第一章紫外可見分光光法

根據(jù)物質發(fā)射的電磁波或物質與電磁波的相互作用建立起來的分析方法統(tǒng)稱為光學分析法優(yōu)點：靈敏度高、選擇性好、用途廣；一般光學分析方法：折光、旋光、濁度法、圓二色譜法

光譜法：紫外可見、紅外、熒光、原子吸收、核磁共振現(xiàn)在是1頁\一共有67頁\編輯于星期四第一章紫外-可見分光光度法

ultraviolet-visiblespectrophotometry現(xiàn)在是2頁\一共有67頁\編輯于星期四遠紫外（真空紫外）（10-200nm）*近紫外（200-400nm）*可見光（400-760nm）現(xiàn)在是3頁\一共有67頁\編輯于星期四紫外－可見分光光度法根據(jù)物質分子中價電子對波長為200~760nm的電磁輻射的吸收特性建立起來的定性、定量和結構分析的方法。屬于電子光譜。特點：規(guī)律性強、重現(xiàn)性好、靈敏度高。10-6~10-4g/ml，部分可達10-7g/ml應用：①定性②定量③推斷結構現(xiàn)在是4頁\一共有67頁\編輯于星期四一紫外-可見分光光度法的基本原理和概念二紫外－可見分光光度計的基本結構三應用實例現(xiàn)在是5頁\一共有67頁\編輯于星期四§1.紫外-可見分光光度法的基本原理和概念一、分子吸收光譜電子躍遷類型二、紫外－可見吸收光譜中的常用術語

三、吸收光譜

四、Lambert-Beer定律五、偏離L-B定律的因素現(xiàn)在是6頁\一共有67頁\編輯于星期四分子吸收光譜的形成過程：運動的分子外層電子--------吸收外來輻射------產生電子能級躍遷-----分子吸收光譜。能級組成：除了電子能級(Electronenergylevel)的躍遷外，分子吸收能量將伴隨著分子的振動(Vibration)和轉動(Rotation)能級的躍遷！分子的能量變化E為各種形式能量變化的總和：現(xiàn)在是7頁\一共有67頁\編輯于星期四不同物質將選擇性地吸收不同波長或能量的外來輻射，這是UV-Vis定性分析的基礎。定性分析具體做法根據(jù)吸收曲線的特性(峰強度、位置及數(shù)目等)研究分子結構。現(xiàn)在是8頁\一共有67頁\編輯于星期四分子中的價電子：電子、電子和n電子軌道：幾率分布成鍵軌道、；反鍵軌道*、*非鍵軌道n

當兩個原子靠近結合成分子時，兩個原子的原子軌道以線性組合而生成的兩個分子軌道。紫外-可見吸收光譜就是分子中的價電子在不同的分子軌道之間躍遷而產生的一、分子吸收光譜的電子躍遷類型現(xiàn)在是9頁\一共有67頁\編輯于星期四各軌道能級高低順序：n**；H2的成鍵和反鍵軌道在紫外-可見光區(qū)范圍內，有機化合物的吸收光譜主要有-*；n-*；-*；n-*及電荷遷移躍遷產生；*>n*>*>n*現(xiàn)在是10頁\一共有67頁\編輯于星期四*躍遷：分子中的成鍵電子躍遷到*反鍵軌道上去，這是一切飽和有機化合物都可能產生的電子躍遷類型。n*躍遷：分子中未成鍵的n電子激發(fā)到*軌道上去，所有含有雜原子（O、N、S、P、鹵素等）的飽和烴衍生物都可發(fā)生這種躍遷。含有*、n*躍遷的化合物，如：飽和烷烴、鹵代烷烴、醇、醚等是紫外可見吸收光譜測定時的良好溶劑。電子躍遷類型現(xiàn)在是11頁\一共有67頁\編輯于星期四

*躍遷：可以發(fā)生在任何具有不飽和鍵的有機化合物分子中，其最大摩爾吸光系數(shù)max很大。n*躍遷：發(fā)生在含有雜原子（O、N、S、P、鹵素等）的不飽和化合物中，其最大摩爾吸光系數(shù)max比較小。現(xiàn)在是12頁\一共有67頁\編輯于星期四二、常用術語*生色團：分子中可以吸收光子產生電子躍遷的基團。含有鍵的不飽和基團*助色團：有些基團本身沒有生色作用，但卻能增強生色團的生色能力，即它們與生色團相連時，會使其吸收帶最大吸收波長發(fā)生紅移，并且增加其強度。通常是帶有非鍵電子對的雜原子的飽和基團，如-OH、-NH2、-OR、-SH、-SR、-Cl、-Br、-I等。*紅移和紫移：吸收帶的最大吸收波長發(fā)生移動，向長波方向移動稱為紅移，向短波方向移動稱為紫移?，F(xiàn)在是13頁\一共有67頁\編輯于星期四

用不同波長的光依次透過待測物質，并測量物質對不同波長的光的吸收程度（吸光度A或透光率T），以波長為橫坐標，吸收強度參數(shù)為縱坐標作圖，就可以得到該物質在測量波長范圍內的吸收曲線。這種曲線體現(xiàn)了物質對不同波長的光的吸收能力，也稱為吸收光譜。三、吸收光譜只有具備共軛基團的物質才能在紫外-可見區(qū)產生吸收，但是吸收曲線并不反映非共軛部分的結構?，F(xiàn)在是14頁\一共有67頁\編輯于星期四吸收峰：曲線上吸光度最大的地方，它對應的波長稱最大吸收波長（max）吸收谷：峰與峰之間吸光度最小的部位，該處的波長稱最小吸收波長（min）肩峰：在一個吸收峰旁邊產生的一個曲折末端吸收：只在圖譜短波端呈現(xiàn)強吸收而不成峰形的部分吸收曲線的形狀，最大吸收波長max的位置及吸收強度與分子的結構有關，可對物質進行定性和定量分析。現(xiàn)在是15頁\一共有67頁\編輯于星期四**五、朗伯—比爾定律

光吸收的基本定律和定量測定的依據(jù)。**物理意義:當一束平行單色光垂直通過某一均勻非散射的吸光物質時,其吸光度A與吸光物質的濃度c及吸收層厚度b成正比.用數(shù)學表達式為：

A=lgI0/I=-lgT=ECl現(xiàn)在是16頁\一共有67頁\編輯于星期四吸光系數(shù)(E)：物理意義：吸光物質在單位濃度及單位厚度時的A。在一定條件下（單色光、溶劑和溫度等），E是物質的特性常數(shù)，表明物質對某一波長光的吸收能力。不同物質對同一波長的單色光可有不同的E。E越大，表明該物質的吸光能力越強。測定的靈敏度越高。現(xiàn)在是17頁\一共有67頁\編輯于星期四E值及單位與c的單位有關

當l以cm，c：g/L，E稱為吸光系數(shù)，用a表示，即：A=aclc：mol/L，E稱為摩爾吸光系數(shù)，用表示，它比a更為常用，的單位為Lmol-1cm-1，即：A=clc：百分質量濃度g/100mL，E稱為比吸光系數(shù)或百分吸光系數(shù)，用E1cm1%表示

=0.1M

E1cm1%現(xiàn)在是18頁\一共有67頁\編輯于星期四例：M（氯霉素）=323.15g/mol，質量濃度為

2mg/100ml，l=1cm，T=24.3%，求？

吸光度具有加和性：則A總=Aa+Ab+Ac+…。每個組分的吸光度由ci和i決定。吸光度的加和性是計算分光光度法測定混合組分的依據(jù)。現(xiàn)在是19頁\一共有67頁\編輯于星期四透光率T與吸光度A的關系

透光率T描述入射光透過溶液的程度T=I/I0

A=lg(I0/I)=lg(1/T)=-lgT

T=10-A=10-ECl現(xiàn)在是20頁\一共有67頁\編輯于星期四

樣品吸光度A與c是成正比，A與c的關系是通過原點的一直線。但事實上，A與c并不總是成正比，即偏離L-B定律。這種偏離有化學方面和光學方面的因素。*六、偏離L-B定律

負偏離正偏離CA現(xiàn)在是21頁\一共有67頁\編輯于星期四（一）化學因素：溶液中溶質可因濃度改變而有離解、締合、與溶劑間的相互作用等原因而發(fā)生偏離Beer定律的現(xiàn)象；偏離朗伯－比爾定律的因素現(xiàn)在是22頁\一共有67頁\編輯于星期四

1.非單色光

Beer定律的一個重要前提是入射光是單色光，但事實上用單色器分離出來的光是具有一定波長范圍的光。（二）光學因素現(xiàn)在是23頁\一共有67頁\編輯于星期四當E1E2時，則吸光度與濃度是非線性的。二者差別越大，則偏離L-B越大；當E1>E2，測得的吸光度比在“單色光”1處測得的低，產生負偏離；反之，當E1<E2，則產生正偏離。這種影響的程度還與兩種光的強度比和檢測器對兩種光靈敏度的差異等因素有關。所以入射光的譜帶寬度將嚴重影響物質的吸光系數(shù)值和吸收光譜形狀?，F(xiàn)在是24頁\一共有67頁\編輯于星期四分析譜帶的選擇在所使用的波長范圍內，吸光物質的吸光系數(shù)變化越大，這種偏離就顯著。所以通常選擇吸光物質的最大吸收波長作為分析波長。這樣不僅能夠保證測定有較高的靈敏度，而且此處曲線較為平坦，吸光系數(shù)變化不大，對Beer定律的偏離程度就比較小?，F(xiàn)在是25頁\一共有67頁\編輯于星期四2.雜散光

從單色器得到的單色光中與所需波長相隔較遠的光。3.散射光與反射光使透光強度減弱，吸光度值偏高。4.非平行光使l增大影響測量值現(xiàn)在是26頁\一共有67頁\編輯于星期四由于光源不穩(wěn)定性、讀數(shù)不準等帶來的誤差。由L-B定律微分后得：微分后除以上式可得：

透射光測量誤差ΔT是測量中的隨機誤差，來自儀器的噪音：1暗噪音：檢測器與放大電路等各部件不確定性引起。2訊號噪音：亦稱訊號散粒噪音電子躍遷的不相等性測量光強的不確定性

（三）透光率測量誤差T現(xiàn)在是27頁\一共有67頁\編輯于星期四當相對誤差c/c最小時，求得T=0.368或A=0.4343。即當A=0.4343時，誤差最??！通?？赏ㄟ^調節(jié)溶液濃度或改變光程l來控制A

的讀數(shù)在0.2~0.7范圍內?，F(xiàn)在是28頁\一共有67頁\編輯于星期四§2.紫外－可見分光光度計的

基本結構

一、主要部件二、分光光度計的類型和光學性能在UV-vis區(qū)可任意選擇不同波長的光測定吸光度的儀器現(xiàn)在是29頁\一共有67頁\編輯于星期四光源單色器吸收池檢測器顯示和處理功能：提供能量激發(fā)被測物質分子，使之產生電子光譜譜帶（提供寬帶輻射）。發(fā)射連續(xù)光譜，具有足夠的輻射強度、較好的穩(wěn)定性、較長的使用壽命且發(fā)光面較小的光源。連續(xù)光源： 紫外光區(qū)

氘燈、氫燈（氣體放電光源)） 可見光區(qū) 鎢燈、碘鎢燈（熱輻射光源）一、主要部件1.光源現(xiàn)在是30頁\一共有67頁\編輯于星期四

功能：將光源發(fā)射的復合光（連續(xù)光譜）按波長順序色散，并從中分離出一定寬度的譜帶。

①入射狹縫：光源的光由此進入單色器；

②準光裝置：透鏡或反射鏡使入射光成為平行光束；

③色散元件：將復合光分解成單色光；棱鏡或光柵；

④聚焦裝置：透鏡或凹面反射鏡，將分光后所得單色光聚焦至出射狹縫；⑤出射狹縫。

狹縫寬度要適當。2.單色器現(xiàn)在是31頁\一共有67頁\編輯于星期四功能：盛放樣品溶液石英（氧化硅）：紫外光區(qū)、可見光區(qū)玻璃池：可見光區(qū)盛空白溶液的吸收池和盛試樣溶液的吸收池也應相互匹配，即有相同的厚度和透光性。3.吸收池現(xiàn)在是32頁\一共有67頁\編輯于星期四4.檢測器功能：將光信號轉變?yōu)殡娦盘栴愋停海?）光電池：硒光電池（可見） 硅光電池（紫外可見）（2）光電管：

紫（藍）敏光電管銫陰極

紅敏光電管銀和氧化銫陰極（3）光電倍增管：放大倍數(shù)106～107。（4）光二極管陣列檢測器：現(xiàn)在是33頁\一共有67頁\編輯于星期四顯示方式：T、AC、E5.顯示系統(tǒng)現(xiàn)在是34頁\一共有67頁\編輯于星期四二、紫外－可見分光光度計的類型

(1)單波長單光束分光光度計固定波長，分別測量樣品、空白對照的T或A，要求光源和檢測器供電電壓穩(wěn)定性高缺點：受電源波動的影響較大，誤差較大?，F(xiàn)在是35頁\一共有67頁\編輯于星期四（2）單波長雙光束分光光度計

優(yōu)點：消除光源強度不穩(wěn)帶來的影響，操作簡單，自動記錄，快速全波段掃描，不需移動吸收池。仍宜用固定波長測量方式單色光能在很短的時間內交替通過空白和樣品溶液現(xiàn)在是36頁\一共有67頁\編輯于星期四（3）雙波長分光光度計通過切光器使兩束不同波長的光交替通過吸收池，測得吸光度差A。試樣溶液濃度與A成正比。優(yōu)點：可測多組份試樣、混濁試樣、而且可作成導數(shù)光譜、不需參比液(消除了由于參比池的不同和制備空白溶液等產生的誤差)、克服了電源不穩(wěn)而產生的誤差，靈敏度高。現(xiàn)在是37頁\一共有67頁\編輯于星期四具有快速掃描的特點（4）光多道二極管陣列檢測分光光度計可在0.1秒內獲得190～820nm范圍的全光光譜。用于追蹤化學反應的反應動力學研究。操作簡單，只需將樣品放入無蓋開放式樣品室，并點擊“開始”即可。MultiSpec-1500型紫外可見光電二極管陣列分光光度計現(xiàn)在是38頁\一共有67頁\編輯于星期四紫外-可見分光光度計使用注意事項1、取吸收池時，手拿毛面。盛裝樣品溶液以池體積的4/5為宜。使用揮發(fā)性溶液時應加蓋。吸收池每次放入的方向要相同。使用后用溶劑或水沖洗干凈，污染不易洗凈時可用硫酸-發(fā)煙硝酸（3：1）浸泡。2、含有雜原子的有機溶劑，通過有很強的末端吸收，用作溶劑時，測定波長均不能小于溶劑的截止波長。3、稀釋時，所取溶液體積不得少于5ml。含量測定時，常取3份，平行操作。4、除另有規(guī)定外，供試品溶液的吸光度在0.2-0.7之間為宜。5、狹縫寬度的選擇就以減小狹縫寬度時供試品的吸光度不再增加為準。現(xiàn)在是39頁\一共有67頁\編輯于星期四§3.應用實例

吸收光譜比較簡單，特征性不強，并且大多數(shù)簡單官能團在近紫外光區(qū)只有微弱吸收或無吸收，所以應用有一定局限性。但可用于鑒定共軛生色團，以此推斷未知物的結構骨架，在配合其它結構分析方法時，是有用的輔助方法。一、定性鑒別現(xiàn)在是40頁\一共有67頁\編輯于星期四定性方法對比法 形狀、峰數(shù)、max位置、強度與相應的

同一物質圖譜相同，但圖譜相同的不一定是同一物質1.測定max與不同波長處A的比值

2.測定一定波長下的E3.對比不同吸收峰（谷）的A或E的比值可以消除c、l的影響4.對比吸收光譜的一致性P14現(xiàn)在是41頁\一共有67頁\編輯于星期四二、純度檢查雜質檢查

化合物無吸收，雜質有強吸收，如乙醇中的苯；化合物有吸收，雜質可使化合物的吸光系數(shù)增大或減??；雜質使吸收光譜變形。現(xiàn)在是42頁\一共有67頁\編輯于星期四依據(jù)：Lambert-Beer定律，A=Ecl波長：max，提高靈敏度，減少測量誤差如有幾個峰，選擇無其他物質干擾的較高的吸收峰。一般不選靠近短波末端的吸收峰若溶劑在紫外光區(qū)有吸收峰，組分測定的波長必須大于溶劑的截止波長。**三、單組分的定量方法現(xiàn)在是43頁\一共有67頁\編輯于星期四（一）標準曲線法（二）對照法（三）吸光系數(shù)法現(xiàn)在是44頁\一共有67頁\編輯于星期四（一）標準曲線法

通常采用A—c標準曲線法定量測定。A=KcK值不再是物質的常數(shù)，不能用作定性依據(jù)，只是個別具體條件下的比例常數(shù)。現(xiàn)在是45頁\一共有67頁\編輯于星期四（二）對照法在同樣條件下配制標準溶液和試樣溶液，在選定波長處分別測量吸光度，根據(jù)朗伯-比爾定律，可以得出：Eg:可測定試樣中組分的含量cx弱酸（堿）的離解常數(shù)和配合平衡常數(shù)及配合物組成的測定?，F(xiàn)在是46頁\一共有67頁\編輯于星期四（三）吸光系數(shù)法

這種方法也稱絕對法注意：此法計算的濃度為百分濃度，即100ml中所含被測組分的克數(shù)，

稀釋倍數(shù)現(xiàn)在是47頁\一共有67頁\編輯于星期四百分含量現(xiàn)在是48頁\一共有67頁\編輯于星期四例1濃度為25.0μg/50mL的Cu2+溶液，用雙環(huán)已酮草酰二腙分光光度法測定，于波長600nm處，用2.0cm比色皿測得T=50.1%，求吸光系數(shù)a和摩爾吸光系數(shù)。已知M(Cu)=64.0?，F(xiàn)在是49頁\一共有67頁\編輯于星期四解已知T=0.501，則A=－lgT=0.300，l=2.0cm,

則根據(jù)朗伯—比爾定律

A=αcl，而ε=Mα

=64.0g·mol-1×3.00×10-2L·g-1·cm-1=1.92×104(L·mol-1·cm-1)現(xiàn)在是50頁\一共有67頁\編輯于星期四例2

精密稱取咖啡酸10.00mg，加少量乙醇溶解，定容至200ml，取此溶液5.00ml，置于50ml容量瓶中，加6mol/LHCl4ml，加水至刻度。取此溶液于1cm吸收池中，在323nm處測得吸光度為0.463，已知該波長處咖啡酸的=927.9，求咖啡酸的百分含量?，F(xiàn)在是51頁\一共有67頁\編輯于星期四99.8%解現(xiàn)在是52頁\一共有67頁\編輯于星期四例3精密稱取50.00mg樣品，置于250ml容量瓶中，加入0.02mol/LHCl溶解，稀釋刻度。準確吸取2ml，稀釋至100ml。以0.02mol/LHCl為空白，在263nm處用1cm吸收池測得透光率為41.7%，其摩爾吸光系數(shù)為12000，被測物分子量為100，求263nm處的和樣品的百分含量?，F(xiàn)在是53頁\一共有67頁\編輯于星期四1200，79.2%解：現(xiàn)在是54頁\一共有67頁\編輯于星期四四、多組分的定量方法

要求：

被測組分彼此不發(fā)生反應每組分在某一波長處范圍內符合L-B定律

依據(jù)：吸光度的加和性現(xiàn)在是55頁\一共有67頁\編輯于星期四三種情況：①x、y兩組分共存，吸收光譜不完全重疊②x、y兩組分共存，吸收光譜部分重疊③x、y兩組分共存，吸收光譜互相重疊現(xiàn)在是56頁\一共有67頁\編輯于星期四①若各組分的吸收曲線互不重疊，則可在各自最大吸收波長處分別進行測定。這本質上與單組分測定沒有區(qū)別。現(xiàn)在是57頁\一共有67頁\編輯于星期四②a，b組分有部分重疊根據(jù)吸光度的加合性計算A1a=E1acal現(xiàn)在是58頁\一共有67頁\編輯于星期四③若各組分的吸收曲線互有重疊，則可根據(jù)吸光度的加合性求解聯(lián)立方程組得出各組分的含量。當l=1現(xiàn)在是59頁\一共有67頁\編輯于星期四例4有一A和B兩化合物的混合溶液，已知A在282nm和238nm處的分別為720和270。而B在上述兩處波長處的吸光度相等。