仪器分析紫外分光光仪详解演示文稿

仪器分析紫外分光光度仪详解演示文稿现在是1页\一共有49页\编辑于星期四优选仪器分析紫外分光光度仪现在是2页\一共有49页\编辑于星期四3.操作简便、迅速、仪器设备不太复杂

若采用灵敏度高、选择性好的有机显色剂，并加入适当的掩蔽剂，一般不经过分离即可直接进行分光光度法测定、其方法的相对误差通常为5～10％，其准确度虽不及重量分析法和容量法，但对于微量组分的测定，结果还是满意的。现在是3页\一共有49页\编辑于星期四4.2.1颜色的产生4.2吸光光度法的基本原理现在是4页\一共有49页\编辑于星期四

光的波长λ(cm)、频率γ(Hz)，它们与光速c的关系是：4.2.2光的基本性质在真空介质中，光速为2.9979×1010cm/s。单个光子的能量E与上述三要素的关系是：E－－光子的能量，J；h－－普朗克常数（6.625×10－34J·s）现在是5页\一共有49页\编辑于星期四4.2.3溶液颜色与光吸收的关系

光波是一种电磁波。电磁波包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、x射线等。如果按照其频率或波长的大小排列，可见光只是电磁波中一个很小的波段。见表12－1现在是6页\一共有49页\编辑于星期四现在是7页\一共有49页\编辑于星期四

有色物质的不同颜色是由于吸收了不同波长的光所致。溶液能选择性地吸收某些波长的光，而让其他波长的光透过，这时溶液呈现出透过光的颜色。透过光的颜色是溶液吸收光的互补色。有色溶液对各种波长的光的吸收情况，常用光吸收曲线来描述。将不同波长的单色光依次通过一定的有色溶液，分别测出对各种波长的光的吸收程度（用字母A表示）。以波长为横坐标，吸光程度为纵坐标作图，所得的曲线称为吸收曲线或吸收光谱曲线。现在是8页\一共有49页\编辑于星期四能复合成白光的两种颜色的光叫互补色光。物质所显示的颜色是吸收光的互补色。现在是9页\一共有49页\编辑于星期四4.3光吸收基本定律

当一束平行的单色光照射均匀的有色溶液时，光的一部分被吸收，一部分透过溶液，一部分被比色皿的表面反射。如果入射光的强度为I0，吸收光的强度为Ia，透过光的强度为It，反射光的强度为Ir，则:

I0＝Ia＋It＋Ir

在吸光光度法中，由于采用同样质料的比色皿进行测量，反射光的强度基本上相同，其影响可以相互抵消，上式可简化为:

I0＝Ia＋It

现在是10页\一共有49页\编辑于星期四透过光的强度It与入射光的强度Io之比称为透光度或透光率，用T表示。

T＝It/Io一束单色光通过溶液后，由于溶液吸收了一部分光能，光的强度就要减弱。若溶液的浓度不变，液层越厚，透过光的强度越小，光线减弱的程度越大。如果将液层分成许多无限小的相等的薄层，其厚度为db。则dI应与db及I成正比，即－dI∝Idb，从而，－dI/I=k1db，积分此式，得：1.朗伯定律现在是11页\一共有49页\编辑于星期四将上式变成常用对数，得上式称为朗伯定律。如用A=lg(I0/It)或lg(1/T),则A称为吸光度。现在是12页\一共有49页\编辑于星期四例1.有一单色光通过厚度为1cm的有色溶液,其强度减弱20%。若通过5cm厚度的相同溶液,其强度减弱百分之几?解：lgT1

c1

─────=───,lgT25c1

lgT2=5lgT1=5×lg0.80=-0.485

T2=32.7%,即减弱67.3%现在是13页\一共有49页\编辑于星期四

当一束单色光通过液层厚度一定的溶液时，溶液的浓度愈大，光线强度减弱愈显著。若有色溶液的浓度增加dc，入射光通过溶液后，强度的减弱-dI与人射光强度I及dc成正比，即

-dI=k3Idc，或-dI/I=k3dc，积分，可得到:通常称比耳定律。2.比耳定律现在是14页\一共有49页\编辑于星期四例2.一符合比尔定律的有色溶液，当浓度为c时，透射比为T，若其它条件不变，浓度为c/3时，T为_________，浓度为2c时，T为__________。解:

T1/3

T2

这说明浓度与透射比T

的是指数关系。现在是15页\一共有49页\编辑于星期四3．朗伯一比耳定律如果溶液浓度和液层厚度都是可变的，就要同时考虑溶液浓度c和液层厚度b对吸光度的影响。为此，将朗伯和比耳公式和合并，得到即通常所称的朗伯一比耳定律。现在是16页\一共有49页\编辑于星期四4．吸光系数、摩尔吸光系数

在朗伯-比耳公式，k值决定于c，b所用的单位，它与入射光的波长及溶液的性质有关。当浓度c以g·L-1、液层厚度b以cm表示时，常数k是以a表示，此时称为吸光系数，单位为L·g-1·cm-1。朗伯－比耳公式可表示为:

A＝abc

若b以cm为单位，c以mol·L-1为单位时，则将k称为摩尔吸光系数，以符号ε表示，其单位为L·mol-1cm-1。ε的物理意义表达了当吸光物质的浓度为1mol·L-1，液层厚度为1cm时溶液的吸光度。在这种条件下上式可改写为:A=εbc现在是17页\一共有49页\编辑于星期四

摩尔吸光系数是有色化合物的重要特性。ε愈大，表示该物质对某波长的光吸收能力愈强，因而光度测定的灵敏度就越高。ε的值，不能直接取1mol/L这样高浓度的有色溶液来测量，而只能通过计算求得。由于溶液中吸光物质的浓度常因离解、聚合等因素而改变。因此，计算ε时，必须知道溶液中吸光物质的真正浓度。但通常在实际工作中，多以被测物质的总浓度计算，这样计算出的ε值称为表观摩尔吸光系数。文献中所报道的ε值就是表观摩尔吸光系数值。现在是18页\一共有49页\编辑于星期四4.4光度分析的方法和仪器4.4.1光度分析的方法1.目视比色法 用眼睛观察、比较溶液颜色深度以确定物质含量的方法称为目视比色法。将一系列不同量的标准溶液依次加入各比色管中，再分别加入等量的显色剂和其他试剂，并控制其他实验条件相同，最后稀释至同样体积，配成一套颜色逐渐加深的标准色阶。将一定量的被测溶液置于另一比色管中，在同样条件下进行显色，并稀释至同样体积，从管口垂直向下（有时由侧面）观察颜色。如果被测溶液与标准系列中某溶液的颜色相同，则被测溶液的浓度就等于该标准溶液的浓度。如果被测试液浓度介于相邻两种标准溶液之间，则试液的浓度就介于这两个标准溶液浓度之间。现在是19页\一共有49页\编辑于星期四2．标准曲线法

根据朗伯－比耳定律，保持液层厚度，入射光波长和其它测量条件不变，则在一定浓度范围内，所测得吸光度与溶液中待测物质的浓度成正比。因此，配制一系列已知的具有不同浓度的标准溶液，分别在选定波长处测其吸光度A，然后以标准溶液的浓度c为横坐标，以相应的吸光度A为纵坐标，绘制出A－c关系曲线。如果符合光的吸收定律，则可获得一条直线，称为标准曲线或称工作曲线。在相同条件下测量样品溶液的吸光度，就可以从标准曲线上查出样品的浓度。Ac标准工作曲线现在是20页\一共有49页\编辑于星期四3.加入标准法所谓的加入标准法，即在一定浓度的试样溶液测定吸光度A0后，加入合适浓度的标准溶液，再测吸光度A1，或再加几次标准溶液，得A2,A3…吸光度，计算或作图外推求试样浓度的方法。即：A0=kC样；A1=k(C样＋C标）混合设试样体积为V0;加入的标准溶液体积为V标，则：A1=k(C样V0+C标V标)/(V0+V标），联解方程可求出C样。或用A对C标作图，外推求出C样。现在是21页\一共有49页\编辑于星期四4.二元混合组分的测定

混合溶液里两组分的测定有如图12－5的三种情况：

（a）若1和2两组分的最大吸收峰互不重合，而且在1组分的最大吸收波长λ1处，2组分没有吸收；或在2组分的最大吸收波长λ2处，1组分无吸收。这样比较简单，按单组分测定方法测1和2两组分即可。（b）若1和2组分在混合溶液中的吸光光谱曲线如图12－5(b)所示，则当1和2混合在一起时，在1组分的最大吸收波长处，2组分无吸收，所以只需在λ1处测定1组分。但在λ2处所测定吸光度是1和2的总吸收，因此必须事先测得1组分在λ2的ε，先从λ1测出1组分，再从叠加处得的和量中减去组分1。

现在是22页\一共有49页\编辑于星期四

(c)这种情况比较复杂，要解一个一元二次方程。现在是23页\一共有49页\编辑于星期四现在是24页\一共有49页\编辑于星期四4.4.2分光光度计现在是25页\一共有49页\编辑于星期四A原理现在是26页\一共有49页\编辑于星期四现在是27页\一共有49页\编辑于星期四光栅和棱镜分光原理现在是28页\一共有49页\编辑于星期四仪器光通路图现在是29页\一共有49页\编辑于星期四B.分光光度计的类型现在是30页\一共有49页\编辑于星期四双光束光度计动画示意现在是31页\一共有49页\编辑于星期四双波长光度计光路示意图现在是32页\一共有49页\编辑于星期四单波长单光束分光光度计有国产751型、XG-125型、英国SP500型和伯克曼DU-8型等。

单波长双光束分光光度计有国产710型、730型、740型、日立UV-340型等就属于这种类型。

双波长分光光度计的优点：是可以在有背景干忧或共存组分吸收干忧的情况下对某组分进行定量测定。国产WFZ800-5型、岛津UV-260型、UV-265型等。

现在是33页\一共有49页\编辑于星期四4.5分光光度法的应用2.5.1定性鉴定2.5.2定量测定微量成份

分光光度法被广泛的应用在各个领域，环境、医药、石油等测定无机、有机微量成份。由于操作简单，仪器廉价，一般说是常用的首选方法。现在是34页\一共有49页\编辑于星期四4.6紫外吸收光谱分析法4.6.1分子吸收光谱与电子跃迁

分子和原子一样，也有它的特征分子能级。分子内部的运动可分为价电子运动，分子内原子在平衡位置附近的振动和分子绕其重心的转动。因此分子具有电子能级、振动能级和转动能级。分子的能量E等于下列三项之和：

E=Ee+Ev+Er

分子从外界吸收能量后，就能引起分子能级的跃迁，即从基态能级跃迁到激发态能级。分子吸收能量具有量子化的特征，即分子只能吸收等于两个能级之差的能量：

ΔE=E2-E1=hυ=hc/λ

电子能级转动能级振动能级现在是35页\一共有49页\编辑于星期四4.6紫外吸收光谱分析法

波长10～400nm为紫外光，10～200nm为远紫外光，200～400nm为近紫外光。4.6.1分子吸收光谱与电子跃迁

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。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＊

现在是36页\一共有49页\编辑于星期四A.σ→σ*

跃迁主要发生在真空紫外区。B.π→π*

跃迁吸收的波长较长，孤立的跃迁一般在200nm左右

C.n→π*

跃迁一般在近紫外区（200－400nm），吸光强度较小。D.n→σ*

跃迁吸收波长仍然在（150－250nm）范围，因此在紫外区不易观察到这类跃迁。现在是37页\一共有49页\编辑于星期四4.6.2有机化合物紫外—可见光谱现在是38页\一共有49页\编辑于星期四1.饱和烃及其取代衍生物饱和烃类分子中只含有键，因此只能产生*跃迁，即电子从成键轨道（）跃迁到反键轨道（*）。饱和烃的最大吸收峰一般小于150nm，已超出紫外、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。这些数据不仅说明氯、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可见吸收光谱的良好溶剂。现在是39页\一共有49页\编辑于星期四2.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。现在是40页\一共有49页\编辑于星期四3.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，都含有羰基。由于醛酮这类物质与羧酸及羧酸的衍生物在结构上的差异，因此它们n*吸收带的光区稍有不同。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，由于这些助色团上的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，但这种共轭作用并不能改变n轨道的能级，因此实现n*跃迁所需的能量变大，使n*吸收带蓝移至210nm左右。现在是41页\一共有49页\编辑于星期四4.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=8，000）；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。现在是42页\一共有49页\编辑于星期四5.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，但是与苯本身相比较，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。现在是43页\一共有49页\编辑于星期四有机化合物结构与紫外信息的关系（1）200-400nm无吸收峰。饱和化合物，单烯。（2）

270-350nm有吸收峰（ε=10-100）醛酮

n→π*跃迁产生的R带。（3）

250-300nm有中等强度的吸收峰（ε=200-2000），芳环的特征吸收（具有精细解构的B带）。（4）

200-250nm有强吸收峰（ε104），表明含有一个共轭体系（K）带。共轭二烯：K带（230nm）；不饱和醛酮：K带230nm，R带310-330nm260nm,300nm,330nm有强吸收峰，3,4,5个双键的共轭体系。现在是44页\一共有49页\编辑于星期四4.6.3紫外吸收光谱中常用的术语生色团：

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