法学紫外可见分光光谱法

1、 紫外-可见分光光度法是根据物质的分子或离 子对紫外-可见光谱区（200760nm）的吸收来研 究物质的组成、含量和结构的方法。 特点： 灵敏度较高，10-610-4g/ml或 10-610-5mol/L。 准确度高一般为0.2% 0.5% 。 重现性好，稳定性好。 第四章第四章 紫外紫外-可见可见 分光光度法分光光度法 （Uv-ViS） 作用： 定性上不仅可以鉴别具有不同官能团和化学结构的 不同化合物，而且可以鉴别结构相似的不同化合物。 定量上不仅可以进行单一组分的测定，也可以对多 种组分不经分离进行同时测定。 光学分析法：是基于能量作用于物质后产生电 磁辐射信号或电磁辐射与物质相互作用后产

2、生辐射 信号的变化而建立起来的一类分析方法。 包括三个主要过程： 1.能源提供能量 2.能量与被测物质相互作用 3.产生被检测信号 第一节第一节 紫外紫外- -可见分光光度法可见分光光度法 的的 基本原理基本原理 一、电磁辐射和电磁波谱一、电磁辐射和电磁波谱 电磁辐射是一种以极大的速度（在真空中为 2.997921010cms-1） 通过空间，而不需要以任何物质 作为传播媒介的能量形式。 E能量，单位为J或ev H6.62610-34Js 频率，单位Hz C光速，2.998 108m/s 波长，单位m、cm、um、 nm 1 ， c 波动性 c hhE微粒性 E，注： 电磁辐射具有波动性和微粒

3、性。 波长为波长为200nm的的 光，一个光子的能量是：光，一个光子的能量是： )(109 . 9 10200 100 . 3 106262. 6 19 7 10 34 JE ev2 . 6 2电磁波谱：电磁辐射按波长顺序排列，称。 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 电磁波谱是一个跨越1015波长范围的极宽的波谱带，其 中射线的波长最短（频率最高），能量最大；其后依次 是X射线区，紫外可见和红外光区；无线电波区波长最 长（频率最低），能量最小。 电磁波谱的有关参数 E/eV /Hz 电磁波跃迁类型 2.51056.010190.005nm射线区

4、核能级 2.51051.21026.010193.010160.00510nmX射线区 1.21026.23.010161.5101510200nm真空紫外光区 6.23.11.510157.51014200400nm近紫外光区 3.11.67.510143.81014400800nm可见光区 1.60.503.810141.210140.82.5m近红外光区 0.502.510-21.210146.010122.550m中红外光区 2.510-21.210-36.010123.01011501000m远红外光区 1.210-34.110-63.010111.01091300mm微波区 4.1

5、10-61.0109300mm无线电波区电子和核的自旋 三、吸收光谱法和发射光谱法 吸收光谱 激发态光基态 吸收辐射能量* MhM 吸收光谱 利用物质的吸收光谱进行定性、定量及结构分析的方法 称为吸收光谱法。 光基态激发态 释放能量发光 hMM * 发射光谱 发射光谱 )( / )( 转动振动电子 转动振动电子 转动振动 电 子分 子 hc h EEEE 2分子吸收光谱的分类： 分子内运动涉及三种跃迁能级，所需能量大小顺序 转振电 EEE 远红外吸收光谱 红外吸收光谱 可见吸收光谱紫外 转 振 电 mevE mevE mevE 2525005. 0005. 0 25. 125105. 0 25

6、. 106. 0201 3紫外-可见吸收光谱的产生 由于分子吸收紫外-可见光区的电磁辐射，分子中 价电子（或外层电子）的能级跃迁而产生 （吸收能量=两个跃迁能级之差） 图4-1 吸收光谱示意图 1.吸收峰 2 谷 3.肩峰 4 末端吸收 三、紫外-可见吸收光谱与分子结构的关系 (一)电子跃迁类型 图4-2 H2的成键和反键轨道 图4-3 分子中价电子能级及跃迁示意图 有机化合物的吸收光谱主要由 及电荷迁移跃迁产生的。 无机化合物的吸收光谱主要是由电荷迁移跃迁和配位场跃迁产生。 芦丁含量测定 mLmg mLmLmLmg 250 . 3 2550/200. 0 样品 标样分别移取 R带：由含杂原子

7、的不饱和基团的n *跃迁产生 CO；CN；NN 弱吸收，max250400nm，max200nm，max104 共轭体系增长，max红移，max 溶剂极性，对于(CHCH)n max不变 对于CHCCO max红移 B带：由 *跃迁产生 芳香族化合物的主要特征吸收带 max =254nm，宽带，具有精细结构；max=200 极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失 E带：由苯环环形共轭系统的 *跃迁产生 芳香族化合物的特征吸收带 E1 180nm max104 （常观察不到） E2 200nm max=7000 强吸收 苯环由发色团取代且与苯环共轭时，E2带与K带合并 一起红移（长移） 苯

8、异丙烷溶液的紫外吸收光谱 电荷转移吸收带：某些无机物和某些有机物混合 而得的分子配合物，在外来辐射激发下强烈吸收 紫外光或可见光，从而获得的可见或紫外吸收带。 乙醇中，将醌与氢醌混合，暗绿色的醌氢醌结晶， 吸收峰在可见光区 配位体场吸收带：指过渡金属水合离子与显色剂 所形成的配合物，吸收适当波长的可见光或紫外光， 从而获得的吸收带。 Ti(H2O)63+水合离子的吸收峰 490nm 1.1.透光度和吸光度透光度和吸光度 假设一束平行单色光通过一个吸光物体 n l S I I 吸光质点数为 厚度为 物体截面为 透过光强为 入射光强为 0 图4-4 光通过截面积S厚度l的吸光介质 (一)Lambe

9、r-Beer定律 设断层中所含吸光质点数为dn，不让光子通过的面积 ds kdndS S kdn S dS 光子通过断层时，被吸收的几率是 光强度被减弱了dIx S kdn I dI - x x 可得光通过厚度为l的物体时：有 n 0 I I x x S kdn I dI 0 截面积S与体积V，质点总数n与浓度c： Vcn S n E s n klge I I lg- 0 S kn I I ln- 0 cl S n l V S Ecl I I lg- 0 0 I I T 百分数表示 n i ii n i ii n i i cEllcEAA 111 描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度

10、的关系。描述物质对单色光吸收强弱与液层厚度和待测物浓度的关系。 cABeer lALamber 定律： 定律： 入射光为单色光、溶液是稀溶液 （1）吸光系数的物理意义：）吸光系数的物理意义： 单位浓度、单位厚度的吸光度 lc A k aM 讨论： 1）不同物质在同一波长下k可能不同（选择性吸收） 2）溶剂不同，同一物质k可能不同。应注明溶剂。 3）k，物质对光吸收能力, 定量测定灵敏度 定性、定量依据 %471010 333. 0 2 3222. 0 %781010 111. 0 2 1222. 0 , 222. 0%60lglg%,60 3,1%,60,2 333. 0 2 1 31 3 1

11、11. 0 2 1 21 2 2 1 2 1 111 3211 3 2 A A T l lA A T l lA A l l A A lcA TAT cmlcmlTcml 解 2 2 109 . 2 1000/109 . 2 100051. 02 297. 0 , 297. 0%5 .50lglg%,5 .50 %5 .50,/51. 0,2 mlmg lc A aalcA TAT Tmlmgccml解 依据Beer定律，A与c关系应为 经过原点的直线 偏离Beer定律的主要因素表现为 以下两个方面 （1）光学因素）光学因素 （2）化学因素）化学因素 lckA 1）非单色光的影响：）非单色光的影

12、响： Beer定律应用的重要前提定律应用的重要前提入射光为单色光入射光为单色光 光谱区域内能够发射连续光谱； 应有足够的辐射强度及良好的稳定性； 辐射强度随波长的变化应尽可能小； 光源的使用寿命长，操作方便。 可见光区：如钨灯、卤钨灯(3402500nm) 紫外光区：如氢灯和氘灯等(160375nm) 盛放样品溶液的容器 可见光区-玻璃吸收池 紫外光区-石英吸收池 常用1cm的吸收池 单色器 单色器是能从光源的复合光中分出单色光的光学装置。 单色器的组成:入射狭缝、准光器、色散元件、出射狭缝 棱镜:有玻璃和石英两种材料主要用于紫外光区 光栅:可用于紫外、可见和近红外光谱区域 检测器有光电池、光

13、电管和光电倍增管等 显示系统:将检测器输出的信号经处理转换成透光率 和吸光度再显示出来。 优点： 利用吸光度差值定量 消除干扰和吸收池不匹配引起的误差 一、溶剂的选择 溶剂的截止波长小于物质的测定波长。 正己烷正己烷CHCl3CH3OHH2O * max/ nm 230238237243 n * max/ nm 329315309305 H 3C C O C H C CH 3 CH 3 二、显色条件的选择 （一）对显色反应的要求 有色物质与显色剂颜色差别大。 显色后的物质组成恒定，化学性质稳定。 灵敏度高，大。 被测物质与所生成的有色物质之间有确定的定量关系。 选择性好，干扰少。 2. 配位显

14、色反应 当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷 转移跃迁，产生很强的紫外-可见吸收光谱。 （二）显色条件的选择（二）显色条件的选择 1.显色剂用量：显色剂用量可通过实验选择，在固定金 属离子浓度的情况下，作吸光度随显色剂浓度的变化 曲线，选取吸光度恒定时的显色剂用量。 2.酸度：是通过实验来选择显色反应的适宜酸度的。具 体做法是固定溶液中待测组分和显色剂的浓度，改变 溶液(通常用缓冲溶液控制)的酸度(pH)，分别测定在 不同酸度下溶液的吸光度A，绘制ApH曲线，从中 找出最适宜的pH范围。 3.显色时间与温度 试验确定 4.溶剂 一般尽量采用水相测定 TElEl A c 1 lg

15、1 TlgT T0.434 c c TlgT T0.434 c c 第四节第四节 定性及定量分析定性及定量分析 一、定性分析 （一）定性鉴别 定性鉴别的依据吸收光谱的特征 吸收光谱的形状 吸收峰的数目 吸收峰的位置（波长） 吸收峰的强度 相应的吸光系数 1 1对比吸收光谱的特征值对比吸收光谱的特征值 min %1 1maxmax ， shcm E 2对比吸光度或吸光系数的比值： 例：例： 45. 315. 388. 170. 1 550 361 278 361 550361278 12 A A A A VB ， 三处最大吸收， 定性鉴别：药典规定 3对比吸收光谱的一致性对比吸收光谱的一致性 同

16、一测定条件下， 与标准对照物谱图或标准谱图 进行对照比较 （一）单组分的定量方法 lEcA定量依据： El A c %1 1 cmE )100/(0200. 0 1207 414. 0 %1 1 mlgc lE A c i cm i 解： 2标准曲线法标准曲线法 条件前提：固定仪器和测定 cAcKA 样样 同上条件 固定条件 查得测定样品 曲线分别测定配制标准系列过程： cA AcA 绘制标准曲线注意事项： 1. 按选定浓度，配制一系列不同浓度的标准溶液，一般4-5个点 2. 样品溶液浓度的可变范围应在所选浓度范围之内 3. 测定每一相同浓度至少作平行管（2次）测试，取吸光度的平 均值 4.

17、绘制完后应注明测试内容和条件。 芦丁含量测定 mLmg mLmLmLmg 250 . 3 2550/200. 0 样品 标样分别移取 3对照法：外标一点法对照法：外标一点法 注：当样品溶液与标准品溶液的注：当样品溶液与标准品溶液的 稀释倍数相同时稀释倍数相同时 标样与样品浓度相近标样与样品浓度相近 ；截距为截距为 固定仪器和测定条件；固定仪器和测定条件；前提：前提： 0 标样和 分别测定一定过程：AA S i Si A A cc s C i C C S i Si A A mm %100% m m i i 例： 维生素B12的含量测定 精密吸取B12注射液2.50mL，加水稀释至10.00mL；

18、另配制对照液，精密称 定对照品25.00mg，加水稀释至1000mL。在361nm处，用1cm吸收池，分别测定 吸光度为0.508和0.518，求B12注射液的浓度。 解： mLgcc ii /1 .98 518. 0 508. 0 1000 100000.25 10 5 . 2 （二）多组分的定量方法（二）多组分的定量方法 cba AAAA 总 定量依据： 三种情况： 1两组分吸收光谱不重叠两组分吸收光谱不重叠（互不干扰） 两组分在各自两组分在各自max下不重叠下不重叠分别按单组分定量分别按单组分定量 a a aa aa E A ccEA 1 1 11 由 b b bb bb E A ccE

19、A 2 2 22 由 b a A A 22 11 测定 测定过程： 2两组分吸收光谱部分重叠两组分吸收光谱部分重叠 1测测A1b组分不干扰组分不干扰可按单组分定量测可按单组分定量测Ca 2测测A2a组分干扰组分干扰不能按单组分定量测不能按单组分定量测Cb ba a A A 22 11 测定 测定过程： a a aa aa E A ccEA 1 1 11 由 b b a ababa cEcEAAA 22222 由 b a aba b E cEA c 2 22 步骤：步骤： 消除消除a a的影响测的影响测b b baba baba AAA AAA 222 111 babbaabababa AAAAAAAAA )()( 212121 aa AAa 2121 和的等吸收点选 bb b bb bbba cE cEE AAA )( 21 21 b ba bb ba b E A EE A c 21 消去消去b的影响测的影响测a 须满足两个基本条件须满足两个基本条件 选定的两个波长下干扰组分具有等吸收点选定的两个波长下干扰组分具有等吸收点 选定的两个波长下待测物的吸光度差值应足够大选定的两个