射光透过溶液的程度:T=I t /I0吸光度吸光度A与透光度与透

58、光度T的关系的关系:A lg T 朗伯朗伯比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量；依据。应用于各种光度法的吸收测量；摩尔吸光系数摩尔吸光系数在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 mol/L、液层厚度液层厚度为为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度；时该溶液在某一波长下的吸光度；吸光系数吸光系数a(Lg-1cm-1）相当于浓度为相当于浓度为1 g/L、液层厚度液层厚度为为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。时该溶液在某一波长下的吸光度。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法

59、2023-2-1255552023-2-122.2.摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论 （1 1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数特征常数；（2 2）不随浓度不随浓度c c和光程长度和光程长度b b的改变而改变的改变而改变。在温度和波。在温度和波长等条件一定时，长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；物浓度无关；（3 3）可作为）可作为定性鉴定的参数定性鉴定的参数；（4）同一吸收物质在不同波长下的同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大值是不同的。在最大吸收波长吸收波长max处的摩尔吸光系数，

60、常以处的摩尔吸光系数，常以max表示。表示。max表明了表明了该该吸收物质最大限度的吸光能力吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。质可能达到的最大灵敏度。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1256562023-2-12（1）物理性因素物理性因素 难以获得真正的纯单色光难以获得真正的纯单色光。朗朗比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对

61、朗伯致对朗伯比耳定律的正或负偏离。比耳定律的正或负偏离。非单色光、杂散光、非平行入射非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯光都会引起对朗伯比耳定律的偏离，比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离的偏离。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1257572023-2-12(2)(2)化学性因素化学性因素 朗朗比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；作用；假定只有在稀溶液假定只有在稀溶液(c10 2 mol/L 时，吸光质点间可能发生

62、缔合等时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。相互作用，直接影响了对光的吸收。故：朗伯故：朗伯比耳定律只适用于稀溶液比耳定律只适用于稀溶液。溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等溶液中存在着离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。化学平衡时。使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。例：例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：CrO42-2H=Cr2O72-H2O 溶液中溶液中CrO42-、Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不相的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液同。故此时溶液pH

63、 对测定有重要影响。对测定有重要影响。分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法2023-2-1258582023-2-12光谱概念光谱概念 全称光学频谱，是复全称光学频谱，是复合合光通过色散系统（如光栅、棱镜）进光通过色散系统（如光栅、棱镜）进行分光后，依照光的波长行分光后，依照光的波长(或频率或频率)的大小顺次排列形成的图案。的大小顺次排列形成的图案。光谱中最大部分光谱中最大部分是是可见光谱可见光谱，它它是电磁波谱中人眼可见的一部是电磁波谱中人眼可见的一部分，在分，在此此波长波长(400760nm)范围内的电磁辐射被称作范围内的电磁辐射被称作可见光可见光。光谱。光谱并并未未包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色，如褐色和粉红色。包含人类大脑视觉所能区别的所有颜色，如褐色和粉红色。物质与辐射相互作用时，根据能级跃起迁所产生的辐射能强度物质与辐射相互作用时，根据能级跃起迁所产生的辐射能强度随波长变化所得的图谱称随波长变化所得的图谱称光谱光谱。光谱图光谱图分分 析析 化化 学学 学学 习习 指指 导导紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法