可见紫外光谱法

可见紫外光谱法第一页，共二十一页，编辑于2023年，星期日第一节光谱基本知识第二页，共二十一页，编辑于2023年，星期日可见-紫外光谱法基本知识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=6.626×10-34J×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）第三页，共二十一页，编辑于2023年，星期日2.物质对光的选择性吸收M+h

M*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，M+热M+荧光或磷光第四页，共二十一页，编辑于2023年，星期日分子光谱分子光谱（molecularspectra）分析原理分子光谱是由分子能级跃迁而产生的光谱。材料分析中应用的分子光谱有分子吸收光谱和分子荧光光谱。分子吸收的辐射，其谱域与分子跃迁能级的能量差相对应。故分子吸收光谱可分为紫外、可见光吸收光谱，红外吸收光谱与远红外吸收光谱3类。第五页，共二十一页，编辑于2023年，星期日基本原理与吸收定律紫外、可见光谱是电子光谱，所谓电子光谱是指分子外层电子或价电子的跃迁所得到的光谱(参见第二章)，这些价电子包括成键电子(和电子)、非键电子(n电子)和反键电子(*和*电子)。它们处在不同能级的相应分子轨道上。根据分子轨道理论，各类分子轨道的能量有很大差别。分子中这3种电子的能级高低次序为＜＜n＜*＜*。有机化合物最主要的电子跃迁类型是：(1)成健轨道与反键轨道之间的跃迁，即→*，→*；(2)非键电子激发到反键轨道，即n→*，n→*；(3)电荷迁移跃迁，即在光能激发下，导致电荷从化合物的一部分迁移至另一部分。第六页，共二十一页，编辑于2023年，星期日吸收曲线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。第七页，共二十一页，编辑于2023年，星期日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。第八页，共二十一页，编辑于2023年，星期日光的吸收规律（朗伯—比耳定律）A＝lg（I0/It)=εbc

式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；

b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；

c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L－１；

ε：摩尔吸光系数，单位L·mol－１·cm－１；

或:A＝lg（I0/It)=abc

c：溶液的浓度，单位g·L－１

a：吸光系数，单位L·g－１·cm－１

a与ε的关系为：

a=ε/M（M为摩尔质量）第九页，共二十一页，编辑于2023年，星期日透光率（T）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

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。应用于各种光度法的吸收测量。第十页，共二十一页，编辑于2023年，星期日分析方法与应用1．定性分析紫外、可见光谱在定性分析方面的应用主要依靠化合物光谱持征，如吸收峰的数目、位置、强度、形状等与标淮光谱比较，可以确定某些基团的存在。例如，当280—290nm区域有弱吸收峰，且随溶剂极性增加该峰移向短波长方向时，这就有力地说明羰基的存在。如在260nm有弱吸收带且具有振动引起的精细光谱时，证明有苯环的存在。若在217—280nm区域，K吸收带很强，表示有共扼体系的存在。然而，尽管紫外、可见光谱是一种常用的分析技术，一般地它不能单独完全确定一个未知化合物，还需要与其它分析方法配合。第十一页，共二十一页，编辑于2023年，星期日（三）分析方法与应用2．定量分析在定量分析方面，紫外、可见光谱是一种很有效的仪器分析方法。它可以广泛应用于无机物和有机物的分析；它的典型灵敏度值在10-4-10-5％浓度范围；具有较高的选择性；具有较好的分析精确度，相对不确定性在1-3％左右；且分析速度快，采集数据容易而方便。第十二页，共二十一页，编辑于2023年，星期日第二节紫外光谱测定方法一、普通测定法（单波长）二、双波长测定法三、三波长测定法四、差示光谱法第十三页，共二十一页，编辑于2023年，星期日一、普通测定法1.单组分的测定通常采用A-C标准曲线法定量测定。2.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。⑵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。Aλ1=εaλ1bca＋εbλ1bcbAλ2=εaλ2bca＋εbλ2bcb

第十四页，共二十一页，编辑于2023年，星期日二、双波长测定法（等吸收波长法）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＝Aλ2－Aλ1＝(ελ2－ελ1)cL

两波长处测得的吸光度差值ΔA与待测组分浓度成正比。ελ1和ελ2分别表示待测组分在λ1和λ2处的摩尔吸光系数。第十五页，共二十一页，编辑于2023年，星期日关键问题:测量波长λ2和参比波长λ1的选择与组合

以两组分x和y的双波长法测定为例：设：x为待测组分，y为干扰组分，二者的吸光度差分别为:

ΔAx和ΔAy，则该体系的总吸光度差ΔAx+y为：

ΔAx+y=ΔAx+ΔA

y如何选择波长λ1、λ2有一定的要求。第十六页，共二十一页，编辑于2023年，星期日选择波长组合λ1、λ2的基本要求是：⑴选定的波长λ1和λ2处干扰组分应具有相同吸光度，即：ΔAy=ΔAyλ2－ΔAyλ1=0故：ΔAx+y=ΔAx=(εxλ2－εxλ1)bcx此时：测得的吸光度差ΔA只与待测组分x的浓度呈线性关系，而与干扰组分y无关。若x为干扰组分，则也可用同样的方法测定y组分。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。可采用作图法选择符合上述两个条件的波长组合。第十七页，共二十一页，编辑于2023年，星期日双波长测定法（系数倍率法）对于双组分体系，如果共存组分没有吸收峰或谷，则在干扰组分的吸收光谱中就无等吸收波长，或虽有等吸收波长，但被测组分的ΔA较小，此时则不能使用等吸收波长进行测定，需要使用系数倍率法。ΔA＝k2Aλ2－k1Aλ1＝(k2ελ2－ελ1)bLK2、L、ελ2、ελ1均常数。第十八页，共二十一页，编辑于2023年，星期日三、三波长测定法三波长分光广度法也是一种消除共存组分干扰的分析方法，此法要求在任一吸收曲线上，能找出满足下述三个条件的波长，即在干扰组分的吸收曲线上，与三个波长对应的点，能在一条直线上。m为波长λ2和λ3的差值，n为λ2和λ1的差值，ελ1、ελ2和ελ3分别表示待测组分在λ1、λ2和λ3处的摩尔吸光系数，C为待测组分的浓度，L为比色池的厚度。第十九页，共二十一页，编辑于2023年，星期日四、差示光谱法同时制备等摩尔浓度的供试品溶液和参比溶液，二者经不同试剂处理后，使待测组分定量的发生化学转变，其吸收光谱也发生相应的变化，而干扰组分不受影响，其ΔA为零，ΔA可作为待测组分的定量信息.ΔＡ