紫外可见吸收光谱法S课件

-可见

吸收光谱分析5-1基本原理5-2UV-Vis分光光度计5-3显色与测量条件的选择5-4分光光度测定方法5-5有机合物紫外光谱解析2023/4/181

5-1

基本原理一、概述1.定义：在光谱分析中，依据物质的分子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。2.分类①红外吸收光谱（IR）分子振动光谱，吸收光波长范围0.251000m

,主要用于有机化合物结构鉴定。（主要应用中红外2.525m

）2023/4/182②紫外吸收光谱（UV）

电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400nm（近紫外区），研究对象大多为具有共轭双键结构的分子。可用于无机物和有机物的定性和定量分析。③可见吸收光谱（Vis）

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。

本章主要讲授紫外可见吸光光度法。2023/4/1833.方法特点①灵敏度高：可测定10-6~10-7g.mL-1的物质②准确度高：RE%一般在1~

5%。③分析速度快：方法简单、仪器设备小型，易于操作。④应用广泛：常用于无机物定量分析、有机物进行鉴定及结构分析（推测有机化合物中的官能团及分子骨架结构）。2023/4/185⑤方法的局限性

有些有机化合物在UV-Vis光区没有吸收谱带（如正己烷、正庚烷等），有的吸收光谱相近（如甲苯和乙苯的光谱大体相同）。还要借助于红外(IR)、核磁共振(NMR)、质谱(MS)等进行定性及结构分析。2023/4/186二、紫外可见吸收光谱1.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=6.626×10-34

J·

S)光的波长越短（频率越高），其能量越大。2023/4/187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：400～780nm紫外光区：近紫外区200～400nm远紫外区：10-200nm

（真空紫外区）2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线M0+h

M*M

+热M+荧光或磷光基态激发态E1

（△E）E22023/4/188

E=E2-E1=h

★物质结构不同，具有不同的量子化能级排布，物质分子对入射光具有选择性吸收。

★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(最大吸收波长max)。蓝

黄

450~480nm

580~600nm2023/4/1810★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。2023/4/1811紫外—可见吸收曲线2023/4/1813三、光的吸收定律1.朗白-比耳定律布格(Bouguer)和朗白(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∝b1852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

二者的结合称为朗白—比耳定律，其数学表达式为：

A＝lg（I0/It)=εbc

2023/4/1814

A＝lg（I0/It)=εbc

A—吸光度，描述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－１

ε—摩尔吸光系数，L·mol－１·cm－１

或:A＝lg（I0/It)=abc

c—溶液的浓度，g·L－１

a—吸光系数，L·g－１·cm－１

a与ε的关系为：

a=ε/M

（M为摩尔质量）2023/4/1815(3)摩尔吸光系数物理意义

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。(4)吸光系数a(L·g-1·cm-1）相当于浓度为1g/L

、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。2023/4/18172.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。2023/4/1818（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。2023/4/1819■物理性因素

难以获得真正的纯单色光。朗白-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。2023/4/1821

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。■化学性因素

朗白-比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用。只有稀溶液(c<10-2mol/L)时才基本符合。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。2023/4/1822★朗伯—比耳定律只适用于稀溶液。★当溶液中存在着离解、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。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。此时溶液pH对测定有重要影响。2023/4/1823分子的内能：电子能量Ee

振动能量Ev

转动能量Er即E＝Ee+Ev+Er

ΔΕe>ΔΕv>ΔΕr远IRIR(中)UV-Vis2023/4/1825UV-Vis光谱属于电子跃迁光谱。电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线相互叠加而呈现宽谱带。2023/4/18263.价电子的跃迁方式（1）σ→σ＊跃迁(<200nm)

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λmax为125nm,

乙烷λmax为135nm。★

UV-Vis吸收光谱中用饱和烃类（正己烷或正庚烷）作分析时的溶剂。2023/4/1829（2）n*跃迁(150~250nm)（饱和碳氢化合物中的H被N、O、S、X取代）

实现这类跃迁所需要的能量较高，其吸收光谱落于远紫外光区和近紫外光区(150~250nm),ε为102～103，中等强度吸收。如：CH3OH、CH3Cl、CH3I的λmax分别为

183、173、258nm。2023/4/1830（3）*跃迁(200nm或200~700nm强吸收）（凡含双键或三键不饱和有机化合物）

它需要的能量较低，吸收峰一般处于近紫外光区，在200nm左右，ε很大，为强吸收带。共轭程度越大，所需能量越低，λmax增大。

不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。如：乙烯、丁二烯、己二烯的λmax分别为

162、217、268nm。2023/4/1831（4）n*跃迁（200~400nm弱吸收）

（含杂原子的双键不饱和有机化合物）

所需能量最低，吸收波长200~400nm。ε较小，弱吸收。如丙酮n→π＊跃迁的λmax

=275nm

εmax=22L·mol-1·cm-1（溶剂环己烷)。

UV-Vis光谱的主要研究对象为

*和n*跃迁。2023/4/18324.生（发）色团与助色团（1）生（发）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—C三N等。2023/4/1833某些常见生色团的吸收光谱2023/4/1834（2）助色团有一些含有n电子（杂原子）的基团(如—OH、—OR（烷氧基）、-NH２、COOR（酯基）、-SR（烷硫基）—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*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。2023/4/18355.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εmax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。2023/4/1836含n电子取代使n*红移。如CH4、CH3Cl、CH3I的

λmax分别为125、173、258nm。极性溶剂使n*蓝移；使π*红移。2023/4/18376.吸收带—吸收峰的波带位置。（1）R吸收带（弱带）

n*跃迁的吸收带又称R吸收带，λmax在200～400nm。强度弱，一般ε为102以下。如：含羰基(C=O)、偶氮(N=N)基团的化合物。（2）K吸收带（强带）

在共轭非封闭（烯烃）体系中，由*跃迁产生的吸收带又称为K吸收带。吸收强度大，一般ε＞104，吸收峰在217～280nm

。有两个以上的双键共轭时，随着共轭系统的延长有红移现象。如苯乙烯、苯甲醛等有K带，极性溶剂使K带红移。2023/4/1838K吸收带及其红移现象芳环上有发色基团取代时(苯乙烯、苯乙酮)也有K带。2023/4/1839（3）B吸收带（苯吸收带）

芳香族化合物的*跃迁而产生的精细结构吸收带。吸收峰在230～270nm，ε≈102。常用B吸收带的精细结构来判断芳香族化合物，但苯环上有取代基且共轭时，B带简单化、红移和增色；B带在蒸汽状态或非极性溶剂中极为明显；而在极性溶剂中B带不明显或消失。苯的紫外吸收光谱（异辛烷）

2023/4/1840（4）E吸收带（封闭共轭体系）

芳香族化合物的*跃迁而产生的特征吸收带。分为E1吸收带和E2吸收带。

E1带出现在185nm，

＞104；

E2带出现在204nm，＞103。★芳香族化合物为环状共轭体系。★苯环结构中三个乙烯的环状共轭系统产生了E1、E2吸收带，是芳香族化合物的特征吸收。★B吸收带和E吸收带是芳香族化合物的特征吸收带，常用来判断化合物中是否有芳香环存在。2023/4/1841

5-2UV-Vis分光光度计752型UV-Vis分光光度计2023/4/1842一、仪器的基本构造光源单色器样品室检测器显示1.光源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。2023/4/1843★可见光区：钨灯或碘钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～1000nm。★紫外区：氢、氘灯。发射180～360nm的连续光谱。D2灯

MgF2窗—115-230nm；

石英窗—155-310nm。2.单色器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。★色散元件：将复合光分解成单色光。棱镜或光栅目前大多仪器使用光栅，可用于整波段，成本低，便于保存，分辨能力均匀一致。2023/4/1844玻璃棱镜只能用于可见光区；石英棱镜可用于紫外光区。石英在紫外光区有较高的色散率，而在可见光区的色散率不及光学玻璃。光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的。光栅在很宽的波长范围内具有相同的色散率。2023/4/18453.样品室样品室放置各种类型的吸收池(比色皿)和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。★紫外区须采用石英池；(1cm)★可见区一般用玻璃池。(0.5、1、2、3cm)2023/4/18464.检测器利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管、光电倍增管(PMT)或光电二极管阵列(PDA)检测器。5.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。2023/4/1847二、分光光度计的类型1.单光束

简单、价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。2023/4/18482.双光束利用斩光器将单色光一分为二，分别经过参比和样品池，可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。2023/4/18493.双波长将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)快速交替通过同一吸收池而后到达检测器，无需参比池。△A=Aλ1

-Aλ2

。可测高浓度、混浊、多组分混合试样。2023/4/1850

5-3

显色与测量条件的选择一、显色反应的选择及类型1.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。两种有色物最大吸收波长之差：“对比度”，要求△>60nm。2.配位显色反应当金属离子与有机显色剂形成配合物时，产生很强的紫外—可见吸收光谱。

Fe2+

与邻二氮菲→橙红色溶液

Cr6+与二苯碳酰二肼→红色溶液2023/4/18513.氧化还原显色反应某些元素的氧化态，如Mn（Ⅶ）、Cr（Ⅵ）在紫外或可见光区能强烈吸收，可利用氧化还原反应对待测离子进行显色后测定。如：钢中微量锰的测定，Mn2＋不能直接进行光度测定。2Mn2＋＋5S2O82-＋8H2O=2MnO4-+10SO42-＋16H+

将Mn2＋氧化成紫红色的MnO4-后，在525nm处进行测定。2023/4/1852二、显色反应条件的选择1.显色剂用量：选择曲线变化平坦处。2.反应体系的酸度：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A较大且恒定的平坦区所对应的pH范围。3.显色时间与温度：实验确定4.溶剂：一般尽量采用水相测定。2023/4/1853三、共存离子干扰的消除1.加入掩蔽剂例：测定Ti4＋，可加入H3PO4掩蔽剂使

Fe3+(黄色)成为Fe(PO４)23-(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。3.分离干扰离子。2023/4/1854四、测定条件的选择1.选择适当的入射波长一般应该选择λmax为入射光波长。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。依据“吸收最大，干扰最小”2023/4/18552.选择合适的参比溶液★目的测得的的吸光度真正反映待测溶液吸光强度。★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。2023/4/1856⑶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。2023/4/18573.控制适宜的吸光度（读数范围）不同的透光度读数，产生的误差大小不同：

2023/4/1858

浓度测量值的相对误差（Δc/c）不仅与仪器的透光度误差ΔT有关，而且与其透光度读数T

的值也有关。

是否存在最佳读数范围？何值时误差最小？2023/4/1859最佳读数范围与最佳值设ΔT=0.5%，则可绘出溶液浓度相对误差Δc/c与其透光度T的关系曲线。如图所示：T

在20%～65%之间时，浓度相对误差较小(Δc/c＜2%)，最佳读数范围。用仪器测定时应尽量使溶液透光度值在T%=20～65%(吸光度A=0.70～0.20)。可求出浓度相对误差最小时的透光度Tmin为：

Tmin＝36.8%,Amin＝0.4342023/4/1860吸光度A的读数范围

A=0.20～0.70

T=65%～20%根据朗白-比耳定律，可用改变吸收池厚度（b）或待测液的浓度（c）来使吸光度A处在适宜的范围内。2023/4/1861

5-4

分光光度测定方法一、普通分光光度法1.单组分的测定通常比较法或采用

A-C标准曲线法定量测定。BlankStandardSampleSample2023/4/18622023/4/18632.多组分的同时测定⑴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。

Aa(λ1)=εabCa

求出Ca

Ab(λ2）=εbbCb

求出Cb2023/4/1864⑵若各组分的吸收曲线互有重叠，则可根据吸光度的加合性求解联立方程组得出各组分的含量。2023/4/18653.配合物组成的测定（1）物质的量比法固定一种组分如金属离子M的浓度，改变配位剂R的浓度，分别测定其吸光度。以吸光度A为纵坐标，配位剂与金属离子的浓度比值为横坐标作图。利用外推法可得一交叉点D，D点所对应的浓度比值就是配合物的配合比。2023/4/1866（2）连续变化法设配位反应为M+nRMRnM为金属离子，R为配合剂。并设cM和cR为溶液中M和R两组分的浓度，cM+cR=c0（常数）金属离子和配位剂的物质的量分数分别为：2023/4/1867配制一系列不同xM（或xR）值的溶液，溶液中配合物浓度随xM而改变，当xM（或xR）与形成的配合物组成相当时，即金属离子和配位剂物质的量之比和配合物组成一致时，配合物的浓度最大。根据与最大吸光度对应的x值，即可求出n。2023/4/1868二、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。即提高入射光强度，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)

Ax=εbcx

As=εbcsΔＡ＝Ａx－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔc2023/4/1869测得的待测溶液与标准溶液的吸光度之差ΔＡ相当于普通法中吸光度A。

ΔA＝Ax－As=εb(cx－cs

）=εbΔc

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=cs+Δc

2023/4/1870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。2023/4/1871三、双波长分光光度法(了解)

不需空白溶液作参比，但需要两个单色器获得两束单色光(λ1和λ2)。以参比波长λ1处的吸光度Aλ1作为参比，来消除干扰。在分析浑浊或背景吸收较大的复杂试样时显示出很大的优越性。灵敏度、选择性、测量精密度等方面都比单波长法有所提高。

ΔA＝Aλ1－Aλ2＝(ελ1－ελ2)bc

两波长处测得的吸光度差值ΔA与待测组分浓度成正比。2023/4/1872

x为待测组分，

y为干扰组分。λ22023/4/18732023/4/1874

选择波长组合λ1

、λ2的基本要求：⑴选定的波长λ1和λ2处，干扰组分应具有相同吸光度。⑵在选定的两个波长λ1和λ2处，待测组分的吸光度应具有足够大的差值。2023/4/1875P83第10题K2CrO4的碱性溶液在372nm处有最大吸收，若碱性K2CrO4溶液的浓度为3.00×10-5mol.L-1,吸收池厚度为1cm，在此波长下测得透光率为71.6%。计算（1）该溶液的吸光度；（2）摩尔吸光系数；（3）若吸收池厚度为3cm，则透光率为多少？2023/4/1876λmax=372nm，

C=3.00×10-5mol·L-1，b=1cm2023/4/1877P83第11题苯胺在λmax为280nm处的k为1430L.mol-1.cm-1,现欲制备一苯胺水溶液，使其透射率为30%，吸收池厚度为1cm，问制备100mL该溶液需苯胺多少克？2023/4/18782023/4/1879P83第12题某组分A溶液的浓度为5.00×10-4mol.L-1,在1cm吸收池中于440nm及590nm下其吸光度分别为0.638和0.139；另一组份B溶液浓度为8.00×10-4mol.L-1,在1cm吸收池中于440nm及590nm下其吸光度分别为0.106和0.470。现有A、B组份混合溶液在1cm吸收池中于440nm及590nm下其吸光度分别为1.022和0.414。试计算混合溶液中A、B组份的浓度。2023/4/18802023/4/18812