第二章 紫外可见分光光度法

1、第二章第二章 紫外紫外-可见分可见分光光度法光光度法一、概述一、概述二、紫外二、紫外- -可见吸收光谱可见吸收光谱三、分子吸收光谱与电子跃三、分子吸收光谱与电子跃迁迁第一节第一节 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

2、分析的方法。分析的方法。 吸收光谱分析吸收光谱分析发射光谱分析发射光谱分析分子光谱分析分子光谱分析原子光谱分析原子光谱分析概述概述: 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光光度法的分析方法称为吸光光度法, ,主要有主要有: : 红外吸收光谱：红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围分子振动光谱，吸收光波长范围2.5 1000 m ,主要用于有机化合物结构鉴定。主要用于有机化合物结构鉴定。 紫外吸收光谱：紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围电子跃迁光谱，吸收光波长范围200 400 nm（近紫外区）近紫外区） ，

3、可用于结构鉴定和定量分析。，可用于结构鉴定和定量分析。 可见吸收光谱：可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围电子跃迁光谱，吸收光波长范围400 750 nm ，主要用于有色物质的定量分析。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。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。光的波动性可用光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长波长 、频率、频率 、光速、光速c、波数（波数（cm-1）等参数来描述：等参数来描述： = c ； 波数波数 = 1/ = /c 光是由光子流组

4、成，光子的能量：光是由光子流组成，光子的能量： E = h = h c / （Planck常数常数：h=6.626 10 -34 J 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。 白光白光(太阳光太阳光)：由各种单色光组成的复合光：由各种单色光组成的复合光 单色光单色光：单波长的光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成由具有相同能量的光子组成) 可见光区可见光区：400-750 nm 紫外光区紫外光区：近紫外区：近紫外区200 - 400 nm 远紫外区远紫外区10 - 200 nm （真空紫外区）真空紫外区） 2. 2. 物质对光的选择性吸收及吸收曲线

5、物质对光的选择性吸收及吸收曲线M + 热M + 荧光或磷光 E = E2 - E1 = h 量子化量子化 ；选择性吸收；选择性吸收; 分子结构的复杂性使其对不同波分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；长光的吸收程度不同； 用不同波长的单色光照射，测吸光用不同波长的单色光照射，测吸光度度 吸收曲线与最大吸收波长吸收曲线与最大吸收波长 max；M + h M * 光的互补光的互补：蓝：蓝 黄黄基态基态 激发态激发态E1 （E） E2吸收曲线的讨论：吸收曲线的讨论： （1）同一种物质对不同波长光的吸光度不）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为同。吸光度最大处对应的

6、波长称为最大吸收波长最大吸收波长max （2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似形状相似max不变。而对于不同物质，它们的不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和吸收曲线形状和max则不同。则不同。（动画）（动画） （3）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）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。据之一。 （4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度 A 有差异，在有差异，在max处吸光度处吸光度A 的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。的差异最大。此特性可作

7、为物质定量分析的依据。 （5）在在max处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸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入射光波长的重要依据。收曲线是定量分析中选择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）电子相对于原子核的运动）电子相对于原子核的运动 （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相对振动 （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、振动能级和转动能级分子具有三种不同能级

8、：电子能级、振动能级和转动能级 三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量 分子的内能：电子能量分子的内能：电子能量Ee 、振动能量振动能量Ev 、转动能量、转动能量Er 即即 EEe+Ev+Er evr 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。讨论：讨论： （1

9、 1）转动能级间的能量差）转动能级间的能量差E Er r：0.0050.0050.0500.050eVeV，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。电子跃迁产电子跃迁产生的吸收光谱在紫外生的吸收光谱在紫外可见光区，紫外可见光区，紫外可

10、见光谱或分子的可见光谱或分子的电子光谱电子光谱讨论：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）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。性的依据。 （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。不同物质的不同物质的max有时可能有时可能相同，但相同

11、，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。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电子电子。 分子轨道理论分子轨道理论：一个成一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键于分子

12、轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。轨道或非键轨道上。 外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态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 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光的能量才能发生电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区跃迁。饱和烷烃的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上属于禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为101

13、00 Lmol-1 cm-1，吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和吸收谱带强度较弱。分子中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 跃迁的跃迁的为为275nm max为为22 Lmol-1 cm -1（溶剂环己烷溶剂环己烷)。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跃迁产生的跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有有键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键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，键体系组成，

14、如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基如乙烯基、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： 有一些含有有一些含有n n电子的基团电子的基团(如如OH、OR、NH、NHR、X等等)，它们本身没有生色功能它们本身没有生色功能( (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连时，就会发生n n共轭作用共轭作用，增强生色团的生色能力，增强生色团的生色能力( (吸收波长向长波方向移动，且吸收吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加强度增加) )，这样的基团称为助色团。，这样的基团称为助色团。红移与红移与蓝移蓝移 有机化合物的吸

15、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

16、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

17、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 在分光光度法中具有重要意义。在分光光度法中具有重要意义。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应

18、，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

19、红色配合物，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 第二章第二章 紫外紫外-可见分可见分光光度法光光度法一、一、光的吸收定律光的吸收定律二、偏离朗二、偏离朗- -比耳定律的原比耳定律的原因因第二节第二节 朗伯朗伯-比尔定律比尔定律一、光的吸收定律一、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

20、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）（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： 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)，通常以，通常以cm为单位；为单位； c：溶液的摩尔

21、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） 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

22、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。2.2.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

23、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，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。 摩尔吸光系数摩尔吸光系数的讨论的讨论（5

24、5）max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定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。该物质的灵敏度越高。105：超高灵敏；：超高灵敏； =(610）104 ：高灵敏；：高灵敏； 2104 ：不灵敏。：不灵敏。（6）在数值上等于浓度为在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为液层厚度为1cm时该时该溶液在某一波长下的吸光度。溶液在某一波长下的吸光度。二、偏离朗伯二、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的浓度时，发现：标准曲线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），这种现象称为对常发生弯曲（尤其当溶液浓

25、度较高时），这种现象称为对朗伯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（两大类）：引起这种偏离的因素（两大类）： （1 1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；）物理性因素，即仪器的非理想引起的； （2 2）化学性因素。）化学性因素。（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

26、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。 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和和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的溶液，则：的溶液，则： A 1lg（o1 /t1 ）1bc A 2lg(o2 /t2 ）2bc故：故：式中：式中：o1、o2分别为分别为1、2 的入射光强度；的入射光强度； t1、t2分别为分别为1、2 的透射光强度；的透射光强度； 1、2分别为分别为1、2的摩尔吸光系数；

27、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总总，并不能分别测得，并不能分别测得A1和和A2，故故cbcbIIII 212111OtOt10;10 A总总 lg（o总总/t总总 ) lg(Io1+o2)/(t1+t2） lg(Io1+o2)/(o110-1bc +o210-2bc ）令：令： 1-2 ；设：设： o1 o2 A总总 lg(2Io1)/t1(110 - bc ） A 1 + lg2 - lg(110 - bc ) 讨论: 因实际上只能测总吸光度因实际上只能测总吸光度A总总，并不能分别测得，并不能分别测得A1和和A2，故：故：讨论讨论: : A总总 =A1 + l

28、g2 - lg(110 bc ) (1) = 0； 即：即： 1= 2 = 则：则： A总 lg（o/t） bc(2) 0 若若 0 ；即即 20, lg(110 bc )值随值随c值增大而增大，则标准曲线偏离值增大而增大，则标准曲线偏离直线向直线向c 轴弯曲，即负偏离；反之，则向轴弯曲，即负偏离；反之，则向A轴弯曲，即正偏轴弯曲，即正偏离。离。讨论讨论: : A总总 =A1 + lg2 - lg(110 bc ) (3) 很小时，即很小时，即12： 可近似认为是单色光。在低浓度范围内，不发生偏离。若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，即使浓度较高，即使 很小，很小，

29、A总总 1 ，且随着，且随着c值增大，值增大， A总总 与与A 1的差异愈大，在图上则表现为的差异愈大，在图上则表现为Ac曲线上部曲线上部(高浓度区高浓度区)弯曲愈严重。弯曲愈严重。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。 (4) 为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射波长选定在待测物质的最大吸收波长且色器。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：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

30、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

31、 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 对测定有重要影响。对测定有重要影响。第二章第二章 紫外紫外-可见分光可见分光光度法光度法一、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 实验技术及分析实验技术及分析条件条件一、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

32、 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、显色剂在测定波显色剂在测定波长处无明显吸收长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：，两种有色物最大吸收波长之差：“对比对比度度”，要求要求 60nm。2.2.配位显色反应配位显色反应 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，产生很强的紫外电荷转移跃迁，产生很强的紫外可见吸收光谱。可见吸收光谱。3.3.氧化还原显色反应氧化还原显色反应 某些元素的氧化态，如某些元素的氧化态，如Mn（）、）、Cr（）在紫外或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

33、行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定。显色后测定。 例如：钢中微量锰的测定，例如：钢中微量锰的测定，Mn2不能直接进行光度测不能直接进行光度测定定 2 Mn2 5 S2O82-8 H2O =2 MnO4 + 10 SO42- 16H+ 将将Mn2 氧化成紫红色的氧化成紫红色的MnO4后后，在在525 nm处进行测处进行测定。定。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。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 偶氮类显色剂偶氮类显色剂：本身是有色物质，生成配合物后，颜本身是有色物质，生成配合物

34、后，颜色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，应用最广泛。偶氮胂择性好、对比度大等优点，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的关系会出现如图所示的几种的关系会出现如图所示的几种情况。选择曲线变化平坦处。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

35、定不同pHpH值条件值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且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1.1.加入掩蔽剂加入掩蔽剂 选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩选择掩蔽剂的原则是：掩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物不干扰待测组分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。的测定。 例：测定例：测定TiTi4 4

36、，可加入可加入H H3 3POPO4 4掩蔽剂使掩蔽剂使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；又如用铬天菁的干扰；又如用铬天菁S S光度法测定光度法测定AlAl3+3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将FeFe3+3+还原为还原为FeFe2+2+，消除消除FeFe3+3+的干扰。的干扰。2.2.选择适当的显色反应条件选择适当的显色反应条件3.3.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m

37、axmax为入射光波长。为入射光波长。 如果如果maxmax处有共存组分干扰时，则应考虑选择灵敏度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。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强度。测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。 参比溶液的选择一般遵循以下原则：参比溶液的选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波长处有吸收，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，用纯溶剂（水其它所加试剂均无吸收，用纯溶

38、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收，而试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，用液本身无吸收，用“试剂空白试剂空白”(”(不加试样溶液不加试样溶液) )作参比溶液作参比溶液；参比溶液的选择一般遵循以下原则：参比溶液的选择一般遵循以下原则： 若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂等无吸收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，则可用“试样空白试样空白”(”(不加显色剂不加显色剂) )作参比溶液；作参比溶液； 若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可在试液中加

39、入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，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。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： lgT=bc微分：微分：dlgT0.434dlnT = - 0.434T -1 dT =b dc两式相除得：两式相除得： dc/c = （ 0.434 / TlgT ）dT 以有限值表示可得：以有限值表示可得： c/c =（0.434/TlgT）T 浓度测量值的相对误差（浓度测量值的相对误差（c/c）不仅与仪器的透光度误不仅与仪器的透

40、光度误差差T 有关，而且与其透光度读数有关，而且与其透光度读数T 的值也有关。的值也有关。 是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？ 最佳读数范围与最佳值最佳读数范围与最佳值 设：设：T =1%，则可绘出溶液浓度则可绘出溶液浓度相对误差相对误差c/c与其透光度与其透光度T 的关系曲线的关系曲线。如图所示：。如图所示： 当：当：T =1%，T 在在20%65%之之间时，浓度相对误差较小，间时，浓度相对误差较小，最佳读数最佳读数范围范围。 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Tmin为：为： Tmin36.8%, Amin0.434

41、用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T %=2065% (吸光度吸光度 A =0.700.20)。五、提高光度测定灵敏度和选择性的途径五、提高光度测定灵敏度和选择性的途径1.1.合成新的高灵敏度有机显色剂合成新的高灵敏度有机显色剂2.2.采用分离富集和测定相结合采用分离富集和测定相结合3.采用三元采用三元( (多元多元) )配合物显色体系配合物显色体系 由一个中心金属离子与两种由一个中心金属离子与两种( (或两种以上或两种以上) )不同配位体形成的配合不同配位体形成的配合物，称为三元物，称为三元( (多元多元) )配合物。配合物。 多元配合物显色反应具有很高的灵

42、敏度，一方面是因为多元配合多元配合物显色反应具有很高的灵敏度，一方面是因为多元配合物比其相应的二元配合物分子截面积更大；另一方面是因为第二或第物比其相应的二元配合物分子截面积更大；另一方面是因为第二或第三配位体的引入，可能产生配位体之间、配位体与中心金属离子间的三配位体的引入，可能产生配位体之间、配位体与中心金属离子间的协同作用，使共轭协同作用，使共轭电子的流动性和电子跃迁几率增大。电子的流动性和电子跃迁几率增大。 三元配合物主要类型有：三元离子缔合物、三元混配配合物、三三元配合物主要类型有：三元离子缔合物、三元混配配合物、三元胶束元胶束( (增溶增溶) )配合物。配合物。第二章第二章 紫外紫

43、外- -可见分光可见分光光度法光度法一、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四节第四节 紫外紫外- -可见分光可见分光光度计光度计仪器仪器 可见分光光度计仪器仪器 紫外-可见分光光度计一、基本组成一、基本组成光源单色器样品室检测器显示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。有足够的辐射强度、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

44、区：氢、氘灯。紫外区：氢、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；色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅棱镜或光栅； 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

45、单色光聚焦至后所得单色光聚焦至出射狭缝；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

46、流计、数字显示、微机进行检流计、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，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高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。的稳定性。2.2.双光束双光束 自动记录，快速全波自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价结构分析。仪器复

47、杂，价格较高。格较高。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) ) 快束交替通过同快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。 = =1 12 2nmnm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。两波长同时扫描即可获得导数光谱。第二章第二章 紫外紫外- -可见分可见分光光度法光光度法一、一、有机合物紫外光谱有机合物紫外光谱解析解析第五节第五节有机合物紫外光有机合物紫外光谱解析谱解析 一、一、有机合物紫外光谱解析有机合物紫外光谱解析 了解共轭程度、空间效应、氢键等；可对饱和与不饱和了解共

48、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200200750750nmnm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一个双键的烯烃等。 若在若在270270350350nmnm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

49、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。 有机合物结构紫外光谱辅析有机合物结构紫外光谱辅析 若在若在2 20 0300300nmnm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210210250250nmnm波长范围内有强吸收峰波长范围内有强吸收峰，则可能含有则可能含有2 2个共轭双键；若在个共轭双键；若在260260300300nmnm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

50、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。第二章第二章 紫外紫外- -可见可见分光光度法分光光度法一、普通分光光度法一、普通分光光度法二、示差分光光度法二、示差分光光度法三、双波长分光光度法三、双波长分光光度法四、导数分光光度法四、导数分光光度法第六节第六节 分光光度测定方法分光光度测定方法一、普通分光光度法一、普通分光光度法1.1.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。2.2.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

51、不重叠，则可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。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根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。各组分的含量。 A1= a1bca b1bcb A2= a2bca b2bcb 二、示差分光光度法（示差法）二、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

52、。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 测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸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光度之差。 示差分光光度法（示差法）示差分光光度法（示差法） 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溶液的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吸光度之差A 。 示差法测得的