紫外可见分光光度法第次课

紫外可见分光光度法第次课1第1页，共53页，2023年，2月20日，星期二

§1-1吸光光度法基本原理

一、吸光光度法的概念

在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法。主要有:

红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000m,主要用于有机化合物结构鉴定。

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。

2第2页，共53页，2023年，2月20日，星期二可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400750nm，主要用于有色物质的定量分析。二、吸光光度法的特点：（1）灵敏度高；（2）准确度高；（3）操作简便快速；（4）应用广泛。3第3页，共53页，2023年，2月20日，星期二三、光的基本性质

光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长、频率、光速c、波数（cm-1）等参数来描述：

=c

；波数=1/=/c

光是由光子流组成，光子的能量：

E=h=hc/

（Planck常数：h=6.626×10-34J×S)

光的波长越短（频率越高），其能量越大。白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光

单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成)

可见光区：400-750nm

紫外光区：近紫外区200-400nm

远紫外区10-200nm（真空紫外区）4第4页，共53页，2023年，2月20日，星期二四、物质的颜色

物质的颜色是由于物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生的。表1-1物质的颜色与吸收光颜色的互补关系5第5页，共53页，2023年，2月20日，星期二五、物质对光的选择性吸收及吸收曲线M+

h

M*M+热M+荧光或磷光基态激发态E1

（△E）E2E=E2-

E1=h

量子化；选择性吸收;

分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；用不同波长的单色光照射，测吸光度—

吸收曲线与最大吸收波长

max；6第6页，共53页，2023年，2月20日，星期二六、光吸收曲线

用不同波长的单色光照射某一物质测定吸光度，以波长为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制曲线，描述物质对不同波长光的吸收能力。图1-1吸收曲线7第7页，共53页，2023年，2月20日，星期二吸收曲线的讨论：（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λmax（2）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。8第8页，共53页，2023年，2月20日，星期二

（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。9第9页，共53页，2023年，2月20日，星期二

七、光吸收的基本定律1.朗伯—比耳定律

布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。A∝b

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。A∝c二者的结合称为朗伯—比耳定律，其数学表达式为：10第10页，共53页，2023年，2月20日，星期二朗伯-比耳定律的数学表达式为：

A＝lg（I0/I)=εbc

或:A＝lg（I0/I)=abc

式中A：吸光度；

I0

：入射光强度；

I：透射光强度；

b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；

ε：摩尔吸光系数，单位L·mol-1·cm-1；溶液的浓度c单位mol·L-1；

a：吸光系数，单位L·g-1·cm-1；

溶液的浓度c单位g·L-1。

11第11页，共53页，2023年，2月20日，星期二

ε与a的关系为：

ε=Ma

（M为物质的摩尔质量）摩尔吸光系数ε(L·mol-1·cm-1)在数值上等于浓度为1mol·L-1、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。吸光系数a(L·g-1·cm-1)相当于浓度为1g·L-1，液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。12第12页，共53页，2023年，2月20日，星期二吸光度A描述溶液对光的吸收程度：

A＝lg（I0/I)透过度T

描述入射光透过溶液的程度:

T=It/I0吸光度A与透光度T的关系:

A

＝－lgT

A、T、c三者的关系如右图所示。吸光度A具有加和性：A总=A1+A2A1、A2分别为两种吸光物质的吸光度。ATATC图8-3A，T，C关系曲线13第13页，共53页，2023年，2月20日，星期二

朗伯-比耳定律的物理意义：当平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时,溶液的吸光度与溶液浓度和液层厚度的乘积成正比。朗伯-比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。广泛地应用于紫外光、可见光、红外光区的吸收测量，也适用于原子吸收测量。14第14页，共53页，2023年，2月20日，星期二2.摩尔吸光系数ε的讨论（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；（2）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，与待测物浓度无关；（3）可作为定性鉴定的参数；（4）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。εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。

15第15页，共53页，2023年，2月20日，星期二（5）

εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。

ε>105：超高灵敏；

ε=(6～10）×104

：高灵敏；

ε=(2～6）×104

：中等灵敏；

ε<2×104：不灵敏。（6）ε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。

16第16页，共53页，2023年，2月20日，星期二3.偏离朗伯—比耳定律的原因

标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯—比耳定律的偏离。引起这种偏离的因素（两大类）：（1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；（2）化学性因素。

17第17页，共53页，2023年，2月20日，星期二（1）物理性因素

难以获得真正的纯单色光。

朗伯—比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯—比耳定律的正或负偏离。

非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯—比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。

图8-4-1工作曲线18第18页，共53页，2023年，2月20日，星期二

｜Δε｜很小时，则可近似认为是单色光。为克服非单色光引起的偏离，首先应选择比较好的单色器。此外还应将入射光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。(2)化学性因素朗伯-比耳定律假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用，实验证明，这种假定只有在稀溶液时才基本符合。

19第19页，共53页，2023年，2月20日，星期二

当溶液浓度c>10-2mol·L-1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。朗伯-比耳定律只适用于稀溶液。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。

(3)工作曲线不过原点存在系统误差：吸收池不完全一样；参比溶液选择不当等。图8-4-2工作曲线20第20页，共53页，2023年，2月20日，星期二

§1-2紫外可见分光光度计

一、主要部件光源单色器样品室检测器显示

21第21页，共53页，2023年，2月20日，星期二1．光源：2．单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件

棱镜——对不同波长的光折射率不同色散元件分出光波长不等距光栅——衍射和干涉分出光波长等距钨灯或卤钨灯——可见光源350~1000nm氢灯或氘灯——紫外光源200~360nm22第22页，共53页，2023年，2月20日，星期二续前3．吸收池：玻璃——能吸收UV光，仅适用于可见光区石英——不能吸收紫外光，适用于紫外和可见光区要求：匹配性（对光的吸收和反射应一致）4．检测器：将光信号转变为电信号的装置5．记录装置：讯号处理和显示系统光电池光电管光电倍增管二极管阵列检测器23第23页，共53页，2023年，2月20日，星期二类型：

1．单光束分光光度计：特点：使用时来回拉动吸收池→移动误差对光源要求高比色池配对24第24页，共53页，2023年，2月20日，星期二续前2．双光束分光光度计：

特点：不用拉动吸收池，可以减小移动误差对光源要求不高可以自动扫描吸收光谱25第25页，共53页，2023年，2月20日，星期二续前3．双波长分光光度计特点：利用吸光度差值定量消除干扰和吸收池不匹配引起的误差26第26页，共53页，2023年，2月20日，星期二27第27页，共53页，2023年，2月20日，星期二

§1-3显色反应及显色条件的选择一、显色反应的选择

选择显色剂选择显色反应时应考虑的因素：灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收，与有色物最大吸收波长之差（对比度），应满足>60nm。常用配位显色反应或氧化还原显色反应对待测离子进行显色后测定。例如：钢中微量锰的测定，Mn2＋不能直接进行光度测定，可将其氧化成紫红色的Mn(Ⅶ)，在525nm处

28第28页，共53页，2023年，2月20日，星期二二、显色条件的选择1.显色剂用量：吸光度A与显色剂用量

cR的关系曲线如图12-8所示。选择曲线变化平坦处作为显色条件。2.溶液的pH值在相同实验条件下，分别测定不同pH值条件下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。3.显色时间与温度显色反应一般在室温下进行，有的反应需加热，应通过实验找出适宜的温度范围。图8-10吸光度与显色剂用量关系曲线cRcRcRAAA29第29页，共53页，2023年，2月20日，星期二pHA

图8-11吸光度与pH关系曲线三、干扰的消除

1.加入掩蔽剂选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。例：测定Ti4＋，30第30页，共53页，2023年，2月20日，星期二

加入H3PO4掩蔽剂使Fe3+(黄色)成为［Fe(PO４)2］3-(无色)，消除Fe3+的干扰；又如用铬天菁S光度法测定Al3+时，加入抗坏血酸作掩蔽剂将Fe3+还原为Fe2+，消除Fe3+的干扰。

2.选择适当的显色反应条件通过控制适宜的显色条件，消除干扰组分的影响。

3.选择适宜的波长避开干扰物的最大吸收，配制适当的参比液，消除干扰组分的影响。

31第31页，共53页，2023年，2月20日，星期二

4.提高显色反应的选择性利用被测物能形成三元络合物的特点，提高显色反应的选择性。

5.分离干扰离子

采用适当的分离方法预先除去干扰物质。32第32页，共53页，2023年，2月20日，星期二§1-4吸光光度测量条件的选择1.选择适当的入射波长一般应该选择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.选择适当的参比溶液吸收池表面对入射光有反射和吸收作用；溶液的不均匀性所引起的散射；过量显色剂、其它试剂、溶剂等引起的吸收，这些因素影响待测组分透光度或吸光度的测量。采用参33第33页，共53页，2023年，2月20日，星期二

比溶液校正的方法消除或减小这些影响。在相同的吸收池中装入参比溶液(又称空白溶液)，调节仪器使透过参比池的吸光度为零(称为工作零点)。在此条件下测得的待测溶液的吸光度才真正反映其吸光强度。34第34页，共53页，2023年，2月20日，星期二图8-12吸光度测定条件的选择曲线A为钴络合物的吸收曲线曲线B为显色剂的吸收曲线35第35页，共53页，2023年，2月20日，星期二

参比溶液的选择一般遵循以下原则：⑴若仅待测组分与显色剂反应产物在测定波长处有吸收，其它所加试剂均无吸收，用纯溶剂（水)作参比溶液；⑵若显色剂或其它所加试剂在测定波长处略有吸收，而试液本身无吸收，用“试剂空白”(不加试样溶液)作参比溶液；⑶若待测试液在测定波长处有吸收，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；⑷若显色剂、试液中其它组分在测量波长处有吸收，则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后再加显色剂，作为参比溶液。36第36页，共53页，2023年，2月20日，星期二0.20.80.40.6A012

345C/mg·L-1分光光度法三、标准曲线法绘图示例：37第37页，共53页，2023年，2月20日，星期二

§8-5吸光光度法的应用

一、示差分光光度法（示差法）普通分光光度法一般只适于测定微量组分，当待测组分含量较高时，将产生较大的误差。需采用示差法。示差法需要较大的入射光强度，并采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液。设：待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为cs(cs<cx)。则：

Ax=εbcx

As=εbcs

38第38页，共53页，2023年，2月20日，星期二ΔＡ＝Ａx

－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔc

测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液的吸光度之差ΔＡ。示差法测得的吸光度与Δc呈直线关系。由标准曲线上查得相应的Δc值，则待测溶液浓度cx：

cx=cx+Δc

39第39页，共53页，2023年，2月20日，星期二示差法标尺扩展原理：

普通法：cs的T=10%；cx的T=5%

示差法：cs

做参比，调T=100%

则：cx的T=50%；标尺扩展10倍40第40页，共53页，2023年，2月20日，星期二

图8-13是不同As的溶液作参比时相对误差函数曲线。由图可见，随着参比溶液浓度增加，浓度相对误差减小。若参比溶液选择适当，则示差法测定的准确度可与滴定法接近。二、多组分的同时测定

1.若各组分的吸收曲线互不重叠，则可在各自最大吸收波长处分别进行测定。这本质上与单组分测定没有区别。

2.若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加和性求解联立方程组得出各组分的含量。

41第41页，共53页，2023年，2月20日，星期二Aλ1=εaλ1bCa

＋εbλ1bCb

Aλ2=εaλ2bCa

＋εbλ2bCb

图8-13相对误差函数曲线AAλλλ1λ1λ2λ2图8-14双组分的吸收曲线42第42页，共53页，2023年，2月20日，星期二§1-6紫外吸收光谱简介

一、有机化合物电子跃迁的类型

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。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。

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＊43第43页，共53页，2023年，2月20日，星期二⑴

σ→σ＊跃迁

所需能量最大，σ电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长λ<200nm，只能被真空紫外分光光度计检测到)。如甲烷的λ为125nm,乙烷λmax为135nm。⑵n→σ＊跃迁

所需能量较大。吸收波长为150～250nm，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现n→σ*跃迁。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*跃迁的λ分别为173nm、183nm和227nm。44第44页，共53页，2023年，2月20日，星期二⑶π→π＊跃迁

所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，摩尔吸光系数εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。如：乙烯π→π*跃迁的λ为162nm，εmax为:1×104L·mol-1·cm－1。⑷n→π＊跃迁

需能量最低，吸收波长λ>200nm。这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为10～100L·mol-1

·cm-1，吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和π键同时存在时发生n→π＊跃迁。丙酮n→π＊跃迁的λ为275nmεmax为22L·mol-1

·cm-1（溶剂环己烷)。45第45页，共53页，2023年，2月20日，星期二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。46第46页，共53页，2023年，2月20日，星期二二、影响紫外吸收光谱的因素1.溶剂的影响溶剂极性的变化会使化合物的紫外吸收光谱形状改变。例如，在非极性的庚烷溶剂中，苯酚在270nm处出现中等强度的吸收峰并有精细结构；但在极性的乙醇溶剂中，这些精细结构变得不明显或消失。2.溶剂pH的影响当被测物质具有酸性或碱性基团时，溶剂的pH值的变化对光谱的影响较大。3.空间效应若存在空间阻碍，影响较大共轭体系的生成，则最大吸收波长较短，吸光系数小。47第47页，共53页，2023年，2月20日，星期二三、紫外吸收光谱法的应用1.计算最大吸收波长2.比较吸收光谱3.同分异构体和顺反异构的确定4.纯度检验48第48页，共53页，2023年，2月20日，星期二

第一章吸光光度法思考题1．朗伯-比耳定律的物理意义是什么？写出其数学表达式。2．摩尔吸光系数ε的物理意义是什么？其大小与哪些因素有关？ε在分析化学中有何意义？3．什么是吸收曲线？什么是标准曲线？它们有何实际意义？4．显色反应如何选择？5．吸光度测量条件如何选择？6．光度分析法中，参比溶液应如何选择？

答案49第49页，共53页，2023年，2月20日，星期二1.答：当一束平行的单色光通过液层厚度为b的有色溶液时，溶液的吸光度A与液层的厚度b和溶液的浓度c成正比。即A=lg(I0/I)=εbc2.答：摩尔吸光系数ε在数值上等于1mol·L-1吸光物质在1cm光程中的吸光度。它是吸光物质在