第五章紫外可见

第五章紫外－可见吸收光谱法5.1概述分光光度分析法是以物质对光的选择性吸收为基础的分析方法。根据物质所吸收光的波长范围不同，分光光度分析法又有紫外、可见及红外分光光度法。5.1.1方法的特点

1.灵敏度高

通常，待测物质的含量1～10－5％时，能够用分光光度法准确测定。所以它主要用于测定微量组分。

2.应用广泛

几乎所有的无机离子和许多有机化合物可以用分光光度法进行测定。如土壤中的氮、磷以及植物灰、动物体液中各种微量元素的测定。

3.操作简便、迅速、仪器设备不太复杂

若采用灵敏度高、选择性好的有机显色剂，并加入适当的掩蔽剂，一般不经过分离即可直接进行分光光度法测定、其方法的相对误差通常为5～10％，其准确度虽不及重量分析法和容量法，但对于微量组分的测定，结果还是满意的。5.2.1

颜色的产生5.2

吸光光度法的基本原理5.2.2电磁波和能量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。

透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。吸收曲线或吸收光谱曲线: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。KMnO4的颜色及吸收光谱叶绿素的结构和吸收光谱一个新配合物的吸收

光谱目视比色法

用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法称为目视比色法。制备标准色阶

将一系列不同量的标准溶液依次加入各比色管中，再分别加入等量的显色剂和其他试剂，并控制其他实验条件相同，最后稀释至同样体积，配成一套颜色逐渐加深的标准色阶。目视比色

将一定量的被测溶液置于另一比色管中，在同样条件下进行显色，并稀释至同样体积，从管口垂直向下（有时由侧面）观察颜色。如果被测溶液与标准系列中某溶液的颜色相同，则被测溶液的浓度就等于该标准溶液的浓度。如果被测试液浓度介于相邻两种标准溶液之间，则试液的浓度就介于这两个标准溶液浓度之间。2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线E=E2-

E1=h

：量子化；选择性吸收吸收曲线与最大吸收波长

max用不同波长的单色光照射，测吸光度光的互补：蓝黄M+热M+荧光或磷光M+

h

M*基态激发态E1

（△E）E2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。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax②不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。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据之一。④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λmax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。⑤在λmax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。朗伯一比耳定律分子吸收光谱法吸光系数、摩尔吸光系数和桑德尔灵敏度

当浓度c以g·L-1、液层厚度b以cm表示时，常数k是以a表示，此时称为吸光系数，单位为L·g-1·cm-1。朗伯－比耳公式可表示为:

A＝abc

若b以cm为单位，c以mol·L-1为单位时，则将k称为摩尔吸光系数，以符号ε表示，其单位为L·mol-1cm-1。ε的物理意义表达了当吸光物质的浓度为1mol·L-1，液层厚度为1cm时溶液的吸光度。在这种条件下上式可改写为:A=εbc偏离朗伯—比尔定律：入射光不完全单色溶液的不均与性溶液中发生了解离、缔合、配位等化学变化Ac标准工作曲线5.3分子吸收光谱与电子跃迁

有机化合物的紫外—可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）σ电子、π电子、n电子。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)跃迁。主要有四种跃迁，所需能量ΔΕ大小顺序为n→π＊

<π→π＊

<n→σ＊

<σ→σ＊

A.σ→σ*

单键电子跃迁，主要发生在真空紫外区。B.π→π*

双键或三键电子跃迁，吸收的波长较长，在200-700nm强吸收

C.n→π*

杂原子的双键孤电子跃迁在近紫外区（200－400nm）弱吸收。

D.n→σ*

杂原子的单键孤电子跃迁，吸收波长在（150－250nm）中强吸收。紫外吸收光谱中常用的术语生色团：

最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n→π＊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。这类含有π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，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—CN等。助色团：

有一些含有n电子的基团(如-OH、-OR、-NH2、-NHR、-X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n-π共轭作用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。吸收带R吸收带含杂原子的双键的n→π*

跃迁产生，200-400nm弱吸收。K吸收带共轭体系π→π*跃迁产生，217-280nm的强吸收。判断共轭结构。B吸收带苯环的π→π*跃迁产生，230-270nm五指峰。有取代基且与苯环共轭或在极性溶剂中消失。E吸收带苯环的π→π*跃迁产生，为苯环的特征吸收，E1185nm强吸收，E2204nm较强吸收红移与蓝移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波长λmax和吸收强度发生变化:

λmax向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移(或紫移)。吸收强度即摩尔吸光系数ε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。影响紫外-可见吸收光谱的因素共轭效应：共轭体系越大，吸收波长越长（红移），吸收强度越大。助色效应：当助色团与生色团相连时，吸收峰红移，吸收强度增强。超共轭效应溶剂效应紫外吸收光谱中常用己烷、庚烷、环己烷、二氧杂己烷、水、乙醇等作溶剂。有些溶剂，特别是极性溶剂对溶质吸收峰的波长、强度及形状可能产生影响，这种现象称溶剂效应。例如，异丙叉丙酮的溶剂效应见下表所示。

由上表可以看出，当溶剂的极性增大时，由n

*跃迁产生的吸收带发生蓝移，而由*跃迁产生的吸收带发生红移。5.4.分光光度计停留分光光度计A原理基本构造光源钨灯可见区350-1000nm

氢灯或氘灯紫外区180-360nm单色器吸收池玻璃可见区石英紫外区检测器光电管光电倍增管光电二极管阵列检测器光栅和棱镜分光原理光栅分光动画棱镜分光动画仪器光通路图B.分光光度计的类型动画双光束光度计示意双波长光度计光路示意图真空光电管90VDC直流放大阴极R-+光束e阳极丝（Ni）抽真空

阴极表面可涂渍不同光敏物质：高灵敏(K,Cs,Sb其中二者)、红光敏(Na/K/Cs/Sb,Ag/O/Cs)、紫外光敏、平坦响应(Ga/As，响应受波长影响小)。产生的光电流约为硒光电池的1/10。优点：阻抗大，电流易放大；响应快；应用广。缺点：有微小暗电流（Darkcurrent，40K的放射线激发）。

光电倍增管（photomultipliertube,PMT）

石英套光束1个光子产生106~107个电子栅极，Grill阳极屏蔽光电倍增管示意图共有9个打拿极(dynatron)，所加直流电压共为9010V900Vdc90V123456789阳极阴极石英封读出装置R光电倍增管（PMT）电路图优点：高灵敏度；响应快；适于弱光测定，甚至对单一光子均可响应。缺点：热发射强，因此暗电流大，需冷却（-30oC)。不得置于强光(如日光)下，否则可永久损坏PMT！硅二极管p区n区pn

结p区n区(反向偏置)耗尽层空穴电子反向偏值—耗尽层(depletionlayer)—pn结电导趋于0(i=0)；

光照—耗尽层中形成空穴和电子—空穴移向p区并湮灭—外加电压对pn“电容器”充电—产生充电电流信号(i0)。特点：灵敏度介于真空管和倍增管之间。光电二极管阵列，photodiodearray(PDA)SiO2窗p

型硅n型硅基pnpnpnpnpnpn0.025mm2.5mm侧视(crosssection)顶视(topview)光束说明：在一个硅片上，许多pn

结以一维线性排列，构成“阵列”；每个pn

结或元（element，64-4096个）相当于一个硅二极管检测器；硅片上布有集成线路，使每个pn

结相当于一个独立的光电转换器；硅片上置于分光器焦面上，经色散的不同波长的光分别被转换形成电信号；实现多波长或多目标同时（simultaneously）检测。PDA在灵敏度、线性范围和S/N方面不如光电倍增管。应用较少。5.5仪器测量误差和测量条件5.5.1仪器测量误差

在分光光度分析法中，使用任何光度计进行测量时，都会产生一定的误差。这些误差可能来自光源的电压不稳定，光电元件灵敏度的变化和仪器刻度读数不准确等。如果测量时透光率读数的绝对误差是ΔT，对于同一台仪器，它基本上是常数。但由于吸光度与透光率之间是负对数关系，在不同A值时，同样的ΔT的读数误差所引起的吸光度的绝对误差ΔA是不同的。A值越大，由ΔT引起的ΔA也越大。

根据朗伯－比耳定律,由ΔA引起的被测物质浓度的误差Δc为

ΔA＝k′Δc

再是根据吸收公式微分，可得：仪器测量误差ΔT引起的浓度测量的相对误差为：设ΔT＝0.01，计算不同T值与Δc/c的关系，可得到下图：lnT=-1

lgT=-0.434T=0.368这时误差最小5.5.2测量条件的选择

除选择适宜的显色条件外，还应当选择合适的测量条件。主要的测量条件包括入射光波长、吸光度范围和空白溶液等。下面将分别讨论。

1．选择入射光波长入射光的波长对测定结果的灵敏度和准确度都有很大的影响。选择时，应先绘制有色溶液的光吸收曲线。然后选用该溶液的最大吸收波长来进行测量。如果试液中某种组分在同样的波长也有吸收，则对测定有干扰，这时，可选另一灵敏度稍低．但能避免干扰的入射光波长。

2．控制吸光度的范国由仪器测量误差的讨论中可知，为了使测定结果获得较高的准确度，应该控制溶液的吸光度在一定的范围内，一般要求是0.2～0.7。控制吸光度范围的方法是改变比色皿的厚度，也可以改变溶液的浓度或试样的质量。

3．选择适当的参比溶液参比溶液又称空白溶液。在光度分析法中，利用参比溶液调节仪器的吸光度零点、消除显色溶液中其他有色物质的干扰，抵消比色皿壁及溶液对入射光的反射和吸收的影响等。5.6分光光度法的应用5.6.1定性鉴定5.6.2定量测定微量成份

分光光度法被广泛的应用在各个领域，环境、医药、石油等测定无机、有机微量