仪器分析教程-可见和紫外吸光光度法

最早出现了目视比色法，然后出现了光电比色法和可见分光光度法。

这些方法都是依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法，所以又称为吸光光度法。

基于光与物质相互作用的性质而建立起来的分析方法称之为光学分析法。2.1.1可见吸光光度法的特点

（1）灵敏度高：测定浓度下限10-5～10-6mol·L-1或更低。（2）准确度高：相对误差约为1～5％。（3）操作简便快速。（4）仪器性价比高。（5）应用范围广。2.1.2光的基本性质

光是一种电磁波，它具有波粒二象性。光的波动性可用波长、频率、光速c等参数来描述：

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，或频率越高，其光子所具有的能量就越大。各种电磁波依其波长的不同，分别属于下列光谱区间：

γ

射线：0.001～0.01nm

；

X射线：0.01～10nm；紫外光：10～380（400）nm

；可见光：380～780nm;或（400～800nm）；红外线：0.78（800）～1000

μm

；微波：0.1～10cm

；射频：10cm以上。单色光：最初指具有单一颜色的光。现指波长范围很窄的光。光的波长范围越窄，其单色性就越好。复合光：由不同波长的光组合而成的波长范围较宽光。2.1.3物质对光的选择性吸收（1）光色的互补关系可见光的波长范围：

380～780nm。

太阳光、白炽灯光的波长是多少呢？实验表明，太阳光等“白光”可以分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的光。

白光380nm780nm

将红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的光按一定比例混合，就能得到白光。进一步研究表明，两种适当颜色的光以一定比例相混合，也能够得到白光。这两种色光就叫做互补色光。

白红橙黄绿青青蓝蓝紫

不同颜色的可见光具有不同的波长，见p.4，表2.2。

（2）物质的颜色

世界上的物质为什么会有各种各样的颜色呢？

CuSO2溶液：

KMnO4溶液：

K2CrO4溶液：

物质呈现不同的颜色，是由于它对光的选择性吸收的结果，显示出的颜色是它吸收的颜色的互补色。（3）物质对光的选择性吸收的实质M+热M+

荧光或磷光

物质的分子、原子或离子具有确定的组成和结构，因而具有一系列不连续的量子化的特征能级。M+h

→M*

基态激发态E1

E2E1E2E3h如果照射光子的能量（h

）等于其某两个特征能级差（△E）时

：

E=E2-

E1=h

光子的能量将向物质转移，产生对该特定波长的光吸收，并从基态跃迁至激发态。各种物质具有不同的特征能级，因此会对不同波长的光产生选择性吸收。E1E2E3h1.2.4吸收曲线（AbsorptionCurves）

用不同波长的单色光照射试样，测量其对应的吸光度值，可得到反映试样物质对不同波长的光的吸收特性的曲线——吸收曲线（吸收光谱）。（1）同一种物质在不同波长处测得的吸光度不同。吸光度最大处所对应的波长叫最大吸收波长λmax。（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似，λmax不变。浓度越高，吸光度越大。

（3）在λmax处测定，吸光度最大，灵敏度最高。通常选择λmax作为定量分析中的入射光波长。

（4）不同物质的吸收曲线的形状不同。（5）吸收曲线能提供物质的结构信息，可以作为物质定性分析的依据，是物质的重要基本特性之一。

2.2光的吸收基本定律——朗伯—比耳定律

2.2.1朗伯定律

布格(Bouguer)和朗伯(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:2.2.2比耳定律1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间的关系：将二者相结合，则可得朗伯—比耳定律。c2.2.3朗伯—比耳定律（1）朗伯—比耳定律的表述

把朗伯定律和比耳定律合并起来，便得到朗伯-比耳定律。它可表述为：当一束平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质溶液时，溶液的吸光度与溶液浓度和厚度的乘积成正比。（2）表达形式（Ⅰ）式中，A：吸光度,反映了溶液对光的吸收程度，为无因次量；

b：液层厚度(吸收光程长度)，单位为cm；

c：溶液的浓度，单位g·L-１

；

a：吸光系数，单位L·g-１·cm-１。

（3）表达形式（Ⅱ）如果浓度

c的单位取mol·L-１，则有式中，ε：摩尔吸光系数，单位L·mol-１·cm-１；

有时，吸光度也用消光度

E，光密度

D代替。

（4）描述入射光透过溶液的程度:

透光度

T

(透射比)

（4）吸光度

A与透光度

T的关系:

A=-lgT=εbc

朗伯—比耳定律是吸光光度法定量测定的依据。

百分透光度：

（5）吸光系数

a

和摩尔吸光系数ε：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。摩尔吸光系数ε（L·mol-1·cm-1

）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。

a

与ε的关系为：

a

=ε/M（M

为摩尔质量）

（6）摩尔吸光系数

ε的特点（ⅰ）摩尔吸光系数ε为吸光物质在一定波长、温度和溶剂条件下的特征常数；（ⅱ）ε不随

c和

b的改变而改变。

在温度、波长、溶剂等条件一定时，ε仅与吸光物质本身的性质有关；

（ⅲ）同一吸光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，叫最大摩尔吸光系数，表示为εmax

，它表明了该吸光物质最大限度的吸光能力。ε的大小反映了光度法测定该物质灵敏度的高低。

（ⅳ）ε可以作为物质定性鉴定的特征参数。

2.2.4吸光度的加和性对于多组分共存体系，若各组分浓度很低，可忽略相互影响，则有：

A总＝A1＋A2＋A3＋…＋An

＝ε1bc1

＋ε2bc

2＋ε3bc

3＋…＋εnbc

n

这叫做吸光度的加和性。

2.2.5定量分析的方法

（一）单点校正法配制浓度为

cs的标准溶液和浓度未知

cx

的试样溶液，在相同条件下测定它们的吸光度：

标准溶液

cs————

As,

待测组分

cx————

Ax，

由朗伯－比耳定律，可得：

As＝εbcsAx＝εbcx

二式相比得：

cx＝

(Ax／As)×cs（二）标准曲线法（1）配制浓度递增的标准系列：c1、c2、c3…cn

；（2）配制浓度未知（cx

）的试样溶液；（3）在相同条件下测定其吸光度：

c1

→

A1,c2→

A2,c3→

A2…cn→

An,cx→

Ax；（二）标准曲线法（4）根据

A＝abc,在直角坐标系中作标准曲线:

坐标变量的标度，描点，配线（5）由测得的

Ax从标准曲线上查出对应的

cx；（6）进行浓度换算，求出原始样品中待测组分浓度。（三）一元线性回归法二变量具有的线性关系，可用一元线性回归方程表示：y＝ax＋b式中，

a为回归系数，即回归曲线的斜率；

b为回归曲线在

y轴上的截距。

标准系列值：x1、x2、x3……xn

，均值为x

对应观测值：y1、y2、y3……yn

，均值为y

由最小二乘法可推得：

在同样条件下测定试样溶液的观测值yi,代入回归方程，便可求出试样待测值：

回归方程是否有意义？由相关系数

γ

来检验。为了便于记忆，令

则有：

a

＝lxy／lxx2.2.5偏离比耳定律的原因

用标准曲线法测定未知溶液的浓度时，有时会发生标准曲线向上或向下弯曲的现象，即产生了对比耳定律的偏离。偏离会导致测定的误差。是什么原因引起这种偏离的呢？

（一）非单色光引起的偏离

比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。而人们却难以获得真正的纯单色光。一般的分光光度计只能获得近乎单色的波长范围狭窄的光带。复合光可导致对比耳定律的正或负偏离。

如上图所示，在吸收曲线中的a

处测量时，物质对光束中不同波长的光的吸收能力相同，故不会引起标准曲线的弯曲；而在b

处测量时，则会引起标准曲线向下弯曲。

AAλ

/nmcabba为了克服非单色光引起的偏离，首先应选择单色性较好的单色器；此外还应将入射光波长选定在吸收曲线较平坦的地方，通常选在待测物质的最大吸收波长处。AAλ

/nmcabba（二）浓度过高引起的偏离

比耳定律成立的条件之一：所有的吸光粒子相互独立，不发生相互作用。只有在稀溶液(c<10－2mol/L)中，吸光粒子之间相距较远，才基本符合上述条件。

当溶液浓度c>10－2mol/L

时，吸光粒子之间距离缩短，其电荷分布相互影响加强，引起吸光行为的变化，使吸光能力减弱，导致标准曲线向下弯曲。同时，浓度很高时仪器对吸光度测定的误差增大。

故：朗伯—比耳定律只适用于稀溶液。(三)化学性因素引起的偏离通常，待测溶液为一复杂的化学体系，当条件改变时，就会引起吸光物质发生相应变化，比如离解、缔合、化合、互变异构、络合等等。使吸光物质的浓度发生变化，从而影响吸光度。

例如在弱酸性介质中重铬酸盐溶液中存在下列平衡：Cr2O72-＋

H2O2HCrO4-CrO42-＋

2H＋

（橙黄）（黄）（黄）

在450nm

入射光下，测定不同浓度的K2Cr2O7溶液标准系列，标准曲线向上还是向下弯曲？为什么？怎样避免这一现象的发生？在弱酸性介质中重铬酸盐溶液中存在下列平衡：Cr2O72-＋

H2O2HCrO4-CrO42-＋

2H＋

（橙黄）（黄）（黄）

怎样避免“标准曲线向上弯曲”这一现象的发生？控制溶液的pH值,使其保持在高酸度的条件下测定，使化学平衡向左移动，就不会引起偏离。

第2章可见－紫外吸光光度法

VisibleandUltravioletAbsorptionSpectroscopy

2.3可见分光光度计简介

可见分光光度计

紫外-可见分光光度计（德国耶拿公司）

紫外-可见分光光度计（日本岛津公司）光源单色器吸收池检测系统用于测定溶液吸光度或透光度的仪器有：光电比色计和分光光度计。仪器的基本组成框图如下所示：分光光度计光电比色计滤光片分光系统常用单光束分光光度计的外观

2.3.1可见分光光度计的主要部件和工作原理（一）光源

要求：在整个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。可见分光光度计的光源通常由白炽灯和稳压电源组成。

光源常用钨丝白炽灯，其规格为12V、25W

或10V、7.5W。辐射波长范围为320～2500nm的连续光谱，其中可见光部分仅为10％左右。

电子稳压电源提供稳定的灯电压，保证灯的发射稳定。近年已改用发光效率更高的卤钨灯。激光器也可作为光源。

（二）单色器是能将光源发射的复合光分解成单色光，并能选出测量所需单色光的光学系统。包括：光电比色计中的滤光片分光光度计中的棱镜式单色器或光栅式单色器（1）滤光片由有色玻璃片或有色塑料片制成。滤光片只允许与它颜色相同的光通过。其透光性能可用透光曲线（～T%关系曲线）反映。

蓝色滤光片的透光曲线

半宽度：最大透光度一半处的透光曲线的宽度。半宽度越窄，单色性越好。滤光片的半宽度一般约为10～30nm。

蓝色滤光片的透光曲线

滤光片的选择：滤光片的颜色应该是待测溶液颜色的互补色。（2）棱镜式单色器

其主要元件包括：入射狭缝、准光装置、色散元件（棱镜）、聚焦装置、出射狭缝等。

棱镜式单色器的单色性取决于棱镜的色散率和单色器的狭缝宽度，其半宽度约为5～10nm。

此外，还有性能更好的光栅型单色器。棱镜入射狭缝出射狭缝准直透镜聚焦透镜反射镜反射镜（三）吸收池规格：0.5、1、2、3cm

工作时应将各种类型的吸收池（比色皿）放置在样品室和相应的池架附件内。吸收池主要有石英玻璃池和光学玻璃池两种。在可见光区一般用光学玻璃池，紫外光区应采用石英玻璃池。使用比色皿的注意事项。1cm2cm3cm（四）检测系统

由检测器和读数装置组成。（1）检测器：分光光度计的检测器是利用光电效应将透过吸收池的光信号转变成便于测量的电信号的装置。常用的光电转换元件有光电池、光电管、光电二极管、光电阻或光电倍增管。（a）硒光电池及其工作原理：

硒光电池的结构和工作原理：

硒光电池的特点：

灵敏度高；光谱敏感范围窄；易产生“疲劳现象”；内阻低；响应时间长。目前，分光光度计常用硅光电池作为光电转换元件，其性能比硒光电池好得多。（b）光电管及其工作原理光电管的构造：光电管的工作原理：

阳极阴极电源电阻放大器读数装置光＋－光电管的特点：内阻高；光谱敏感范围宽而平；响应时间短；性能稳定；寿命长。

光二极管阵列检测器结构示意图具有二极管阵列检测器的分光光度计示意图：

（2）读数装置：可见分光光度计的读数装置可以是检流计、微安表头、数字显示器、液晶显示屏、微机控制和结果处理装置。2.3.2常用分光光度计（1）单光束型分光光度计

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。光源比色皿检测器单色器

单光束可见分光光度计原理图棱镜入射狭缝出射狭缝透镜透镜反射镜反射镜比色皿光电管放大器读数装置光源能自动记录，快速全波段扫描。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。（2）双光束型分光光度计（3）双波长型分光光度计

将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。两波长同时扫描即可获得导数光谱。单光束（1）、双光束（2）、双波长（3）分光光度计基本光路的比较岛津SHIMADZU双光束型紫外分光光度计UV-2550/2450

光纤分光光度计示意图

光纤光度计2.4分析方法的建立

第2章可见－紫外吸光光度法

VisibleandUltravioletAbsorptionSpectroscopy2.4.1显色反应的选择显色反应：将待测组分转变为有色化合物的反应。主要为配位反应、氧化还原反应、缩和反应、重氮化－偶合反应等。显色剂：能与待测组分形成有色化合物的试剂。

选择显色反应时，应考虑的因素：（一）灵敏度高。用ε

的大小来衡量显色反应灵敏度的高低。ε

越大，灵敏度越高。一般ε

约为103～105。（二）选择性高。即共存组分不与显色剂发生明显的干扰反应。选择性试剂和特效试剂。

（三）显色剂无干扰吸收显色剂在测定波长处无明显吸收。对比度：两种有色物最大吸收波长之差（△）。要求显色剂和显色物的△≥60nm。（四）显色反应的稳定性要求与待测组分定量显色，显色物组成恒定、性质稳定。2.4.2显色反应条件的选择（一）显色剂用量显色反应：

M＋

R

MR

固定其他条件，改变显色剂用量，显色后，测吸光度，作A～cR关系曲线，有如下所示的几种情况。应选择曲线变化平坦处的用量。（二）反应体系的

pH值

显色剂：

HRH＋＋R－

显色反应：

R－＋M＋

MR

固定其他条件，改变溶液酸度，在相同实验条件下，分别测定不同

pH值下显色溶液的吸光度。选择曲线中吸光度较大且恒定的平坦区域内所对应的pH值。（三）显色时间

t

作显色物的稳定性实验：固定其他条件显色，在不同时间测定显色物的吸光度A，作A～t

关系曲线。选择曲线中平坦部分所对应的时间作为显色时间。（四）显色温度T

在不同温度下作A～t

关系曲线，选显色快、褪色慢、吸收强的曲线所对应的温度。（五）溶剂一般采用水相测定，也可适当改变溶剂成分。

此外，干扰情况，其他试剂的选择和加量等也是必须考虑的。上述选择最佳条件的方法叫做“单因素变动法”或“孤立变量法”。选择多因素实验的最佳条件的科学方法：

“正交实验法”。2.4.3显色剂（一）无机显色剂：灵敏度较低，选择性不太高，显色物不太稳定。现还在应用的有：硫氰酸盐、钼酸铵、过氧化氢等几种。（二）有机显色剂：种类繁多，常为螯合剂，生成络合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳定、显色灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，其应用最广泛。

有机显色剂及其显色物的颜色与其分子结构密切相关它们往往含有生色团和助色团。

生色团：是指某些含有π

键的不饱和基团。比如

>C=C<，—C≡C—

，>C=O，

—N=N—,－NO2，－NO、芳基、对醌基等都是生色团。

助色团：是含有带孤对电子的杂原子的饱和基团和烷基，它本身不能吸收＞200nm的光，但它们与生色团相连时，能使化合物的λmax向长波方向移动，即产生了红移，同时ε↑。

比如

—OH，—OR，—NHR，

—SH，—X，－CH3

等都是助色团。显色剂为什么能使金属离子显色呢？

当显色剂与金属离子与显色剂发生反应后，生成的络合物改变了显色剂分子内的电子云分布，使体系的能量降低，吸收波长红移，颜色加深。例如Al3＋的显色反应：茜素茜素铝（黄色）无色（红色）（1）偶氮类显色剂：

分子中都含有偶氮基（－N＝N－）本身是有色物质，生成配合物后，颜色发生明显变化；具有性质稳定、显色反应灵敏度高、选择性好、对比度大等优点，应用最广泛。如偶氮胂Ⅲ、PAR

等都是偶氮类显色剂。（2）三苯甲烷类：如，铬天青S、二甲酚橙、结晶紫等。

铬天青S结晶紫（3）含硫显色剂：如双硫腙、铜试剂、二硫酚、硫脲等。可测定Cu2＋、Pb2＋、Hg2＋、Cd2＋、Zn2＋等离子。

双硫腙（4）NN型鳌合显色剂：如邻菲罗啉、丁二酮肟等。邻菲罗啉丁二酮肟（三）提高光度测定灵敏度和选择性的途径

（1）合成新的高灵敏度有机显色剂。（2）采用分离、富集和测定相结合的分析方法。如萃取分光光度法等。（3）采用三元(多元)络合物显色体系。

2.4.4共存离子干扰的消除（一）选择适当的显色反应条件（二）加入掩蔽剂

选择掩蔽剂的原则是：掩蔽剂不与待测组分反应；掩蔽剂本身及掩蔽剂与干扰组分的反应产物不干扰待测组分的测定。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。共存离子干扰的消除（三）分离干扰离子采用如沉淀、萃取、色谱、离子交换等方法。2.4.5测定条件的选择（一）入射光波长的选择

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。

（二）参比溶液的选择

为什么要使用参比溶液？

当入射光照射试样时，会产生什么现象呢？（1）界面反射；（2）微粒散射；（3）比色皿吸收；（4）非待测组分吸收（5）溶剂、试剂等的吸收；（6）待测组分的吸收。怎样才能使测得的的吸光度真正反映出待测溶液的浓度？I0I

选用形状、大小和光学性质完全相同的比色皿，分别装入参比溶液和待测试液。

参比溶液待测溶液I参

首先将参比液置于光路，调整入射光强度，使T参＝100％（A参=0）；然后拉动比色皿槽，使待测溶液进入光路，此时：

A样＝lg(I参/I样)＝abc入射光

选择参比溶液的原则：让参比溶液具有与待测溶液相同的干扰因素，以使试液的吸光度值尽可能真实地反映出待测组分的浓度。

参比溶液待测溶液I参入射光参比溶液待测溶液I参

（1）当待测试液、显色剂和其他试剂无颜色时，可选用纯溶剂作参比溶液。（2）若显色剂和其他试剂均有颜色，可在溶剂中加入显色剂和其他试剂作为参比溶液，即用“空白溶液”作参比，也叫做试剂参比。

（3）若待测试液在测定波长处有吸收，而显色剂和其他试剂无色，则可用不加显色剂的试液作为参比溶液。（4）若显色剂、试液中其他试剂均有颜色，则可在试液中加入适当掩蔽剂将待测组分掩蔽后，再加显色剂和其他试剂，作为参比溶液。（三）吸光度读数范围的选择

因T＝I/I0,A＝-lgT,

故T为均匀刻度，A为非均匀刻度。透光度的读数误差用ΔT表示，在不同的透光度位置读数，ΔT不变，但ΔT所对应的ΔA

的大小不同。700201030405060

809010000.040.60.40.30.20.11.00.70.50.8∞T×100A（三）吸光度读数范围的选择

而A＝εbc

,因此在不同位置读数，由读数误差ΔT产生的浓度测定的相对误差Δc/c大小不同。

Δc/c在仪器不同的透光度或吸光度位置的变化规律是怎样的呢？700201030405060

809010000.040.60.40.30.20.11.00.70.50.8∞T×100A

若溶液服从朗－比定律，则有：

－lgT=εbc……(1)

将此式微分：

－dlgT＝－0.434dlnT(-0.434/T)

dT＝εbdc……（2）

(2)/(1)得：

dc/c＝（0.434/TlgT）dT

以有限值的增量表示，可得误差公式：

Δc/c＝0.434ΔT

/（TlgT）

（3）

此式说明：Δc/c不仅与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？利用误差公式：

Δc/c

＝0.434ΔT/（TlgT）取ΔT=0.5%，代入不同T值则可绘出溶液浓度测定相对误差Δc/c

与其T％的关系曲线。如图所示：

当ΔT=0.5%，T

在10%～70%之间时，由读数误差所引起的浓度测定的相对误差较小，约为1.4％～2.2％。即，测定的最佳读数范围是：对式dc/c=(

0.434/TlgT)dT求导,令其导数为零，可得，当T＝0.368或A＝0.434时，浓度测定的相对误差Δc/c最小。T%=10～70%或吸光度

A=1.0～0.15

第2章紫外－可见吸光光度法

VisibleandUltravioletAbsorptionSpectroscopy2.5可见吸光光度法的应用

2.6简易快速比色法2.5.1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。采用示差法可以克服这一缺点。采用浓度稍低于待测溶液浓度的标准溶液作参比溶液，然后提高入射光强度调零。

设待测溶液浓度为cx，标准溶液浓度为cs，且cs

＜

cx。

用标准溶液cs作参比，测定待测溶液吸光度：

Ａr＝εb（cx_－cs））=εbΔc故Ａr∝Δc即示差法所测得的吸光度Ａr为待测溶液相对于标准溶液的相对吸光度。它与待测溶液和参比溶液的浓度差成正比。这就是示差法定量的依据。

若用普通法测定时，参比溶液是空白溶液，分别测定

cx、cs的吸光度，则有：Ax=εbcx

As=εbcsＡx－Ａs=εb(cx－cs）=εbΔc＝Ａr这说明，示差法所测得的相对吸光度Ａr，相当于用普通法测得的待测溶液与标准溶液的吸光度之差ΔＡ。

示差法标尺扩展原理：普通法：用空白溶液作参比，测得cs的T＝10%，

cx的T＝5%Ax＝1.30，Δc/c大。示差法：cs

做参比，调

T＝100%，标尺扩展了10倍。此时，

cx

的

T＝50%

Ar＝0.301，Δc/c小。2.5.2溶液中多组分分析溶液中多组分的同时测定分如下情况：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。

2.5.2溶液中多组分分析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。A1=εa1bca＋εb1bcbA2=εa2bca＋εb2bcb

2.5.3酸碱离解常数的测定一元弱酸HL在水溶液中的离解平衡：HLH＋＋L－其总浓度c

＝HL＋L－配制一系列总浓度c不变、pH值递变的该一元弱酸溶液：pH低pH高pH适中全为酸式

HLAHL＝εHLc全为碱式L－AL-＝εL-c

HL＋L－A＝εHL

HL＋εL

-L－引入分布系数：=[HL]/

c=[L-]/c则有：当pH值足够低时，有：当pH值足够高时，有：将此二式代入式：可得：取负对数，可得HL

的离解平衡常数的基本公式：求pKa的方法：（1）代数法：直接将实验数据代入上式求解。（2）图解法：a.根据式：作关系曲线：（2）图解法：a.根据式：作关系曲线：b.作A～pH

关系曲线。2.5.4络合物组成及稳定常数的测定

在测定波长处，中心离子M、配体L均无明显吸收。摩尔比法：

（一）络合物组成的确定配制一系列不同摩尔比（cL/cM）的标准溶液，其中cM固定不变，cL递增。显色后，测其吸光度A，作A～cL/cM关系曲线。AcL/cMn

在曲线的转折点处所对应的cL/cM值n

，即为络合物的组成比。若cL/cM＝n则络合比为：

M：L＝1：n若n不为整数，可取近似整数值。AcL/cMn（二）络合物稳定常数的测定

用上述方法确定了络合比为1：n

后，则络合平衡为：M＋nLMLn由物料平衡得：在络合物MLn得最大吸收波长处，用1cm比色皿测出不同cL/cM溶液的吸光度，作A～cL/cM关系曲线。在曲线转折点后查出A0，有A0＝εcM故ε＝A0

/cM

再选取曲线转折点前的一点，查出其吸光度

A和对应的

cL/cM。

计算络合物的平衡浓度：[MLn]

＝A/ε

代入物料平衡关系式，可得：

[M]＝cM

－A/ε[L]＝cL

－nA/ε

将各平衡浓度值代入K稳计算式，即可求出K稳值。A0cL/cMA2.5.5催化吸光光度法若某催化剂能加快一有色反应的速度，则可由吸光度随时间变化的关系的测定，求出痕量催化剂的浓度。这就是催化吸光光度法。其特点是:灵敏度高，选择性好，简便快速。2.5.6双波长吸光光度法

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)bc

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。

λ1λ2

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+ΔAy如何选择波长λ1、λ2有一定的要求。λ1λ2

选择波长组合λ1、λ2的基本要求是：

（1）选定的波长λ1和λ2处干扰组分应具有相同吸光度，即：ΔAy=Ayλ2－Ayλ1=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。

可采用作图法选择符合上述两个条件的波长组合。（2）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。2.5.7固相吸光光度法固相吸光光度法是用固体物质作载体，来提取待测组分，集分离、富集、显色为一体的分析方法。其优点是：大大提高了分析灵敏度，简化了分析操作，节约了分析时间，降低了分析成本。2.5.8三元络合物在吸光光度分析中的应用由一个中心金属离子与两种（或两种以上）不同配位体形成的配合物，称为三元（多元）配合物（络合物）。三元络合物主要类型有：三元离子缔合物、三元混配络合物、三元胶束（增溶）络合物。（1）三元络合物显色反应具有更高的选择性。（2）三元络合物的稳定性很好，可以提高测定的准确度。

（3）三元络合物吸光能力更强，与显色剂的对比度更大，分析灵敏度更高。一方面是因为三元络合物比其相应的二元络合物分子截面积更大；另一方面是因为第二配位体的引入，可能产生配位体之间、配位体与中心离子间的协同作用，使共轭π电子的流动性和电子跃迁几率增大。（4）三元络合物在水中和在有机溶剂中的溶解度差别较大，有利于萃取分光光度分析。（5）三元络合物体系还可以改善显色条件。2.6简易快速比色法2.6.1目视比色法1243756目视比色法21543x76人眼比色管白瓷板

2.6.2快速显色法Fe2+与

2，2’－联吡啶反应，生成深红色络合物。Fe2+与

2，2’－联吡啶反应，生成深红色络合物。132还原剂缓冲剂显色剂2.6.3检气管法进气口出气口2.6.4试纸比色法选用适当试剂浸泡处理滤纸，然后干燥备用。当溶液中的待测组分与试纸上的显色剂接触时，发生显色反应而显色，与标准色列比较，便能求得待测组分的含量。目前已有多种试纸供人们选用，例如，测定H2S、S2-、Hg2+、Pb2+、Mn2+等的试纸，以及测定尿糖、尿蛋白和血液、唾液中多项生化指标的试纸等等。

2.7紫外光谱法(UV)

UltravioletSpectrophotometry

2.7.1紫外光区的分类及波长范围远紫外:10～200nm

近紫外:200～380nm

2.7.2分子的能级组成和紫外光谱

一.分子的运动方式：

(1)分子的平动；

(2)分子中价电子的运动；

(3)分子内的原子在其平衡位置附近的振动；

(4)整个分子绕其质心的转动。

后三种运动的能量都是量子化的，分别对应分子的电子能级、振动能级和转动能级。

三种能级的能级差不同，需要不同波长的电磁辐射使它们跃迁，从而在不同的光学区出现吸收谱带。

名称

跃迁类型

能级差

吸收光波长范围

紫外可见吸收光谱

电子能级

跃迁1~20ev200~780nm

红外吸收光谱

振动能级

跃迁0.025~1ev0.78~50µm

转动光谱（远红外谱）

转动能级

跃迁0.003~0.025ev50~300µm

分子和原子一样，也有自己的特征的分子能级；当分子发生电子能级跃迁的同时，必然会伴随着振动和转能级的跃迁；它们相互叠加的结果，形成了分子的特征光谱——带状光谱。125000200010005002001005020250300右图为：酪氨酸溶液的紫外吸收光谱pH2pH12/nm

二.紫外光谱的特点

吸收波长位于紫外区的吸收光谱，叫紫外光谱。在吸光物质浓度和厚度一定的条件下，让不同波长的光依次照射溶液，测量每一波长下溶液的吸光度。以波长为横坐标，吸光度或lgε为纵坐标作图，所得曲线即为该物质的吸收光谱（曲线）。

紫外光谱反映了物质对不同波长紫外光的吸收能力。它的两个重要参数：●最大吸收波长（λmax）

：物质具有最大吸收时所对应的吸收光波长。

●最大摩尔吸光系数（εmax）：在最大吸收波长处，物质所对应的摩尔吸光系数。

不同物质吸收光谱的形状、λmax和εmax可能会各不相同，利用这一特点可用作物质的初步定性分析；

同一物质在特定波长下，吸光度与浓度的关系符合朗伯－比耳定律，这是紫外光谱定量分析的依据。紫外光谱中的峰形、峰位、峰强、峰数提供了物质的结构信息。

紫外可见吸收光谱是电子能级的跃迁产生的（伴随着振动、转动能级的改变）。电子能级的跃迁主要是指价电子能级的跃迁。内部电子的能级很低，跃迁所需要的能量很高，在可见－紫外光照射的情况下不能被激发。

2.7.3.分子中价电子跃迁的类型

2.7.3.1有机化合物的电子跃迁类型

有机化合物有三种价电子：σ、π、n电子。例如：

当这些价电子吸收一定能量后，会跃迁到较高能级而处于激发态，此时电子所占的轨道称为反键轨道，以*表示：

M+hv

→M*

可以看出，对于能级差ΔE来说，σ－σ*

＞n－σ*＞π－π*＞

n－π*

对于吸收峰的λmax来说，σ→σ*＜

n→σ*＜

π→π*＜

n→π*其中σ→σ*、n→σ*一般<

200nm。π→π*

吸收峰大都在200nm附近，且谱带强度很大，为允许跃迁。孤立双键<200nm，共轭双键>200nm。共轭π→π*吸收带叫K带。n→π*吸收峰大都在270～320nm附近，谱带强度很弱，为禁阻跃迁。

n→π*

吸收带叫

R带。2.7.3.2无机化合物的电于跃迁类型（1）电荷转移跃迁。

（2）络合物中心离子的d-d电子跃迁。

（3）f-f电子跃迁。

2.7.4溶剂对紫外光谱的影响

2.7.4.1紫外光谱测量的常用溶剂

（一）对溶剂的要求：不与样品反应；对样品有足够的溶解能力；溶剂的吸收不干扰测定；挥发性小；毒性小或无毒；不易燃；价格便宜。

（二）常用溶剂及极限波长：大于此波长时，溶剂是透明的；小于此波长时，溶剂将产生吸收。

溶剂极限波长/nm溶剂极限波长/nm水210乙醚220己烷210甘油230庚烷210氯仿245乙醇210乙酸250环己烷210四氯化碳265

2.7.4.2.溶剂对紫外光谱的影响—溶剂效应（一）溶剂极性对紫外光谱的影响（1）增加溶剂极性，可使ππ*跃迁吸收峰红移。（2）增加溶剂极性，可使nπ*跃迁吸收峰蓝移。例：溶剂对异丙叉丙酮吸收带的影响溶剂正己烷乙醚氯仿甲醇水(→*)max/nm230230238238244(n→*)max/nm329326315312305

（二）溶剂pH对紫外光谱的影响

对于酸性或碱性化合物，溶剂pH对其紫外吸收光谱会产生明显影响，使其吸收光谱的形状、吸收峰的最大吸收波长和强度等发生变化。

例如：在pH13的碱性介质中，苯酚能形成苯酚盐阴离子，引起其吸收带的红移。

E2带B带Ph-OHPh-O-210nm(6200)235nm(9400)270nm(1450)287nm(2600)

在酸性介质中，苯胺转变为苯胺盐阳离子，引起其吸收带的蓝移。E2带B带Ph-NH2Ph-NH3+230nm(8600)203nm(7500)280nm(1430)254nm(169)

（三）溶剂对紫外光谱形状的影响气态测定可能出现精细结构峰，为转动、振动能级跃迁产生。在溶液中，受溶剂分子影响，转动振动受阻，精细结构减弱（在非极性溶剂中）或消失（在极性溶剂中）。

2.7.5无机化合物的紫外吸收光

在一定条件下，许多金属离子和非金属离子都能产生紫外吸收光谱。

除镧系和锕系元素外，大多数无机化合物的紫外光谱都比较简单，很少有精细结构小峰，仅呈现1～2个较宽的吸收带。

2.7.6有机化合物的UV谱

2.7.6.1无共轭双键的有机化合物的UV谱

特点：其吸收峰通常位于远紫外区，若含某些杂原子时，弱吸收峰能出现在近紫外区。

一、饱和化合物

（一）饱和烷烃：

只存在σ

σ*跃迁，λmax<200nm，强带。CH4125nm，CH3CH3135nm，190nm

（正己烷、环己烷、正庚烷等常作为紫外溶剂）

（二）含杂原子的饱和化合物

由于分子中的杂原子（O、N、S、卤素等）含有未参与成键的孤对电子（即n电子），因此能产生

n

σ*跃迁，

λmax在200nm左右。

通常随着杂原子半径增大，λmax增大，吸收强度增加。

CH3OH177nm（200）

CH3SH193nm（1350）225nm（160）

CH3—S—CH3210nm（1020）229nm（140）杂原子数量增多，λmax增大。

CH3Cl173nm,CH2Cl2220nmCHCl3227nm，CCl4257nm

二、孤立烯、炔类化合物（一）孤立烯烃：

其σ

→

σ*跃迁和π

→

π*跃迁均在远紫外区，为强吸收带，烯碳上取代基增多将引起λmax红移。

孤立烯π→

π*跃迁：

CH2=CH2165nm（1.2×104），

CH3CH2CH＝CH2178nm（9000）,

（CH3）2C

＝C（CH3）2197nm（1.15×104）

非共轭多烯的双键之间若有三个以上的单键，则其ππ*跃迁的λmax与类似碳数的单烯相近，但吸收强度随烯键增多而增大。例如：

CH2=CHCH2CH2CH2CH3177nm（11800）

CH2=CHCH2CH2CH=CH2178nm（26000）

孤立环烯的π→π*跃迁吸收波长略大于同碳的孤立链烯，若其烯碳上有烷基取代或环烷基取代，λmax将产生红移。

183nm（6800）191nm（10200）

（二）炔烃孤立炔烃的π→π*跃λmax<200nm，烷基取代后λmax红移。例如，乙炔173nm，强。炔烃在220nm左右还有一弱吸收带（ε100）。

三、孤立双键上含杂原子的化合物（一）羰基化合物孤立羰基化合物的羰基有三个吸收带：

n→

σ*180~200nm（~104）

π→π*150~170nm（>104）

n→

π*270~310nm（<102），为R带。

醛（R-COH）在非极性溶剂中，n→

π*

跃迁的R带有精细结构，随溶剂极性增加而逐渐消失。260280300320AⅣⅢⅡⅠ

Ⅰ.气态；Ⅱ.庚烷；Ⅲ.乙醇；Ⅳ.水；乙醛在不同溶剂中的吸收光谱λ/nm

酮无类似的精细结构。若羰基碳上有助色团取代时，R带将产生蓝移，而π→

π*跃迁吸收带将产生红移。例如，在乙醇溶剂中，n→

π*

吸收峰

OOOH－C－HCH3－C－HCH3－C－CH3

310nm（5）279nm（20）295nm（21）

若酮类化合物的α碳上有助色团取代时，能使R带红移。例如，在乙醇溶剂中：

OOO

CH3-C-CH3CH3CH2-C-CH3(CH3)3－C－(CH3)3270nm（12）277nm（20）295nm（21）

（二）硫羰基化合物（R2C＝S）

其π→π*跃迁λmax>200nm（>103）

n→σ*跃迁λmax>200nm（>103）

n→π跃迁（R带）λmax

≈500nm

取代基对C＝S吸收的影响与羰基类似。（C3H7）2C＝S在己烷溶剂中的吸收带：

n→π*503nm（9）

n→σ*215nm（5100）

π→π*230nm（6300）

（三）含氮杂生色团（C=N－、－C=N、－N=N－、－N=O、－NO2等）的化合物亚胺基、腈基、偶氮基等：

π→π*

λmax<200nmn→π*λmax240~360nm，

n→σ*λmax<200nm

硝基：π→π*λmax

200nm（4000），

n→π*λmax278nm（16）

硝酸酯基（－O－NO2）：

n→

π*270nm（20）

N－硝基（N－NO2）：

π→

π*

～200nm（4000）

～240nm（7000）

亚硝基（－N＝O）：

π→

π*

270～290nm（～1000）

n

→

π*630～790nm（1~20）

2.7.6.2含共轭烯键的有机化合物的UV

含共轭双键的有机化合物的紫外吸收光谱的λmax>200nm，随着共轭体系的延长，λmax红移增大。

A

200

250300350

nm

H－(CH=CH)n

－H的紫外光谱n＝3n＝4n＝5

（1）共轭二、三、四烯及其衍生物

λmax的计算

Woodward－Fieser规则___________________________________________________________

母体：λmax/nm基本值开链共轭双烯217

异环共轭双烯214（228）*同环共轭双烯253（241）*_________________________________________________________________

*－括号外为六元环的数据；括号内为五元环或七元环的数据。

Woodward－Fieser规则（续）_____________________________________________________________________________________

取代状况：

λmax/nm增加值扩展共轭双键30

环外双键5

共轭双键上的取代基：（1）－OCOR或－OCOAr0

（2）－OR6

（3）－R5

（4）－SR30

（5）－NR1R260

（6）－Cl、－Br5

Woodward－Fieser规则适用于计算共轭四烯以下的体系中H原子被官能团取代时的λmax

。使用Woodward—Fieser规则的注意事项：（1）“异环共轭双烯”是指共轭双烯母体中的二个双键分别在两个稠链环内。

（2）“同环共轭双烯”是指共轭双烯母体中的两个双键都在同一个环内。

（3）“环外双键”是指该双键的一个碳原子与环相连，另一个碳原子在此环的环外的双键。

（4）当有多个可供选择的母体时，应优先选择λmax大的作为母体。

OCH3

（5）“扩展双键”是指在母体的基础上增加的共轭双键。

（6）