仪器分析师进修课件-紫外可见分光光度分析法

1、第五章第五章 紫外紫外- -可见分光光度分析法可见分光光度分析法第一节第一节 基本原理基本原理一、概述一、概述 基于物质光化学性质而建立起来的分析方法称之为光化基于物质光化学性质而建立起来的分析方法称之为光化学分析法。学分析法。 分为分为: :光谱分析法和非光谱分析法。光谱分析法和非光谱分析法。 光谱分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通过测光谱分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的方法。分析的方法。 概述概述: 在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸

2、光光度法,主要有: 红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000 m ,主要用于有机化合物结构鉴定。 紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400 nm（近紫外区） ，可用于结构鉴定和定量分析。 可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400750 nm ，主要用于有色物质的定量分析。 本章主要讲授紫外可见吸光光度法。二、紫外可见吸收光谱二、紫外可见吸收光谱1 1光的基本性质光的基本性质 光是一种电磁波，具有波粒二象性。光光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长的波动性可用波长 、频率、频率 、光速、光速c c、波数波数（cmcm-1-1）等参数来描述：等参数

3、来描述： = = c c ； 波数波数 = 1/ = 1/ = = / /c c 光是由光子流组成，光子的能量：光是由光子流组成，光子的能量： E = h E = h = = h c / h c / （PlanckPlanck常数常数：h=6.626 h=6.626 10 10 -34 -34 J J S S ) ) 光的波长越短（频率越高），其能量越大。光的波长越短（频率越高），其能量越大。 白光（太阳光）：由各种单色光组成的复合光白光（太阳光）：由各种单色光组成的复合光 单色光：单波长的光（由具有相同能量的光子单色光：单波长的光（由具有相同能量的光子组成）组成） 紫外光区：近紫外区紫外光区

4、：近紫外区10 - 200 10 - 200 nm nm （真空紫外真空紫外区）区） 远紫外区远紫外区200 - 400 200 - 400 nm nm 可见光区：可见光区：400-750 400-750 nmnm2. 2. 物质对光的选择性吸收及吸收曲线物质对光的选择性吸收及吸收曲线E = E2 - E1 = h ：量子化量子化 ；选择性吸收；选择性吸收吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长 max用不同波长的单色光照射，测吸光度用不同波长的单色光照射，测吸光度光的互补：蓝光的互补：蓝 黄黄M + 热M + 荧光或磷光M + h M *基态基态 激发态激发态E1 （E） E2吸收曲线的

5、讨论：吸收曲线的讨论：同一种物质对不同波长同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸大处对应的波长称为最大吸收波长收波长maxmax不同浓度的同一种物质，不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似其吸收曲线形状相似maxmax不变。而对于不同物质，它不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和们的吸收曲线形状和maxmax则不同。则不同。 吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。物质定性分析的依据之一。 不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度光度

6、A A 有差异，在有差异，在maxmax处吸光度处吸光度A A 的差异最的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。大。此特性可作为物质定量分析的依据。 在在maxmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。入射光波长的重要依据。3.3.紫外紫外可见分子吸收光谱与电子跃迁可见分子吸收光谱与电子跃迁物质分子内部三种运动形式：物质分子内部三种运动形式： 1.1.电子相对于原子核的运动，电子相对于原子核的运动， 2. 2.原子核在其平衡位置附近的相对振动原子核在其平衡位置附近的

7、相对振动 3. 3.分子本身绕其重心的转动分子本身绕其重心的转动。分子具有三种不同能级：电子能级、振动分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级。能级和转动能级。三种能级都是量子化的，且各自具有相应三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。的能量。分子的内能：电子能量分子的内能：电子能量E Ee e 、振动能量振动能量E Ev v 、转动能量、转动能量E Er r 即即 e+e+v+v+r r eevvr r 能级跃迁能级跃迁 电子能级间跃迁的电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动同时，总伴随有振动和转动能级间的跃迁和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包。即电子光谱中总包含有振动能级和转动

8、含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带干谱线而呈现宽谱带。讨论：讨论：1（1 1） 转动能级间的能量差转动能级间的能量差r r：0.0050.0050.0500.050eVeV，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外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；光谱或分子转动光谱；1（2 2）振动能级的能量差）振动能级的能量差v v约为：约为：0.050.05eVeV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分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；子振动光谱；1（3 3）电子能级的能量差）电子能级的能量差e e较大较大1 12020eV

9、eV。电电子跃迁产生的吸收光谱在紫外子跃迁产生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子光谱。可见光谱或分子的电子光谱。1（4 4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁）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，是物质定性的依据。状况，是物质定性的依据。1（5 5）吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁）吸收谱带的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尔吸光系数吸收波长处测得的摩尔吸光系数max

10、max也作为定性的也作为定性的依据。依据。不同物质的不同物质的maxmax有时可能相同，但有时可能相同，但maxmax不不一定相同；一定相同；1（6 6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数）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。成正比，定量分析的依据。三、分子吸收光谱与电子跃迁三、分子吸收光谱与电子跃迁1 1紫外紫外可见吸收光谱可见吸收光谱 有机化合物的紫外有机化合物的紫外可见吸收光谱，是其分子中外层价可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：电子跃迁的结果（三种）：电子、电子、电子、电子、n n电子电子。分子轨道理论分子轨道理论：一个成键轨：一个成键轨道必

11、定有一个相应的反键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。或非键轨道上。 当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态当外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态( (反键轨道反键轨道) )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 11跃迁跃迁 所需能量最大，所需能量最大，电子只有吸收远紫外电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区吸收光谱出现在远紫外区( (吸收波长吸收

12、波长 200nm200nm。这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，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摩尔吸光系数一般为1010100100LmolLmol1 1 cmcm1 1，吸收谱带强度较弱。分子中孤吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和对电子和键同时存在时发生键同时存在时发生n n 跃跃迁。丙酮迁。丙酮n n跃迁的跃迁的maxmax为为275275nm nm maxmax为为22 22 LmolLmol1 1 cm cm 1 1（溶剂环溶剂环己烷己烷) )。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 n跃迁产生的。这两种跃迁均要求有跃迁产生的。这两种

13、跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有机物分子中含有不饱和基团。这类含有键键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基硝基、偶氮基N NNN、乙炔基、腈基乙炔基、腈基C CN N等。等。助色团助色团： 有一些含有有一些含有n n电子的基团电子的基团( (如如OHOH、OROR、NHNH、NHRNHR、XX等等) )，它们本身，它们本身没有生色功能没有生色功能( (不能吸收不能吸收200nm200nm的光的光) )，但当它们与生色团相连时，就会发生，但当它们与生色团相

14、连时，就会发生n n共轭作用，增强生色团的生色能力共轭作用，增强生色团的生色能力( (吸收波长向长波方向移动，且吸收强度吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加增加) )，这样的基团称为助色团。，这样的基团称为助色团。 有机化合物的吸收谱带常常因有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长波长maxmax和吸收强度发生变化和吸收强度发生变化: : maxmax向长波方向移动称为红移向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移，向短波方向移动称为蓝移 ( (或紫或紫移移) )。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减小的现象分别称为增色

15、效增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应，如图所示。应或减色效应，如图所示。2.2.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一般不同于游离金属离子( (水合离子水合离子) )和配位和配位体本身的颜色。金属配合物的生色机理主要体本身的颜色。金属配合物的生色机理主要有三种类型：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，对定量分析意义很小，对定量分析意义不大。不大。金属离子微扰的配位体内电

16、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，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。若共价若静电引力结合，变化一般很小。若共价键和配位键结合，则变化非常明显。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 在分光光度法中具有重要意义。在分光光度法中具有重要意义。1 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 M轨道上电荷的转移到配位体轨道上电荷的转移到配位体L L的轨道，或按相反方向的轨道，或按相反方向转移，这种跃

17、迁称为电荷转移跃迁，所产生的吸收转移，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。光谱称为荷移光谱。1 电荷转移跃迁本质上属于分子内氧化还原反应电荷转移跃迁本质上属于分子内氧化还原反应，因此呈现荷移光谱的必要条件是构成分子的二组，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，另一个应为电子接受体。分，一个为电子给予体，另一个应为电子接受体。 1电荷转移跃迁在跃迁选律上属于允许跃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迁，其摩尔吸光系数一般都较大(10(10 4 4左左右右) )，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。1 电

18、荷转移跃迁在紫外区或可见光呈现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。吸收强度与电荷转移的难易程度有关。 例：例：FeFe3 3与与SCNSCN形成血红色配合物形成血红色配合物，在，在490490nmnm处有强吸收峰。其实质是处有强吸收峰。其实质是发生了如下反应：发生了如下反应： FeFe3 3 SCN SCN hh= = Fe SCNFe SCN 2 2 四四 化合物紫外化合物紫外可见光谱的产生可见光谱的产生( (一一) )有机化合物紫外有机化合物紫外- -可见吸收光谱可见吸收光谱1 1，饱和烃及其

19、取代衍生物，饱和烃及其取代衍生物 饱和烃类分子中只含有饱和烃类分子中只含有 键，因此只能产生键，因此只能产生* *跃迁，即跃迁，即 电子从成键轨道（电子从成键轨道（ ）跃迁到）跃迁到反键轨道（反键轨道（ * *）。饱和烃的最大吸收峰一般小）。饱和烃的最大吸收峰一般小于于150150nmnm，已超出紫外、可见分光光度计的测量已超出紫外、可见分光光度计的测量范围。范围。 饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子上存在上存在n n电子，可产生电子，可产生n n* * 的跃迁。的跃迁。 n n* * 的的能量低于能量低于* *。 例如，例如，CHCH3 3ClCl、

20、CHCH3 3BrBr和和CHCH3 3I I的的n n* * 跃迁分跃迁分别出现在别出现在173173、204204和和258258nmnm处。这些数据不仅说处。这些数据不仅说明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相应的吸收波明氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相应的吸收波长发生了红移，显示了助色团的助色作用。长发生了红移，显示了助色团的助色作用。 直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合物的实用价值不大。但是它们是测定紫外些化合物的实用价值不大。但是它们是测定紫外和（或）可见吸收光谱的良好溶剂。和（或）可见吸收光谱的良好溶剂。 2 2，不饱和烃及共轭烯烃，不饱和

21、烃及共轭烯烃 在不饱和烃类分子中，除含有在不饱和烃类分子中，除含有 键外，还含有键外，还含有 键，键，它们可以产生它们可以产生* *和和* *两种跃迁。两种跃迁。 * *跃跃迁的能量小于迁的能量小于 * *跃迁。例如，在乙烯分子中，跃迁。例如，在乙烯分子中， * *跃迁最大吸收波长为跃迁最大吸收波长为180180nmnm 在在不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长，共轭时，随着共轭系统的延长， * *跃迁的吸跃迁的吸收带收带 将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增强。在强。在共轭体系中，共轭体系中

22、， * *跃迁产生的吸收带又跃迁产生的吸收带又称为称为K K带。带。 化合物溶剂max/nmmax1,3-丁二烯己烷21721，0001,3,5-己二烯异辛烷26843，0001,3,5,7-辛四烯 环己烷3041,3,5,7,9-癸四烯异辛烷334121，0001,3,5,7,9,11-十二烷基六烯异辛烷364138，0003 3，羰基化合物，羰基化合物 羰基化合物含有羰基化合物含有 C=OC=O基团。基团。 C=OC=O基团基团主要可产生主要可产生* *、 n n* * 、n n* *三个吸三个吸收带，收带， n n* *吸收带又称吸收带又称R R带，落于近紫外带，落于近紫外或紫外光区。醛

23、、酮、羧酸及羧酸的衍生物，或紫外光区。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮这类如酯、酰胺等，都含有羰基。由于醛酮这类物质与羧酸及羧酸的衍生物在结构上的差异，物质与羧酸及羧酸的衍生物在结构上的差异，因此它们因此它们n n* *吸收带的光区稍有不同。吸收带的光区稍有不同。 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* *吸吸收带，但是，收带，但是， 羧酸及羧酸的衍生物的羰基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上的碳原子直接连结含有未共用电子对的助色团，如助色团，如- -OHOH、-Cl-Cl、-OR-OR等，由于这些助等，由于这些助

24、色团上的色团上的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，轨道的能级有所提高，但这种共轭作用并不能改变但这种共轭作用并不能改变n n轨道的能级，轨道的能级，因此实现因此实现n n* * 跃迁所需的能量变大，使跃迁所需的能量变大，使n n* *吸收带蓝移至吸收带蓝移至210210nmnm左右。左右。4 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* *跃迁引起的。跃迁引起的。E E1 1带出现在带出现在180180nmnm（ MAX MAX = 60= 60，000000）；）； E E2

25、 2带出现在带出现在204204nmnm（ MAX MAX = 8= 8，000 000 ）；）；B B带出现在带出现在255255nm nm （ MAX MAX = 200= 200）。在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的系物的B B谱带有许多的精细结构，这是由于振动跃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上的叠加而引起的。在极性迁在基态电子上的跃迁上的叠加而引起的。在极性溶剂中，这些精细结构消失。当苯环上有取代基时，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显著的变化，其中影响苯的三个特征谱带都会发生显著的

26、变化，其中影响较大的是较大的是E E2 2带和带和B B谱带。谱带。 5 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，如奈、蒽、芘等，均显示稠环芳烃，如奈、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，但是与苯本身相比较，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，且强度增加。这三个吸收带均发生红移，且强度增加。随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，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。吸收强度也相应增加。 当芳环上的当芳环上的- -CHCH基团被氮原子取代基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化合物（如吡后，则相应的氮杂环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相

27、应的啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相似，即吡啶与苯相碳化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与奈相似。此外，由于引似，喹啉与奈相似。此外，由于引入含有入含有n n电子的电子的N N原子的，这类杂环原子的，这类杂环化合物还可能产生化合物还可能产生n n* *吸收带。吸收带。( (二二) ) 、无机化合物的紫外、无机化合物的紫外- -可见吸收光谱可见吸收光谱 产生无机化合物紫外、可见吸收光谱的电子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：电荷迁移跃迁和配跃迁形式，一般分为两大类：电荷迁移跃迁和配位场跃迁。位场跃迁。1.1.电荷迁移电荷迁移跃迁跃迁 无机配合物有电荷迁

28、移跃迁产生的电荷迁移无机配合物有电荷迁移跃迁产生的电荷迁移吸收光谱。吸收光谱。 在配合物的中心离子和配位体中，当一个电在配合物的中心离子和配位体中，当一个电子由配体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上子由配体的轨道跃迁到与中心离子相关的轨道上时，可产生电荷迁移吸收光谱。时，可产生电荷迁移吸收光谱。 不少过度金属离子与含生色团的试剂反应不少过度金属离子与含生色团的试剂反应所生成的配合物以及许多水合无机离子，均可所生成的配合物以及许多水合无机离子，均可产生电荷迁移跃迁。产生电荷迁移跃迁。 此外，一些具有此外，一些具有d d1010电子结构的过度元素形电子结构的过度元素形成的卤化物及硫化物，如成的卤化

29、物及硫化物，如AgBrAgBr、HgSHgS等，也是由等，也是由于这类跃迁而产生颜色。于这类跃迁而产生颜色。 电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决电荷迁移吸收光谱出现的波长位置，取决于电子给予体和电子接受体相应电子轨道的能于电子给予体和电子接受体相应电子轨道的能量差。量差。2. 配位场跃迁 配位场跃迁包括d - d 跃迁和f - f 跃迁。元素周期表中第四、五周期的过度金属元素分别含有3d和4d轨道，镧系和锕系元素分别含有4f和5f轨道。在配体的存在下，过度元素五 个能量相等的d轨道和镧系元素七个能量相等的f轨道分别分裂成几组能量不等的d轨道和f轨道。 当它们的离子吸收光能后，低能态的当它们的

30、离子吸收光能后，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态的电子可以分别跃迁至高能态的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 跃跃迁和迁和f - f f - f 跃迁。由于这两类跃迁必须跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才可能发生，因在配体的配位场作用下才可能发生，因此又称为配位场跃迁。此又称为配位场跃迁。（三）、溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响（三）、溶剂对紫外、可见吸收光谱的影响 溶剂对紫外溶剂对紫外可见光谱的影响较为复杂。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改变溶剂的极性，会引起吸收带形状的变

31、化。例如，当溶剂的极性由非极性改变到极性时，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。精细结构消失，吸收带变向平滑。 改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大改变溶剂的极性，还会使吸收带的最大吸收波长发生变化。下表为溶剂对亚异丙酮吸收波长发生变化。下表为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 CHCl3 CH3OH H2O * max/nm 230 238 237 243 n * max/nm 329 315 309 305 由上表可以看出，当溶剂的由上表可以看出，当溶剂的极性增大时，由极性增大时，由n n * * 跃迁产跃迁产生的吸收带发生

32、蓝移，而由生的吸收带发生蓝移，而由* * 跃迁产生的吸收带发生跃迁产生的吸收带发生红移。红移。 由于溶剂对电子光谱图影响很大，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。与已知化合物紫外光注明所用的溶剂。与已知化合物紫外光谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相谱作对照时也应注明所用的溶剂是否相同。在进行紫外光谱法分析时，必须正同。在进行紫外光谱法分析时，必须正确选择溶剂。确选择溶剂。 选择溶剂时注意下列几点：选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）溶剂应能很好地溶解被测试样，溶剂对溶质应该是惰性的。即所

33、成溶液应具剂对溶质应该是惰性的。即所成溶液应具有良好的化学和光化学稳定性。有良好的化学和光化学稳定性。 （2 2）在溶解度允许的范围内，尽量选择）在溶解度允许的范围内，尽量选择极性较小的溶剂。极性较小的溶剂。（3 3）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显）溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。吸收。（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

34、Ab 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： 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 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 b：液层厚度液层厚度( (光程长度光程长度) )，通常以，通常以cmcm为单位；为单位； c c：溶液的摩尔浓度，单位溶液的摩尔浓度，单位molLmolL； ：摩

35、尔吸光系数，单位摩尔吸光系数，单位LmolLmolcmcm； 或或: : Alg（I0/It)= a b c c c：溶液的浓度，单位溶液的浓度，单位gLgL a：吸光系数，单位吸光系数，单位LgLgcmcm a与与的关系为：的关系为： a =/M （M M为摩尔质量）为摩尔质量） 透光度透光度( (透光率透光率) )T T透过度透过度T 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 A与透光度与透光度T 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

36、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 1 mol/Lmol/L、液层厚液层厚度为度为1 1cmcm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 a(Lg-1cm-1(Lg-1cm-1）相当于浓度为相当于浓度为1 1 g/Lg/L、液层液层厚度为厚度为1 1cmcm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。2.2.摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论 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； 不随浓度不随浓度

37、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。在温度和波长等条件一定时，波长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关仅与吸收物质本身的性质有关； 可作为可作为定性鉴定的参数定性鉴定的参数； 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。在值是不同的。在最大吸收波长最大吸收波长maxmax处的摩尔吸光系数，常以处的摩尔吸光系数，常以max表表示。示。maxmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。 摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的

38、讨论maxmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。测定该物质的灵敏度越高。 10105 5 ： 超高灵敏；超高灵敏； =(6=(61010）10104 4 ： 高灵敏；高灵敏； 2210104 4 ： 不灵敏。不灵敏。在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1 1mol/Lmol/L、液层厚度为液层厚度为1 1cmcm时时该溶液在某一波长下的吸光度。该溶液在某一波长下的吸光度。3.3.偏离朗伯偏离朗伯比耳定律的原因比耳定律的原因 标准曲线法测定未知溶液标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲

39、（尤其当溶液浓度较发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯高时），这种现象称为对朗伯比耳定律的偏离。比耳定律的偏离。 引起这种偏离的因素（两大引起这种偏离的因素（两大类）：类）：一类是物理性因素，即一类是物理性因素，即仪器的非理想引起的；另一类仪器的非理想引起的；另一类是化学性因素。是化学性因素。（1 1）物理性因素）物理性因素 朗朗比耳定律的前提条件之一是入射光比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。为单色光。 难以获得真正的纯单色光难以获得真正的纯单色光。分光光度计。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯致对朗伯比耳定律的

40、正或负偏离。比耳定律的正或负偏离。 非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯对朗伯比耳定律的偏离，最主要的是非单比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。色光作为入射光引起的偏离。 非单色光作为入射光引起的偏离非单色光作为入射光引起的偏离 假设由波长为假设由波长为1 1和和2 2的两单色光的两单色光组成的入射光通过浓度为组成的入射光通过浓度为c c的溶液，则：的溶液，则： 1lg（o1 /t1 ）1bc 2lg(o2 /t2 ）2bc故：故： t t1 1 o o1 110101bc1bc ； t t2 2 o o2 210102bc2b

41、c式中式中o o1 1、o o2 2分别为分别为1 1、2 2 的入射光强度；的入射光强度； t t1 1、t t2 2分别为分别为1 1、2 2 的透射光强度；的透射光强度； 1 1、2 2分别为分别为1 1、2 2的摩尔吸光系数；的摩尔吸光系数； 因实际上只能测总吸光度因实际上只能测总吸光度A A总总，并不能分别，并不能分别测得测得A A1 1和和A A2 2，故故 A A总总 lglg（o o总总/ /t t总总 ) ) lg(lg(I Io o1 1o o2 2)/()/(t t1 1t t2 2） lg(lg(I Io o1 1o o2 2)/()/(o o1 110101 1bcb

42、c o o2 210102 2bcbc ）令：令： 1 1- -2 2 ；设：设：o o1 1 o o2 2A A总总 lg(2lg(2I Io o1 1)/)/t t1 1(1(11010 2 2bcbc ） = =A A + lg2 - lg(1 + lg2 - lg(11010 2 2bcbc ) )讨论讨论: : A A总总 = =A A1 1 + lg2 - lg(1 + lg2 - lg(11010 bcbc ) ) = 0= 0； 即：即：1 1= =2 2 = = 则：则： A A总总 lglg（o/o/t t）bcbc 0 0 若若 0 0 ；即即2 2 0,0, lg lg

43、（1010bcbc ）值随值随c c值增大而增大，值增大而增大，则标准曲线偏离直线向则标准曲线偏离直线向c c轴弯曲，即负偏离；轴弯曲，即负偏离；反之，则向反之，则向A A轴弯曲，即正偏离。轴弯曲，即正偏离。 很小时，即很小时，即1 12 2： 则可近似认为是单色光。在低浓度范则可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离。若浓度较高，即使围内，不发生偏离。若浓度较高，即使很小，很小， A A总总 1 1 ，且随着，且随着c c值值增大，增大， A A总总 与与A A 1 1的差异愈大，在图上则的差异愈大，在图上则表现为表现为AcAc曲线上部曲线上部( (高浓度区高浓度区) )弯曲愈弯曲愈严

44、重。故朗伯严重。故朗伯比耳定律只适用于稀溶比耳定律只适用于稀溶液。液。 为克服非单色光引起的偏离，首先应为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较平坦处。吸收曲线较平坦处。（2 2） 化学性因素化学性因素朗朗比耳定律的假定：比耳定律的假定：所有的吸光质点之所有的吸光质点之间不发生相互作用间不发生相互作用；假定只有在稀溶液；假定只有在稀溶液( (c c1010 10 2 2 mol/L mol/L 时，吸光时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影质点间可能发

45、生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。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、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。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： Cr42- 2H = Cr272- H2 溶液中溶液中CrCr4 42-2-、 CrCr2 27 72-2-的颜色不同，的颜色不同，吸光性质也不相同。故：此时溶液吸光性质也不相同。故：此时溶液pH pH

46、 对测定对测定有重要影响。有重要影响。一、基本组成一、基本组成二、分光光度计的类型二、分光光度计的类型第二节第二节 紫外紫外可见分光光度计可见分光光度计仪器仪器一、基本组成一、基本组成光源光源单色器单色器样品室样品室检测器检测器显示显示1. 1. 光源光源 在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。 可见光区：钨灯作可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范为光源，其辐射波长范围在围在3203202500 2500 nmnm。 紫外区：氢、氘灯。紫外区：氢

47、、氘灯。发射发射185185400 400 nmnm的连的连续光谱。续光谱。（动画）（动画） 2.2.单色器单色器 将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任 波长单色光的光学系统。波长单色光的光学系统。 入射狭缝：光源的光由此进入单色器；入射狭缝：光源的光由此进入单色器； 准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束； 色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；聚焦装置：透镜或聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至后所得单色

48、光聚焦至出射狭缝；出射狭缝；出射狭缝。出射狭缝。3. 3. 样品室样品室 样品室放置各种类型的吸收池样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。般用玻璃池。4. 4. 检测器检测器 利用光电效应将透过吸收池的利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。有光电池、光电管或光电倍增管。5. 5. 结果显示记录系统结果显示记录系统 检流计、数字显示、微机进行

49、检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理。仪器自动控制和结果处理。二、分光光度计的类型二、分光光度计的类型1.1.单光束单光束：简单，价廉，适于在给定波长简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。的稳定性。2.2.双光束双光束：自动记录，快速全波段扫描。自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。复杂，价格较高

50、。 3. 3.双波长双波长：将不同波长的两束单色光：将不同波长的两束单色光( (1 1、2 2) ) 快速交替通过同一吸收快速交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。无需参比池。 = =1 12 2nmnm。两波长两波长同时扫描即可获得导数光谱。同时扫描即可获得导数光谱。一、一、显色反应的选择显色反应的选择二、显色反应条件的选择二、显色反应条件的选择三、共存离子干扰的消除三、共存离子干扰的消除四、测定条件的选择四、测定条件的选择五、提高光度测定灵敏度五、提高光度测定灵敏度和选择性的途径和选择性的途径第三节第三节 显色与测量条件的选择显色与测量

51、条件的选择一、一、显色反应的选择显色反应的选择1.1.选择显色反应时，应考虑的因素：选择显色反应时，应考虑的因素： 灵敏度高、选择性高、生成物稳定、灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收，两种显色剂在测定波长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：有色物最大吸收波长之差：“对比度对比度”，要求要求 60 60nmnm。2.2.氧化还原显色反应氧化还原显色反应 某些元素的氧化态某些元素的氧化态, ,如如MnMn（）、）、CrCr（）在紫外或可见光区能强烈吸收，可利在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。定

52、。 例如：钢中微量锰的测定，例如：钢中微量锰的测定，MnMn2 2不能不能直接进行光度测定直接进行光度测定 2 Mn2 5 S2O82-8 H2O =2 MnO4 + 10SO42- 16H+ 将将MnMn2 2 氧化成紫红色的氧化成紫红色的MnOMnO4 4后后，在在525 525 nmnm处进行测定处进行测定3.3.配位显色反应配位显色反应 当金属离子与有机显色剂形当金属离子与有机显色剂形成配合物时，通常会发生电荷转成配合物时，通常会发生电荷转移跃迁，产生很强的紫外移跃迁，产生很强的紫外可见可见吸收光谱。吸收光谱。4.4.显色剂显色剂无机显色剂无机显色剂： 硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种

53、。硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。有机显色剂有机显色剂：种类繁多：种类繁多 偶氮类显色剂：本身是有色物质，生成偶氮类显色剂：本身是有色物质，生成配合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳配合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂大等优点，应用最广泛。偶氮胂、PARPAR等。等。 三苯甲烷类：三苯甲烷类： 铬天青铬天青S S、二甲酚橙等、二甲酚橙等二、显色反应条件的选择二、显色反应条件的选择1.1.显色剂用量显色剂用量 吸光度吸光度A A与显色剂用量与显色剂用量C CR R的关系会出现如的关系会出现

54、如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。2.2.反应体系的酸度反应体系的酸度 在相同实验条件下，分别测定不同在相同实验条件下，分别测定不同pHpH值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pHpH范围。范围。3.3.显色时间与温度显色时间与温度 实验确定实验确定4.4.溶剂溶剂 一般尽量采用水相测定一般尽量采用水相测定三、共存离子干扰的消除三、共存离子干扰的消除v1. 1.加入掩蔽剂：加入掩蔽剂：选择掩蔽剂的原则选择掩蔽剂的原则是：是： 掩蔽剂不与待测组分反应；掩

55、蔽剂不与待测组分反应； 掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。物不干扰待测组分的测定。 例：测定例：测定TiTi4 4，可加入可加入H H3 3POPO4 4掩蔽掩蔽剂使剂使FeFe3+3+( (黄色黄色) )成为成为Fe(POFe(PO) )2 23-3-( (无色无色) )，消除，消除FeFe3+3+的干扰；又如的干扰；又如用铬天菁用铬天菁S S光度法测定光度法测定AlAl3+3+时，加时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将入抗坏血酸作掩蔽剂将FeFe3+3+还原还原为为FeFe2+2+，消除消除FeFe3+3+的干扰。的干扰。v2.2.选择适

56、当的显色反应条选择适当的显色反应条件件v3. 3.分离干扰离子分离干扰离子四、测定条件的选择四、测定条件的选择1.1.选择适当的入射波长选择适当的入射波长 一般应该选择一般应该选择maxmax为入射光波长。但如为入射光波长。但如果果maxmax处有共存组分干扰时，则应考虑选择处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。灵敏度稍低但能避免干扰的入射光波长。 2.2.选择合适的参比溶液选择合适的参比溶液为什么需要使用参比溶液？为什么需要使用参比溶液？ 测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。强度。参比溶液的选择一般遵循以下原则：参比溶液的选

57、择一般遵循以下原则： 若仅待测组分与显色剂反应产物在测定若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水纯溶剂（水) )作参比溶液；作参比溶液； 若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，用收，而试液本身无吸收，用“试剂空白试剂空白”(”(不不加试样溶液加试样溶液) )作参比溶液；作参比溶液； 若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收，则可用无吸收，则可用“试样空白试样空白”(”(不加显色剂不加显色剂) )作作参比溶液

58、；参比溶液； 若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分收，则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。3.3.控制适宜的吸光度（读数范围）控制适宜的吸光度（读数范围） 不同的透光度读数，产生的误差大小不同：不同的透光度读数，产生的误差大小不同： lglgT T= =bcbc微分：微分：dlgdlgT T0.434dln0.434dlnT T= - 0.434= - 0.434T T-1-1 d dT T= =bb d dc c两式相除得：两式相除得： d dc

59、 c/ /c c= = （ 0.434 / 0.434 / T TlglgT T ）d dT T 以有限值表示可得：以有限值表示可得： c c/ /c c= =（0.434/0.434/T TlglgT T）T T 浓度测量值的相对误差浓度测量值的相对误差（c c / /c c）不仅与仪器的透光度不仅与仪器的透光度误差误差T T有关，而且与其透光度有关，而且与其透光度读数读数T T 的值也有关。的值也有关。 是否存在最佳读数范围？何是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？值时误差最小？最佳读数范围与最佳值最佳读数范围与最佳值设：设：T T=1%=1%，则可绘出溶液浓度相对误差则可绘出溶液浓度相对

60、误差c c/ /c c与其透光度与其透光度T T 的关系曲线。的关系曲线。如图所示：如图所示：当：当：T T =1%=1%，T T在在20%20%65%65%之间时，浓度之间时，浓度相对误差较小，最佳读数范围相对误差较小，最佳读数范围。 用仪器测定时应尽量使溶液透光用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在度值在T T%=20%=206565( (吸光度吸光度A A=0.70=0.700.20)0.20)。 可求出浓度相对误差最小时的透光度可求出浓度相对误差最小时的透光度T Tminmin为：为： T Tminmin36.8%, 36.8%, A Aminmin0.4340.434五、提高光度测定灵敏