紫外可见分光光度法简介

紫外—可见分光光度法

在仪器分析中紫外—可见分光光度法是历史悠久、应用最为广泛的一种光学分析方法。他是利用物质的分子或离子对某一波长范围的光的吸收作用，对物质进行定性分析、定量分析及结构分析，所依据的光谱是分子或离子吸收入射光中特定波长的光而产生的吸收光谱。按所吸收光的波长区域不同，分为紫外分光光度法和可见分光光度法，合称为紫外—可见分光光度法。分光光度法是在比色法的基础上发展起来的，两者所依据的原理基本上是相同的。由于分光光度法采用了更为先进的单色系统和光检测系统，使得分光光度法在灵敏度、准确度、精密度及应用范围上都大大的优于比色法。第一页，共30页。紫外—可见分光光度法有如下特点：相对其他光谱分析方法来说相对其他光谱分析方法来说，其仪器设备和操作都比较简单，费用少，分析速度较快。灵敏度较高。如在紫外区直接检测抗坏血酸时，其最低检出浓度可达到10-6g/mL。有较好的选择性。通过适当的选择测量条件，一般可在多种组分共存的体系中，对某一物质进行测定。精密度和准确度较高。在仪器设备和其他测量条件较好的情况下，其相对误差可减小到1%~2%。虽然相对误差比重量法和滴定法大，但对于微量组分的测定已经满足要求。用途广泛。在医药、化工、冶金、环境保护、地质等诸多领域，紫外—可见分光光度法不但可以进行定量分析，还可以对被测物质进行定性分析和结构分析，进行官能团鉴定、相对分子质量测定、配合物的组分及稳定常数的测定等等。第二页，共30页。物质对光的选择性吸收：

光在与物质作用时，物质可对光产生不同程度的吸收。光被吸收后，起能量通常以热的形式释放出来，这种能量很微小，一般察觉不到。我们可以利用测量物质对某种波长的光的吸收来了解物质的特性。物质的结构决定了物质在吸收光时只能吸收某些特定波长的光，也就是说，物质对光的吸收有选择性。例如，当一束白光（复合光）通过硫酸铜溶液时，水合铜离子中的电子发生跃迁，选择性的吸收复合光中的黄光，其他颜色的光不被吸收而透过溶液，故溶液呈现出黄色的互补色——蓝色。我们通常见到的有色物质，都是由于他们吸收了可见光的部分光，呈现出吸收光颜色的互补色。分子中的电子跃迁需要的能量在之间，其对应的吸收光的波长范围大部分处于紫外和可见光区域，通常将分子在这一区域的吸收光谱称为电子光谱。不同的分子中的电子跃迁需要的能量不一样，吸收光谱也就不同。为了测第三页，共30页。

量一种物质的吸收光谱，用经过分光后的不同波长的光依次透过该物质，这种物质可以是液体，也可以是固体或气体，但大多数情况都是具有一定浓度的溶液。通过测量物质对不同波长的光的吸收程度（吸光度），以波长为横坐标，吸光度为纵坐标作图，就可以得到该物质在测量波长范围内的吸收曲线。这种曲线体现了物质对不同波长的光度吸收能力，称为吸收光谱。第四页，共30页。在分子发生电子能级跃迁的同时，总是伴随着振动能级和转动能级的跃迁。所以，在分子的电子光谱中，包含有不同振动能级跃迁产生的若干吸收谱带和转动能级跃迁产生的若干吸收谱线。一般情况下由于,分辨不出电子光谱中振动能级和转动能级跃迁所产生的谱线结构，观察到的只是这些谱线展宽后合并在一起形成的较宽的吸收带。所以通常又将分子的电子光谱称为带状光谱。第五页，共30页。有机化合物的紫外—可见吸收光谱1有机化合物的电子跃迁有机化合物的紫外吸收光谱，取决于分子中外层电子的性质。与紫外—可见吸收光谱有关的电子有三种，即形成单键的σ电子、形成双键的π电子以及未参与成键的n电子（孤对电子）。处于基态的分子在吸收一定波长的光后，分子中的成键电子和非键电子可被激发跃迁至σ*和π*反键轨道，其跃迁类型有σ→σ*、n→σ*、π→π*和n→π*四种，其相对能量大小次序为：

σ→σ*>n→σ*>π→π*>n→π*有机物最有用的吸收光谱是基于n→π*和π→π*跃迁而产生的，这两类跃迁所需要的辐射能量大多处于波长大于200nm的区域。它们要求分子中含有不饱和键，这种含有不饱和键的基团称为生色团。第六页，共30页。n→π*跃迁发生在含有杂原子的不饱和化合物中，其最大摩尔吸光系数εmax（表示物质对光吸收能力大小的参量）比较小，吸收峰随溶剂极性增加而向短波方向移动，即产生蓝移，下表列出了一些常见生色团n→π*跃迁的吸收特性。生色团化合物溶剂羰基正己烷28016羧基乙醇20441硝基CH3NO2异辛烷28022亚硝基C4H9NO乙醚66520第七页，共30页。π→π*跃迁可以发生在任何具有不饱和键的有机化合物分子中，其最大摩尔吸光率很大，吸收峰随溶剂极性增加向长波方向移动，即产生红移。下表列出了一些常见生色团π→π*跃迁的吸收特性。生色团化合物溶剂羰基正己烷188900烯正庚烷17713000炔正庚烷17810000第八页，共30页。当一个分子中含有两个或两个以上的生色团时，按相互间的位置可以分为共轭和非共轭两种情况：非共轭时，各个生色团各自独立吸收，吸收带由各生色团的吸收带叠加而成；共轭时，生色团原有的吸收峰会发生改变，可产生新的吸收峰。下表列出了一些有关共轭结构的化合物的吸收特性。化合物共轭双键数11955000220010000221721000325425000325835000第九页，共30页。另有一些基团，本身并不产生吸收峰，但与生色团共存于同一分子时，可引起吸收峰的位移和吸收强度的改变，这些基团称为助色团。如苯环的一个氢原子被一些基团取代后，苯环在254nm处的吸收带的最大吸收位置和强度就会改变。化合物取代基苯254300氯苯264320溴苯262325苯酚2731780苯甲醚2722240第十页，共30页。有机化合物的吸收带吸收带(absorptionband):在紫外光谱中，吸收峰在光谱中的波带位置。根据电子及分子轨道的种类，可将吸收带分为四种类型。R吸收带K吸收带B吸收带E吸收带第十一页，共30页。无机化合物的紫外-可见吸收光谱

镧系和锕系元素的离子对紫外和可见光的吸收是基于内层f电子的跃迁而产生的。其紫外可见光谱为一些狭长的特征吸收峰，这些峰几乎不受金属离子的配位环境的影响。1.f电子跃迁吸收光谱第十二页，共30页。过渡金属的电子跃迁类型为d电子在不同d轨道间的跃迁，吸收紫外或可见光谱。这些峰强烈受配位环境的影响。例如cu2+以水为配位体，吸收峰在794nm处，而以氨为配位体，吸收峰在663nm处。此类光谱吸收强度弱，较少用于定量分析。2.d电子跃迁吸收光谱第十三页，共30页。3.电荷迁移光谱某些分子既是电子给体，又是电子受体，当电子受辐射能激发从给体外层轨道向受体跃迁时，就会产生较强的吸收，这种光谱称为电荷迁移光谱。如苯酰基取代物在光作用下的异构反应。第十四页，共30页。影响紫外-可见吸收光谱的因素物质的吸收光谱与测定条件有密切的关系。测定条件（温度、溶剂极性、pH等）不同，吸收光谱的形状、吸收峰的位置、吸收强度等都可能发生变化。1.温度在室温范围内，温度对吸收光谱的影响不大。第十五页，共30页。2.溶剂

注意如下几点：

（1）同一种物质由于使用的溶剂不同，得到的紫外—可见吸收光谱的峰形和最大吸收位置可能不一样，所以在测定物质的吸收光谱时，一定要注明所使用的溶剂（2）尽量选用低极性溶剂；（3）能很好地溶解被测物，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性；（4）溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。3.PH第十六页，共30页。朗伯-比尔定律

设入射光强度为I0，吸收光强度为Ia,透射光强度为It，反射光强度为Ir，则

I0=Ia+It+Ir由于反射光强度基本相同，其影响可相互抵消，上式可简化为：

I0=Ia+It一、吸光度和透光度第十七页，共30页。吸光度:为透光度倒数的对数，用A表示，即

A=lg1/T=lgI0/It透光度：透光度为透过光的强度It与入射光强度I0之比，用T表示：即T=It/I0第十八页，共30页。二、朗伯-比尔定律朗伯-比尔定律：当一束平行单色光通过含有吸光物质的稀溶液时，溶液的吸光度与吸光物质浓度、液层厚度乘积成正比，即

A=κcl

式中比例常数κ与吸光物质的本性，入射光波长及温度等因素有关。c为吸光物质浓度，l为透光液层厚度。

朗伯-比尔定律是紫外-可见分光光度法的理论基础。第十九页，共30页。三、吸光系数当l以cm，c以g/L为单位，κ称为吸光系数，用a表示。A=acla的单位为L/(g.cm)第二十页，共30页。当l以cm，c以mol/L为单位，κ称为摩尔吸光系数，用ε表示。ε的单位为L/mol.cm，它表示物质的浓度为1mol/L，液层厚度为1cm时，溶液的吸光度。摩尔吸光系数比吸光系数比吸光系数是指百分含量为1%，l为1cm时的吸光度值，用表示。第二十一页，共30页。四、偏离朗伯-比耳定律的因素（1）入射光为非单色光（3）光程的不一致性。光源不是点光源，比色皿光径长度不一致，光学元件的缺陷引起的多次反射等，均造成光径不一致，从而与定律偏离。（2）溶液的不均性。实际样品的混浊，加入的保护胶体，蒸馏水中的微生物，存在散射以及共振发射等，均可吸光质点的吸光特性变化大。第二十二页，共30页。紫外-可见分光光度计一、主要部件的性能与作用基本结构:光源→单色器→吸收池→检测器→信号显示系统↑

样品第二十三页，共30页。在紫外可见分光光度计中，常用的光源有两类：热辐射光源和气体放电光源

1光源热辐射光源用于可见光区，如钨灯和卤钨灯；气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和氘灯。第二十四页，共30页。单色器的主要组成：入射狭缝、出射狭缝、色散元件和准直镜等部分。

2单色器单色器质量的优劣，主要决定于色散元件的质量。色散元件常用棱镜和光栅。第二十五页，共30页。吸收池又称比色皿或比色杯，按材料可分为玻璃吸收池和石英吸收池，前者不能用于紫外区。