第五章紫外-可见吸收光谱第一节第二节.ppt

1、12:42:58,第五章 紫外-可见吸收光谱法,一、分子吸光分析法 二、分子吸收光谱与 电子跃迁 三、光的吸收定律 四、紫外-可见分光光 度法及其特点,第一节概 述,12:42:58,定义：利用紫外-可见分光光度计测量物质对紫 外-可见光的吸收程度（吸光度）和紫外可 见吸收光谱来确定物质的组成、含量，推 测物质结构的分析方法，称为紫外-可见吸 收光谱法或紫外可见分光光度法（UV- VIS)。 紫外-可见分光光度法属于分子吸光分析法。,12:42:58,一、分子吸光分析法,分子吸光分析法：基于物质分子对光的选择性吸收 而建立的分析方法。 包括比色法和分子吸收分光光度法。,12:42:58,1.比

2、色法 基于比较待测溶液的颜色的分子吸光分析法称为比色法。 分为目视比色法和光电比色法。,物体显色的基本现象：,物体,几乎无吸收，漫反射出来,对一切波长光都有强烈吸收,吸收绿色波段，剩余光射出,不吸收光，光从另一个表面透射出来,白色,黑色,紫红色,-无色,白光,物质之所以有颜色就是由于对光的选择性吸收而引起的。,12:42:58,互补光与互补色：,若把两种适当颜色的光按一定强度比例混合，得到白光，那么这两种光就是互补光，其颜色就是互补色。,12:42:58,硫酸铜溶液，吸收黄光，呈现蓝色； 高锰酸钾溶液，吸收绿光,，呈现紫色。 可见，物质呈现一定的颜色是由于对光的吸收，在 一定条件下，其颜色的深

3、浅与溶液的浓度有关，浓度越高 ，对光的吸收越多，溶液颜色越多。浓度越低，对光的吸 收越少，溶液颜色越浅。这种通过显色反应，比较被测溶 液与待测溶液颜色的深浅来确定待测物质含量的方法，就 是比色法。 使用日光为光源，肉眼观察颜色为目视比色法。 使用白炽灯为光源，合适的滤光片滤光，光电池对透 过的光进行检测，以确定物质浓度的方法为光电比色法。 白炽灯为可见光区光源，通过滤光片所获得的光的单色 性较差，不能满足日益增长的分析需要，只在20世纪60年代 之前较为通行。,12:42:58,定义：使用了棱镜或光栅分光系统的分子吸光分析法，称 为分子吸收分光光度法。通过改变入射光的波长， 还可以绘制出吸光度

4、随入射光波长的变化曲线，又 可称为分子吸收光谱法。 理论基础是光的吸收定律，即朗伯-比尔定律：,2. 分子吸收分光光度法,透光度 T transmittance T = I / I0 吸光度 A absorbance A= - lg T = lg I0 / I=kcL 在K和L一定的情况下，物质的吸光度与被测物的浓度呈线性关系，据此，可对被测物进行分析和测量。,12:42:58,偏离朗伯比耳定律的原因,标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯比耳定律的偏离。 引起这种偏离的因素（两大类）： （1）物理性因素，即仪器的非理想引起的； （

5、2）化学性因素。,12:42:58,（1）物理性因素,难以获得真正的纯单色光。 朗伯比耳定律的前提条件之一是入射光为单色光。 分光光度计只能获得近乎单色的狭窄光带。复合光可导致对朗伯比耳定律的正或负偏离。,非单色光、杂散光、非平行入射光都会引起对朗伯比耳定律的偏离，最主要的是非单色光作为入射光引起的偏离。,12:42:58,(2) 化学性因素,朗伯比耳定律的假定：所有的吸光质点之间不发生相互作用；假定只有在稀溶液(c10 2 mol/L 时，吸光质点间可能发生缔合等相互作用，直接影响了对光的吸收。 故：朗伯比耳定律只适用于稀溶液。 如：溶液中存在离解、聚合、互变异构、配合物的形成等化学平衡时。

6、使吸光质点的浓度发生变化，影响吸光度。 例： 铬酸盐或重铬酸盐溶液中存在下列平衡： CrO42- 2H = Cr2O72- H2O 溶液中CrO42-、 Cr2O72-的颜色不同，吸光性质也不相同。故此时溶液pH 对测定有重要影响。,12:42:58,二 分子吸收光谱与电子跃迁,物质分子内部三种运动形式（不考虑零动能和平动能）： （1）电子相对于原子核的运动； （2）原子核在其平衡位置附近的相对振动； （3）分子本身绕其重心的转动。 分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级 三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量。 分子的内能：电子能量Ee 、振动能量Ev 、转动能量Er 即:

7、EEe+Ev+Er evr,12:42:58,电子跃迁：,电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。,12:42:58,讨论：,（1）转动能级间的能量差r：0.0050.050eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱； （2）振动能级的能量差v约为：0.05eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱； （3）电子能级的能量差e较大120eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外可见光区，紫外可见光谱或分子的电子光谱；,12:42:58,（4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间

8、的能量差所决定。不同的物体对光具有选择性吸收是由于： 结构不同跃迁能量不同对应的波长不同。反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据； （5）吸收谱带的强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数max也作为定性的依据。不同物质的max有时可能相同，但max不一定相同； （6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。,12:42:58,三 光的吸收定律,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。Ab,（动画1）,（动画2）,1852

9、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。A c,二者的结合称为朗伯比耳定律，其数学表达式为：,12:42:58,朗伯比耳定律数学表达式,Alg（I0/It)= b c 式中A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位molL； ：摩尔吸光系数，单位Lmolcm； 或: Alg（I0/It)= a b c c：溶液的浓度，单位gL a：吸光系数，单位Lgcm a与的关系为： a =/M （M为摩尔质量）,12:42:58,透过度T : 描述入射光透过溶液的程度: T = I t / I0 吸光度A与透

10、光度T的关系: A lg T,朗伯比耳定律是吸光光度法的理论基础和定量测定的依据。应用于各种光度法的吸收测量； 摩尔吸光系数在数值上等于浓度为1 mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度； 吸光系数a(Lg-1cm-1）相当于浓度为1 g/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。,12:42:58,2.摩尔吸光系数的讨论,（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数； （2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关； （3）可作为定性鉴定的参数； （4）同一吸收物质在不同波长下的值是不同的。在最大吸收

11、波长max处的摩尔吸光系数，常以max表示。max表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。,12:42:58,（5）max越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。105：超高灵敏； =(110）104 ：高灵敏； 1104 ：不灵敏。 （6）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。,12:42:58,紫外-可见吸收光谱： 分子中价电子能级跃迁。 波长范围：100-800 nm. (1) 远紫外光区: 100-200nm (2) 近紫外光区: 200-400nm (3) 可见光区: 400-80

12、0nm 物质颜色与吸收光颜色的关系： 互补色,带状光谱：电子跃迁的同时，伴随着振动和转动能级的跃迁,光的互补：蓝 黄,四 紫外-可见分光光度法及其特点,12:42:58,（1）灵敏度高 适于微量组分的测定，一般可测 定10-6g级的物质，其摩尔吸收系数可以达到104105 数量级。 （2） 准确度较高 其相对误差一般在1%5%之内。 （3） 方法简便 操作容易、设备简单、分析速度快。 （4） 应用广泛 不仅用于无机化合物的分析，更重要的 是用于有机化合物的鉴定及结构分析（鉴定有机化 合物中的官能团）。可对同分异构体进行鉴别。此 外，还可用于配合物的组成和稳定常数的测定。,紫外-可见吸收光谱的特点：,12:42:58,第五章 紫外-可见吸收光谱法,第二节紫外-可见吸收光谱法的基本原理,12:42:58,以波长A为横坐标，吸光度为纵坐标