紫外-可见吸收光谱法(UV-Vis)

第九章紫外-可见吸收光谱法（UV-Vis）

基于被测物质的分子对紫外-可见光具有选择吸收的特性而建立的分析方法。可见光远紫外（真空紫外）紫外光

10nm200

nm400

nm

780nm一、紫外-可见光第一节概述1.物质分子对光的吸收△E=Ee+Ev+Er2.分子吸收光谱A（吸光度）-λ（波长）关系图

Er：0.05eV带光谱

Ee：1~20eV

Ev：0.05~1eV二、紫外-可见吸收光谱三、紫外-可见吸收光谱法定性分析定量分析ABA

在一定的实验条件下，物质在某波长处的吸光度与物质的浓度成正比。A

C增大吸收光谱的位置(λmax)和形状1.精密度较高3.检出限相对误差±1~3%2.准确度较高DL10-710-810-9

g/ml不一定要追求低的检出限4.仪器比较简单操作比较简便5.应用广泛承担60%的定量分析任务一些有机物结构分析的辅助方法

选择性一般比较好。条件适当，可不经分离进行单组分或多组分测定。主要干扰：共存组分与被侧组分的光谱重叠RSD<1%四、紫外-可见吸收光谱法的特点五、研究工作的现状

提高选择性

提高灵敏度.单色光复合光光的互补单色光复合光光的互补单一波长的光由不同波长的光组合而成的光若两种不同颜色的单色光按一定的强度比例混合得到白光（无色的光），那么就称这两种单色光为互补色光，这种现象称为光的互补。紫黄绿蓝黄紫红绿绿蓝橙红蓝绿第二节光吸收基本定律一、光的吸收定律透光率T全部吸收T=0.0全部透射T=100.0%入射光I0透射光It（一）朗伯-比尔定律1.定律吸光度A朗伯-比尔定律A=Kbc

1）液气固介质均适用2）入射光是单色光，平行光1730年LamberA∝b(C固定)1852年beerA∝C(b固定)3）稀溶液I0dbbItIx-dIx∝Ixadndn=csdb

-dIx∝IxaCsdb-dIx/Ix=kCdbdIx（二）朗伯-比尔定律推导S吸光度

与透射率1.00.50ACA100500T%TT=0.0%A=∞T=100.0%A=0.0A=0.434T=36.8%（三）吸光度的加合性A=A1+A2+…+An各组分之间无相互作用条件：多组分测定及扣除空白方法的理论基础用途：C:mol/L2.ε(L·mol–1

·cm-1)C:g/L1.a(L·g–1·cm-1)吸光物质结构的特征参数;（四）吸光系数3.检出限与摩尔吸光系数若可测量的吸光度为0.001一般103~104；灵敏的＞104；个别的可达105106增大是提高方法灵敏度的重要途径提高跃迁几率增大截面积吸光物质定量分析的灵敏度参数桑德尔灵敏度定义：当光度仪器的检测极限为A＝0.001时，单位截面积光程内所能建处的吸光物质的最低质量。μg/cm2

二、导致A-C关系偏离朗伯－比尔定律的原因1.入射光的单色性不好设入射光由λ1

和λ2

两种波长组成，溶液的吸光质点对两种波长的光的吸收均遵从吸收定律对于λ1总吸光度对于λ2若λ１＝λ２ε1=

ε2=

ε在一定的浓度范围内

A=εbC若λ１≠

λ２ε1≠

ε2A-C曲线向浓度轴弯曲，偏离beer定律要获得较宽的线性范围

1

2

△ε越大，偏离越严重①

适当提高入射光的单色性②

在吸收光谱的峰值(λmax)处进行测定浓度增高，吸光物质粒子平均距离减小，相互作用增强，电荷分布改变，ε改变。

ε减小，向浓度轴偏离；ε增大，向吸光度轴偏离。

2.溶液浓度过高

3.溶液中发生了化学反应

②络合-离解

Cr2O72-+H2O2CrO42-+2H+

λ350

λ375

Cr2O72-

浓度不同离解度不同

A-C关系偏离beer定律

①聚合-离解

MRM+RC(1-α)Cα

Cα

加入过量显色剂，可使

[R]保持不变，α为定值，[MR]不随浓度变化

。A=KbC成立

稀溶液定律C---M的初始浓度[MR]---M的测定浓度α恒定[MR]才能作为C的量度一、有机物有的紫外可见吸收光谱sp

*s*np

E

＜

＜n＜

*＜

*（一）电子跃迁类型第三节紫外可见吸收光谱跃迁类型△Eλmax

结构特征εmax

*

最高<150

饱和化合物<150n

*较高150~250含n电子饱和化合物

100~3000

*较低200~780不饱和有机物

104n

*

较低200~780含n电子不饱和有机物10~100

-胡罗卜素咖啡因阿斯匹林丙酮

几种有机化合物的分子吸收光谱图。

（二）

生色团（Chromogenesisgroup）乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基、乙炔基、腈基1.生色团含有

键的基团，在吸收外来辐射时可发生n-*和-

*跃迁。2.生色团的共轭作用

在共轭体系中π电子有更大的离域性，π*能量降低，n→π*和

π→π*的△E降低。导致烃共轭双键数溶剂λmax(nm)εmax共轭作用对烯烃吸收光谱的影响己

烃1蒸气

162100001,3丁二烯2己烷217209001,3,5己三烯3异辛烷268427001,3,5,7,9癸五烯5异辛烷434121000吸收波长增大（红移）；εmax

增大

一些含有n电子的基团－OH－OR－NH2－NHR－X（三）助色团（Auxochromousgroup）

1.助色机理

n→π共轭降低π*能量2.效果

λmax

红移；εmax增大

n电子增加，助色作用增强；n电子消失，助色作用消失。

λmax

εmax

208nm7000

230nm8800

203nm7500（四）溶剂效应

由-

*跃迁产生的吸收峰，随溶剂性增加，发生红移。1.对吸收波长的影响

n-*跃迁产生的吸收峰，随溶剂极性增加，形成氢键的能力增加，发生蓝移；

2.对光谱精细结构的影响溶剂化作用限制了分子的自由转动；溶剂极性限制了分子的自由振动，吸收光谱精细结构消失，变得平滑。

π*π△E△E′非极性溶剂极性溶剂溶剂选择原则1）绘制吸收光谱应选用非极性溶剂2）比较已知物和未知物的吸收光谱应选用同一溶剂3）所用溶剂溶剂在测量的光谱范围内无吸收或少吸收三、无机化合物的紫外-可见吸收光谱

1.电荷转移跃迁Mn+—Lb-M(n-1)+—L(b-1)-h

[Fe3+CNS-]2+h

[Fe2+CNS]2+电子给予体电子接受体λmax

在可见区；εmax>104中心离子和配位体之间，一方的电子向另一方轨道转移跃迁，所产生的吸收光谱称为荷移光谱。2.d－d

配位场跃迁正八面体配合物d－d

配位场跃迁在配体的作用下过渡金属离子的d轨道裂分，吸收辐射后，产生d－d跃迁。

在实际的分析应用中没有价值，但可以用于配合物结构或无机配合键合理论方面的研究。

d－d跃迁概率较小，摩尔吸收系数一般只有0.1－100L•mol-1•cm-1Edz2,dx2-y2,dxy,dxz,dyz△Edxy,dxz,dyzdz2,dx2-y2,3.中心粒子影响下的配位体的

-

*跃迁当金属离子与含有生色团及助色团的配位体配合后，受到金属离子的作用，配位体所含的共轭结构发生了变化，导致其吸收光谱蓝移或红移。

π→π*△E改变

△E↑蓝移；△E↓红移显色反应反衬度△

λ=λ显+-

λ配

＞60nm例：茜素磺酸钠在pH4~5时与Al3+的显色反应

Al3+/3λmax=420nmλmax=475nm△E↓红移0.575第四节紫外可见分光光度计

1.光源基本要求：强，能量分布均匀，稳定，光谱区域宽可见光源卤钨灯，250~2000nm.紫外光源氢灯，氘灯，185~350nm；2.单色器作用：将复合光色散成单色光棱镜光栅玻璃，350~2500nm,石英，185~4500nm平面透射光栅，反射光栅玻璃，光学玻璃，石英光电管，光电倍增管，二极管阵列电荷耦合器件（CCD）电荷转移器件（CID）狭缝色散元件3.样品池4.检测器5.信号输出表头、记录仪、屏幕、数字显示作用：将光信号转换为电信号，并放大一、基本部件

0.575光电倍增管0.575光源单色器吸收池检测器显示1.工作原理

参比溶液I0调T=100%;A=0补偿吸收池对光的吸收反射溶剂对光的吸收散射使I0成为真正置于被测物质有关的I02.特点①简单廉价是与常规分析

②精密度不高不能进行波长扫描，不能绘制吸收光谱（一）单波长单光束分光光度计二、分光光度计参比溶液和试液不在同一时间测量，光源的波动影响测量结果（二）双光束分光光度计比值光束分裂器1.工作原理I0和I同时测量，统计处理。2.特点①精密度好（补偿仪器的不稳定性）②可绘制吸收曲线③仪器复杂昂贵仪器实物仪器实物1第五节吸光光度法分析条件的选择研究工作：建立新方法；改进原方法常规分析：自觉遵守操作规程指标：灵敏度精密度准确度一、显色反应条件的选择（一）基本要求1.选择性好显色剂不与共存组分显色或显色但不产生干扰2.灵敏度高MRn

εmax大3.精密度高MRn

稳定，组成恒定4.显色反应条件易于控制（二）条件的选择1..显色剂的用量M+nR=MRn过量定量实际工作中，作A~CR

曲线，寻找适宜CR范围。ACRA-CR曲线RH=R-+H+

例，磺基水杨酸–Fe3+紫红色pH=2~3FeRpH=4~7FeR2橙色pH=8~10FeR3黄色2.酸度影响显色产物的组成低酸度下一些金属离子水解实际工作中，作A~pH曲线，寻找适宜pH范围。影响显色剂的离解度ApHA-pH曲线3.显色.温度A~T

曲线AT4.显色反应时间作A~t

曲线，寻找适宜反应时间。显色反应在一定温度下才能较快地进行一般室温即可若需加热则须控制温度显色反应时间完成需要一定的时间；生成的配合物质在一定的时间范围内稳定5.有机溶剂和表面活性剂表面活性剂：胶束增容，增稳；形成多元配合物有机溶剂：提高显色灵敏度得T=0.368=36.8%A=0.434此时，仪器测量误差最小

A

0.2～0.8T70~10%二、测量条件的选择（减小测量误差）（一）仪器测量误差△A光源检测器的不稳定性；吸收驰状态位置的不确定性；读数的不确定性令当△T=0.005dC/C<2%的（二）测量条件的选择1.测量波长无干扰：选择

max有干扰：选择不重叠的较高峰λA

A

2.吸光度A=0.15~0.80T=70%~10%选择适当的C3.参比液1）作用.扣除共存组分、显色剂及其他无关的的吸收2）参比溶液的选择M+R=M-R

显色剂共存组分参比溶液无吸收无吸收溶剂吸收无吸收不加显色剂的试液无吸收吸收显色剂溶液吸收吸收掩蔽待测组分后加显色剂的试液A试液

=A干扰+A其他+A待测吸光物质

A参比

=A干扰+A其他第六节

吸光光度法的应用一、定性分析（一）化合物鉴定（二）有机物结构分析比较未知物和标准物的吸收光谱根据吸收曲线的特征推断化合物结构中的官能团和共轭体系二、定量分析.（一）单组分的测定1.纯物质或共存物质不干扰一般的校准曲线法2.有共存组分物质的光谱干扰双波长法光源单色器单色器检测器切光器

12)原理对于

1：

A1=Aa1-Ab1Aa1=K1bC对于

2：

A2=Aa2-Ab2

Aa2=K2bC选择合适的

1

2

使Ab1=Ab2则△A=A1-A2=

Aa1-Aa21）仪器A=Aa+Ab=3）波长组合的选择被测组分的△A最大；干扰组分的△A=0λ2aAbλ（二）多组分的测定A

XY

1

2解联立方程，可求得Cx,Cy为物质的特征参数，可通过配制标准溶液测得。1.若各组分吸收曲线不重叠，各自进行测定2.若各组分吸收曲线重叠联立方程组3.示差光度法常规方法：A（0.15~0.80）；T（70%~15%）以空白溶液为参比示差法以浓度为Cs的标准溶液为参比A△C△CxA′（Cx>Cs）若样品浓度较大,T<15%**示差法提高准确度的实质常规法TxT051050100

落在测量误差较大

的范围示差法T051050100T