紫外可见分光光法培训课件

目录一、分子光谱概述二、紫外可见光谱三、朗伯－比尔定律四、紫外可见分光光度计五、无机与有机分析应用六、仪器操作七、仪器维护保养当前1页，总共79页。2一、概述–分子光谱原子核在其平衡位置附近的相对振动---

振动能级（Ev）Ｅ＝Ｅe+Ｅv+ＥrΔΕe>ΔΕv>ΔΕr物质分子内部三种运动形式电子相对于原子核的运动---

电子能级

（Ee）

分子本身绕其重心的转动---

转动能级

（Er）当前2页，总共79页。3一、概述–分子光谱Ｅ＝Ｅe+Ｅv+ＥrΔΕe>ΔΕv>ΔΕr

电子能级振动能级转动能级当前3页，总共79页。4一、概述–

分子光谱ΔΕr

0.005～0.050eV远红外光谱(分子转动光谱)ΔΕv

0.05～１eV红外光谱(分子振动光谱)ΔΕe

1～20eV紫外—可见光谱(分子的电子光谱)当前4页，总共79页。电磁波谱g-X-射线紫外可见红外微波无线电2004008003200(nm)波长真空紫外近红外核磁共振波长越短，能量越高当前5页，总共79页。6二、紫外可见光谱

可见吸收光谱：电子跃迁光谱

吸收光波长范围400780nm，主要用于有色物质的定量分析。紫外吸收光谱：电子跃迁光谱吸收光波长范围200400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。特点灵敏度高选择性较好通用性强准确度较好操作简单价格低廉当前6页，总共79页。7吸收曲线与最大吸收波长

max用不同波长的单色光照射，测吸光度二、紫外可见吸收光谱不同浓度的溶液，测吸光度当前7页，总共79页。8二、紫外可见吸收光谱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λmax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。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，是物质定性分析的依据。吸收谱带的强度与该物质分子吸收的光子数成正比，是物质定量分析的依据。当前8页，总共79页。9有机化合物的紫外—可见吸收光谱分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：形成单键的σ电子、形成双键的π电子、未成键的n电子分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。当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＊

当前9页，总共79页。10*跃迁能量很大吸收光谱在真空紫外区多为饱和烃甲烷 125nm乙烷 135nm当前10页，总共79页。n*跃迁

所需能量小于*跃迁（150-250nm）

若饱和烃中的氢原子被氧、氮、卤素等原子或基团所取代，由于这些原子中含有n电子，可以发生n*跃迁摩尔吸光系数比较小，一般在100-3000L/molcm化合物 max maxH2O 167 1480CH3OH 184 150CH3Cl 173 200(CH3)2O 184 2520当前11页，总共79页。12*和n*跃迁*和n*跃迁能量低（>200nm）

含有不饱和键的有机分子易发生这类跃迁

C=C;C=C;N=N;C=O

有机化合物的紫外-可见吸收光谱分析多以这两类跃迁为基础*比n*跃迁几率大100-1000倍*跃迁吸收强，~104

n*跃迁吸收弱，500当前12页，总共79页。13紫外光谱中常用的术语生色团：从广义来说，所谓生色团，是指分子中可以吸收光子而产生电子跃迁的原子基团。但是，人们通常将能吸收紫外、可见光的原子团或结构系统定义为生色团。当前13页，总共79页。14紫外光谱中常用的术语助色团

助色团是指带有非键电子对的基团，如-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I等，它们本身不能吸收大于200nm的光，但是当它们与生色团相连时，会使生色团的吸收峰向长波方向移动，并且增加其吸光度。当前14页，总共79页。15生色团—— 含有键不饱和官能团助色团—— 基团本身无色，但能增强生色团颜色为含有n电子，且能与电子作用，产生n共轭184204254270苯（*）苯酚（—OH为助色团）/nm紫外光谱中常用的术语当前15页，总共79页。16紫外光谱中常用的术语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:某些有机化合物经取代反应引入含有未共享电子对的基团（-OH、-OR、-NH2、-SH、-Cl、-Br、-SR、-NR2

）之后，吸收峰的波长将向长波方向移动，这种效应称为红移效应。在某些生色团如羰基的碳原子一端引入一些取代基之后，吸收峰的波长会向短波方向移动，这种效应称为蓝移效应。如-CH2、-CH2CH3、-OCOCH3。当前16页，总共79页。17红移—λmax向长波方向移动蓝移—

向短波方向移动增色效应—吸收强度即摩尔吸光系数，ε增大的现象减色效应—吸收强度即摩尔吸光系数，

ε减小的现象引入取代基或改变溶剂紫外光谱中常用的术语当前17页，总共79页。18无机化合物的紫外—可见吸收光谱

⑴过渡金属离子d一d的电子跃迁（2）镧系和锕系离子的f一f电子跃迁

⑶电荷转移吸收光谱-络合物的吸收在分光光度法中具有重要意义:微量组分的定量分析。

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，所产生的吸收光谱称为荷移光谱。当前18页，总共79页。19有机化合物紫外-可见吸收光谱1.饱和烃及其取代衍生物

饱和烃类分子中只含有键，只能产生*跃迁。饱和烃的最大吸收峰一般小于150nm，超出紫外、可见分光光度计的测量范围。饱和烃的取代衍生物如卤代烃，其卤素原子上存在n电子，可产生n*的跃迁。n*的能量低于*。例如，CH3Cl、CH3Br和CH3I的n*跃迁分别出现在173、204和258nm处。氯、溴和碘原子引入甲烷后，其相应的吸收波长发生了红移，显示了助色团的助色作用。直接用烷烃和卤代烃的紫外吸收光谱分析这些化合物的实用价值不大。但是它们是测定紫外和（或）可见吸收光谱的良好溶剂。当前19页，总共79页。202.不饱和烃及共轭烯烃

在不饱和烃类分子中，除含有键外，还含有键，它们可以产生*和*两种跃迁。*跃迁的能量小于*跃迁。例如，在乙烯分子中，*跃迁最大吸收波长为180nm

在不饱和烃类分子中，当有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长，*跃迁的吸收带将明显向长波方向移动，吸收强度也随之增强。在共轭体系中，*跃迁产生的吸收带又称为K带。

有机化合物紫外-可见吸收光谱当前20页，总共79页。213.羰基化合物

羰基化合物含有C=O基团。C=O基团主要可产生*、n*、n*三个吸收带，n*吸收带又称R带，落于近紫外或紫外光区。醛、酮、羧酸及羧酸的衍生物，如酯、酰胺等。羧酸及羧酸的衍生物虽然也有n*吸收带，但是，羧酸及羧酸的衍生物的羰基上的碳原子直接连结含有未共用电子对的助色团，如-OH、-Cl、-OR等，由于助色团上的n电子与羰基双键的电子产生n共轭，导致*轨道的能级有所提高，使n*跃迁所需的能量变大，n*吸收带蓝移至210nm左右。有机化合物紫外-可见吸收光谱当前21页，总共79页。224.苯及其衍生物

苯有三个吸收带，它们都是由*跃迁引起的。E1带出现在180nm（MAX=60，000）；E2带出现在204nm（MAX=8000）；B带出现在255nm（MAX=200）。在气态或非极性溶剂中，苯及其许多同系物的B谱带有许多的精细结构，这是由于振动跃迁在基态电子上的跃迁上的叠加而引起的。在极性溶剂中，这些精细结构消失,当苯环上有取代基时，苯的三个特征谱带都会发生显著的变化，其中影响较大的是E2带和B谱带。有机化合物紫外-可见吸收光谱当前22页，总共79页。235.稠环芳烃及杂环化合物稠环芳烃，如奈、蒽、芘等，均显示苯的三个吸收带，但这三个吸收带均发生红移，且强度增加。随着苯环数目的增多，吸收波长红移越多，吸收强度也相应增加。当芳环上的-CH基团被氮原子取代后，则相应的氮杂环化合物（如吡啶、喹啉）的吸收光谱，与相应的碳化合物极为相似，即吡啶与苯相似，喹啉与奈相似。此外由于引入含有n电子的N原子的，这类杂环化合物还可能产生n*吸收带。有机化合物紫外-可见吸收光谱当前23页，总共79页。24溶剂对紫外吸收光谱的影响1.溶剂的极性

溶剂的极性越强，由π→π＊跃迁产生的谱带向长波方向移动越显著。这是因为发生π→π＊跃迁的分子激发态的极性总大于基态，在极性溶剂的作用下，激发态能量降低的程度大于基态，从而使基态到激发态跃迁所需的能量变小，使吸收带发生红移。

所用溶剂极性越强，则由n→π＊跃迁产生的谱带向短波方向移动越明显，即蓝移越大。发生n→π＊跃迁的分子都含有未成键的孤对电子，与极性溶剂形成氢键，使得分子的非键轨道能量有较大程度的降低，使n→π＊跃迁所需的能量相应增大，致使吸收谱带发生蓝移。当前24页，总共79页。252.pH值对紫外光谱的影响pH值的改变可能引起共轭体系的延长或缩短，从而引起吸收峰位置的改变，对一些不饱和酸、烯醇、酚及苯胺类化合物的紫外光谱影响很大，如果化合物溶液变为碱性时，吸收峰发生红移，表明该化合物为酸性物质。如果变为碱性，发生蓝移，可能为芳胺。例如：苯酚（当pH大于7时，发生红移）苯胺与盐酸苯胺溶剂对紫外吸收光谱的影响当前25页，总共79页。

利用被测物质的分子对紫外-可见光具有选择性吸收的特性而建立的分析方法。一、紫外－可见吸光光度法的特点（1）具有较高的灵敏度。（2）有一定的准确度，该方法相对误差为2%-5%，可满足对微量组分测定的要求。（3）操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单。（4）应用广泛

互补光当前26页，总共79页。单色光：只具有一种波长的光。混合光：由两种以上波长组成的光，如白光。物质对光的选择性吸收白光青蓝青绿黄橙红紫蓝1、光的互补性与物质的颜色当前27页，总共79页。

物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性的吸收作用而产生的，物质的颜色由透过光的波长决定。例：硫酸铜溶液吸收白光中的黄色光而呈蓝色；高锰酸钾溶液因吸白光中的绿色光而呈紫色。如果两种适当颜色的光按一定的强度比例混合可以得白光，这两种光就叫互为补色光。物质呈现的颜色和吸收的光颜色之间是互补关系。当前28页，总共79页。不同颜色的可见光波长及其互补光白光青蓝青绿黄橙红紫蓝当前29页，总共79页。2、吸收光谱或吸收曲线

吸收曲线：测定某种物质对不同波长单色光的吸收程度，以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图。KMnO4的吸收曲线最大吸收波长，max定量分析的基础：某一波长下测得的吸光度与物质浓度关系的有关当前30页，总共79页。300400500600350525545Cr2O72-MnO4-1.00.80.60.40.2AbsorbanceCr2O72-、MnO4-的吸收光谱350光谱定性分析基础：吸收曲线的形状和最大吸收波长当前31页，总共79页。32三、光的吸收定律光的吸收程度和吸收层厚度的关系A∝b光的吸收程度和吸收物浓度之间的关系

A∝c

朗伯—比耳定律

A=ε

bc吸光光度法的理论基础和定量测定的依据朗伯(Lambert)比耳(Beer)当前32页，总共79页。33A：吸光度---溶液对光的吸收程度b：液层厚度(光程长度,cm)c：溶液的摩尔浓度，mol·L－１ε：摩尔吸光系数，L·mol－１·cm－１；三、光的吸收定律A＝lg（I0/It)=εbc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A＝lg（I0/It)=abcc：溶液的浓度，g·L－１

a：吸光系数，L·g－１·cm－１

浓度为1g/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度a——εa=ε/M

（M为摩尔质量）

当前33页，总共79页。34摩尔吸光系数三、光的吸收定律不随浓度c和光程长度b的改变而改变，在温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。代表可能达到的最大灵敏度。εmax越大表明光度法测定该物质灵敏度越高ε>105：超高灵敏；ε=(6～10）×104

：高灵敏ε<2×104：不灵敏。当前34页，总共79页。35三、光的吸收定律透过率T—

入射光透过溶液的程度T=It/I0吸光度A与透过率T的关系:A

＝－lgT

当前35页，总共79页。36偏离朗伯—比耳定律的原因

当溶液浓度较高时，标准曲线常发生弯曲，称为偏离朗伯—比耳定律。原因物理性因素化学性因素当前36页，总共79页。37物理性因素难以获得真正的纯单色光——

仪器的原因选择比较好的单色器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解决办法前提条件之一：入射光为单色光当前37页，总共79页。38化学性因素假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用当溶液浓度c>10－2mol/L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。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，影响吸光度当前38页，总共79页。39例：铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡：

CrＯ42-＋2H＋=Cr2Ｏ72-＋H2Ｏ溶液中CrＯ42-、Cr2Ｏ72-的颜色不同，吸光性质也不相同,故溶液pH对测定有重要影响.当前39页，总共79页。40四、紫外可见分光光度计当前40页，总共79页。41四、紫外可见分光光度计当前41页，总共79页。42HitachiU3010

紫外可见分光光度计普析通用TU-1221型紫外可见分光光度计四、紫外可见分光光度计当前42页，总共79页。43波长330~800nm722型光栅分光光度计四、紫外可见分光光度计当前43页，总共79页。光度计的基本结构光源单色器狭缝样品室检测器当前44页，总共79页。45显示屏波长调节旋钮比色池架四、紫外可见分光光度计当前45页，总共79页。46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可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500nm。紫外区：氢、氘灯，发射185～400nm的连续光谱。光源当前46页，总共79页。47

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。单色器棱镜、光栅当前47页，总共79页。狭缝狭缝是指由一对隔板在光通路上形成的缝隙，用来调节入射单色光的纯度和强度，也直接影响分辩力。出射狭缝的宽度通常有两种表示方法：一为狭缝的实际宽度，以毫米（mm）表示，另一种为光谱频带宽度，即指由出射狭缝射出光束的光谱宽度，以毫微米nm表示。例如，出射狭缝的宽度是6nm，并不是说出射狭缝的宽度是6nm，而是指由此狭缝射出的光具有6nm的光谱带宽。

当前48页，总共79页。49样品室在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。当前49页，总共79页。50

利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号检测器光电池、光电管或光电倍增管。结果显示记录系统检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理当前50页，总共79页。单光束仪器HW红蓝S1S2单色器样品室当前51页，总共79页。单光束仪器的缺点：操作麻烦： 空白——IO样品——I任一波长

不能进行吸收光谱的自动扫描光源不稳定性影响测量精密度当前52页，总共79页。双光束仪器IOI当前53页，总共79页。双光束仪器的特点和不足：测量方便，不需要更换吸收池补偿了仪器不稳定性的影响实现了快速自动吸收光谱扫描不能消除试液的背景成分吸收干扰当前54页，总共79页。双波长仪器切光器12采用双单色器当前55页，总共79页。/nmA0200300400待测成分干扰成分12当前56页，总共79页。消除光谱重叠干扰A1=Aa

1+Ai1

A2=Aa

2+Ai2

Ai1=Ai2

A=A1-

A2

=

Aa2-Aa

1=（a1-a2）bCa消除了共存组分的干扰当前57页，总共79页。双波长仪器能否消除背景干扰？A1=lgI0/I1=1bC+AbA2=lgI0/I2=2bC+Ab式中Ab为背景吸收或干扰物质的吸收若波长选择合适，1和2处Ab相同当前58页，总共79页。则A=lgI1/I2=（1-2）bC因此测量两波长吸光度之差，就消除了背景吸收的干扰。当前59页，总共79页。显色反应及显色条件的选择显色反应将待测组分转变成有色化合物的反应显色剂与待测组分形成有色化合物的试剂五、无机分析应用显色反应类型络合反应氧化还原反应取代反应缩合反应选择要素灵敏度高(大)

选择性好(无特效显色剂)有色生成物稳定组成恒定(不同络合比颜色不同)显色剂在测定波长处无明显吸收有色化合物与显色剂颜色对比度大，要求△>60nm。当前60页，总共79页。61显色条件的选择1.显色剂用量2.反应体系的酸度

影响金属离子和显色剂的存在形式、络合物组成、稳定性及反应进行程度当前61页，总共79页。显色条件的选择3.显色时间4.显色温度5.溶剂6.干扰的消除选择适当的显色反应条件加入掩蔽剂分离干扰离子(萃取法、离子交换法、吸附法等）当前62页，总共79页。吸光度测量条件的选择1.选择适当的入射光波长

一般应该选择λmax为入射光波长。但如果λmax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。2.控制适宜的吸光度（读数范围）Tmin＝36.8%,Amin＝0.434（吸光度测量误差最小）最佳读数范围T%=70％～10％A=0.15～0.85具体待定当前63页，总共79页。64

3.选择合适的参比溶液若仅待测组分与显色剂反应产物有吸收，其它试剂均无吸收，用纯溶剂（水)作参比溶液；若显色剂或其它试剂略有吸收，试液本身无吸收，用“试剂空白”(不加试样溶液)作参比溶液；若待测试液有吸收，而显色剂等无吸收，则可用“试样空白”(不加显色剂)作参比溶液。当前64页，总共79页。65定性分析结构分析标准谱图对照经验规则计算官能团鉴定顺反异构体的确定互变异构体的确定五、有机分析应用当前65页，总共79页。66化合物的定性分析

利用紫外光谱可以推导有机化合物的分子骨架中是否含有共轭结构体系,如C=C－C=C、C=C－C=O、苯环等。利用紫外光谱鉴定有机化合物远不如利用红外光谱有效，因为很多化合物在紫外没有吸收或者只有微弱的吸收，并且紫外光谱一般比较简单，特征性不强。利用紫外光谱可以用来检验一些具有大的共轭体系或发色官能团的化合物，可以作为其他鉴定方法的补充。鉴定化合物主要是根据光谱图上的一些特征吸收，特别是最大吸收波长λmax即摩尔吸光系数ε值，来进行鉴定。当前66页，总共79页。67鉴定的方法有两种：（1）与标准物、标准谱图对照：将样品和标准物以同一溶剂配制相同浓度溶液，并在同一条件下测定，比较光谱是否一致。（2）吸收波长和摩尔吸光吸收：如果样品和标准物的吸收波长相同，摩尔吸光吸收也相同，可以认为样品和标准物是同一物质。化合物的定性分析当前67页，总共79页。68⑴若在200～750nm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。不含共轭体系，无醛、酮、溴、碘。官能团鉴定⑵若在270～350nm波长范围内有低强度吸收峰(ε＝10～100L·mol-1·cm-1),（n→π跃迁），则可能含有一个简单非共轭且含有n电子的生色团，如羰基。⑶若在2５0～300nm波长范围内有中等强度的吸收峰则可能含苯环。化合物的结构分析当前68页，总共79页。69⑷若在210～250nm波长范围内有强吸收峰，则可能含有2个共轭双键；若在260～300nm波长范围内有强吸收峰，则说明该有机物含有3个或3个以上共轭双键。⑸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。化合物的结构分析当前69页，总共79页。70五、有机分析应用异构体的确定反式异构体的λmax和εmax大于顺式异构体化合物纯度的检验氢键强度的测定成分分析当前70页，总共79页。71异构体的确定

对于构造异构体，可以通过经验规则计算出λmax值与实测值比较，即可证实化合物是哪种异构体。对于顺反异构体，一般来说，某一化合物的反式异构体的λmax和εmax大于顺式异构体。另外还有互变异构体，常见的互变异构体有酮－烯醇式互变异构，如乙酰乙酸乙酯的酮－烯醇式互变异构。当前71页，总共79页。72成分分析

紫外光谱在有机化合物的成分分析方面的应用比其在化合物定性鉴定方面具有更大的优越性，方法的灵敏度高，准确性和重现性都很好，应用非常广泛。只要对近紫外有吸收或可能有吸收的化合物，均可用紫外分光光度法进行测定，定量基础朗伯-比尔定律。当前72页，总共79页。

六、仪器操作一、定性分析不同物质结构不同或者说其分子能级的能量(各种能级能量总和)或能量间隔各异，因此不同物质将选择性地吸收不同波长或能量的外来辐射，这是UV-Vis定性分析的基础。

定性分析具体做法是让不同波长的光通过待测物，经待测物吸收后，测量其对不同波长光的吸收程度(吸光度A)，以吸光度A为纵坐标，辐射波长为横坐标作图，得到该物质的吸收光谱或吸收曲线，据吸收曲线的特性(峰强度、位置及数目等)研究分子结构。当前73页，总共79页