紫外可见分光光法演示文稿

紫外可见分光光度法演示文稿2023/6/17当前第1页\共有60页\编于星期五\12点优选紫外可见分光光度法当前第2页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17第一节概述基于物质光学性质(电磁辐射或物质与辐射作用)而建立起来的分析方法称之。吸收光谱分析、发射光谱分析光学分析法：在光(或能量)作用下，通过测定物质产生(发射、吸收或散射)光的波长和强度来进行定性、定量分析的方法。内部能级变化.光谱分析法或光谱法非光谱分析法改变电磁波的传播方向、速度等物理性质进行分析的方法。内部能级不变化,仅电磁辐射性质改变

分子光谱分析、原子光谱分析按作用物分:按能级跃迁方向：按波长不同分：红外、可见光、紫外光谱法等当前第3页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17一、基本概念（一）电磁辐射和电磁波谱1．电磁辐射（电磁波，光是其中一种）：以巨大速度通过空间、不需要任何物质作为传播媒介的一种粒子流（能量）。2．电磁辐射的性质：具有波、粒二向性波动性：光的反射、折射、偏振、干涉衍射现象。微粒性：光的吸收、放射、光电效应等现象。光子能量:E∝1/λ，λ↓E↑σ是波数，C=2.9979×108m/s当前第4页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17紫外--可见光在电磁波谱中的位置电磁辐射本质是一样的，区别在于频率不一样。

按波长不同排列起来就形成电磁波谱。表13-1

高能辐射区γ射线能量最高，来源于核能级跃迁

χ射线来自内层电子能级的跃迁光学光谱区紫外光来自原子和分子外层电子能级的跃迁可见光红外光来自分子振动和转动能级的跃迁波谱区微波来自分子转动能级及电子自旋能级跃迁无线电波来自原子核自旋能级的跃迁(10-3~10nm)(10nm~10μm)(0.1cm~1000m)电磁波谱：γ射线→X射线→紫外光→可见光→红外光→微波→无线电波10-20.1nm10nm102nm103nm0.1cm100cm1cm103m|||||||波长

短长当前第5页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17（二）原子光谱与分子光谱1、原子光谱：气态原子或离子外层电子在不同能级间跃迁而产生的光谱。包括：原子吸收、原子放射、原子荧光光谱等。原子吸收辐射能条件：原子光谱为一条条彼此分立的线状光谱。2、分子光谱：在辐射能作用下，分子内能级间的跃起迁产生的光谱。包括：分子吸收、分子荧光光谱等。分子光谱产生的机制与原子光谱相同，但复杂得多，包括：电子运动、原子间振动、分子转动三种不同运动。当前第6页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17分子吸收外来辐射能后，其能量改变（ΔE）为：ΔE=ΔEe+ΔEv+ΔEr对多数分子而言，ΔEe（电子）约为1-20ev，紫外可见ΔEv（振动）约为0.05-1ev，近红外、中红外区ΔEr（转动）小于0.05ev，远红外、微波区ΔEe>ΔEv>ΔEr因无法获得纯粹的振动光谱和电子光谱，故分子光谱为带状光谱。分子光谱当前第7页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17（三）吸收光谱与发射光谱1、吸收光谱：物质由基态跃迁至激发态时，对辐射能选择性吸收而得到的原子或分子光谱。(1)紫外分光光度法(UV):λ∈(200~400nm),用于有机物定性、定量、

结构分析。(2)可见分光光度法(Vis):λ∈(400~760nm),用于有色物质定量分析。(3)红外分光光度法(IR):λ∈(2.5~50μm),用于有机物结构分析。(4)核磁共振谱(NMR)：原子核吸收无线电波，发生核自旋级跃

迁，产生光谱。用于分子结构分析。当前第8页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17原子吸收/发射光谱法：原子外层电子能级跃迁分子吸收/发射光谱法：分子外层电子能级跃迁物质由激发态跃迁至基态而产生的原子或分子光谱。包括：原子发射光谱、原子或分子荧光光谱、分子磷光光谱等。2、发射光谱：当前第9页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17二、物质对光的选择性吸收●物质的颜色由物质与光的相互作用方式决定。●人眼能感觉到的光称可见光，波长范围是：400~760nm。表13-2●让白光通过棱镜，能色散出红、橙、黄、绿、蓝、紫等各色光。●单色光：单一波长的光●复合光：由不同波长的光组合而成的光，如白光。●光的互补：若两种不同颜色的单色光按一定比例混合得到白光，

称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。当前第10页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17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。

即物质的颜色是它所吸收光的互补色。无色溶液：透过所有颜色的光有色溶液：透过光的颜色黑色：吸收所有颜色的光白色：反射所有颜色的光物质的本色当前第11页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17完全吸收完全透过吸收黄光光谱示意表观现象示意复合光蓝光无色黑色物质的颜色与光的关系当前第12页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17基于物质吸收紫外或可见光引起分子中价电子跃迁、产生分子吸收光谱与物质组分之间的关系建立起来的分析方法，称为紫外可见分光光度法（UV-vis）。三、紫外-可见分光光度法特点（1）灵敏度高，可测到10-7g/ml。（2）准确度好，相对误差为1%-5%，满足微量组分测定要求。（3）选择性好，多种组分共存，无需分离直接测定某物质。（4）操作简便、快速、选择性好、仪器设备简单、便宜。（5）应用广泛，无机、有机物均可测定。当前第13页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17物质对不同波长的光具有选择性吸收而产生。即物质的颜色是它所吸收光的互补色。为什么溶液呈黑色或白色呢?物质的颜色光的互补规律当前第14页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17第二节紫外-可见分光光度法的基本原理一、透光率（透光度）和吸收度①透光率T定义：T取值为0.0%~100.0%T=0.0%：光全吸收T=100.0%：光全透过②吸光度（吸收度）AT=ItI0×100%显然，T↑，溶液吸收度↓；T↓，溶液吸收度↑。即透光率T反映溶液对光吸收程度，通常用1/T反映吸光度。定义：A=lg1T=-lgT=lgI0ItA=-lgT,T=10-AtI0=It+Ia+Ir吸收光反射光透过光Ia③T与A关系：IrA∝1/T，T=0，A=∞，T=100%，A=0当前第15页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17二、光的吸收定律朗伯(Lambert)和比尔(Beer)分别于1760年和1852年研究吸光度Ａ与溶液厚度Ｌ和其浓度Ｃ的定量关系：朗伯定律：A=k1×L比尔定律：A=k1×CA=kCL一束平行单色光通过一均匀、非散射的吸光物质溶液时，在入射光的波长、强度以及溶液温度等保持不变时，该溶液的吸光度A与其浓度C及液层厚度L的乘积成正比。①入射光为单色光，适用于可见、红外、紫外光。②均匀、无散射溶液、固体、气体。③吸光度A具有加和性。Aa+b+c=Aa+Ab+Ac注意!适用范围朗伯-比尔定律:A=-lgT,T=10-A=10-kcL吸光系数浓度液层厚度当前第16页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17三、吸光系数1、摩尔吸光系数或Em：

在一定λ下，c=1mol/L，L=1cm时的吸光度。单位：L/(mol.cm)（1）一定条件下是一个特征常数。（2）在温度和波长等条件一定时，ε仅与物质本身的性质有关，与待测物浓度c和液层厚度L无关；（3）定性和定量分析依据：同一物质在不同波长时ε值不同。不同物质在同一波长时ε值不同。εmax表明了该物质在最大吸收波长λmax处的最大吸光能力。

4、吸光系数的意义:2、百分吸光系数/比吸光系数：3、两者关系:A=kcLk=A/cL

一定λ下,c=1%(W/V)，L=1cm时的吸光度。单位：100ml/g.cm1g/100ml当前第17页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/171．定义：以A为纵坐标，λ为横坐标，绘制的λ~A曲线。四、吸收光谱（吸收曲线）2．吸收光谱术语：①吸收峰→λmax,②吸收谷→λmin③肩峰→λsh,④末端吸收⑤强带：

max>104，弱带：

max<103特征值当前第18页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17吸收光谱

特征值：

λmax

λmin

λsh

●同一物质的吸收光谱特征值相同,(每一波长处吸光系数相同)。同一物质相同浓度的吸收曲线重合。●同一物质不同浓度，其吸收曲线形状相似,λmax相同。（定量）●不同物质相同浓度，其吸收曲线形状,λmax不同。（定性）定性、定量分析：在吸收曲线λmax处测吸光度A。当前第19页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17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。（动画）（3）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。（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。当前第20页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17五、偏离光的吸收定律原因朗伯-比尔定律：A=kCL依据Beer定律，A与C关系应为经过原点的直线（一）化学因素（二）光学因素

偏离Beer定律的主要因素表现为以下两个方面：当前第21页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17该定律适用于稀溶液，溶质的离解、缔合、互变异构及化学变化也会引起偏离。尤其浓度过高(>0.01mol/L)会使C与A关系偏离定律：①粒子相互作用加强，吸光能力改变。②溶液对光的折射率显著改变。（二）光学因素1．非单色光的影响：入射光为单色光是应用该定律的重要前提：2．杂散光的影响：仪器本身缺陷；光学元件污染造成。3．反射和散色光的影响：散射和反射使T↓，A↑，吸收光谱变形。

通常可用空白对比校正消除。4．非平行光的影响：使光程↑，A↑，吸收光谱变形。（一）化学因素朗—比耳定律假定所有的吸光质点之间不发生相互作用；当前第22页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/170.575第三节紫外-可见分光光度计依据朗伯-比尔定律，测定待测液吸光度A的仪器。（选择不同波长单色光λ、浓度）光源单色器吸收池检测器信号处理及显示分光光度计外观分光光度原理图:当前第23页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17一、主要部件1.光源：2.单色器：包括狭缝、准直镜、色散元件钨灯或卤钨灯氢灯或氘灯—可见光源350~1000nm—紫外光源200~360nm色散元件棱镜光栅对不同波长的光折射率不同衍射和干涉,不同波长的投射方向不同玻璃棱镜:适用于可见区石英棱镜:适用于紫外区高度抛光的玻璃上刻有等宽、等距平行条痕狭缝：进出光狭缝。准直镜：复合光→平行光→色散后→聚集狭缝最佳宽度:减小狭缝宽度而溶液吸光度不变。3.吸收池：比色皿、比色杯，装样品溶液。有玻璃、石英杯两种4.检测器：光→电，光电池(硒,硅)，光电管(红,紫)，光电倍增管。5.信号处理显示器：放大较弱的电信号，并在检流计上显示出来。当前第24页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17二、光学性能1.波长范围：2.波长准确度：一般误差为±0.5nm—可见光400~1000nm—紫外-可见光190~360nm3.波长重现性：波长准确度的1/2左右。4.狭缝和谱带宽：单色光纯度指标。最小谱带宽度可达0.1~0.5nm5.分辨率：数值越小越好。中等仪器≤0.5nm,高级仪器≤0.1nm6.杂散光：所含杂散光强度百分比作指标。中等仪器≤0.5%,

高级仪器≤0.001%7.透光率测量范围：中档仪器为0%~150%8.吸光度测量范围：中档仪器为-0.1730~+2.009.测光准确度：中档仪器误差为±0.5%10.测光重现性：测光准确度误差范围的1/2左右。当前第25页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17三、分光光度计类型

单波长

分光光度计双波长

分光光度计单光束

分光光度计双光束

分光光度计可见光区:可紫外-见光区:721型751，754型760型仪器简单，单色光误差大仪器简单，要求光强度稳定高普遍采用的光路wfz800-S,日本岛津UV-300型特定情况（背景、共存组分干扰）下使用各种分光光度计使用《化学教学网》视频操作当前第26页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17第四节分析条件的选择一、测量条件的选择1.吸光度的范围：T∈20%~65%，A∈0.2～0.7之间吸收最大的波长为入射光，干扰最小三、显色反应条件的选择

显色反应：将试样组分转变成有较强吸收的有色化合物的反应。显色剂：与被测组分化合生成有色物质的试剂。1.显色反应的条件：(1)定量反应、选择性要好；干扰少。(2)灵敏度要高，摩尔吸光系数ε大。

(3)有色化合物的组成要恒定，化学性质要稳定。(4)有色化合物与显色剂的最大吸收波长之差≥60nm。(5)显色反应的条件要易于控制。2.测定波长的选择：M十R＝MR

（被测物）（显色剂）（有色配合物）当前第27页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17三、参比溶液（空白溶液）的选择用于调节100%T，若选择不适当，对测量读数的影响较大。主要是消除溶液中其他组分对光的吸收等带来的影响。1.溶剂参比液当试液、试剂、显色剂均无色时，用溶剂(通常是蒸馏水)作参比液；3.试剂参比液如果显色剂或其他试剂略有吸收，可用不含待测组分的试剂溶液作参比溶液。2.试样参比液如果试样中的其他组分也有吸收，但不与显色剂反应，则当显色剂无吸收时，可用试样溶液作参比溶液。4.平等操作参比液用不含待测组分的溶液，在相同条件下与待测试样同时进行处理，此为平行操作参比溶液。当前第28页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17第五节定性与定量分析紫外-可见分光光度法主要用于有机物分析。定性分析：比较吸收光谱特征可以对纯物质进行鉴定及杂质检查；定量分析：利用光吸收定律进行分析（一）定性鉴别：一、定性分析对比法：比较样品化合物的吸收光谱特征与标准化合物的吸收光谱特征；或与文献所载的化合物的标准谱图进行核对。同一物质有相同吸收光谱图，反之不一定是同一物质。当前第29页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/172、对比吸光度（或吸光系数）相同条件下，同一物质吸光度比值是吸光系数的比值。（二）纯度检查1、杂质检查：有杂质时，吸收光谱变形。2、杂质限量检查：①以某一波长吸光度值表示；②以峰谷吸光度比值表示。3、对比吸收光谱的一致性将试样与已知标准样品用同一溶剂配制成相同浓度的溶液，在同一条件下分别扫描吸收光谱，核对其一致性。1、对比吸收光谱特征数据：λmax、λmin、λsh①不同基团化合物可能有相同的λmax值，但εmax有明显差别；②有相同吸光基团同系物，其λmax、εmax值接近，但分子量不同，E1%1cm差别大。A1/A2=E1/E2当前第30页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17二、定量分析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。（一）单组分的定量分析1、标准曲线（工作曲线）法：配制一系列不同浓度的标准溶液，在同一条件下分别测定吸光度，然后以吸光度A为纵坐标，浓度C为横坐标绘制A-C关系曲线。●符合朗-伯定律，则得到一条通过原点的直线。●根据测得样品吸光度，从标准曲线中求得样品溶液浓度，最后计算含量。原理:根据朗伯-比尔定律，选择合适λ测A，求出浓度。当前第31页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/172、标准对照法以该物质吸收光谱图中max为入射光，配制一个与被测溶液浓度相近的标准溶液cS，测其AS，再将样品溶液推入光路，测其AX，则试样溶液的浓度cX为：3、吸光系数法：根据朗-比定律，从已知的吸光系数K和液层厚度L，根据测得的吸光度值，求出溶液浓度和含量。此法适于非经常性的分析工作，准确度不如标准曲线法。当前第32页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17（二）多组分的定量分析法在含有多种组分的溶液中，如果要测定多个组分，可以根据情况的不同，采用不同的方法来进行测定。测量依据——吸光度的加和性：(1)(2)(3)当前第33页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17（三）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)。则：

Ax=E·L·cxAs=E·L·csΔＡ＝Ａx－Ａs=E·b(cx－cs）=E·L·Δc测得的吸光度相当于普通法中待测溶液与标准溶液吸光度差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=cs+Δc当前第34页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17第六节、紫外吸收光谱在有机物结构分析中的应用(一)有机物的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(P 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＊

1．有机物紫外—可见吸收光谱当前第35页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17⑴σ→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。当前第36页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17⑶π→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。含有杂原子不饱和基团如=C=O、=C=S、-N=N-等，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)。当前第37页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17生色团与助色团生色团：

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、腈基—C≡N等。助色团：

有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—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—π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。当前第38页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17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，或长移。向短波方向移动称为蓝移(或紫移)或短移。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。强带(strongband):max>104弱带(weakband):max<103当前第39页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/17(二)吸收带1.R带从德文Radikal(基团)得名为n→π*跃迁引起的吸收带。如羰基－CO－,－NO2、－CHO等，其特点为吸收强度弱，ε＜100，吸收峰波长一般在270nm以上；2.K带从德文Konjugation(共轭作用)得名为π→π*跃迁引起的，如共轭双键。该吸收带的特点为吸收峰很强，ε＞104，最大吸收峰位置一般在217～280nm。共轭双键增加，λmax向长波方向移动，εmax也随之增加；是指吸收峰在紫外-可见光谱中的波带位置。当前第40页\共有60页\编于星期五\12点2023/6/173.B带从德文Benzenoid(苯的)得名为芳香化合物(包括杂环芳香化合物)的特征吸收带。这是由于π→π*跃迁和苯环的振动重叠引起的。苯蒸气在230～270nm处出现精细结构的吸收光谱，称为笨的多重吸收带或精细结构吸收带。在极性溶剂中或苯环上有取代基时，复杂的B吸收带简化，精细结构消失，出现一宽峰，中心在256nm，ε＝220。是由苯环结构中三个乙烯的环状共轭系统的跃迁所产生的。分为E1和