第二章紫外-可见分光光度法

第二节紫外－可见吸收光谱

利用溶液中的分子或基团在紫外和可见光区产生分子外层电子能级跃迁所形成的吸收光谱，可用于定性和定量测定，以及络合物的组成和结构分析。溶液颜色与光吸收的关系

光波是一种电磁波。电磁波包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、x射线等。能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。例如：绿与红是互补色，黄与蓝是互补色。

有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所致。只有当入射光的能量同吸光体的基态与激发态能量相等时才会产生吸收，溶液能选择性地吸收某些波长的光，而让其他波长的光透过，这时溶液呈现出透过光的颜色。透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。

有色溶液对各种波长的光的吸收情况，常用光吸收曲线来描述。将不同波长的单色光依次通过一定的有色溶液，分别测出对各种波长的光的吸收程度（用字母A表示）。以波长为横坐标，吸光程度为纵坐标作图，所得的曲线称为吸收光谱曲线。KMnO4的颜色及吸收光谱2.常用名词A.生色团是指分子中产生吸收带的主要官能团；吸收带的λmax＞210nm,属于π→π*

、n→π*等跃迁类型。生色团为不饱和基团：C=C、N=O、C=O、C=S等；生色团吸收带的位置受相邻取代基或溶剂效应的影响，吸收峰向长波或短波移动。B.助色团是指分子中的一些带有非成键电子对的基团本身在紫外-可见光区不产生吸收，但是当它与生色团连接后，使生色团的生色能力增大。-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-IC.红移是指一些带有非成键电子对的基团与生色团连接后，使生色团的吸收带向长波移动，这种效应成为红移。-OH、-NH2、-SH、-Cl、-BrE.溶剂的极性效应溶剂的极性不同也会引起某些化合物的吸收带红移或蓝移，这种作用称为溶剂效应。溶剂与溶质间的相互作用使π→π*跃迁激发态与基态间的能量降低，是吸收谱带波长向长波区移动。溶剂在n→π*跃迁中，基态的n

电子与极性溶剂结合成氢键使基态能量降低是激发态与基态的能量差加大，导致吸收谱带波长向短波区移动。D.蓝移(hypsochromicshift)是指一些基团与某些生色团(C=O)连接后，使生色团的吸收带向短波移动，这种效应成为蓝移，该基团称为蓝移基团：-CH3、-CH2CH3、-O-COCH3§3Lambert–Beer定律

当一束平行的单色光照射均匀的有色溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被比色皿的表面反射。如果入射光的强度为I0，吸收光的强度为Ia，透过光的强度为It，反射光的强度为Ir，则:

I0＝Ia＋It＋Ir

在吸光光度法中，由于采用同样质料的比色皿进行测量，反射光的强度基本上相同，其影响可以相互抵消，上式可简化为:

I0＝Ia＋It

透过光的强度It；与入射光的强度Io比之比称为透光度或透光率，用T表示。

T＝It/Io

一束单色光通过溶液后，由于溶液吸收了一部分光能，光的强度就要减弱。若溶液的浓度不变，液层越厚，透过光的强度越小；若液层厚度不变，溶液浓度越大透过光的强度越小。

一.Lambert–Beer定律式中：A：吸光度；T:透射率；

b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；

c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L-1；

ε：摩尔吸光系数，单位L·mol-1·cm-1；其数学表达式为：A＝－lgT

＝－lg（It/I0)=εbc

当一束平行的单色光通过单一均匀的非散射的吸光溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度和液层的厚度的乘积成正比。

二.Lambert–Beer定律的应用条件1.入射辐射为单色辐射2.吸收过程中各物质无相互作用3.辐射与物质的作用仅限于吸收过程，没有荧光，散射光化学作用（适用于稀溶液）4.吸收物质是一种均匀分布的连续体系２.吸光度与透射率A＝-lgT

＝-lg(It/I0)=εbc

T

＝10–A=10-εbc

C1.00.50AC100500T%多组分混合体系中，如果各组分分子之间不存在离解、聚合、化学反应等化学平衡时，其吸光度具有加合性。吸光度的加合性三摩尔吸光系数ε

吸光物质的特征常数ε(λ)；在最大吸收波长λmax处，常以εmax表示。在温度和介质条件一定时，ε仅与吸光物质的结构与性质有关，可作为定性鉴定的参数；不随浓度c和光程长度b的改变而改变：ε＝bc

/A。吸光能力与测定灵敏度的度量；

εmax越大表明该物质的吸光能力越强，测定的灵敏度越高。

ε>105：超高灵敏；C=A/ε

b

=0.01/105=10-7mol/Lε=(6～10)×104

：高灵敏；C=A/εb=0.01/5×104=2×10-7mol/Lε<104：不灵敏。C=A/εb=0.01/104=10-6mol/Lε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。４.吸光系数的几种表示方法

C---mol/Lε---摩尔吸光系数

L·mol–1·cm-1C--g/La---吸光系数

L·g–1·cm-1、a之间的换算：ε=Ma第四节紫外-可见分光光度计一.主要组成及部件的功能光源碘钨灯氘灯单色器参比池样品池光电倍增管光源样品池单色器检测器数据处理仪器控制二.光源（辐射源）1.光源的要求：发射强度足够且稳定的连续光谱;光辐射强度随波长的变化小;有足够的使用寿命．钨灯（钨的熔点为3680K）；波长范围：320~2500nm；工作温度：3000K；

Ihv∝

V3~4．2.白炽光源常用类型：白炽光源与气体放电光源．卤钨灯：在钨灯中加入卤化物提高白炽灯的使用寿命．3.气体放电光源氢弧灯（氢灯）：波长范围：165~350nm；氢气压力：0.2~5mmHg。氘灯：内充气为氘辐射强度比起氢灯达3~5倍。单色器:四.检测器：PMT-前面已经介绍光源碘钨灯氘灯单色器测量池CCD检测器数据处理和仪器控制CCD光二极管阵列检测器2.吸收池的形状波长范围3.使用注意事项容易破碎可拆卸圆形测量池两面透光圆形测量池两面透光1cm长方形测量池两面透光气体测量池两面透光微量测量池两面透光流动测量池两面透光六.紫外-可见分光光度计仪器的类型1.单光束分光光度计优点：结构简单、价格低廉．缺点：受光源、检测器的波动影响：不能自动记录吸收光谱。波长增量的选择；改变波长都要用参比溶液调节T=100%；固定光谱通带与仪器参数；选择合适的溶液浓度与参比。2.双光束分光光度计优点：能自动记录吸收光谱（自动扫描）；不受光源、检测器的波动不影响；是目前用得最多的分光光度计．优点：不需要参比溶液消除了吸收池位置和常数的差异。依靠波长的恰当选择可消除共存干扰离子的影响，可以扣除背景吸收和浑浊样品的干扰）；提高了检测的灵敏度；可以测定较高浓度的样品溶液；3.双波长分光光度计

在单位时间内有两条波长不同的光束λ1和λ2交替照射同一个溶液，由检测器测出的吸收度是这两个波长下吸收度的差值△A。△A与被测定物质的浓度成正比，这个方法称双波长分光光度法。

双波长分光光度法的关键是正确选择两波长λ1