第3章紫外-可见分光光度法

1第3章紫外-可见分光光度法3.1基本原理3.2测量条件的选择及显色反应3.3紫外-可见分光光度计3.4分析方法3.5应用与示例基本内容23.1基本原理3.1.1光谱的产生3.1.2跃迁类型3.1.3常用术语3.1.4吸收带3.1.5影响吸收带的主要因素3.1.1光谱的产生

3

43.1.2跃迁类型5处于σ

成键轨道上的电子吸收电磁辐射的能量后跃迁到σ*反键轨道跃迁所需的能量较大，吸收光的波长较短，处于远紫外区λmax

<150nm6σ→σ*跃迁处于π

成键轨道上的电子跃迁到π*反键轨道上跃迁所需能量小于σ→σ*跃迁所需的能量λmax

≈200nm（孤立π

键）吸收强度大（ε≈104）共轭体系越长，跃迁所需能量越低典型基团＞C＝C＜、—C≡C—、＞C＝N—7π→π*跃迁未成键轨道中的n电子吸收电磁辐射的能量后，向π*反键轨道跃迁跃迁所需能量较低，吸收光的波长通常处于近紫外光区或可见光区吸收强度弱（ε

10～100）典型基团：含有杂原子的不饱和基团＞C＝O、＞C＝S、—N＝N—、—N＝O8n→π*跃迁杂原子中的n电子吸收电磁辐射的能量后，向σ*反键轨道跃迁随各种化合物的不同，吸收光的波长可处于近紫外光区或远紫外光区吸收强度较弱典型基团－OH、－NH2、－X、－S9n→σ*跃迁在电磁辐射的能量激发下，配位化合物的电荷发生重新分布电子从该化合物的一部分（给予体）迁移至与另一部分（接受体）相联系的轨道上10电荷迁移跃迁11配位场跃迁d−d

跃迁配位体存在时，5个能量相等的d轨道发生分裂，成为几组能量不等的d轨道当其离子吸收电磁辐射的能量后，处于低能态的d轨道上的电子可以跃迁至高能态的d轨道d电子层尚未充满的第一、第二过渡元素[Cu(H2O)4]2+、[CuCl4]2−、[Cu(NH3)4]2+12f−f

跃迁配位体存在时，7个能量相等的f轨道发生分裂，成为几组能量不等的f轨道当其离子吸收电磁辐射的能量后，处于低能态的f轨道上的电子可以跃迁至高能态的f轨道大多数镧系和锕系元素的离子133.1.3常用术语14吸收曲线1−吸收峰2−谷3−肩峰4−末端吸收分子中在紫外-可见波长范围内可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团含有π→π*或n→π*跃迁的基团＞C＝C＜、＞C＝O、＞C＝S、—N＝N—、—N＝O多个生色团未发生共轭：各生色团吸收曲线的简单加和发生共轭：有一个新的吸收峰取代原来的各孤立生色团的吸收峰λmax红移，ε

增大15生色团（chromophore）含有非键电子的杂原子饱和基团—OH、—SH、—OR、—SR、—NH2、—Cl、—Br、—I本身不能吸收波长大于200nm的光，但与生色团相连时，能使该生色团的吸收峰红移，并使吸收强度增强16助色团（auxochrome）化合物因结构的变化（发生共轭作用、引入助色团等）或溶剂的改变而导致吸收峰的最大吸收波长λmax发生移动红移：λmax向长波长方向移动长移（bathochromicshift）蓝移：λmax向短波长方向移动紫移短移（hypsochromicshift）17红移（redshift）

蓝移（blueshift）增色效应（浓色效应）因化合物的结构改变或其他原因而导致吸收强度增强的现象减色效应（淡色效应）因化合物的结构改变或其他原因而导致吸收强度减弱的现象18增色效应（hyperchromiceffect）

减色效应（hypochromiceffect）3.1.4吸收带19R带

20K带

2122吸收带R带K带B带E带E1

带E2

带电荷迁移跃迁引起的吸收带配位场跃迁引起的吸收带233.1.5影响吸收带的主要因素影响吸收带的主要因素分子结构共轭效应空间位阻跨环效应溶剂pH分子结构——共轭效应两个或多个生色团形成共轭体系，则吸收带红移，且吸收强度增大24空间位阻妨碍形成共轭的生色团处于同一平面上，导致共轭效果变差，吸收带蓝移，吸收强度减弱25分子结构——空间位阻26分子结构——跨环效应在环状体系中，分子中非共轭的两个生色团因为空间位置的原因，发生轨道间的相互作用，使吸收带红移，并使吸收强度增强非共轭基团之间的相互作用两个生色团仍各自呈现吸收峰27溶剂极性增大使π→π*跃迁红移使n→π*跃迁蓝移后者的移动一般比前者的移动大28溶剂效应2930体系pH的影响313.2测量条件的选择及显色反应3.2.1测量条件的选择3.2.2显色反应及显色条件的选择3.2.1测量条件的选择

32溶剂空白适用于：只有被测组分对光有吸收用溶剂（如蒸馏水）作为空白溶液试剂空白适用于：显色剂等对待测组分的测定有干扰不加试样溶液，依次加入各种试剂和溶剂试样空白适用于：试样基体有吸收，而显色剂无干扰取同样量试样溶液，不加显色剂33常见空白溶液显色反应选用适当的试剂与不吸收紫外-可见光的被测物质定量反应生成对紫外-可见光有较大吸收的物质的反应显色剂反应中所加的试剂常见的显色反应类型配位反应、氧化还原反应、缩合反应343.2.2显色反应及显色条件的选择灵敏度较高定量关系确定选择性好显色产物稳定性好显色剂与显色产物之间应有显著的颜色差别（60nm）35对显色反应的要求无机显色剂配合物常不够稳定、灵敏度和选择性也不高硫氰酸钾：用于测定铁、钼、钨和铌等钼酸铵：用于测定硅、磷和钒等过氧化氢：用于测定钛有机显色剂可与金属离子生成稳定的螯合物选择性和灵敏度都较高36显色剂磺基水杨酸“OO型”螯合显色剂主要用于测定Fe3+37“NN型”螯合显色剂常用于测定镍元素38丁二酮肟“NN型”螯合显色剂主要用于测定微量Fe2+39邻二氮菲含硫显色剂可用于测定Cu2+、Zn2+、Pb2+、Cd2+、Hg2+等40二苯硫腙三苯甲烷类螯合显色剂测定铝的很好的试剂41铬天青S显色剂用量溶液酸度反应时间温度溶剂42显色条件的选择单因素变化法固定其他影响因素不变的条件下，改变待考察因素，测定并绘制吸光度变化的曲线，根据曲线的形状及相关测定数据来确定最佳取值范围43显色剂用量4445溶液酸度干扰及其消除控制酸度选择适当的掩蔽剂选择适当的测量波长利用适当的参比溶液消除干扰用数学校正法消除干扰分离46473.3紫外－可见分光光度计3.3.1主要部件3.3.2分光光度计的光学性能与类型3.3.3分光光度计的校正3.3.1主要部件4849光源光源可见光区钨灯卤钨灯紫外光区氢灯氘灯50单色器51比色皿吸收池紫外光区：石英吸收池可见光区：玻璃吸收池52检测器检测器光电管53检测器光电倍增管54信号显示系统3.3.2分光光度计的光学性能与类型分光光度计的光学性能波长范围波长准确度波长重现性透光率测量范围吸光度测量范围光度准确度光度重复性分辨率杂散光55分光光度计的类型56类型单光束分光光度计双光束分光光度计双波长分光光度计光二极管阵列检测的分光光度计57单光束分光光度计58双光束分光光度计59双波长分光光度计60光二极管阵列检测的分光光度计分光光度计的校正波长的校正吸光度的校正比色皿的校对61配对将比色皿编号标记，装上空白溶液（或蒸馏水），在测定波长处比较各比色皿的百分透光率，要求相互间不应超过0.5%即为配对洗涤校正将比色皿重新洗涤后再装空白溶液测试校正值校正以透光率最大的比色皿为100﹪透光，测定其余各比色皿的透光率，分别以吸光度方式显示，作为各比色皿的校正值测定溶液时，以上述透光率最大的比色皿作参比池，用其他比色皿装样品溶液，测得的吸光度减去其相应的校正值62比色皿的校对633.4分析方法3.4.1定性分析3.4.2定量分析3.4.3结构分析3.4.1定性分析64定性鉴别对比吸收光谱的特征数据

65定性鉴别对比吸光度（或吸光系数）的比值

维生素B12A361nm/A278nm1.70～1.88A361nm/A550nm3.15～3.4566定性鉴别对比吸收光谱的一致性若两者完全相同，则可能是同一种化合物若两者有明显差别，则肯定不是同一种化合物673.4.2定量分析单组分分析吸收系数法

68单组分分析对照法P4913解由题意可知，铁标准溶液的浓度为显色液中铁的浓度为因此，试液中铁的浓度为70单组分分析标准曲线法71多组分分析72多组分分析解线性方程组法P491516根据吸光度的加和性，得

代入数据，得根据吸光度的加和性，得

代入数据，得3.4.3结构分析化合物骨架结构和官能团的初步推断220～800nm无吸收峰：不含直链或环状共轭体系，也没有醛、酮等基团210～250nm有强吸收峰：可能有共轭二烯或α,β-不饱和醛酮结构260～300nm有强吸收峰：可能存在由3～5个双键构成的共轭体系75化合物骨架结构和官能团的初步推断250～300nm有中等强度的吸收峰，并具有精细结构：含有苯环250～300nm有弱吸收峰：含有羰基可见光区有吸收：可能含有5个以上的共轭生色团76异构体的判断顺反异构体一般反式异构体的空间位阻较小，共轭程度较高反式异构体的λmax较长，

εmax较大互变异构体77783.5应用与示例3.5.1定性分析3.5.2定量分析甲醇、乙醇或环己烷等有机溶剂的纯度检查甲醇、乙醇或环己烷等有机溶剂中，有时可能混入少量杂质苯苯的B吸收带在254nm波长处，而上述有机溶剂在此波长处几乎无吸收，故可以采用紫外-可见分光光度法检查有机溶剂的纯度793.