紫外吸收光谱法应用

1、紫外紫外- -可见分子吸收光谱法可见分子吸收光谱法(UV-VIS spectrometry)(UV-VIS spectrometry)第一节第一节 概述概述一、分子吸收光谱分析的发展概况一、分子吸收光谱分析的发展概况可见可见- -紫外紫外- -红外红外目视比色目视比色- -光电比色光电比色- -分光光度分光光度光声光谱光声光谱- -长光程吸收光谱长光程吸收光谱- -传感器传感器二、分子吸收光谱的分类和特征二、分子吸收光谱的分类和特征q紫外紫外-可见可见电子光谱电子光谱 Ee =1 - 20 eVq红外红外振动光谱振动光谱0.05-1q远红外远红外转动光谱转动光谱0.005-0.05电磁波区域电

2、磁波区域电磁波可分为高频、中频及低频区。高频对应放射线（电磁波可分为高频、中频及低频区。高频对应放射线（g g射线，射线，C C射线），涉及原子核，内层电子；而中等频率指射线），涉及原子核，内层电子；而中等频率指紫外紫外-可见光，近红外、中红外和远红外光，涉及外层电可见光，近红外、中红外和远红外光，涉及外层电子能级的跃迁，振动及转动。低频指电波（微波，无线子能级的跃迁，振动及转动。低频指电波（微波，无线电波），涉及转动，电子自旋，核自旋等。电波），涉及转动，电子自旋，核自旋等。 光的本质是电磁辐射，光的基本特性是光的本质是电磁辐射，光的基本特性是波粒二象性波粒二象性(wave and corp

3、uscle duality)。 光的波动性是指光可以用互相垂直的、以正弦波振荡的电光的波动性是指光可以用互相垂直的、以正弦波振荡的电场和磁场表示。场和磁场表示。电磁波具有速度、方向、波长、振幅和偏振面等。电磁波具有速度、方向、波长、振幅和偏振面等。光可有自然光、偏振光（线偏振或园偏振）、连续波、调光可有自然光、偏振光（线偏振或园偏振）、连续波、调制波、脉冲波等。制波、脉冲波等。 电磁辐射的特性电磁辐射的特性物质具有能量，是诱电体。物质与光的作用可看成是光物质具有能量，是诱电体。物质与光的作用可看成是光子对能量的授受，即子对能量的授受，即 hn=E1-E0，该原理广泛应用于光谱，该原理广泛应用于

4、光谱解析。解析。电磁辐射与物质的作用本质是物质吸收光能后发生跃迁。电磁辐射与物质的作用本质是物质吸收光能后发生跃迁。跃迁是指物质吸收光能后自身能量的改变。跃迁是指物质吸收光能后自身能量的改变。因这种改变是量子化的，故称为跃迁。因这种改变是量子化的，故称为跃迁。不同波长的光，能量不同，跃迁形式也不同，因此有不不同波长的光，能量不同，跃迁形式也不同，因此有不同的光谱分析法。同的光谱分析法。 电磁辐射与物质的相互作用电磁辐射与物质的相互作用谱图的三要素谱图的三要素一般进行光谱分析时，要同时注意谱图的位置（能量）、一般进行光谱分析时，要同时注意谱图的位置（能量）、强度（跃迁几率）、波宽这三个要素，才能

5、得出正确的结强度（跃迁几率）、波宽这三个要素，才能得出正确的结论。论。远紫外远紫外紫外紫外可见可见红外红外远红外远红外10200nm200380nm380780nm0.7550m50250 m分子外层价电子跃迁分子外层价电子跃迁分子外层价电子跃迁分子外层价电子跃迁分子外层价电子跃迁分子外层价电子跃迁分子中原子的振动分子中原子的振动分子的转动分子的转动远紫外吸收远紫外吸收紫外吸收紫外吸收可见吸收可见吸收红外吸收红外吸收远红外吸收远红外吸收光谱类型光谱类型分子运动形式分子运动形式波波 长长光谱区域光谱区域分子内部运动分子内部运动 价电子运动、分子内原子在平衡附近的振动、价电子运动、分子内原子在平衡

6、附近的振动、分子作为整体绕其重心的转动。分子作为整体绕其重心的转动。分子能级分子能级 电子能级、振动能级、转动能级电子能级、振动能级、转动能级分子总能量分子总能量 E=Ee+Ev+Er当分子吸收一定能量的电磁辐射时，分子由较当分子吸收一定能量的电磁辐射时，分子由较低的能级低的能级E1 跃迁到较高的能级跃迁到较高的能级E2，吸收辐射的，吸收辐射的能量与分子的这两个能级的能量差相等。能量与分子的这两个能级的能量差相等。 E=E2-E1=h=hc/ 由于三种能级之间的差值很小，不能区分开，由于三种能级之间的差值很小，不能区分开，得到的得到的分子光谱为带光谱分子光谱为带光谱。由于三种能级跃迁所由于三种

7、能级跃迁所需要能量不同需要能量不同，所以需要，所以需要吸收吸收不同波长的电磁辐射不同波长的电磁辐射使产生跃迁，所产生使产生跃迁，所产生的光谱应在不同的光学区域。的光谱应在不同的光学区域。 eeE Ea b cRoRoRoVoV1EoE1E电子能级电子能级V振动能级振动能级R转动能级转动能级分子在吸收过程中发生电子能级跃迁的同时伴随振动分子在吸收过程中发生电子能级跃迁的同时伴随振动能级和转动能级的能量变化。能级和转动能级的能量变化。原子对电磁辐射的吸收只涉及原子核外电子能量的变原子对电磁辐射的吸收只涉及原子核外电子能量的变化，是一些分离的化，是一些分离的特征锐线，特征锐线，而分子的吸收光谱是由成

8、而分子的吸收光谱是由成千上万条彼此靠得很紧的谱线组成，看起来是千上万条彼此靠得很紧的谱线组成，看起来是一条连续一条连续的吸收带。的吸收带。溶液中相邻分子间的碰撞导致分子各种能级的细微变溶液中相邻分子间的碰撞导致分子各种能级的细微变化，也会引起谱带的进一步加宽和汇合。当分子由气态化，也会引起谱带的进一步加宽和汇合。当分子由气态变为溶液时，一般会失去振动精细结构变为溶液时，一般会失去振动精细结构 分子的电子光谱的特点：分子的电子光谱的特点：q在波长范围内按一定强度分布的谱带在波长范围内按一定强度分布的谱带带光谱带光谱q 波长位于波长位于紫外紫外-可见区可见区物质的紫外吸收光谱决定于分子中物质的紫外

9、吸收光谱决定于分子中价电子的跃迁价电子的跃迁，因此分子，因此分子的组成不同，特别是价电子性质不同，则产生吸收光谱也不的组成不同，特别是价电子性质不同，则产生吸收光谱也不用。用。三、分子吸收光谱的特点三、分子吸收光谱的特点q可进行分子的定性和定量分析可进行分子的定性和定量分析q可用于一些物理化学常数的测定（如平可用于一些物理化学常数的测定（如平衡常数等）衡常数等）q仪器结构简单、价格便宜仪器结构简单、价格便宜q应用范围广泛（无机离子、有机化合物、应用范围广泛（无机离子、有机化合物、生物大分子分析等）生物大分子分析等）一、吸收光谱与分子结构一、吸收光谱与分子结构1、有机化合物的吸收光谱、有机化合物

10、的吸收光谱根据分子轨道理论，分子中的电子轨道有根据分子轨道理论，分子中的电子轨道有 n、 和和 三种三种 * *n第二节第二节 紫外紫外-可见分子吸收光谱的理论基础可见分子吸收光谱的理论基础反键轨道非键轨道成键轨道 *跃迁跃迁 能量很大能量很大 吸收光谱在真空紫外区吸收光谱在真空紫外区 多为饱和烃多为饱和烃甲烷甲烷125 nm乙烷乙烷135 nmn * 跃迁跃迁 所需能量小于所需能量小于 *跃迁（跃迁（150-250 nm） 含有未共用电子对（含有未共用电子对（n电子）原子的饱和化合物都可发生电子）原子的饱和化合物都可发生跃迁的摩尔吸光系数比较小，一般在跃迁的摩尔吸光系数比较小，一般在100-

11、3000 L / mol cm化合物化合物 max maxH2O1671480CH3OH184150CH3Cl173200(CH3)2O1842520 * 和和 n * 跃迁跃迁 * 和和 n * 跃迁能量低（跃迁能量低（200 nm） 含有不饱和键的有机分子易发生这类跃迁含有不饱和键的有机分子易发生这类跃迁 C=C C=C ; N=N ; C=O 有机化合物的紫外有机化合物的紫外-可见吸收光谱分析多以这两类可见吸收光谱分析多以这两类跃迁为基础跃迁为基础 * 比比 n * 跃迁几率大跃迁几率大 100-1000 倍倍 *跃迁吸收强，跃迁吸收强， 104 n * 跃迁吸收弱，跃迁吸收弱， 500

12、生色团生色团 含有含有 键不饱和官能团，能进行键不饱和官能团，能进行n * 、 * 含碳碳双、三键，碳氧双键，氮氮双键基团。含碳碳双、三键，碳氧双键，氮氮双键基团。助色团助色团 基团本身无色，但能增强生色团颜色基团本身无色，但能增强生色团颜色为含有为含有n电子，电子， n *，且能与，且能与 电子作用，产生电子作用，产生n 共轭。共轭。-OH、-NH2、-SH、-SO3H红移和紫移红移和紫移 因取代基或溶剂的改变，使吸收带的最大吸收因取代基或溶剂的改变，使吸收带的最大吸收波长发生移动。向长波长方向移动为红移，向短波长方向移动波长发生移动。向长波长方向移动为红移，向短波长方向移动为紫移。为紫移。

13、CH4 * 150210nmCH3I n* 259 nmCH2I2 n* 292nmCHI3 n* 349nm生生色色团团 max(nm) max(l/moL.cm)跃跃迁迁类类型型1758000 *1909000 *280190160202000n *n * *20441 n *20550 n *500240109000 n *34024010n *n *CCCCCOCOOH COORCSNN影响紫外影响紫外-可见光谱的因素可见光谱的因素 共轭效应：共轭效应： 电子共轭体系增大，波长红移、电子共轭体系增大，波长红移、吸收增强；吸收增强； 取代基影响取代基影响：能够引起能够引起 电子永久性转移

14、的取电子永久性转移的取代基使波长红移（助色团）；代基使波长红移（助色团）； 溶剂影响：溶剂影响：一般情况下分子的激发态极性大于一般情况下分子的激发态极性大于基态，因此溶剂极性增大有利于激发态稳定，基态，因此溶剂极性增大有利于激发态稳定，能量降低，波长红移。能量降低，波长红移。OHCCH3ONO2HOHOO2NHONO2max185nm204nm210nm270nm240nm270nm328nm278.5nm273.5nm317.5nmmax取代基的影响：取代基的影响：在光的作用下，有机化合物都有发生极化的在光的作用下，有机化合物都有发生极化的趋向，既能转变为激发态。当共轭双键的两端有容易使电子

15、趋向，既能转变为激发态。当共轭双键的两端有容易使电子流动的基团流动的基团(给电子基或吸电子基给电子基或吸电子基)时，极化现象显著增加。时，极化现象显著增加。给电子基为带有未共用电子对的原子的基团。如给电子基为带有未共用电子对的原子的基团。如-NH2, -OH等。未共用电子对的流动性很大，能够和共轭体系中的等。未共用电子对的流动性很大，能够和共轭体系中的 电电子相互作用引起永久性的电荷转移，形成子相互作用引起永久性的电荷转移，形成p- 共轭，降低了共轭，降低了能量，能量， max红移。吸电子基是指易吸引电子而使电子容易流红移。吸电子基是指易吸引电子而使电子容易流动的基团。动的基团。共轭体系中引入

16、吸电子基团，也产生共轭体系中引入吸电子基团，也产生 电子的永久性转移，电子的永久性转移， max红移。红移。 电子流动性增加，吸收光子的吸收分数增加，吸电子流动性增加，吸收光子的吸收分数增加，吸收强度增加。给电子基与吸电子基同时存在时，产生分子内收强度增加。给电子基与吸电子基同时存在时，产生分子内电荷转移吸收，电荷转移吸收， max红移，红移， max增加。增加。 给电子基的给电子能力顺序为：给电子基的给电子能力顺序为： -N(C2H5)2-N(CH3)2-NH2-OH-OCH3-NHCOCH3-OCOCH3-CH2CH2COOH-H 吸电子基的作用强度顺序是：吸电子基的作用强度顺序是： -N

17、+(CH3)3-NO2-SO3H-COH-COO-COOH-COOCH3-Cl-Br-I 除了有机化合物的除了有机化合物的 *和和n *跃迁吸收带以外，当外来跃迁吸收带以外，当外来辐射照射某些有机或无机化合物时辐射照射某些有机或无机化合物时,可能发生一个电子从体可能发生一个电子从体系具有电子给予体特性部分系具有电子给予体特性部分(称为给体称为给体,donor)转移到该体转移到该体系的另一具有电子接受体特性的部分系的另一具有电子接受体特性的部分(称为受体，称为受体，acceptor)，这种电子转移产生的吸收谱带，这种电子转移产生的吸收谱带，称为电荷转移称为电荷转移吸收带。吸收带。电荷转移吸收带涉

18、及的是给体的一个电子向受体的一个电电荷转移吸收带涉及的是给体的一个电子向受体的一个电子轨道上的跃迁，激发态是这一内氧化还原过程的产物。子轨道上的跃迁，激发态是这一内氧化还原过程的产物。电荷转移过程可表示如下：电荷转移过程可表示如下： 式中式中D与与A分别代表电子给体与受体。下面是能产生电分别代表电子给体与受体。下面是能产生电荷转移吸收带的一些化合物。荷转移吸收带的一些化合物。 -NR2是电子给体，是电子给体，苯环是电子受体。苯环是电子受体。 苯环是电子给体，氧苯环是电子给体，氧是电子受体是电子受体。 电荷转移吸收带的一个特点是吸收强度大，电荷转移吸收带的一个特点是吸收强度大， max 104l

19、/mol cm因此含有这类结构的分子测定灵敏度高，该原理已被广泛应用因此含有这类结构的分子测定灵敏度高，该原理已被广泛应用于分子识别的主体分子设计中。于分子识别的主体分子设计中。 2、无机化合物的吸收光谱、无机化合物的吸收光谱某些无机金属离子也会产生紫外某些无机金属离子也会产生紫外-可见吸收。如含可见吸收。如含d电子的电子的过渡金属离子会产生配位体场吸收带。依据配位场理论，过渡金属离子会产生配位体场吸收带。依据配位场理论，无配位场存在时，无配位场存在时， 能量简并；当过渡金属离子处于配位体形成的负电场中时，能量简并；当过渡金属离子处于配位体形成的负电场中时，5个简并的个简并的d轨道会分裂成能量

20、不同的轨道。不同配位体场，轨道会分裂成能量不同的轨道。不同配位体场，如八面体场、四面体场、正方平面配位场等使能级分裂不如八面体场、四面体场、正方平面配位场等使能级分裂不等。等。 xydxzdyzd22yxd2zdd-d 电子跃迁电子跃迁绝大多数过渡金属离子都具有未充满的绝大多数过渡金属离子都具有未充满的 d 轨道，轨道，按照晶体场理论，当它们在溶液中与水或其它配体生成按照晶体场理论，当它们在溶液中与水或其它配体生成配合物时，配合物时，受配体配位场的影响，原来能量相同的受配体配位场的影响，原来能量相同的 d轨轨道发生能级分裂，产生道发生能级分裂，产生 d-d 电子跃迁。电子跃迁。配体配位场越强，

21、配体配位场越强，d 轨道分裂能越大，吸收波长越轨道分裂能越大，吸收波长越短。短。（f - f 跃迁与此类似）跃迁与此类似）没有配位场没有配位场八面体配位场八面体配位场dxy dxx dyzdx2 dx2-y2 E一般配位体场吸收带在可见区，一般配位体场吸收带在可见区， maxmax约约0.1-100 l/mol cm0.1-100 l/mol cm，吸收很弱。因此配位体场吸收带对定量分析用处不大。吸收很弱。因此配位体场吸收带对定量分析用处不大。镧系及锕系离子镧系及锕系离子5f电子跃迁产生的电子跃迁产生的f电子跃迁吸收谱带出现电子跃迁吸收谱带出现在紫外在紫外-可见区。由于可见区。由于f轨道为外层

22、轨道所屏蔽，受溶剂性质轨道为外层轨道所屏蔽，受溶剂性质或配位体的影响很小，故谱带窄。或配位体的影响很小，故谱带窄。 少数无机阴离子，如少数无机阴离子，如NO3-( max=313 nm)、CO32-( max =217 nm)、NO2-( max =360 、280 nm)、N3-( max =230 nm)、CS32-( max =500 nm)等也有紫外等也有紫外-可见吸收。可见吸收。 例如：例如：H2O 配位场配位场 NH3 配位场配位场Cu 2+ 水合离子水合离子 794 nm浅蓝色浅蓝色Cu 2+ 氨合离子氨合离子663 nm深蓝色深蓝色小结：小结：分子结构分子结构光谱特征光谱特征定

23、性分析定性分析q不同结构的分子由于不同结构的分子由于共轭程度不同共轭程度不同，分子吸收的特征，分子吸收的特征不同；不同；q相同共轭结构的分子骨架，因相同共轭结构的分子骨架，因助色团助色团的加入或改变，的加入或改变，导致光谱位移和吸收系数变化；导致光谱位移和吸收系数变化；q相同配体，因相同配体，因过渡金属离子过渡金属离子不同，导致配位场的变化不同，导致配位场的变化或电荷转移跃迁，或配体共轭结构的变化，光谱发生变或电荷转移跃迁，或配体共轭结构的变化，光谱发生变化化IoIbSdx二、吸收定律（定量分析的基础）二、吸收定律（定量分析的基础）IxdIxdIxIx吸收光强入射光强吸收率任一截面的吸收率任一

24、截面的吸收率A = b c吸收定律吸收定律二、吸收定律的适用性与限制二、吸收定律的适用性与限制1、吸收定律具有加和性，即、吸收定律具有加和性，即mmAAAbiiciA 21122221111lglgIIbcAIIbcAooiIiIAo lgiiIAo lg特别是存在非吸收线特别是存在非吸收线(或吸收很小或吸收很小,杂散光杂散光)和浓度较大时，和浓度较大时，I变得变得 很小。很小。I i= 常数吸收定律或比尔定律，其成立条件是待测物为均一的稀溶液、吸收定律或比尔定律，其成立条件是待测物为均一的稀溶液、气体等，无溶质、溶剂及悬浊物引起的散射；入射光为单色平气体等，无溶质、溶剂及悬浊物引起的散射；入

25、射光为单色平行光。行光。比尔定律在有化学因素影响时不成立。比尔定律在有化学因素影响时不成立。解离、缔合、生成络合物或溶剂化等会对比尔定律产生偏离。解离、缔合、生成络合物或溶剂化等会对比尔定律产生偏离。比尔定律在有仪器因素影响时也不成立。比尔定律在有仪器因素影响时也不成立。非单色光对比尔定律产生偏离。非单色光对比尔定律产生偏离。杂散光杂散光(非吸收光非吸收光)也会对比尔定律产生影响。也会对比尔定律产生影响。 其他影响因素包括溶剂、光效应等也应考虑。其他影响因素包括溶剂、光效应等也应考虑。 三、紫外三、紫外-可见吸收光谱的灵敏度可见吸收光谱的灵敏度 = 0.4343 N aiai = 1x10-1

26、5 cm2吸光分子的截面积吸光分子的截面积 N = 6.02x 1023因为因为 为摩尔吸光系数为摩尔吸光系数 ai 的单位是的单位是 cm2 （cm3 是是 ml,变成变成L除除1000）所以所以 = 0.4343 N ai = 0.4343 x 6.02x 1023 x 1x10-15/ 1000 = 105若若1%吸收吸收A=0.0044b = 1C=A 0.0044 b 100000= 4.4 x 10-8 (M)此即为方法的理论灵敏度此即为方法的理论灵敏度第三节第三节紫外紫外-可见分光光度计可见分光光度计一、基本结构一、基本结构光源光源单色器单色器狭狭缝缝样品室样品室检测器检测器、光

27、源、光源氢灯、氘灯、钨灯氢灯、氘灯、钨灯常用的光源有热辐射光源和气体放电光源。常用的光源有热辐射光源和气体放电光源。q利用固体灯丝材料高温放热产生的辐射作为光源的是热利用固体灯丝材料高温放热产生的辐射作为光源的是热辐射光源。如钨灯、卤钨灯。两者均在可见区使用辐射光源。如钨灯、卤钨灯。两者均在可见区使用,卤钨灯卤钨灯的使用寿命及发光效率高于钨灯。的使用寿命及发光效率高于钨灯。q气体放电光源是指在低压直流电条件下气体放电光源是指在低压直流电条件下,氢或氘气放电所氢或氘气放电所产生的连续辐射。一般为氢灯或氘灯产生的连续辐射。一般为氢灯或氘灯,在紫外区使用。这种在紫外区使用。这种光源虽然能提供至光源虽

28、然能提供至160nm的辐射的辐射,但石英窗口材料使短波辐但石英窗口材料使短波辐射的透过受到限制射的透过受到限制(石英石英200nm,熔融石英熔融石英185nm),而大于而大于360nm时时,氢的发射谱线叠加于连续光谱之上氢的发射谱线叠加于连续光谱之上,不宜使用。不宜使用。2、单色器、单色器单色器的作用是使光源发出的光变成所需要的单色光。单色器的作用是使光源发出的光变成所需要的单色光。通常通常由入射狭缝、准直镜、色散元件、物镜和出射狭缝构成。由入射狭缝、准直镜、色散元件、物镜和出射狭缝构成。入射狭缝用于限制杂散光进入单色器，准直镜将入射光束变入射狭缝用于限制杂散光进入单色器，准直镜将入射光束变为

29、平行光束后进入色散元件。后者将复合光分解成单色光，为平行光束后进入色散元件。后者将复合光分解成单色光，然后通过物镜将出自色散元件的平行光聚焦于出口狭缝。出然后通过物镜将出自色散元件的平行光聚焦于出口狭缝。出射狭缝用于限制通带宽度。棱镜和光栅分光原理射狭缝用于限制通带宽度。棱镜和光栅分光原理与原子吸收与原子吸收类似类似。3、检测器、检测器简易分光光度计上使用光电池或光电管作为检测器。目前最常简易分光光度计上使用光电池或光电管作为检测器。目前最常见的检测器是见的检测器是光电倍增管光电倍增管其特点是在紫外其特点是在紫外- -可见区的灵敏度高，响应快。但强光照射会可见区的灵敏度高，响应快。但强光照射会

30、引起不可逆损害，因此高能量检测不宜，需避光。引起不可逆损害，因此高能量检测不宜，需避光。一般单色器都有出口狭缝。经光栅分光后的光是一组以角度分一般单色器都有出口狭缝。经光栅分光后的光是一组以角度分布的布的 1, 2等的光线通过旋转光栅角度使某一波长的光经物镜聚等的光线通过旋转光栅角度使某一波长的光经物镜聚焦到出口狭缝。焦到出口狭缝。二极管阵列检测器二极管阵列检测器不使用出口狭缝不使用出口狭缝,在其位置上放一系列二极在其位置上放一系列二极管的线形阵列管的线形阵列,则分光后不同波长的单色光同时被检测。二极则分光后不同波长的单色光同时被检测。二极管阵列检测器的特点是响应速度快。但灵敏度不如光电倍增管

31、管阵列检测器的特点是响应速度快。但灵敏度不如光电倍增管，因后者具有很高的放大倍数。，因后者具有很高的放大倍数。 4、样品室、样品室1 cm5 cm石英石英 玻璃玻璃二、紫外二、紫外-可见分光光度计可见分光光度计紫外紫外- -可见分光光度计，按其光学系统可分为可见分光光度计，按其光学系统可分为单波长与双波长分光光度计单波长与双波长分光光度计单光束与双光束分光光度计单光束与双光束分光光度计 1、单光束仪器、单光束仪器S1HW红蓝S2单光束仪器中，分光后的单色光直接透过吸收池，交互测定单光束仪器中，分光后的单色光直接透过吸收池，交互测定待测池和参比池。待测池和参比池。单光束仪器的缺点：单光束仪器的缺

32、点： 操作麻烦：操作麻烦：空白空白IO样品样品I任一波长任一波长 不能进行吸收光谱的自动扫描不能进行吸收光谱的自动扫描光源不稳定性影响测量精密度光源不稳定性影响测量精密度2、双光束仪器、双光束仪器IOI双光束仪器中，从光源发出的光经分光后再经扇形旋转镜双光束仪器中，从光源发出的光经分光后再经扇形旋转镜分成两束，交替通过参比池和样品池。分成两束，交替通过参比池和样品池。双光束仪器的特点和不足：双光束仪器的特点和不足： 测量方便，不需要更换吸收池测量方便，不需要更换吸收池 补偿了仪器不稳定性的影响补偿了仪器不稳定性的影响 实现了快速自动吸收光谱扫描实现了快速自动吸收光谱扫描 不能消除试液的背景成分

33、吸收干扰不能消除试液的背景成分吸收干扰单光束仪器中，单光束仪器中，分光后的单色光直接透过吸收池，交互测分光后的单色光直接透过吸收池，交互测定待测池和参比池。定待测池和参比池。仪器结构简单，适用于测定特定波长的吸收，进行定量。仪器结构简单，适用于测定特定波长的吸收，进行定量。而双光束仪器中，从光源发出的光经分光后再经扇形旋转而双光束仪器中，从光源发出的光经分光后再经扇形旋转镜分成两束，镜分成两束，交替通过参比池和样品池，测得的是透过样交替通过参比池和样品池，测得的是透过样品溶液和参比溶液的光信号强度之比。品溶液和参比溶液的光信号强度之比。双光束仪器克服了单光束仪器由于光源不稳引起的误差，双光束仪

34、器克服了单光束仪器由于光源不稳引起的误差，并且可以方便地对全波段进行扫描。并且可以方便地对全波段进行扫描。 3、双波长仪器、双波长仪器切光器 1 2仪器既可用作双波长分光光度计又可用作双光束仪器仪器既可用作双波长分光光度计又可用作双光束仪器当用作单波长双光束仪器时当用作单波长双光束仪器时,单色器出射的单色光束为遮光单色器出射的单色光束为遮光板所阻挡，单色器板所阻挡，单色器1出射的单色光束被斩光器分为两束断续出射的单色光束被斩光器分为两束断续的光，交替通过参比池和样品池，最后由光电倍增管检测信的光，交替通过参比池和样品池，最后由光电倍增管检测信号。号。当用作双波长仪器时当用作双波长仪器时,由两个

35、单色器分出的不同波长由两个单色器分出的不同波长1和和2的两束光，由斩光器并束，使其在同一光路交替通过吸收池，的两束光，由斩光器并束，使其在同一光路交替通过吸收池，由光电倍增管检测信号。由光电倍增管检测信号。双波长仪器的主要特点是可以降低杂散光双波长仪器的主要特点是可以降低杂散光,光谱精度高。光谱精度高。 单光束和双光束单光束和双光束分光光度计，就测量波长而言，都是分光光度计，就测量波长而言，都是单波长的。由一个单色器分光后，让相同波长的光束单波长的。由一个单色器分光后，让相同波长的光束分别通过试样池和测量池，测得试样池和测量池吸光分别通过试样池和测量池，测得试样池和测量池吸光度之差。度之差。

36、双波长双波长由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两由同一光源发出的光被分成两束，分别经过两个单色器，同时得到两个不同波长（个单色器，同时得到两个不同波长（1和和2）的单色光。）的单色光。由斩光器并束，使其在同一光路交替通过吸收池由斩光器并束，使其在同一光路交替通过吸收池,由光由光电倍增管检测信号。电倍增管检测信号。双波长仪器的主要特点是可以降低杂散光双波长仪器的主要特点是可以降低杂散光,光谱精度高。光谱精度高。不仅能够测量高浓度试样，多组分混合试样，还能测不仅能够测量高浓度试样，多组分混合试样，还能测定混浊试样。定混浊试样。消除消除光谱重叠干扰光谱重叠干扰A 1 = Aa 1 + Ai 1

37、A 2 = Aa 2 + Ai 2 Ai 1 = Ai 2 A = Aa 2 - Aa 1 =（ a 1 - a 2）bCa消除了共存组分的干扰消除了共存组分的干扰双波长仪器能否消除背景干扰？双波长仪器能否消除背景干扰？A 1 = lg I0/ I1 = 1bC + AbA 2 = lg I0/ I2 = 2bC + Ab式中式中 Ab 为背景吸收或干扰物质的吸收为背景吸收或干扰物质的吸收若波长选择合适，若波长选择合适， 1和和 2处处 Ab相同相同A1 = 11C1 + 12C2 + 13C3 A2 = 21C1 + 22C2 + 23C3A3 = 31C1 + 32C2 + 33C3 ij

38、为在波长为在波长i测定组分测定组分j的摩尔吸光系数的摩尔吸光系数Ai 为为在波长在波长i测得该体系的总吸光度测得该体系的总吸光度解上联立方程可求出待测物浓度解上联立方程可求出待测物浓度C1、C2、C3分光光度计的校正分光光度计的校正 波长校正波长校正 可采用辐射光源法校正。常用氢灯可采用辐射光源法校正。常用氢灯(486.13, 656.28 nm)、氘灯氘灯(486.00, 656.10 nm)或石英低压汞灯或石英低压汞灯(253.65, 435.88, 546.07 nm)校正。校正。镨钕玻璃在可见区有特征吸收峰，也可用来校正。镨钕玻璃在可见区有特征吸收峰，也可用来校正。 苯蒸汽在紫外区的特

39、征吸收峰可用于校正。在吸收池苯蒸汽在紫外区的特征吸收峰可用于校正。在吸收池内滴一滴液体苯，盖上吸收池盖，待苯挥发后绘制苯蒸汽内滴一滴液体苯，盖上吸收池盖，待苯挥发后绘制苯蒸汽的吸收光谱。的吸收光谱。 吸光度校正吸光度校正以重铬酸钾水溶液的吸收曲线为标准值校正。将以重铬酸钾水溶液的吸收曲线为标准值校正。将0.0303克重铬酸钾溶于克重铬酸钾溶于1 升的升的0.05mol/l 氢氧化钾中，以氢氧化钾中，以1cm 吸吸收池，收池，25C测定吸收光谱测定吸收光谱。 定性分析定性分析用于有机物的鉴定、同分异构体的鉴别、物质结构用于有机物的鉴定、同分异构体的鉴别、物质结构的测定。物质的紫外吸收光谱基本上的

40、测定。物质的紫外吸收光谱基本上是分子中生色是分子中生色团、助色团的特性，而不是它的整个分子的特性。团、助色团的特性，而不是它的整个分子的特性。化合物纯度鉴定化合物纯度鉴定鉴定未知试样鉴定未知试样推断分子结构推断分子结构第四节第四节紫外紫外-可见分光光度法的应用可见分光光度法的应用判断异构体：判断异构体：紫外吸收光谱的重要应用在于测定共轭分子。共紫外吸收光谱的重要应用在于测定共轭分子。共轭体系越大，吸收强度越大，波长红移。轭体系越大，吸收强度越大，波长红移。 如：如： 和和 前者有紫外吸收，后者的前者有紫外吸收，后者的 maxmax200nm200nm。同样，。同样，CHCH3 3COCHCOC

41、H2 2CHCH2 2COCHCOCH3 3的最大吸收波长要短于的最大吸收波长要短于CHCH3 3CHCH2 2CO-COCHCO-COCH2 2CHCH3 3。下面两个酮式和烯。下面两个酮式和烯醇式异构体中，烯醇式结构的摩尔吸光系数要远大于酮式，也醇式异构体中，烯醇式结构的摩尔吸光系数要远大于酮式，也是由于烯醇式结构中有双键共轭之故。是由于烯醇式结构中有双键共轭之故。CHCH2 2COCHCOCH2 2COOCCOOC2 2H H5 5 CHCH3 3C(OH)=CHCOOCC(OH)=CHCOOC2 2H H5 5酮式酮式( ( maxmax =275 nm, =275 nm, =100)

42、 =100) 烯醇式烯醇式( ( maxmax =245 nm, =245 nm, =18,000)=18,000)判断共轭状态：判断共轭状态：可以判断共轭生色团的所有原子是否共平可以判断共轭生色团的所有原子是否共平面等。如二苯乙烯（面等。如二苯乙烯（ph-CH=CH-ph）顺式比反式不易共）顺式比反式不易共平面，因此反式结构的最大吸收波长及摩尔吸光系数要大平面，因此反式结构的最大吸收波长及摩尔吸光系数要大于顺式。于顺式。 顺式顺式: lmax =280 nm, e =13,500; 反式反式: lmax =295 nm, e =27,000 已知化合物的验证：已知化合物的验证：与标准谱图比对

43、，紫外与标准谱图比对，紫外-可见吸收光谱可见吸收光谱可以作为有机化合物结构测定的一种辅助手段。可以作为有机化合物结构测定的一种辅助手段。 了解共轭程度、空间效应、氢键等；可对饱和与不饱和了解共轭程度、空间效应、氢键等；可对饱和与不饱和化合物、异构体及构象进行判别。化合物、异构体及构象进行判别。 紫外紫外可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般规律是：规律是： 若在若在200200750nm750nm波长范围内无吸收峰，则可能是直链烷波长范围内无吸收峰，则可能是直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等。烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含

44、一个双键的烯烃等。 若在若在270270350nm350nm波长范围内有低强度吸收峰波长范围内有低强度吸收峰( (1010100Lmol100Lmol-1-1cmcm-1-1),),（n n跃迁），则可能含有一个简单非跃迁），则可能含有一个简单非共轭且含有共轭且含有n n电子的生色团，如羰基。电子的生色团，如羰基。 若在若在2 20 0300nm300nm波长范围内有中等强度的吸收峰则波长范围内有中等强度的吸收峰则可能含苯环。可能含苯环。 若在若在210210250nm250nm波长范围内有强吸收峰，则可能含有波长范围内有强吸收峰，则可能含有2 2个共轭双键；若在个共轭双键；若在2602603

45、00nm300nm波长范围内有强吸收峰，则波长范围内有强吸收峰，则说明该有机物含有说明该有机物含有3 3个或个或3 3个以上共轭双键。个以上共轭双键。 若该有机物的吸收峰延伸至可见光区，则该有机物可若该有机物的吸收峰延伸至可见光区，则该有机物可能是长链共轭或稠环化合物。能是长链共轭或稠环化合物。定量分析定量分析基本原理：朗伯基本原理：朗伯-比尔定律比尔定律 A= C L单组分作单组分作 AC曲线曲线多组分根据吸光度具有加和性的特点测定多组分根据吸光度具有加和性的特点测定单组分定量分析单组分定量分析 紫外紫外-可见吸收光谱是进行定量分析最广泛使用的、最有可见吸收光谱是进行定量分析最广泛使用的、最

46、有效的手段之一。尤其在医院的常规化验中，效的手段之一。尤其在医院的常规化验中，95%的定量分的定量分析都用此法。其用于定量分析的优点是：析都用此法。其用于定量分析的优点是：可用于无机及有机体系。可用于无机及有机体系。 一般可检测一般可检测10-4-10-5 mol/l的微量组分，通过某些特殊方的微量组分，通过某些特殊方法法(如胶束增溶如胶束增溶)可检可检10-6-10-7 mol/l的组分。的组分。 准确度高，一般相对误差准确度高，一般相对误差1-3%，有时可降至百分之零点，有时可降至百分之零点几。几。 分析条件的选择分析条件的选择溶剂的选择溶剂的选择所选择的溶剂应易于溶解样品并不与样品作用，

47、且在测定波所选择的溶剂应易于溶解样品并不与样品作用，且在测定波长区间内吸收小，不易挥发。长区间内吸收小，不易挥发。可用于测定的最短波长可用于测定的最短波长(nm) 常见溶剂常见溶剂200蒸馏水，乙腈，环己烷 220甲醇，乙醇，异丙醇，醚 250二氧六环，氯仿，醋酸 270N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，乙酸乙酯，四氯化碳 (275) 290苯，甲苯，二甲苯 335丙酮，甲乙酮，吡啶，二硫化碳(380) 下表为某些常见溶剂可用于测定的最短波长下表为某些常见溶剂可用于测定的最短波长测定浓度的选择测定浓度的选择溶液吸光度值在溶液吸光度值在0.2-0.8范围内误差小范围内误差小(A=0.434时误差最

48、小时误差最小)，因此可根据样品的摩尔吸光系数确定最佳浓度。因此可根据样品的摩尔吸光系数确定最佳浓度。即吸光度即吸光度A=0.4343时，吸光度测量误差最小。将吸光度值时，吸光度测量误差最小。将吸光度值控制在控制在0.2-0.8之间，光度测量误差较小。之间，光度测量误差较小。 TAIITologdTTTdTddA434. 0)(ln434. 0)(lg三、测量误差三、测量误差dTTTcdcdTTTdTTAAdA)log434.0()log434.0()434.0(22)log(log)(log434. 0)log()log(434. 0TTTTTdTTTTTdT)log1(434. 0)(TTd

49、TAdA,0loglogTe2)log(loglog434. 0TTTedT只有当0)(AdA则测量误差最小，此时- logT = log e = 0.434 = A即吸光度为0.434时，浓度测量才具有最小相对误差。一、络和物组成的测定一、络和物组成的测定摩尔比法摩尔比法等摩尔系列法等摩尔系列法斜率比法斜率比法平衡移动法平衡移动法应应 用用摩尔比率法测定络和比：摩尔比率法测定络和比：mM+nR MmRn配制：不同配制：不同CR/CM的系列溶液：如的系列溶液：如CR/CM=1，2，3，n分别测吸光度：分别测吸光度：A1, A2 ,A3An, 作作A CR/CM曲线曲线摩尔比法摩尔比法设有络合反

50、应设有络合反应mM + nY = MmYn，固定一个组分，固定一个组分(如如M)的浓的浓度不变，改变另一组分度不变，改变另一组分(如如Y)的浓度，求得一系列的浓度，求得一系列Y/M比，比，在络合物在络合物MmYn的最大吸收波长处测定吸光度的变化。则开的最大吸收波长处测定吸光度的变化。则开始时，随始时，随Y/M的增加，溶液吸光度线性增加，到达络合物的增加，溶液吸光度线性增加，到达络合物的组成比后，继续增加的组成比后，继续增加Y/M，会有三种不同情况：，会有三种不同情况： 吸光度达到饱和，不再增加。说明试剂吸光度达到饱和，不再增加。说明试剂Y无吸收，吸光度无吸收，吸光度的增加只是络合物的单独贡献。

51、如的增加只是络合物的单独贡献。如Fe(III)-钛铁试剂络合物。钛铁试剂络合物。 吸光度出现一转折点后继续增加。说明试剂吸光度出现一转折点后继续增加。说明试剂Y在络合物的在络合物的lmax处稍有吸收。如处稍有吸收。如Zn-PAN络合物。络合物。PAN：1-(2-吡啶基偶吡啶基偶氮氮)-2-萘酚。萘酚。 吸光度出现一转折点后呈直线下降。说明分步生成了摩尔吸光度出现一转折点后呈直线下降。说明分步生成了摩尔吸光系数小于络合物吸光系数小于络合物e的高次络合物。如的高次络合物。如Bi-二甲酚橙络合物。二甲酚橙络合物。图代表了第一种情况。曲线转折点对应的摩尔浓度比图代表了第一种情况。曲线转折点对应的摩尔浓

52、度比Y/M = n:m，即为该络合物的组成比。，即为该络合物的组成比。摩尔比法测定络合物的组成比。摩尔比法测定络合物的组成比。 若络合物稳定性差，络合物解离使吸光度下降，转折若络合物稳定性差，络合物解离使吸光度下降，转折不明显，据此可以测定络合物不稳定常数。不明显，据此可以测定络合物不稳定常数。设：络合物解离度为设：络合物解离度为 ，不解离时转折处浓度为，不解离时转折处浓度为 CCMmRn = (1- )CCM = m CCR = n C则络合物不稳定常数为则络合物不稳定常数为 = A0 - AA0K = CMmCRn (m C)m(n C)n mmnn m+n Cm+n-1CMmCRn(1-

53、 )C1- =二、酸碱离解常数的测定二、酸碱离解常数的测定HBH+B-Ka =H+B-HB(1)pKa=pH+lgHBB-设：设：b=1cmA=A HB +AB-A= HB（c- B-) + B-B- = HBc+B- ( B- HB)同样由（同样由（2）得：）得： A= HBHB+ B-(c-HB) = B-c+HB ( HB- B-)B- = HBA - HB c B-则：则：A=A HB +AB-= HBHB+ B-B- (2)HB= B-c-A B- HB(3)(4)将（将（3）（）（4）代入（）代入（1）中：）中： Ka =H+B-HBC=HB+B-Ka=H+(A - HB c) B

54、-c-AA HB= HB cAB-= B-c定义：定义：A -AHBKa= H+AB-ApKa=pH+lgA -AHBAB-A第五节 分光光度测定方法普通分光光度法普通分光光度法示差分光光度法示差分光光度法双波长分光光度法双波长分光光度法导数分光光度法导数分光光度法一、普通分光光度法一、普通分光光度法以一定的标准溶液滴定待测物溶液，测定滴定中溶液的吸光以一定的标准溶液滴定待测物溶液，测定滴定中溶液的吸光度变化，通过作图法求得滴定终点，从而计算待测组分含量度变化，通过作图法求得滴定终点，从而计算待测组分含量的方法称为分光光度滴定。的方法称为分光光度滴定。一般有直接滴定法和间接滴定法两种。前者选择

55、被滴定物、一般有直接滴定法和间接滴定法两种。前者选择被滴定物、滴定剂或反应生成物之一摩尔吸光系数最大的物质的滴定剂或反应生成物之一摩尔吸光系数最大的物质的 maxmax为吸为吸收波长进行滴定。滴定曲线有如下几种形式。间接滴定法需收波长进行滴定。滴定曲线有如下几种形式。间接滴定法需使用指示剂。使用指示剂。光度滴定与通过指示剂颜色变化用肉眼确定滴定终点的普通光度滴定与通过指示剂颜色变化用肉眼确定滴定终点的普通滴定法相比，准确性、精密度及灵敏度都要高。光度滴定已滴定法相比，准确性、精密度及灵敏度都要高。光度滴定已用于酸碱滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定和络合滴定。用于酸碱滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定和络

56、合滴定。 1.1.分光光度滴定分光光度滴定 2.2.单组分的测定单组分的测定 通常采用通常采用 A-C 标准曲线法定量测定。标准曲线法定量测定。3.3.多组分的同时测定多组分的同时测定 若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。 若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。合性求解联立方程组得出各组分的含量。 A1= a1bca b1bcb A2= a2bca b

57、2bcb 普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分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。即提高入含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。即提高入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。比溶液。 设：待测溶液浓度为设：待测溶液浓度为c cx x，标准溶液浓度为，标准溶液浓度为c cs s( (c cs s c cx x) )。则：则： Ax= b cx As = b cs x s =b(cx cs ）=bc 二、示差分光光度法（示差法）二、示差分光光度法（示差

58、法） AAx As =b(cx cs ）=bc 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差溶液的吸光度之差A 。 示差法测得的吸光度与示差法测得的吸光度与c呈直线关系。由标准呈直线关系。由标准曲线上查得相应的曲线上查得相应的c值，则待测溶液浓度值，则待测溶液浓度cx ： cx = cs + c 普通法：普通法： cs的的T=10%；cx的的T=5% 示差法：示差法： cs 做参比，调做参比，调T=100% 则：则： cx的的T=50% ；标尺扩展；标尺扩展10倍倍 不需空白溶液作参比；但需要两个单色器获得两束单色不需空白溶液作参比；但需要两

59、个单色器获得两束单色光光( (1 1和和2 2) )；以参比波长；以参比波长1 1处的吸光度处的吸光度A A11作为参比，来作为参比，来消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。波长法有所提高。 A A A22 A A11 ( (22 11) )b cb c 两波长处测得的吸光度差值两波长处测得的吸光度差值A与待测组分浓度成正比与待测组分浓度成正比。11和和22分别表示待测组分在分别表示待测组分在1 1和和2 2处

60、的摩尔吸光系处的摩尔吸光系数。数。 三、双波长分光光度法三、双波长分光光度法 测量波长测量波长2 2和参比波长和参比波长1 1的选择与组合的选择与组合 以两组分以两组分x x和和y y的双波长法测定为例：的双波长法测定为例：设：设：x x为待测组分，为待测组分，y y为干扰组分，二者的吸光度差分别为为干扰组分，二者的吸光度差分别为: : Ax和和Ay，则该体系的总吸光度差，则该体系的总吸光度差Ax+y为：为： Ax+y = A x + A y 如何选择波长如何选择波长1 、2有一定的要求。有一定的要求。关键问题关键问题: : 选定的波长选定的波长1 1和和2 2处干扰组分应具有相同吸光度，处干