第二章-可见紫外吸收光谱分析1

第二章可见紫外吸收光谱分析2.1分子吸收光谱的产生分子吸收光谱的产生（一）分子能级分子中包含有原子和电子，分子、原子、电子都是运动着的物质，都具有能量，且都是量子化的。在一定的条件下，分子处于一定的运动状态，物质分子内部运动状态有三种形式：①电子运动：电子绕原子核作相对运动；②原子运动：分子中原子或原子团在其平衡位置上作相对振动；③分子转动：整个分子绕其重心作旋转运动分子的能级

1）价电子能级：1-20ev2）分子振动能级：0.05-1ev3）分子转动能级:<0.025ev电子能级E（基态E1

与激发态E2）振动能级V=0，1，2，3⋯转动能级J=0，1，2，3⋯不同物质结构不同或者说其分子能级的能量(各种能级能量总和)或能量间隔各异，因此不同物质将选择性地吸收不同波长或能量的外来辐射，这是UV-Vis定性分析的基础。

如图所示：在分子跃迁时除了电子能级(Electronenergylevel)外，分子吸收能量将伴随着分子的振动和转动，即同时将发生振动(Vibration)能级和转动(Rotation)能级的跃迁！

因此，分子的“电子光谱”是由许多线光谱聚集在一起的谱带，称为“带状光谱”。P267可见和紫外分光光度法

由于价电子的跃迁而产生的分子光谱称为电子光谱。研究电子光谱的实验方法称为可见和紫外分光光度法也叫可见和紫吸收光谱法。在电子能级变化时，不可避免地亦伴随着分子振动和转动能级的变化。因此，分子的电子光谱是带状光谱，比原子的线状光谱要复杂得多。

分子光谱的产生

当用速率为υ的电磁波照射分子，而该分子的较高能级与较低能级之差ΔE恰好等于该电磁波能量hυ时，即ΔE=hυ，此时，在微观上分子由较低的能级跃迁到较高能级。

在宏观上，透射光的强度变小（被吸收了）。

若用一连续辐射的电磁波照射分子，将照射前后光强度的变化→电讯号并记录下来。可得到一些光强度变化对波长λ的分布图-分子吸收光谱图。

-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。分子（吸收）光谱的类型

远红外吸收光谱：ΔE：0.005～0.5ev，λ为250-25μm，形成转动光谱或远红外光谱。

红外光谱：ΔE：0.05～1ev，λ为25-1.25μm，形成振-转光谱或红外光谱。

紫外-可见光谱：ΔE：1～200eV，比ΔE振大几十倍，对应λ为12.5-0.06μm。主要在真空紫外-可见光区，形成电子光谱或可见—紫外吸收光谱。通常所说的紫外-可见吸收光谱法实际上是近紫外-可见光谱法。

第二章可见紫外吸收光谱分析2.2光吸收基本定律:Lambert-Beer定律光吸收定律（Lambert-Beer定律）1)朗伯—比耳定律

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。固定溶液的浓度改变液层厚度则：A∝b

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。固定液层厚度改变浓度则：A∝c二者的结合称为朗伯—比耳定律，其数学表达式为：A＝lg（I0/It)=kbc

Lambert-Beer定律的表述：当一束平行的单色光通过溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度及液层厚度的乘积成正比。它是分光光度法定量分析的依据。吸光系数朗伯-比耳定律中，当c以克/升，液层厚度b以厘米表示时，常数K以a表示，称为吸光系数。a的单位为升/克.厘米。朗伯-比耳定律:A=abc

摩尔吸光系数

朗伯-比耳定律中，浓度用摩尔/升，液层厚度b用厘米为单位表示，则K用另一符号ε来表示。

ε称为摩尔吸光系数(或克分子消光系数)，单位为升/摩尔.厘米。

它表示物质的浓度为1摩尔/升，液层厚度为1厘米时溶液的吸光度。

朗伯-比耳定律:A=εbc

摩尔吸光系数摩尔吸光系数表明物质对某一特定波长光的吸收能力。ε愈大，表示该物质对其波长光的吸收能力愈强，比色测定的灵敏度就愈高。因此进行比色测定时，为了提高分析的灵敏度必须选择摩尔吸光系数大的有色化合物，以及选择具有最大ε值的波长作入射光。ε与溶液的浓度及液层厚度无关。

是吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数，可作为定性鉴定的参数。也可以评价定量方法的灵敏度。根据ε的不同，吸收分为：

弱吸收：ε<102

较弱吸收：102≤ε≤103

较强吸收：103≤ε≤104

强吸收：ε>104

Lambert-Beer定律小结:

当入射光波长一定时，待测溶液的吸光度A与其浓度和液层厚度成正比，即k为比例系数，与溶液性质、温度和入射波长有关。

当浓度以g/L表示时，称k为吸光系数，以a表示，即

当浓度以mol/L表示时，称k为摩尔吸光系数，以

表示，即

比a更常用。

越大，表示方法的灵敏度越高。

与波长有关，因此，

常以

表示。吸光度A=lg(I0/I)A吸光度的意义：溶液吸收光越多，I越小，lg(I0/I)大，吸光度A大当入射光全被吸收时，I=0，I0/I→∞lg(I0/I)=A→吸光度最大不吸收时，I=I0，I0/I=1，

lg(I0/I)=A=0→吸光度为零所以A的范围是：

0≤A≤∞透光度T=I/I0T透光度的意义：也叫透光率，表示透射光占入射光的比例。当入射光全被吸收时，

I=o，T=I/I0=0，T=0当入射光不被吸收时

I=I0，

T=I0/I=1，T=100%所以，0≤T≤1常用百分透光率表示A与T的关系：

A=lg(I0/I)=-lgT=Kbc，T=I/I0=10—Kbc显色剂被测离子λ最大(nm)摩尔吸光系数介

质偶氮胂Ⅲ(铀试剂Ⅲ)稀土离子Th(Ⅵ)U(Ⅳ)U(Ⅵ)

665665670656(4—6)*1041.2*1051.2*1056.0*104

6MHCl6MHCl6MHNO3二苯硫腙Cd2+Cu2+Hg2+Pb2+

518550490520

8.0*1044.5*1047.0*1046.6*104CHCl3CCl4CHCl3CHCl3邻二氮菲Fe2+

5081.1*104水某些化合物在λ最大时的ε

标准曲线或工作曲线

在吸光光度分析中，通常固定吸收层的厚度不变，用比色计或分光光度计测量一系列标准溶液的吸光度，根据朗伯-比耳定律：A=Kbc=K’c吸光度与吸光物质的浓度成正比，故以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标作图，应得到一通过原点的直线，称为标准曲线或工作曲线。

当吸光物质的浓度比较高时，明显地看到标准曲线向浓度轴弯曲的情况(个别情况向吸光度轴弯曲)。这种情况称为偏离朗伯-比耳定律。

偏离朗伯-比耳定律的原因依据Beer定律，A与C关系应为经过原点的直线偏离Beer定律的主要因素表现为以下两个方面（一）化学与物理因素（二）光学因素（一）化学与物理因素1)吸光物质发生离解、缔合等。2)悬浊液、乳浊液会产生光的折射、散射、反射。

如：亚甲蓝阳离子水溶液的吸收光谱，单体的吸收峰在660nm处，而二聚体的吸收峰在610nm处，随着浓度的增大，660nm处的吸收峰减弱，而610nm处的吸收峰增强，吸收光谱图形状发生改变。则导致吸光度与浓度的关系发生偏离。又例如：重铬酸钾的水溶液有如下平衡：

将溶液稀释2倍时，由于平衡向右移动，溶液中的Cr2O72-离子浓度减少不是2倍，而是大于2倍，而偏离光吸收定律，产生误差。

这种由于化学因素引起的偏离可用控制溶液条件的方法加以避免，如：在上述重铬酸钾的测定可在强酸或强碱性溶液中进行可避免对光吸上定律的偏离。（二）光学因素

1)非单色光的影响：

Beer定律应用的重要前提——入射光为单色光照射物质的光经单色器分光后并非真正单色光其波长宽度由入射狭缝的宽度和棱镜或光栅的分辨率决定为了保证透过光对检测器的响应，必须保证一定的狭缝宽度这就使分离出来的光具一定的谱带宽度1)非单色光的影响：

光吸收定律的重要前提是入射光为单色光，但真正的单色光是没有的，在分光光度法中所用的单色光是具有一定波长范围的光，有一定的宽度的谱带，则将使线性产生偏离。

谱带越窄，单色性越好，产生的误差越小，但由于其仍是复合光，因物质对不同的单色光的吸光系数不同，产生吸光度的变值而偏离Beer定律。2)杂散光

是指一些不在吸收谱带宽度范围内的并与所需波长相隔较远的光，这种光也使吸收光谱变形变值，现代仪器上有消除杂散光的装置，故一般可忽略不计。

吸光物质对入射光有散射作用，入射光在吸收池内外界面通过时又有反射作用。散射光和反射光都是入射光谱带内的光对透射光强度都产生影响。3)散射光和反射光吸光物质对光的散射和反射可使入射光减弱，透明的真溶液的质点小，散射光不强可用空白补偿。混浊溶液由于其质点大，散射光强，又不易制备空白溶液，测定时常常产生较大的误差。

反射光也使透光强度减弱，使测得的吸光度偏高，一般可用空白进行补偿。4)非平行光是指通过吸收池的光不平行，而导致通过的光比垂直平行光的光程长，使厚度增大而影响测量值，这种测量时实际厚度的变异，也是同一物质用不同仪器测定时产生差异的原因之一。第二章可见紫外吸收光谱分析2.3可见紫外分光光度计分类工作范围（nm）光源单色器接受器国产型号可见分光光度计420～700360～700钨灯钨灯玻璃棱镜玻璃棱镜硒光电池光电管

72型

721型紫外、可见和近红外分光光度计200～1000氢灯及钨灯石英棱镜或光栅光电管光电倍增管

751型

WFD-8型红外分光光度计760～40000硅碳棒或辉光灯岩盐或萤石棱镜热电堆或测辐射热器

WFD-3型

WFD-7型分光光度计按测定的波长范围来分类

一、组成部件

光源单色器样品池检测器记录装置（一）光源对光源的基本要求是应在仪器操作所需的光谱区域内能够发射连续辐射，有足够的辐射强度和良好的稳定性，而且辐射能量随波长的变化应尽可能小。常用的光源有热辐射光源（如钨丝灯和卤钨灯）和气体放电光源（如氢灯和氘灯）两类。钨灯或卤钨灯：350-2500nm可见区氢灯或氘灯：150-400nm紫外区（二）单色器单色器是能从光源辐射的复合光中分出单色光的光学装置，其主要功能：产生光谱纯度高的波长且波长在紫外可见区域内任意可调。棱镜有玻璃和石英两种材料。它们的色散原理是依据不同的波长光通过棱镜时有不同的折射率而将不同波长的光分开。由于玻璃可吸收紫外光，所以玻璃棱镜只能用于用于可见光域内。石英棱镜可使用的波长范围较宽，可从185－4000nm，即可用于紫外、可见和近红外三个光域。光栅是利用光的衍射与干涉作用制成的。它可用于紫外、可见及红外光域，而且在整个波长区具有良好的、几乎均匀一致的分辨能力。它具有色散波长范围宽、分辨本领高、成本低、便于保存和易于制备等优点。缺点是各级光谱会重叠而产生干扰。（三）吸收池（样品池）吸收池用于盛放分析试样，一般有石英和玻璃材料两种。石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只能用于可见光区。为减少光的损失，吸收池的光学面必须完全垂直于光束方向。在高精度的分析测定中（紫外区尤其重要），吸收池要挑选配对。因为吸收池材料的本身吸光特征以及吸收池的光程长度的精度等对分析结果都有影响。（四）检测器作用：把光信号变成电信号。常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。光电池是用一种光敏半导体，有硒光电池（用于可见光区）和硅光电池（能用于可见和紫外光区），当光照时产生光电流，在一定范围内光电流与与照射的光强度成正比，用微电流计测量，但由于容易出现疲劳效应而只能用于低档的分光光度计中。

光电管：是由一个阳极和一个光敏阴极组成的真空二极管。阴极表面镀有碱金属或碱金属氧化物等光敏材料，当它被足够的能量的光照射时，能够发射出电子。当在两极有电位差时，发射出的电子流向阳极而产生电流，其电流的大小取决于照射光的强度，其有很高的内阻，产生的电流很容易放大。真空光电管90VDC直流放大阴极R-+光束e阳极丝（Ni）抽真空光电管:阴极为一个金属半圆筒，内表面镀有适当的光电发射材料。阳极为金属电极，通常为镍。当光线照射到光电管的阴极上时，即发射出电子。如光电管的两极间加上电压，则线路便有电流通过。真空光电管90VDC直流放大阴极R-+光束e阳极丝（Ni）抽真空阴极表面可涂渍不同光敏物质：高灵敏(K,Cs,Sb其中二者)、红光敏(Na/K/Cs/Sb,Ag/O/Cs)、紫外光敏、平坦响应(Ga/As，响应受波长影响小)。产生的光电流约为硒光电池的1/10。优点：阻抗大，电流易放大；响应快；应用广。缺点：有微小暗电流（Darkcurrent，40K的放射线激发）。目前国产的光电管有紫敏和红敏光电管.红敏光电管常用阴极为银氧化铯阴极适用波长范围：625－1000nm紫敏光电管阴极常用的是铯阴