第二章 分光光度法

第二章分光光度法第1页，共44页，2023年，2月20日，星期三要点分子光谱吸收光谱紫外－可见光区第2页，共44页，2023年，2月20日，星期三研究物质在紫外、可见光区的分子吸收光谱的分析方法称为紫外-可见分光光度法。紫外-可见分光光度法是利用某些物质的分子吸收200－800nm光谱区的辐射来进行分析测定的方法。这种分子吸收光谱产生于价电子和分子轨道上的电子在电子能级间的跃迁，广泛用于无机和有机物质的定性和定量测定。第3页，共44页，2023年，2月20日，星期三2.1分子吸收光谱的产生振动能级转动能级在分子中，除了电子相对于原子核的运动外，还有核间相对位移引起的振动和转动。这三种运动能量都是量子化的，并对应有一定能级。下图为分子的能级示意图。电子能级第4页，共44页，2023年，2月20日，星期三

第5页，共44页，2023年，2月20日，星期三三种运动能量：分子中的电子处于相对于核的运动、振动运动、转动运动。各不相同。这三种运动能量都是量子化的，不同运动状态代表不同的能级，即有电子能级、振动能级和转动能级。当分子吸收外界的辐射能量时，发生运动状态的变化，即发生能级的跃迁：电子能级、振动能级和转动能级的跃迁。

第6页，共44页，2023年，2月20日，星期三当有一频率v，即辐射能量为hv（h为普朗克常数）的电磁辐射照射分子时，如果辐射能量hv等于该分子较高能级与较低能级的能量差时，即有：分子吸收该电磁辐射，发生能级跃迁。若用一连续波的电磁辐射照射分子，并记录分子对辐射吸收程度随辐射波长变化的关系曲线，该曲线称为分子吸收光谱。第7页，共44页，2023年，2月20日，星期三2.2有机化合物的电子光谱2.2.1常用术语

生色团：能吸收UV-VIS的原子团或结构系统

助色团：本身不吸收，但使生色团的吸收峰向长波方向移动，并增加其吸收强度。

红移：某些化合物经取代反应引入含有未共享电子对的基团后，吸收的最大波长向长波移动，这种效应称红移效应，这些基团称向红团。

蓝移：某些发色团的碳原子端引入一些取代基后，吸收的最大波长向短波方向移动。这种效应称蓝移效应，这些基团称向蓝团。第8页，共44页，2023年，2月20日，星期三

2.2.2能产生UV-VIS光谱的电子类型A、形成单键的电子—原子中的S、PxB、形成双键的电子—原子中的Py、Pz 电子C、未成键的n电子—原子中的孤对电子CHHOoooo==o=n第9页，共44页，2023年，2月20日，星期三

2.2.3主要讨论的跃迁类型

A、n*远紫外—近紫外区B、n*近紫外—可见光区C、

*近紫外—可见光区D、电荷转移跃迁近紫外—可见光区内 氧化-还原过程，使波长增长E、配位体场吸收可见光区（dd跃迁）第10页，共44页，2023年，2月20日，星期三紫外和可见光谱区范围内，有机化合物的吸收带主要由*、*、n*、n*及电荷迁移跃迁产生。无机化合物的吸收带主要由电荷迁移和配位场跃迁（即d—d跃迁和f—f跃迁）产生。

各种电子跃迁相应的吸收和能量示意图能量/nm*反键轨道*反键轨道n非键轨道成键轨道成键轨道**

*n**n*200300400第11页，共44页，2023年，2月20日，星期三

2.2.4光的吸收定律朗伯定律A=lgI0/It=2-lgIt=KL当入射光强度和溶液浓度一定时，溶液的吸光度与溶液的厚度成正比。比尔定律A=bc(A=abc)当入射光强度和溶液层厚度一定时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比。透光率：透过光强度与入射光强度的比值。用T表示：T=It/Io吸光度：透光率的倒数的对数。用A表示：A=-lgT第12页，共44页，2023年，2月20日，星期三2.3分光光度计光谱仪器框图光源被测物质单色仪信号接收数据处理

第13页，共44页，2023年，2月20日，星期三

第14页，共44页，2023年，2月20日，星期三2.3分光光度计紫外-可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：即光源、单色器、吸收池、检测器和信号指示系统。光源单色器吸收池检测器读出0.575光源单色器吸收池检测器显示第15页，共44页，2023年，2月20日，星期三

2.3.1光源

对光源基本要求：足够光强、稳定、连续辐射且强度随波长变化小。

分光光度计中常用的光源有热辐射光源和气体放电光源两类。热辐射光源用于可见光区。A、白炽光源：钨灯、碘钨灯

波长：320-2500nmB、气体放电光源：氢灯、氘灯

波长：200-350nm

第16页，共44页，2023年，2月20日，星期三光源第17页，共44页，2023年，2月20日，星期三

2.3.2单色器单色器一般由入射狭缝、准光器（透镜或凹面反射镜使入射光成平行光）、色散元件、聚焦元件和出射狭缝等几部分组成。其核心部分是色散元件，起分光的作用。

色散元件：棱镜或光栅，使不同波长的光以不同角度传播。第18页，共44页，2023年，2月20日，星期三构成：狭缝、准直镜、棱镜或光栅、会聚透镜入射狭缝准直镜物镜棱镜焦面出射狭缝f入射狭缝准直镜光栅物镜出射狭缝f其中最主要的分光原件为棱镜和光栅第19页，共44页，2023年，2月20日，星期三棱镜

棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是依据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于350-3200nm的波长范围，即只能用于可见光域内。石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从185-4000nm，即可用于紫外、可见和近红外三个光域。第20页，共44页，2023年，2月20日，星期三第21页，共44页，2023年，2月20日，星期三第22页，共44页，2023年，2月20日，星期三第23页，共44页，2023年，2月20日，星期三第24页，共44页，2023年，2月20日，星期三第25页，共44页，2023年，2月20日，星期三光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的，它可用于紫外、可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。它具有色散波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保存和易于制备等优点。缺点是各级光谱会重叠而产生相互干扰。光栅第26页，共44页，2023年，2月20日，星期三第27页，共44页，2023年，2月20日，星期三光栅分为透射光栅和反射光栅，常用的是反射光栅。反射光栅又可分为平面反射光栅（或称闪耀光栅）和凹面反射光栅。光栅原理：衍射角与入射波长有关分辨率与光栅刻度成正比亮度随光栅上的总条纹数增加而增加。第28页，共44页，2023年，2月20日，星期三闪耀光栅利用光栅槽面的平面反射作用，使衍射光集中到某一角度范围内，因而在某一角度观察时，可得到特别明亮的光谱。适当选择线角度，可使闪耀角定向到所需的光域。第29页，共44页，2023年，2月20日，星期三

2.3.3吸收池

比色皿，玻璃（可见）

石英（可见、紫外）

为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。第30页，共44页，2023年，2月20日，星期三

第31页，共44页，2023年，2月20日，星期三

2.3.4检测器将光信号转化成电信号—光电管，光电倍增管，光伏电池

900Vdc90V123456789阳极阴极石英封口读出装置R光电倍增管（PMT）电路图第32页，共44页，2023年，2月20日，星期三第33页，共44页，2023年，2月20日，星期三检测器——光电倍增管2.3.5读出系统

百分透光率T%，吸光度A

第34页，共44页，2023年，2月20日，星期三2.4定量分析A=bc值小时，须使被测物质与显色剂生成颜色较深的有色物质而进行测定。显色剂多为络合剂。方法：A、标准曲线法B、多组分混合物的同时测定C、示差分光光度法第35页，共44页，2023年，2月20日，星期三多组分定量方法吸光度具有加合性，因此可在同一试样中测定多个组份。设试样中有两组份X和Y，则吸收曲线有：

图a)：X,Y组份相互不干扰，可按两个单一组份处理。图b)和c)：X,Y相互干扰，可通过解联立方程求X和Y：X,Y组份在波长1和2处的摩尔吸光系数可由已知浓度的X,Y纯溶液测得。第36页，共44页，2023年，2月20日，星期三示差分光光度法测量原理：当试样中组份的浓度过大时，A值很大，产生读数误差。此时若以一浓度略小于试样组份浓度的标准溶液作参比，则有：Ax=εbcx(x:待测物)

As=εbcs(s:标准，即“空白”）

ΔA=Ax-As=εb(cx-cs)=εbΔc

第37页，共44页，2023年，2月20日，星期三示差分光光度法具体做法：以浓度为cs的标准溶液调T=100%或A=0(调零)，所测得的试样吸光度实际就是上式中的A，然后求出c，则试样中该组份的浓度为(cs+c)。第38页，共44页，2023年，2月20日，星期三2.5实验技术A、吸收波长的选择：绘制吸收光谱图。一般选用待测物质的最大吸收波长作为测量波长，当在最大吸收波长处有干扰时，则根据“吸收最大干扰最小”的原则选择。B、吸收池的校正：同一组池相互间的吸光度差值0.5%(A<0.002)。仪器的调整：波长的校正。C、试样的处理、显色混浊溶液引起散射，正偏差，须过滤或离心。第39页，共44页，2023年，2月20日，星期三2.5实验技术D、数据处理：比尔定律的范围：A小于1为佳，测量误差小。吸光值不应超过2（A=

2-lgIt）

e.g.A=3,lgIt=-1,It=0.1(%)参比

参比与空白是不一样的。一般以溶剂为参比，扣除仪器和光学部分的噪音。这部分的噪音较为恒定，可以以参比的形式扣除。第40页，共44页，2023年，2月20日，星期三空白空白值指试剂经过同样的样品处理后的吸光值，即被测物浓度为零的样品吸光值。空白有化学意义，用于检验试剂的纯度和样品处理过程的玷污程度。报告数据时必须报告空白值。**********偏差第41页，共44页，2023年，2月20日，星期三工作曲线是否可以过原点？试剂在工作曲线的其他点的溶液中同样存在，量也一样，因此空白是工作曲线上被测物为零时的一个点。空白所在的点不等于原点。没有理由要求工作曲线通过每一个点。**********偏差第42页，共44页，2023年，2月20日，星期三可以在样品测值中扣除空白