分析化学--第十章-紫外-可见分光光度法课件

1、紫外-可见分光光度法第十章郑 明 彬紫外-可见分光光度法(UV-vis) 研究物质在紫外-可见光区（200800nm）分子吸收光谱的分析方法。 UV-vis特点灵敏度高: 10-410-6g/L最低浓度 准确度较高: (25%) 相对误差操作简便、快速应用广泛UV-vis应用1、定性上可以鉴别不同官能团、化学结构的化合物；可以鉴别结构相似的不同化合物2、定量上可以对单一组分或多种混合组分进行测定3、推断化合物的分子结构第一节 基本原理和概念 一、电子跃迁类型价电子：电子 饱和的键 电子 不饱和的键 n电子轨道：电子围绕原子或分子运动的几率分布分子轨道：两个原子靠近结合成分子时，两个原子的原子轨

2、道以线性组合成两个分子轨道紫外-可见吸收光谱是分子中的价电子在不同的分子轨道之间跃迁而产生的。成键轨道与反键轨道：两个原子的原子轨道以线性组合成两个分子轨道。较低能量的为成键轨道，较高能量的为反键轨道电子跃迁类型：* n * * n* *跃迁E很高， n * * n*n *跃迁E较大，150250nm（真空紫外区）含杂原子饱和基团（OH，NH2）电子跃迁类型：* n * * n* *跃迁E较小， 200nm不饱和基团（CC，C O ） 如：丁二烯的max=217nm电子跃迁类型：* n * * n*n *跃迁E最小， 200400nm（近紫外区）含杂原子不饱和基团（C N ，C O ）如：丙酮

3、的max=279nm电荷迁移跃迁： 用电磁辐射照射化合物时，电子从给予体向与接受体相联系的轨道上跃迁；电荷迁移跃迁实质是一个内氧化-还原过程，相应的吸收光谱称为电荷迁移吸收光谱特点：摩尔吸收系数较大, 灵敏度高配位场跃迁： 对于能量不等的d轨道和f轨道，当它们的离子吸收光能后，低能态的d电子或f电子可以分别跃迁至高能态的d或f轨道，这两类跃迁分别称为d - d 跃迁和f - f 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，因此又称为配位场跃迁。与电荷迁移跃迁比较,摩尔吸收系数较小二、紫外-可见吸收光谱的常用概念曲线上吸光度最大的地方，对应max峰与峰之间吸光度最小的部位，对应mi

4、n吸收峰旁产生的曲折短波端呈现强吸收而不成峰形的部分生色团（发色团）：能吸收紫外-可见光的基团有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团 具有n 电子和电子的基团 产生n *跃迁和 *跃迁例： CC；CO；CN；NN 助色团：本身无紫外吸收，但可使生色团吸收峰加强同时使吸收峰长移的基团有机物：连有杂原子的饱和基团例：OH，OR，NH，NR2，X 红移和蓝移：由于化合物结构变化（共轭、引入助色团取代基）或采用不同溶剂引起红移（长移）：吸收峰位置向长波方向的移动蓝移（短移）：吸收峰位置向短波方向移动 增色效应和减色效应 增色效应：吸收强度增强的效应 减色效应：吸收强度减小的效应 强带和弱带 Max

5、104 强带 Max102 弱带二、吸收带及其与分子结构的关系跃迁类型波长（nm）max其他特征Rn250-500104共轭双键，max ,强度B芳香族c=c骨架振动及环内230-270200蒸汽状态出现精细结构E苯环内共轭180（E1）200（E2）104103助色团取代max ，生色团取代，与K带合并如丁二烯CH2CH-CH CH2 max 为218nm极性溶剂中，或苯环连有取代基，其精细结构消失精细结构：电子自旋轨道相互作用引起的原子能级多重分裂结构含杂原子的不饱和基团,如CO,CN,NN 苯的B带吸收光谱精细结构：电子自旋轨道相互作用引起的原子能级多重分裂结构K:共轭(-C=O)B:芳

6、香族c=c骨架振动及环 内R:n(C=O)四、影响吸收带的因素核心: 对分子中电子共轭结构的影响位阻效应跨环效应溶剂效应体系pH的影响位阻效应(两个发色团产生共轭效应,吸收带长移)如:顺式结构有立体阻碍,苯环不能与乙烯双键在同一平面上,不易产生共轭跨环效应(羰基氧的孤对电子与双键电子发生作用,R吸收带向长波移动,吸收强度增加)如:284nm 出现一R带 max238nm C=O的轨道与S杂原子的P轨道能有效交盖 溶剂效应(影响吸收峰位置、吸收强度、光谱形状)对吸收光谱精细结构影响 ：溶剂极性，苯环精细结构消失对max影响： -*跃迁：溶剂极性 ，max长移 n- *跃迁：溶剂极性，max短移

7、：激发态的极性比基态极性大，激发态与极性溶剂之间相互作用所降低的能量大,故向长移n ：基态极性大，n电子与极性溶剂之间形成较强的氢键，使基态能量降低大于反键轨道与极性溶剂相互作用所降低的能量，因而越迁所需能量变大，故向短移体系pH的影响影响物质存在型体，影响吸收波长五、朗伯-比尔定律：吸收光谱法基本定律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当一适当波长的单色光通过一固定浓度的溶液时，其吸光度与光通过的液层厚度成正比 Lambert定律A=E2l（适用于所有均匀介质）当一适当波长的单色光通过溶液时，若液层厚度一定，则吸光度与溶液浓度成正比 Beer定律A=E1C（仅适用单色光）吸光

8、度(absorbance):A=-lgT=EClA= -lg I /I0 = - lg T = EClT= 10-A=10-EClLambert-Beer定律E:吸收系数Lambert-Beer定律适用条件（前提）1、入射光为单色光2、溶液是稀溶液该定律适用于固体、液体和气体样品在同一波长下，各组分吸光度具有加和性 应用：多组分测定Lambert-Beer定律A=-lgT=EClT= 10-A=10-ECl物理意义：单位浓度、单位厚度的吸光度 E是特征常数（温度，溶剂，）不同物质在同一波长下E可能不同 （选择性吸收） E，物质吸收光能力, 定量测定灵敏度 定性、定量依据 吸光系数表示方式：1、

9、摩尔吸光系数 在一定下，C=1mol/L，L=1cm时的吸光度2、百分含量吸光系数 / 比吸光系数 在一定下，C=1g/100ml，L=1cm时的吸光度两者关系：E1%1cm例：已知Fe2+ C ：0.5mg/L l：2 cm A：0.19(508nm）求：，E1%?1cm解：C(Fe2+) =8.910-6mol/LA=Cl0.510-355.85=ACl=1.1104(L/mol.cm)=0.19/(28.910-6)E1%1cm=10 =2.0 103(ml/g.cm)1.110455.85六、偏离Beer定律的因素依据Beer定律，A与C关系为经过原点的直线（一）化学因素（二）光学因素

10、偏离Beer定律的主要因素为（一）化学因素离解、缔合、溶剂化、形成新化合物等因素发生偏离Cr2O72- +H2O 2HCrO-4 2H+ +2CrO42-例：橙色黄色随单体浓度增大,660nm处吸收峰减弱；610nm处吸收峰增强；吸收光谱形状改变。（二）光学因素 非单色光（Beer定律要求：入射光为单色光） 照射物质的光经单色器分光后并非真正单色光，而是具有一定波长范围的光，物质对不同波长的光有不同的吸收系数，产生偏离波长宽度由入射狭缝的宽度和棱镜或光栅的分辨率决定 入射光谱带宽度严重影响吸光系数和吸收光谱形状 结论：选择较纯单色光（，单色性） 杂散光（不在入射光谱带宽度范围内，与所选波长相距

11、较远的光） 来源：仪器本身缺陷 光学元件污染影响：使吸收光谱变形，吸光度变值 在末端吸收处出现假峰反射光和散色光（均是入射光谱带宽度内的光直接对T产生影响） 影响：散射和反射使T，A，吸收光谱变形消除：一般可用空白对比校正消除非平行光影响：使光程，A，吸收光谱变形(三)透光率的测量误差T影响测定结果的相对误差两个因素： T和T T影响因素：仪器噪音 1）暗噪音(与光讯号无关) 2）散粒噪音(随光讯号强弱而变化)不同T(或A)值浓度测量的相对误差(T=0.5%)1）暗噪音与检测器和放大电路不确切性有关,与光讯号无关暗噪音()与讯号噪音(-)的误差曲线说明：吸光度测量的适宜读数范围A值：0.20.

12、7T值：0.200.62当 T= 0.368（A= 0.434）时，浓度测量的相对误差最小控制方法：（1）调节被测液的浓度 （2）选择不同厚度的吸收池0.3682）讯号噪音与光讯号有关表明测量误差较小的范围一直可延至较高吸光度区，对测定有利 第二节 紫外-可见分光光度计一、分光光度计光源单色器检测器吸收池讯号处理及显示器分光光度计主要部件方框示意图可见分光光度法：以可见光作光源，经单色光器分光后，以所需波长的单色光作入射光，通过测定溶液吸光度来计算被测物质含量的一种方法0.575光源单色器吸收池检测器显示光源光源稳定，足够光强度钨灯：3203200nm入射光的光源要求：氘灯：150400nm单

13、色器组成：光栅或棱镜、狭逢、准直器准直镜棱镜出光狭缝入光狭缝单色器示意图白光入光狭缝准直镜棱镜或光栅 色散后的光准直镜出光狭缝 转动棱镜或光栅 出光狭缝处获单色光600棱镜对光的色散单色光器波长越短，传播速度愈慢，折射率就愈大狭逢宽度应适中，太宽，单色光纯度差 太窄，光通量小，影响灵敏度吸收池吸收池石英，玻璃 比色皿玻璃能吸收UV光，仅适用于可见光区石英不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区检测器光电管两极间加电压，线路中产生电流光电流大小与照射光强度成正比光 光敏阴极 阴极表面放电子光电管工作线路示意图入射光放大器记录器+-阳极阴极(光敏材料如氧化铯)高电阻 图12-11 光电倍增管的结构和原

14、理示意图（2）光电倍增管讯号处理及显示器吸光度与百分透光度标度2.01.00.70.60.50.40.30.20.150.10.050 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100AT(%)721型分光光度计采用指针式的微安表A的刻度不均等 ?图12-5 721分光光度计光学系统示意图产生电信号微安表标尺上读A光源聚光镜反射镜吸收池光电管狭缝准直镜棱镜第三节 紫外-可见分光光度分析方法一、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对比吸收光谱的一致性同一测定条件下，与标准对照物谱图或标

15、准谱图进行对照比较如果两者完全相同，可能是同一种化合物；如两者有差别，则肯定不是同一种化合物2对比吸收光谱的特征值3对比吸光度或吸光系数的比值例：定性鉴别局限性 不同化合物中可以有很类似、甚至雷同的吸收光谱，所以得到相同的吸收光谱，也可能是另一物质。二、纯度检查和杂质限量测定1纯度检查（杂质检查）峰位不重叠： 找使主成分无吸收，杂质有吸收直接考察杂质含量如：乙醇中含有杂质苯，苯在256nm处有吸收，而乙醇无吸收峰位重叠：杂质强吸收 主成分吸收与纯品比较，E，光谱变形2杂质限量的检测肾上腺素中微量杂质肾上腺酮含量计算- 2mg/mL -0.05mol/L的HCL溶液， 310nm下测定 规定 A3100.05 即符合要求的杂质限量0.06%二、定量分析（一）单组分的定量方法1吸光系数法 2标准曲线法 3对照法：外标一点法1吸光系数法（绝对法）例：维生素B12 的水溶液在361nm处的百分吸光系数为207，用1cm比色池测得某维生素B12溶液的吸光度是0.414，求该溶液的浓度解：2、校正曲线法（标准曲线法）配制-系列标准溶液显色分别测定其A值（max）绘制标准曲线测A待测(条件同上)从标准曲线上求c待测AcAxcx 芦丁含量测定0.7103、标准对比法cx= AxAs c