第二章紫外可见分光光度法

1、第二章紫外可见分光光度法&qqqqq朗伯比耳定律、朗伯比耳定律、。朗伯比耳定律。朗伯比耳定律。第一章第一章分光光度分析分光光度分析(Vis-UV Spectrophotometry)第二章 紫外可见分光光度法 分光光度法是根据物质的吸收光谱和光的吸收定律，对物质进行定量、定性分析的一种仪器分析方法。 根据测定时所选用的光源：可见分光光度法(400800nm) 紫外分光光度法(200400 nm)红外分光光度法(800nm50m) 11.定性分析各种物质具有各自不同的分子、原子和不同的分子空间结构，其吸收光能量的情况也就不会相同，因此，每种物质就有其特有的、固定的吸收光谱曲线2纯度的鉴定 用紫外

2、吸收光谱确定试样的纯度是比较方便的。如果一化合物在紫外区没有吸收峰，而其杂质有较强吸收，就可方便的检出该化合物中的痕量杂质。3结构分析 紫外-可见吸收光谱一般不用于化合物的结构分析，但利用紫外吸收光谱鉴定化合物中的共轭结构和芳环结构还是有一定价值。应用5第一节第一节 紫外可见分光光度计的构造紫外可见分光光度计的构造v分光光度计工作原理：v 采用一个可以产生多个波长的装置，通过系列分光装置，得到一束平行的波长范围很窄的单色光，透过一定厚度的试样溶液后，部分光被吸收，剩余的光照射到光电元件上，产生光电流，在仪器上可读取相应的吸光度或透光率，完成测定。一紫外可见分光光度计的基本组成光源光源单色器单色

3、器吸收池吸收池检测器检测器读出系统读出系统1光源 在所需光谱区域内发射连续的、足够强度、稳定的辐射光。 可见区：钨灯；紫外区：氢灯、氘灯 通常用通常用612 V钨丝灯作可见光区的光源，最适宜的钨丝灯作可见光区的光源，最适宜的使用范围在使用范围在360800nm。光源应该稳定，即要求电源电。光源应该稳定，即要求电源电压保持稳定。为此，通常在仪器内同时配有电源稳压器。压保持稳定。为此，通常在仪器内同时配有电源稳压器。 /nm钨灯（钨灯（热辐射光源热辐射光源）40040060060080080010001000氙灯（氙灯（气体放电光源气体放电光源）氢灯氢灯强度强度氙灯氙灯氢灯氢灯钨灯钨灯色散原理：色

4、散原理：依据不同波长光通过棱镜时折射率不同分光依据不同波长光通过棱镜时折射率不同分光入射狭缝入射狭缝准直透镜准直透镜棱镜棱镜聚焦透镜聚焦透镜出射狭缝出射狭缝白光白光红红紫紫1 12 2800 600 5004002单色器单色器是将光源发出的连续光谱分解为单色光的装置。单色器由棱镜或光栅等色散元件及狭缝和透镜等组成。其中色散元件是关键部件。 棱镜是根据光的折射原理而将复合光色散为不同波长的棱镜是根据光的折射原理而将复合光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过一个很窄的狭缝照射到单色光，然后再让所需波长的光通过一个很窄的狭缝照射到吸收池上。它由玻璃或石英制成。玻璃棱镜用于可见光范围，吸收

5、池上。它由玻璃或石英制成。玻璃棱镜用于可见光范围，石英棱镜则在紫外和可见光范围均可使用。石英棱镜则在紫外和可见光范围均可使用。光栅：光栅：在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条在镀铝的玻璃表面刻有数量很大的等宽度等间距条痕痕(600、1200、2400条条/mm )。M1M2出出射射狭狭缝缝光屏光屏透透镜镜平面透平面透射光栅射光栅光栅衍射示意图光栅衍射示意图原理：原理：利用光通过光栅时利用光通过光栅时发生衍射和干涉现象而分光发生衍射和干涉现象而分光. 光栅是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不同波长的光栅是根据光的衍射和干涉原理将复合光色散为不同波长的单色光，然后再让所需波长的光通过狭

6、缝照射到吸收池上。单色光，然后再让所需波长的光通过狭缝照射到吸收池上。它的分辨率比棱镜大，可用的波长范围也较宽。它的分辨率比棱镜大，可用的波长范围也较宽。v入射狭缝：光源的光由此进入单色器，用于限制杂散入射狭缝：光源的光由此进入单色器，用于限制杂散光进入单色器光进入单色器 v 准直镜：透镜或凹面反射镜，使入射光成为平行光束准直镜：透镜或凹面反射镜，使入射光成为平行光束 v色散元件：棱镜或光栅，将复合光分解成单色光色散元件：棱镜或光栅，将复合光分解成单色光v准直镜：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至准直镜：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝出射狭缝 v出射狭缝：用于限制通

7、带宽度出射狭缝：用于限制通带宽度3吸收池吸收池也称比色皿，用于盛放参比溶液或待测溶液。它是由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同、厚度相等的玻它是由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同、厚度相等的玻璃制成的，按其厚度分为璃制成的，按其厚度分为0.5 cm，1 cm，2 cm，3 cm和和5 cm。在可见光区测量吸光度时使用玻璃吸收池，紫外区。在可见光区测量吸光度时使用玻璃吸收池，紫外区则使用石英吸收池。使用比色皿时应注意保持清洁、透明，则使用石英吸收池。使用比色皿时应注意保持清洁、透明，避免磨损透光面。避免磨损透光面。 使用时注意点使用时注意点4检测器检测器 检测器的作用是接受从比色皿发出的透射光并转换成

8、电信检测器的作用是接受从比色皿发出的透射光并转换成电信号进行测量。分为光电管和光电倍增管。号进行测量。分为光电管和光电倍增管。 光电管是一个真空或充有少量惰性气体的二极管。阴光电管是一个真空或充有少量惰性气体的二极管。阴极是金属做成的半圆筒，内侧涂有光敏物质，阳极为一金极是金属做成的半圆筒，内侧涂有光敏物质，阳极为一金属丝。光电管依其对光敏感的波长范围不同分为红敏和紫属丝。光电管依其对光敏感的波长范围不同分为红敏和紫敏两种。红敏光电管是在阴极表面涂银和氧化铯，适用波敏两种。红敏光电管是在阴极表面涂银和氧化铯，适用波长范围为长范围为6251 000nm；紫敏光电管是阴极表面涂锑和铯，；紫敏光电管

9、是阴极表面涂锑和铯，适用波长范围为适用波长范围为200625nm。 光电倍增管是由光电管改进而成的，管中有若干个称光电倍增管是由光电管改进而成的，管中有若干个称为倍增极的附加电极。因此，可使光激发的电流得以放大，为倍增极的附加电极。因此，可使光激发的电流得以放大，一个光子约产生一个光子约产生106107个电子。它的灵敏度比光电管高个电子。它的灵敏度比光电管高200多倍。适用波长范围为多倍。适用波长范围为160700 nm。光电倍增管在现。光电倍增管在现代的分光光度计中被广泛采用。代的分光光度计中被广泛采用。 5显示装置显示装置 显示装置的作用是把放大的信号以吸光度显示装置的作用是把放大的信号以

10、吸光度A或透光或透光率率T的方式显示或记录下来。分光光度计常用的显示装的方式显示或记录下来。分光光度计常用的显示装置是检流计、微安表、数字显示记录仪。置是检流计、微安表、数字显示记录仪。二、紫外可见分光光度计类型二、紫外可见分光光度计类型1. 单光束分光光度计单光束分光光度计2. 双光束分光光度计双光束分光光度计3. 双波长分光光度计双波长分光光度计721分光光度计分光光度计0.5750.575光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器显示显示单波长单光束分光光度计单波长单光束分光光度计简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，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

11、全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性，且操作麻烦，任一波长的光均要用参很高的稳定性，且操作麻烦，任一波长的光均要用参比调比调T=100T=100后，再测样品后，再测样品仪器仪器 可见分光光度计双光束分光光度计双光束分光光度计自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵 敏敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂， 价格价格较高。较高。仪器仪器 紫外-可见分光光度计v双波长分光光度计双波长分光光度计光源单色器单色器切光源

12、检测器吸收池不需要参比溶液；可以消除背景吸收干扰；适合多组分混合物、不需要参比溶液；可以消除背景吸收干扰；适合多组分混合物、浑浊试样的定量分析，可进行导数光谱分析。价格昂贵浑浊试样的定量分析，可进行导数光谱分析。价格昂贵三、仪器使用基本流程v紫外可见分光光度计1、分光光度计的保养与维护2、操作的注意事项3、定性分析依据？ 定量依据？定性分析基础定性分析基础定量分析基础定量分析基础物质对光的选择性吸收物质对光的选择性吸收在一定实验条件下在一定实验条件下, AcA c增增大大AB )(maxA)(maxBA 第二节第二节 紫外可见分光光度法的定性分紫外可见分光光度法的定性分析析1分子吸收光谱的产生

13、 当一束光照射到某物质或某溶液时，组成该物质的分子、原子或离子等粒子与吸光子作用，光子的能量发生转移，使这些粒子由低能量轨道跃迁到高能量轨道，即由基态转变为激发态。M(基态) + h M*(激发态)M(基态) + h M*(激发态)这个过程即是物质对光的吸收。由于分子、原子或离子的能级是量子化的，不连续的，只有光子的能量(h)与被照射物质粒子的基态和激发态能量之差(E)相等时，才能被吸收。不同物质的基态和激发态的能量差不同，选择吸收光子的能量也不同，即吸收的波长不同。2、光的种类具有单一波长的光叫单色光，比如红光，蓝光等。 由不同波长的光组成的光叫复色光。比如日光等 如果两种适当颜色的单色光按

14、适当的强度比例混合能得到白光，则这两种颜色的光叫做互补色光。互补色光紫紫红红橙橙黄黄绿绿青青蓝蓝青蓝青蓝白光溶液的颜色溶液的颜色KMnO绿光紫色紫色2、吸收光谱曲线、吸收光谱曲线溶液的光吸收曲线溶液的光吸收曲线最大吸收波长最大吸收波长 maxKMnO4溶液的溶液的 max=525nm max / nm吸吸收收强强度度吸吸收收强强度度特点: 具有最大吸收波长。不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似，max不变。但是不同物质，其吸收曲线形状和max不一样，所以可作为定性分析的依据。 不同浓度的同一种物质，在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，测定的灵敏度最高，所以通常选取在max处测量。v3、常

15、用术语v1）生色团：）生色团：含有键的不饱和基团，简单的生色团由双键或三键组成（如乙烯基、乙炔基等）v2）助色团：）助色团：本身没有生色功能（不能吸收波长大于200nm的光），但当与生色团连接时，有增强生色团生色能力的基团（如OH，NH2，NHR等）3）蓝移（或紫移）：指吸收峰向短波长方向移动，）蓝移（或紫移）：指吸收峰向短波长方向移动， 红移：指吸收峰向长波长方向移动。红移：指吸收峰向长波长方向移动。 吸收峰强度变化包括增色效应和减色效应。前者指吸收峰强度变化包括增色效应和减色效应。前者指吸收强度增加，后者指吸收强度减小。各种因素对吸收吸收强度增加，后者指吸收强度减小。各种因素对吸收谱带的影

16、响结果下图谱带的影响结果下图 4、常见有机化合物的紫外可见吸收光谱、常见有机化合物的紫外可见吸收光谱（1）270-750nm 无吸收峰。饱和化合物，单烯。无吸收峰。饱和化合物，单烯。（2） 270-350 nm有吸收峰（有吸收峰（=10-100L/（mol*cm），），n* 跃迁，跃迁，含有一个简单的非共轭且含有含有一个简单的非共轭且含有n电子的生色团电子的生色团（3） 250-300 nm 有中等强度的吸收峰有中等强度的吸收峰,（=200-2000L /（mol*cm ），如苯环。），如苯环。（4） 210-250 nm有强吸收峰，表明可能含有有强吸收峰，表明可能含有2个共轭双键；在个共轭双

17、键；在260nm,300 nm,330 nm有强吸收峰，说明是有强吸收峰，说明是3个或个或3个以上双键的个以上双键的共轭体系。共轭体系。 （5)若吸收峰延伸至可见光区，则可能是长链共轭或稠环化合物若吸收峰延伸至可见光区，则可能是长链共轭或稠环化合物v一、朗伯-比尔定律v v 朗伯-比尔定律是说明物质对单色光吸收的强弱与吸光物质的浓度和液层厚度间关系的定律第三节第三节 紫外可见分光光度法的定量紫外可见分光光度法的定量分析分析1、透光率和吸光度入射光强度I0，吸收光强度Ia，透过光强度It， 反射光强度为IrI0 Ia + It + Ir被测溶液和参比溶液的吸收池同样材料和厚度，反射光强度影响相互

18、抵消，上式简化为I0 Ia + It 透射光的强度 It与入射光的强度I0的 比值称为透光率(T)透光率愈大，溶液对光的吸收愈少。透光率的负对数称为 吸光度(A)吸光度愈大，溶液对光的吸收愈多。1760 年， Lambert 指出：一束平行单色光通过有色溶液后，光的吸收程度与溶液液层的厚度成正比。A = k1 b1852年，Beer 指出：一束平行单色光通过有色溶液后，光的吸收程度与溶液的浓度成正比。A = k2 c将 Lambert 定律和 Beer 定律合并起来，就得到 Lambert-Beer定律。A = K b c2、光的吸收定律、光的吸收定律(Lambert-Beer定律定律)A =

19、 K b c c：物质的量浓度(mol L-1)b：为液层厚度(cm) K:吸光系数。v应用的条件：v入射光必须是单色光；v吸收发生在稀的均匀的介质中；v吸收过程中，吸收物质互相不发生作用。3、吸光系数 其数值的大小，与物质的性质、入射光波长、溶剂种类及溶液温度等因素有关。当波长等其他因素一定时，只与物质的性质有关。 两种表示方法： a：质量吸光系数(Lg-1cm-1) ； ：摩尔吸光系数(Lmol-1cm-1)。特点：v不随浓度和液层厚度的改变而改变，作为定性鉴别的参数；v在 max处的摩尔吸光系数，常用max表示，。不同物质的vmax有时可能相同，但max不一定相同，作为定性的依据；vma

20、x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例：Cd2+浓度为140 umol L-1 ，双硫腙法显色测定波长为520nm，液层厚度2cm，吸光度为0.22，求 和T。解：(1)A = b c 0.22 = 2 140 10-6 = 785.7 L mol-1 cm-1(2) A =lgT = 0.22lgT = 0.22T = 100.22 = 0.60 = 60%例例 一有色溶液的浓度为一有色溶液的浓度为c mol/L，透光率为，透光率为T 。求浓度为原来的求浓度为原来的1/2时，透光率为多少？时，透光率为多少？解：解： T = 10 - bc c T 例例 有色溶液的液

21、层厚度增加一倍后，透光率和吸光有色溶液的液层厚度增加一倍后，透光率和吸光度的改变为多少？度的改变为多少？解：解： T = 10 - bc b T A 1/2cT 1/2T2 2A2b4、对朗伯、对朗伯比耳定律的偏离比耳定律的偏离v标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯为对朗伯比耳定律的偏离。比耳定律的偏离。v 引起这种偏离的因素（两大类）：引起这种偏离的因素（两大类）：v （1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；）物理性因素，即仪器的非理想引

22、起的；v （2）化学性因素。）化学性因素。1.非单色光引起的偏离非单色光引起的偏离abA2A1A3A4 1 2 3A正偏离正偏离负偏离负偏离Ac标准曲线标准曲线非单色光的影响非单色光的影响（1）物理性因素物理性因素 单色光不纯，导致负偏差。单色光不纯，导致负偏差。 散射光的影响，胶体、乳浊液或悬浊液由散射光的影响，胶体、乳浊液或悬浊液由于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂于散射的作用使吸光度增大，或入射光不是垂直通过比色皿（直通过比色皿（非平行入射光非平行入射光）产生正偏差）产生正偏差为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器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

23、应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且吸收曲线较此外还应将入射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。平坦处。(2) (2) 化学性因素化学性因素吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生负偏差，吸光质点的相互作用，浓度较大时，产生负偏差， 朗朗伯伯-比尔定律只适合于稀溶液（比尔定律只适合于稀溶液（C 12 Fe(OH)3 沉淀pH1pHpH2选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区ApH五五.干扰离子的影响及其消除方法干扰离子的影响及其消除方法A、控制溶液酸度、控制溶液酸度B、加入掩蔽剂、加入掩蔽剂C、利用氧化还原反应，改变干扰离子的价态、利用氧化还原反

24、应，改变干扰离子的价态D、利用校正系数、利用校正系数E、利用参比溶液、利用参比溶液F、选择适当的波长、选择适当的波长G、增加显色剂用量、增加显色剂用量H、采用适当的分离方法，分离干扰离子、采用适当的分离方法，分离干扰离子 E.参比溶液参比溶液(空白溶液空白溶液)在测定时用空白溶液调节仪器在测定时用空白溶液调节仪器A=0(T =100%),以消除溶液中其它物质的干扰以消除溶液中其它物质的干扰,抵消比色抵消比色皿对光反射、吸收皿对光反射、吸收.1)溶剂参比溶剂参比 试液、试剂、显色剂均无色试液、试剂、显色剂均无色(无吸收无吸收) 则可用溶剂如纯水作参比溶液则可用溶剂如纯水作参比溶液. 2)试剂参比

25、试剂参比 试液无色试液无色, 显色剂或其它试剂有色显色剂或其它试剂有色(有吸有吸收收), 则应选试剂空白则应选试剂空白.3)试液参比试液参比 试剂、显色剂均无色试剂、显色剂均无色(无吸收无吸收),试液试液中其它组分有色中其它组分有色, 则应采用不加显色则应采用不加显色剂的试液作参比溶液剂的试液作参比溶液.v选择参比溶液的总原则是选择参比溶液的总原则是:使试液的吸光使试液的吸光度能真正反映待测组分的浓度度能真正反映待测组分的浓度.22:20:29例例1取咖啡酸，在取咖啡酸，在165干燥至恒重，精密称取干燥至恒重，精密称取10.00mg，加少量，加少量乙醇溶解，转移至乙醇溶解，转移至200mL容量

26、瓶中，加水至刻度线，取此溶容量瓶中，加水至刻度线，取此溶 液液5.00mL，置于，置于50mL容量瓶中，加容量瓶中，加6mol/L的的HCL 4mL，加水至刻度，加水至刻度线。取此溶液于线。取此溶液于1cm比色池中，在比色池中，在323nm处测定吸光度为处测定吸光度为0.463，已，已知该波长处的知该波长处的 ，求咖啡酸百分含量。，求咖啡酸百分含量。解：解：1 1、双光束分光光度计与单光束分光光度计相比，其突、双光束分光光度计与单光束分光光度计相比，其突出优点是出优点是 ( )( )(1) (1) 可以扩大波长的应用范围可以扩大波长的应用范围(2) (2) 可以采用快速响应的检测系统可以采用快

27、速响应的检测系统(3) (3) 可以抵消吸收池所带来的误差可以抵消吸收池所带来的误差(4) (4) 可以抵消因光源的变化而产生的误差可以抵消因光源的变化而产生的误差1 1、双光束分光光度计与单光束分光光度计相比，其突出优、双光束分光光度计与单光束分光光度计相比，其突出优点是点是 ( )( )(1) (1) 可以扩大波长的应用范围可以扩大波长的应用范围(2) (2) 可以采用快速响应的检测系统可以采用快速响应的检测系统(3) (3) 可以抵消吸收池所带来的误差可以抵消吸收池所带来的误差(4) (4) 可以抵消因光源的变化而产生的误差可以抵消因光源的变化而产生的误差2 2、双波长分光光度计的输出信

28、号是、双波长分光光度计的输出信号是 ( )( )(1) (1) 试样吸收与参比吸收之差试样吸收与参比吸收之差(2) (2) 试样在试样在 1 1和和 2 2处吸收之差处吸收之差(3) (3) 试样在试样在 1 1和和 2 2处吸收之和处吸收之和(4) (4) 试样在试样在 1 1的吸收与参比在的吸收与参比在 2 2的吸收之差的吸收之差 3 3、物质的颜色是由于选择性地吸收了白光中的某些波、物质的颜色是由于选择性地吸收了白光中的某些波长所致，长所致，CuSOCuSO4 4 溶液呈蓝色是由于它吸收了白光中的溶液呈蓝色是由于它吸收了白光中的（ ） (1) (1) 蓝色光蓝色光 (2) (2) 绿色光

29、绿色光 (3) (3) 黄色光黄色光 (4) (4) 红色光红色光2 2、双波长分光光度计的输出信号是、双波长分光光度计的输出信号是 ( )( )(1) (1) 试样吸收与参比吸收之差试样吸收与参比吸收之差(2) (2) 试样在试样在 1 1和和 2 2处吸收之差处吸收之差(3) (3) 试样在试样在 1 1和和 2 2处吸收之和处吸收之和(4) (4) 试样在试样在 1 1的吸收与参比在的吸收与参比在 2 2的吸收之差的吸收之差 3 3、物质的颜色是由于选择性地吸收了白光中的某些波、物质的颜色是由于选择性地吸收了白光中的某些波长所致，长所致，CuSOCuSO4 4 溶液呈蓝色是由于它吸收了白

30、光中的溶液呈蓝色是由于它吸收了白光中的（ ） (1) (1) 蓝色光蓝色光 (2) (2) 绿色光绿色光 (3) (3) 黄色光黄色光 (4) (4) 红色光红色光2 2、双波长分光光度计的输出信号是、双波长分光光度计的输出信号是 ( )( )(1) (1) 试样吸收与参比吸收之差试样吸收与参比吸收之差(2) (2) 试样在试样在 1 1和和 2 2处吸收之差处吸收之差(3) (3) 试样在试样在 1 1和和 2 2处吸收之和处吸收之和(4) (4) 试样在试样在 1 1的吸收与参比在的吸收与参比在 2 2的吸收之差的吸收之差 3 3、物质的颜色是由于选择性地吸收了白光中的某些波、物质的颜色是由于选择性地吸收了白光中的某些波长所致，长所致，CuSOCuSO4 4 溶液呈蓝色是由于它吸收了白光中的溶液呈蓝色是由于它吸收了白光中的（ ） (1) (1) 蓝