紫外–可见分光光度法（一）

InstrumentAnalysis仪器分析10十一月202361-2紫外–可见分光光度法UltravioletandVisibleSpectrophotometry10.1基本原理和概念

10.2紫外可见分光光度计

10.3紫外可见分光光度分析方法

10十一月202361-310.1基本原理和概念一、分子轨道中的电子跃迁类型二、UV光谱的常用概念三、吸收带及其与分子结构的关系四、影响吸收带的因素五、物质对光的吸收与吸收曲线五、朗伯-比尔定律练习：10十一月202361-4下面五个电磁辐射区域A：X射线区B：红外区C：无线电波D：可见光区E：紫外光区请指出：（1）能量最大者（2）波长最短者（3）波数最小者（4）频率最小者（5）紫外可见光区波长范围10十一月202361-5紫外可见光区与紫外可见光谱特征紫外光区远紫外区：5—200nm近紫外区：200—360nm可见光区：360—760nm紫外光谱分子光谱、电子光谱、吸收光谱信号强，灵敏度高定量分析、定性鉴别、结构分析10十一月202361-610十一月202361-7能级跃迁种类对应光波光谱类型ΔEr0.005～0.05eV25～250μm远红外光谱或分子转动光谱ΔEv0.05～1eV1250～25000nm红外光谱或分子振动光谱ΔEe1～20eV60～1250nm紫外-可见光谱或分子的电子光谱一、分子轨道中的电子跃迁类型1、分子轨道的能级跃迁种类及其光谱类型10十一月202361-8紫外可见光辐射下三类跃迁同时发生10十一月202361-9σ→σ＊＞

n→σ＊

≥

π→π＊＞

n→π＊2、分子轨道中价电子跃迁的种类10十一月202361-103、远紫外区的主要跃迁跃迁类型基本波长吸收系数备注

-

*＜150nm很弱远紫外n-*～200nm弱或中102～103

-

*～200nm≥200nm强（

>104）

孤立双键共轭双键n-*～300nm很弱＝10～100含杂原子不饱和基团10十一月202361-11练习：指认丙酮的紫外吸收峰10十一月202361-12

-

*156nm，16000n-*194nm，9000n-*279nm，1510十一月202361-13Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h

[Fe3+CNS-]2+h

[Fe2+CNS]2+电子接受体电子给予体Chargetransfertransition5、电荷迁移跃迁

>104，定量灵敏度高10十一月202361-14邻二氮菲合铁（II）pH2～9：橘红色Fe3+→Fe2+铁含量测定方法过渡元素d、f轨道简并与配位体配合简并解除，d

、f

轨道能级分裂。分裂能级跃迁产生可见吸收ε<102，可见光区，少定量，多研究结构6、配位场跃迁Ligandfieldtransition镧系元素：f-f跃迁10十一月202361-191、物质吸光的选择性分子轨道包括三种：分子轨道能级的量子化：光吸收具有选择性电子能级差：约为1～20ev（1250～60nm）二、UV光谱的有关知识和概念10十一月202361-20辐射功率P：单位时间内所传输的能量，光度法中用光强I

代替。透过率T：透过光与入射光强度的比值吸光度A

:2、物质吸光的程度表达二、UV光谱的有关知识和概念10十一月202361-213、UV吸收光谱——吸收曲线不同波长的光被物质吸收的程度不同；A/T对λ作图所得吸收曲线即吸收光谱。10十一月202361-22最大吸收波长λmax：以此波长测量最灵敏，用于指导定量分析条件的选择。吸收曲线形态：形态+λmax用于定性分析吸收曲线的特征及其用途:10十一月202361-23吸收带：吸收峰位置红移或长移蓝移或短移增色效应减色效应强带ε≥104

弱带

ε≤1024、有关概念：10十一月202361-24生色团（chromophore）：含π→π*、n→π*等跃迁的基团，即能产生UV吸收的基团C=C、N=O、C=O、C=S、N=N、N=O

λmax＞210nm，受相邻取代基或溶剂效应的影响，吸收峰长移或短移。10十一月202361-25助色团（auxochrome）：是指非键电子的杂原子饱和基团，当其与生色团或饱和烃相连时，使吸收峰长移、吸收强度增大。-OH、-OR、-NHR、-SH、-Cl、-Br、-I10十一月202361-26三、吸收带及其与分子结构的关系各类物质紫外可见光谱的特点：吸收带种类较少，特征性不强按电子和轨道种类，基本分六类R、K、B、E、转、配见下表带基团跃迁特点Rn–

*不饱和杂原子250～500nm，弱吸收ε

﹤100K

–

*共轭双键210～250nm附近，强吸收ε﹥104B芳香（杂）环骨架振动和环内

–

*230～270nm

，ε约200。蒸气状态显精细结构，极性溶剂中振动精细消失，峰变宽。E芳香环内共轭

–

*E1：180nm，ε4.7×104E2：200nm，ε7×103电荷转移电子给予体和电子受体共存紫外和可见光区，强吸收配位体场d、f轨道电子跃迁可见光区，弱吸收10十一月202361-28芳香族化合物的紫外吸收带10十一月202361-29四、影响吸收带的因素1、共轭：π

共轭：明显红移超共轭：微小红移10十一月202361-302、取代基的影响给电子基：助色基因p-π共轭使吸收带红移，如-NH2、-OH、-Cl，吸收强度增加。苯环或烯烃上的H被各种取代基取代，多产生红移。10十一月202361-313、位阻效应（共轭）：顺式位阻大：

max=280nm（ε=10500）反式位阻小：

max=295.5nm（ε=29000）10十一月202361-324、跨环效应一些β、γ不饱和酮中，虽然无共轭体系，但羰基氧的孤对电子和双键上的π电子发生作用，以致使相当于n→π*越迁的R吸收带向长波方向移动，同时吸收强度增加。10十一月202361-335、异构化作用：异构物光谱出现差异如含水CH3CHO有两种可能的结构：

I.

CH3CHO–H2OII.CH3CH(OH)2

已烷：有醛基吸收带max=290nm,结构I水溶液：无醛基吸收带，结构II10十一月202361-34随溶剂极性增加：n-*跃迁的R吸收峰蓝移：

n电子形成氢

键的能力增加，使极性基态能量降低得多；

-

*跃迁的吸收峰红移。极性激发态能量降低得更多。光谱平滑，精细结构消失。溶剂UV吸收峰不干扰待测化合物不与样品发生反应6、测定条件的影响（1）溶剂的影响：10十一月202361-35溶剂对丙酮紫外光谱的影响10十一月202361-36练习：10十一月202361-37在下面五种溶剂中测定化合物的n-*跃迁，吸收带波长最短者是：A：环已烷B：氯仿C：甲醇D：水E：二氧六环答案：水（极性最强，短移）10十一月202361-38紫外光谱一般都用样品的溶液测定，溶剂在所测定的紫外区必须透明，以下溶剂哪些能适用于210nm以上？A：95％乙醇B：水C：四氯化碳D：正己烷E：乙醚答案：正己烷（最大吸收波长小于200）10十一月202361-39当分子中的助色团与生色团直接相连，使吸收带向＿＿＿＿＿方向移动，这是因为产生＿＿＿＿共轭效应。10十一月202361-40（2）pH值影响10十一月202361-41室温范围影响不大低温条件：分子热运动减弱，分子间能量交换少，导致吸收峰红移，尖锐，强度增大高温条件：分子碰撞频率增加，导致谱带宽，精细结构消失。（3）温度的影响10十一月202361-42浓度过高，由于分子的解离、缔合、互变异构等作用，可使物质存在状态发生变化，导致光谱改变。（4）浓度的影响10十一月202361-43五、朗伯-比尔定律布格(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:A∝l

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:A∝cLambert-Beer定律：

A=－

lgT=－lg(I/I0)=Ecl

10十一月202361-441、A-T-c的关系曲线A=－

lgT=－lg(I/I0)=Ecl

10十一月202361-452、吸光系数（1）定义：一定温度下，物质在单位浓度、单位液层厚度下对某一波长光的吸收度。物质的量浓度，1mol/L：摩尔吸光系数百分比浓度，1%，g/100mL：百分吸光系数（2）表达：二种卡巴克洛药物分子M=236；试样浓度每100mL含0.4962mg；l=1cm，λ

=355nm，A=0.557。

求E1%,ε10十一月202361-47（3）吸光系数的重要特性与应用影响因素：溶质、溶剂、波长、温度等特征常数：一定波长、溶剂和温度等条件下只与物质本身的性质有关。可作为定性鉴定的参数；吸光能力的度量：最大吸收系数εmax

，即一定条件下λmax处的某物质的摩尔吸光系数。与灵敏度直接相关：

10十一月202361-48εmax

：表明物质最大吸光能力、灵敏度ε>105

：超强吸收、超高灵敏、跃迁完全允许

ε=105～104：强吸收、高灵敏、跃迁允许

ε<104～102

：中吸收、灵敏、跃迁可以ε<102

：弱吸收、不灵敏、跃迁几率低※吸收系数是定性与定量分析的主要依据（4）物质吸光强度的等级划分计算说明10十一月202361-49前提：共存物质互不影响性质各组分的吸光度由各自的浓度与吸光系数决定公式：

A总＝Aa＋Ab＋Ac＋…应用：计算分光光度法测定测定混合组分3、吸光度具有加合性10十一月202361-504、朗伯-比耳定律的适用前提前提条件之一：入射光为单色光前提条件之二：溶液中吸光质点间不发生相互作用，无其他能量损失。稀真溶液(c<10－2

mol/L)保证吸光系数的不变浓度与活度一致保证能量（光强）无损失A=－

lgT=－lg(I/I0)=Ecl

入射光与透过光的光强差

一定等于吸收光的光强吗？光在辐射物质时存在其他损失：散射(Scattering)、反射(Reflection)等能量损失有时可达10%：

IO=Ip+Is+Ir误差校正：采用参比池和参比溶液扣除法10十一月202361-52浓度因素：造成质点间相互作用，使

发生变化；粒径因素：胶体、乳状液或悬浮液对光的散射化学因素：如缔合、离解、光化反应、异构化、配体数目改变等，引起吸收曲线变化；溶剂因素：对待测物生色团吸收峰强度及位置产生影响；偏离：吸光度A与浓度c的非线性表现（1）样品因素：六、偏离比尔定律的因素10十一月202361-5310十一月202361-54（2）光学因素入射光的单色性：决定于分光器杂散光散射光和反射光非平行光10十一月202361-55单色光纯度的影响假设入射光由测量波长

1和干扰波长

2组成，其光强分别为I01和I02，吸收系数分别为E1和E2，据I=I0·10－Ecl，则混合光的透射率为：当λ1=λ2,E1=E2，则A=E1cl，符合L-B定律；当λ1≠λ2

,E1≠

E2，则A≠

Ecl，A与c非线性。二者差别越大，则偏离L-B定律越大.

10十一月202361-57影响单色光的因素：谱带宽度：分光器性能，严重影响吸光系数和吸收光谱形状。狭缝宽度：越窄单色性越好。光强度、光对检测器灵敏度：影响单色光纯度的影响程度。半峰宽S10十一月202361-58杂散光：不在谱带宽度范围内与所需波长相隔较远的光。来源：仪器制造、尘染或霉蚀结果：在透射光很弱时，可使光谱明显变形、变值。在接近末端吸收处有时会有假峰。消除：提高制作工艺，防尘防潮。杂散光的影响不吸收杂散光：A变小，负偏离；吸收杂散光：A变大，正偏离。10十一月202361-59来源：散射源于吸光质点；反射源于入射光在吸收池内外界面之间通过。结果：发射率大，透射光强度减弱，使A偏高。消除：可空白补偿，但混浊液或空白液与试液的折射率相差较大则不能完全补偿。其依据是菲涅耳定律：反射光和散射光的影响反射率：10十一月202361-60非平行光的影响通过吸收池的光为倾斜光：实际光程l变长，导致A值计算偏差。现有仪器一般都不能真正实现通过吸收池的光为真正的平行光。光程的变异：是同一样品在不同仪器上测量吸收系数产生差异的主要原因之一。要求比色皿要成对使用10十一月202361-61暗噪音（darknoise）：与光信号无关，由检测器、信号放大电路等仪器部件产生，同台仪器ΔT可视为常量。散粒噪音（signalshotnoise）：与光信号强弱变化有关，也称信号噪音。由光敏元件在每单位时间内电子迁移数量的不确定性引起。（3）仪器因素：透光率测定误差ΔT

10十一月202361-62测定结果的相对误差ΔC与透光率测定误差ΔT的关系：微积分并除以上式，得：10十一月202361-63当ΔT=±0.01，即透射率测量误差为1%时：ΔC/Cmin