儀分紫外可見光譜培訓課件

儀分紫外可見光譜學習內容

（第11～15周）紫外-可見分光光度法（第3章）分子發(fā)光分析法（第5章）紅外光譜法（第4章）分子?光譜2儀分紫外可見光譜第3章紫外-可見分光光度法

ultravioletandvisiblespectrophotometry

（UV-Vis）

3.1

紫外-可見吸收光譜3.2

光的吸收定律3.3

紫外-可見分光光度計3.4

分析條件的選擇3.5

紫外-可見吸收光譜法的應用3儀分紫外可見光譜基本概念spectrum：復色光被色散系統分光后按照波長或頻率的大小依次排列的圖像。4儀分紫外可見光譜spectroscopicanalysis：利用物質的光譜進行定性、定量和結構分析的方法。(是以光與物質的相互作用為基礎建立起來的儀器分析方法。)基本概念2505005儀分紫外可見光譜基本概念UV-Vis：利用某些物質分子對200～800nm光譜區(qū)域內輻射能的吸收來研究物質的性質、結構和含量的方法。UV-Vis主要反映共軛體系和芳香族化合物的結構特征。6儀分紫外可見光譜3.1

紫外-可見吸收光譜（基本原理）光的基本性質與物質對光的選擇性吸收；分子吸收光譜的形成；有機化合物的紫外-可見光譜；無機化合物的紫外-可見光譜；紫外-可見光譜中的常用術語(自學)；影響紫外-可見吸收光譜的因素。2005007儀分紫外可見光譜光的基本性質光是一種電磁波，具有波粒二象性。

E＝hυ

υ＝c/λ

波長越長，光量子能量越小，反之能量越大。E=hc/λ8儀分紫外可見光譜物質對光的選擇性吸收是物質與輻射能相互作用的一種形式。只有當輻射能（Eλ）與吸光物質分子從基態(tài)躍遷到某一激發(fā)態(tài)所需要能量（△E）相等時才會被吸收。9儀分紫外可見光譜

激發(fā)態(tài)

E1

E=Eλ

基態(tài)

E0躍遷幾率越大，物質的摩爾吸光系數越大。10儀分紫外可見光譜3.1.1紫外-可見分子吸收光譜的形成

UV-Vis是分子吸收光譜，它的產生可以看做是分子對紫外-可見光光子選擇性俘獲的過程，本質上是分子內電子躍遷的結果。11儀分紫外可見光譜

分子的價電子在吸收輻射能并躍遷到高能級所產生的吸收光譜，通常被稱為電子光譜。由于其波長范圍是在光譜的紫外和可見區(qū)，所以電子光譜又叫紫外/可見光譜。紫外可見光譜的產生12儀分紫外可見光譜3.1.1紫外-可見吸收光譜的形成

分子內部運動價電子運動Ee核的振動Ev分子繞其重心的轉動Er

△E≈△Ee+△Ev+△Er

△Ee>△Ev>

△Er13儀分紫外可見光譜帶狀光譜線光譜14儀分紫外可見光譜3.1.2

有機化合物的紫外-可見光譜化合物的紫外-可見光譜決定于分子的結構和分子軌道上電子的性質?；衔锓肿拥奶卣魑詹ㄩL（λmax）決定于分子的激

發(fā)態(tài)與基態(tài)之間的能量差。15儀分紫外可見光譜3.1.2有機化合物的紫外-可見吸收光譜

O：n

CπHH

σ

σ*

>π*

>n>

π>σ與紫外-可見吸收光譜產生有關的電子：16儀分紫外可見光譜有機化合物分子內電子躍遷類型σ

σ*

nσ*ππ*n

π*分子的電子能級躍遷σ*π*nπσ

E17儀分紫外可見光譜3.1.2有機化合物的紫外-可見吸收光譜（1）σ

σ*

躍遷：發(fā)生在遠紫外區(qū)，實際應用價值不大。例：甲烷λmax125nm（2）nσ*躍遷：含有未共享電子對的取代基都可能發(fā)生這一躍遷，所需能量取決于n電子所屬原子的性質。例：碘甲烷λmax259nm1.飽和有機化合物18儀分紫外可見光譜3.1.2有機化合物的紫外-可見吸收光譜

ππ*

躍遷可發(fā)生在任何具有不飽和鍵的

有機化合物分子中。特征是ε較大，為強吸收（K帶，共軛作用得名）。

n

π*

躍遷發(fā)生在含有雜原子雙鍵的不飽和有機化合物中，吸收強度弱（R帶，雜原子不飽和基團得名）。2.

不飽和脂肪族化合物19儀分紫外可見光譜3.1.2有機化合物的紫外-可見吸收光譜3.芳香族化合物E1和E2是由苯環(huán)中的ππ*

躍遷產生，B帶由苯得名，是芳香族化合物特征吸收帶。20儀分紫外可見光譜3.1.3無機化合物的紫外-可見光譜1.電荷轉移光譜電荷轉移光譜：某些無機配合物和有機物可產生此類光譜，實質是分子內氧化還原過程。

其特點是摩爾吸光系數大(>104)，用于定量分析可獲得較高的檢測靈敏度。21儀分紫外可見光譜3.1.4紫外-可見光譜中的常用術語（自學）吸收峰谷肩峰末端吸收吸收峰生色團助色團增色效應減色效應吸收22儀分紫外可見光譜

溶劑效應體系pH的影響

3.1.5影響紫外-可見光譜的因素共軛效應立體化學效應分子結構分析條件核心是對分子中電子共軛結構的影響23儀分紫外可見光譜3.1.5影響紫外-可見光譜的因素1.共軛效應：共軛的π電子在整個共軛體系內流動，屬于共軛基鏈上全部原子所有，所以它們受到的束縛力較小，只要受到能量較低的輻射即可被激發(fā)。共軛體系越長，最大吸收波長越向長波方向移動，吸收強度也增強。max

max

217nm21,000268nm43,00024儀分紫外可見光譜3.1.5影響紫外-可見光譜的因素2.立體化學效應空間位阻反式結構空間位阻小，共平面性好，共軛程度高，躍遷能量較小，max紅移。順式反式25儀分紫外可見光譜3.1.5影響紫外-可見光譜的因素物質以氣態(tài)存在時的吸收光譜精細結構；物質在極性溶劑中的吸收光譜溶劑化。3.

溶劑效應水>甲醇>乙醇>丙酮>正丁醇>乙酸乙酯>乙醚>氯仿>二氯甲烷>苯>四氯化碳>己烷>石油醚溶劑對峰形的影響26儀分紫外可見光譜溶劑效應—溶劑對吸收峰位置的影響

（1）溶劑極性對ππ*躍遷的影響

π*

π*

π

能量E非

E極π27儀分紫外可見光譜（2）溶劑極性對n

π*躍遷的影響能量π*n

E非π*nE極溶劑效應—溶劑對吸收峰位置的影響28儀分紫外可見光譜

4.

體系pH值對吸收峰的影響在不同pH溶液中，分子的解離形式可能發(fā)生改變，其吸收光譜的形狀、max的位置和吸收強度都可能不同。29儀分紫外可見光譜3.2Lambert-Beer定律選定波長的入射光待測溶液

Ac？被測組分的含量透射光T30儀分紫外可見光譜3.2.13.2.2T,A,Lambert-Beer’sLaw

IrI0ItIa

I0=Ia+It+Ir

(1)31儀分紫外可見光譜3.2.13.2.2T,A,Lambert-Beer’sLawI0=Ia+It+Ir

（1）

I0=Ia+It

（2）

T=It/I0

（3）

A=-lgT

（4）如果在多組分溶液中，各組分間不存在相互作用，測得的吸光度具有加和性。這一性質是分光光度法測定混合組分的依據。32儀分紫外可見光譜3.2.13.2.2T,A,Lambert-BeerLawLambert定律描述了A與l的關系A=k′lBeer定律描述了A與c的關系

A=k″c

實驗證明，溶液對光的吸收程度(A)與c、l、λ有關。33儀分紫外可見光譜Lambert-BeerLaw

當入射光波長為特征吸收波長時，溶液對光的吸收程度只與溶液濃度和液層厚度有關。

A=kcl=-lgT=lgI0/It

(5)上式說明T與c,l

之間是指數函數的關系，當c增加一倍時，T降至T2；而A與c,l

之間是簡單的正比關系。34儀分紫外可見光譜3.2.3吸光系數k摩爾吸光系數吸光系數百分吸光系數K值物理意義：數值上等于吸光物質在單位濃度和單位厚度時的吸光度值。(A=

k

cl)K為特征常數波長溶劑溫度35儀分紫外可見光譜摩爾吸光系數（ε）

當l以cm

表示，c

以mol/L

表示時，k

稱為摩爾吸光系數，用ε表示。單位是L·mol-1·cm-1

。A=klc

A=εlc36儀分紫外可見光譜摩爾吸光系數與靈敏度ε是吸光物質分子的一個特征常數，可作為估量定量分析方法靈敏度的指標。ε越大，改變濃度而引起的吸光度的改變就越顯著，測定的靈敏度也就越高。如何提高摩爾吸光系數?分子結構測量條件37儀分紫外可見光譜吸光系數（a）

當c

以g/L

表示時，k

值稱吸光系數，單位是：L·g-1·cm–1

A=alc

ε=M﹒

a

（M為被測物摩爾質量g/mol

）

38儀分紫外可見光譜A1cm1%

(百分吸光系數)

一種吸光物質的百分濃度為1%（g/100ml）的溶液在1cm吸收池中的吸光度。

A=A1cm

1%

lcA1cm

1%=10a=10ε/M（6）39儀分紫外可見光譜例題用紫外-可見分光光度法測定Fe

，有下述兩種方法。A法：a=1.97X102L?g-1?cｍ-1;B法:ε=4.10X103L?mol?cｍ-1.問：何種方法靈敏度高？40儀分紫外可見光譜3.2.4偏離Lambert-BeerLaw

的因素偏離Lambert-BeerLaw

的因素主要與樣品(化學因素)和儀器（光學因素）有關。41儀分紫外可見光譜1.與測定樣品溶液有關的因素A=klc當c不變時

A與l之間的線性關系普遍存在A=klc當l不變時c

>0.01M

時,A與c的線性關系會發(fā)生偏差。吸收定律是一個有限的定律(1)濃度42儀分紫外可見光譜為什么在

c>0.01M

時,A與c的線性關系會發(fā)生偏差？當c>0.01M

時當c≤0.01M

時比爾定律在低濃度時正確，高濃度時受限。鄰近質點彼此電荷分布各組分之間的相互作用分子間的相互作用可忽略不計43儀分紫外可見光譜(2)溶劑

由于待測物與溶劑發(fā)生締合、離解及溶劑化反應，產生的生成物與待測物具有不同的吸收光譜，出現化學偏離。(3)光散射的影響當試樣是膠體或有懸浮物時，入射光通過溶液后，有一部分光因散射而損失，使吸光度增加，對BeerLaw

產生正偏差。44儀分紫外可見光譜

2.與儀器有關的因素Lambert-BeerLaw只適用于單色光。單色光：是由單色器從連續(xù)光譜中分離出的一小段波長范圍的復合光，不是絕對的單色光，有可能造成對比爾定律的偏移。譜帶寬度（bandwidth）：指具有某一波長范圍的光譜帶。45儀分紫外可見光譜入射光波長的選擇選用一束吸光度隨波長變化不大的復合光作為入射光進行測定（吸光物質最大吸收波長）。由于在此范圍內，吸光物質的吸光系數變化不大，對比爾定律造成的偏離較小，并能保證測定有較高的靈敏度。46儀分紫外可見光譜譜帶寬度對吸收定律的影響

圖示：AλAc譜帶A譜帶B譜帶A譜帶B?A1?A247儀分紫外可見光譜小結：

UV-Vis是分子價電子能級躍遷產生的；光譜區(qū)域在200～800nm；化合物紫外-可見光區(qū)電子躍遷的類型；影響紫外-可見吸收光譜的因素；Lambert-BeerLaw定律，吸光系數，偏離因素。48儀分紫外可見光譜課后參考書

1.《無機化學》，高等教育出版社，參考“化學鍵與分子結構”的內容。

2.《儀器分析》，復旦大學出版社，參考第二章“紫外-可見吸收光譜法”的相關內容。

3.《分析化學》，人民衛(wèi)生出版社，參考“紫外-可見分光光度法的基本原理和概念”的相關內容。課后練習:P503、5、9、1549儀分紫外可見光譜3.3

紫外-可見分光光度計

UV-Visspectrophotometer3.3.1

主要部件及作用3.3.2常用分光光度計類型及功能簡介3.3.3分光光度計的校正50儀分紫外可見光譜基本結構0.575光源單色器吸收池檢測器顯示51儀分紫外可見光譜3.3.2分光光度計類型簡介1.單波長分光光度計單光束分光光度計雙光束分光光度計2.

雙波長分光光度計52儀分紫外可見光譜1.

單波長分光光度計

單光束分光光度計

特點：從光源到檢測器只有一束單色光。53儀分紫外可見光譜

單光束分光光度計

不足：要求光源和檢測系統必須要有較高的穩(wěn)定性；每更換一個測定波長，都要用空白溶液重新校準。752型紫外-可見分光光度計54儀分紫外可見光譜

單波長雙光束分光光度計特點：在同一臺儀器中使用兩個完全相同的光束。55儀分紫外可見光譜雙光束分光光度計可自動掃描樣品溶液吸收光譜；消除光源強度不穩(wěn)引入的誤差；能減小放大器增益的漂移。

島津UV3101型吸光度測定吸收光譜掃描時間光譜掃描功能56儀分紫外可見光譜雙波長分光光度計

特點：

可將兩種不同波長的光交替通過同一樣品

溶液，得到這兩個波長下的吸光信號，再通過適當的信號轉換系統轉換為它們之間的吸光度差A。

A=Aλ1–Aλ2

光源57儀分紫外可見光譜雙波長分光光度計

優(yōu)點：不需要參比溶液；能夠減少背景吸收和干擾吸收以及光源電壓變化產生的影響；可用于相互有干擾的多組分混合物的分析。島津UV300型58儀分紫外可見光譜即使一臺性能良好的分光光度計，在正式使用前，也需要對儀器的性能指標如波長的準確度、吸光度的準確度以及吸收池的光學性能等進行校正。3.3.3

分光光度計的校正59儀分紫外可見光譜3.3.3分光光度計的校正波長校正：用鐠釹玻璃或鈥玻璃60儀分紫外可見光譜吸光度校正：用K2CrO4標準溶液3.3.3分光光度計的校正吸收池校正：在吸收池A內裝入試樣溶液，B內裝入參比溶液，測吸光度；洗凈、調換兩種溶液，再測吸光度。前后兩次測得吸光度差值應小于1%。61儀分紫外可見光譜3.4

分析條件的選擇

3.4.1

儀器測量條件3.4.2

反應條件的選擇3.4.3參比溶液的選擇3.4.4

干擾及消除方法提高方法的靈敏度和準確度62儀分紫外可見光譜

3.4.1

儀器測量條件

（儀器的測量誤差）

選擇合適入射光波長透光率讀數對測量結果的影響（選擇合適的吸光度讀數范圍）63儀分紫外可見光譜如何選擇合適入射光波長應用“最大吸收原則”，在此波長（λmax）下測定，吸光系數大，靈敏度高。當在最大吸收波長處有干擾物存在時，可根據“吸收盡可能大，干擾盡可能小的原則”選擇入射光波長。64儀分紫外可見光譜任何分光光度計都有一定的測量誤差。（這種誤差來源于光源、檢測器、顯示系統）這一誤差最終表現在透光率讀數T上，設為?T對同一臺儀器來說，?T是一常數。測量結果的誤差用?c/c來表示

。透光率讀數對測量結果的影響（選擇合適的吸光度讀數范圍）65儀分紫外可見光譜?c/c

與A、T

的關系

A=-lgT=εlc（1）

(-0.434/T)dT=εldc（2）

將（2）式代入朗伯-比爾定律，整理后得：

0.434

（3）TlgT

?c/c=

?T

66儀分紫外可見光譜?c/c與T、A

的關系?c/c

36.8%

T

?c/c=0.434

TlgT

?T0.434(A)min?T=0.5%67儀分紫外可見光譜1.

?c/c

取決于透光率T和透光率測量誤差?T的大小;當T=36.8%時(或A=0.434)，?c/c最小。2.當T讀數在70%～10%,即A

讀數0.15～1.0

范圍時,

?c/c

較小，并且變化不大。68儀分紫外可見光譜3.4.2反應條件的選擇

（可見分光光度法反應條件的選擇）顯色反應：使待測物與顯色劑作用，生成有顏色的化合物，顏色深淺與待測物濃度相關，在一定范圍內呈直線關系。A=εlc目的：使被測組分在所選擇反應條件下能有效地轉變?yōu)檫m于吸光度測定的化合物形態(tài)。69儀分紫外可見光譜對顯色反應的要求反應有較高的選擇性，生成物在紫外-可見光區(qū)有較強吸光能力。生成物組成恒定，與被測物之間必須有確定的定量關系，穩(wěn)定性好，顯色條件易于控制。對照性要好，顯色劑與生成物的最大吸收波長差別要在60nm以上。70儀分紫外可見光譜反應條件的選擇與控制（影響顯色反應的因素）

顯色反應：M+nRMRn

1.顯色劑用量：作吸光度隨顯色劑濃度變化曲線，選恒定吸光度值時的顯色劑用量。71儀分紫外可見光譜反應條件的選擇（影響顯色反應的因素）2.酸堿度的影響：介質酸度直接影響顯色劑離解程度，從而影響顯色反應的完全程度。

固定溶液中待測組分與顯色劑的濃度，改變溶液酸度（pH值），測定溶液A與pH的關系曲線，找出最適pH范圍。72儀分紫外可見光譜反應條件的選擇（影響顯色反應的因素）3.其他問題反應的時間、溫度、放置時間等。此外，加顯色劑和試劑的順序與實驗成敗有重要關系！73儀分紫外可見光譜反應條件的控制需注意的問題必須通過實驗確定顯色反應最適宜條件。對于已制定的比色方法，不應隨意更改條件。需要改變條件，或新建方法中要考察某一條件對顯色的影響時，可通過條件實驗，描繪吸光度-條件曲線，或不同條件下的吸光度-濃度曲線，從中選擇適宜條件。74儀分紫外可見光譜3.4.3參比溶液的選擇溶劑參比：待測試樣組成簡單，共存組分少且對測定波長幾乎無吸收，可用溶劑做參比。試劑參比：在不加樣品的條件下，加入所需試劑和溶劑。試樣參比：除不含顯色劑以外，其余成分都含有。平行操作參比：不含待測組分。75儀分紫外可見光譜3.4.4干擾及消除方法

干擾物的影響：干擾物本身有顏色或與顯色劑形成有色化合物；在顯色條件下，干擾物水解，析出沉淀使溶液渾濁；與待測離子或顯色劑形成更穩(wěn)定的配合物，使顯色反應不能進行。76儀分紫外可見光譜3.4.4干擾及消除方法

消除方法：控制酸度，提高反應的選擇性；選擇適當的掩蔽劑，但不能與待測離子作用；與待測物生成惰性配合物；選擇適當的測量波長；分離。77儀分紫外可見光譜3.5

紫外-可見吸收光譜的應用紫外-可見吸收光譜適用于不飽和有機化合物，尤其是共軛體系的鑒定，以此推斷未知物的骨架結構。利用紫外-可見吸收光譜進行化合物的定性鑒別，一般采用比較吸收光譜特征的方法。3.5.1定性分析（鑒別）78儀分紫外可見光譜3.5

紫外-可見吸收光譜的應用3.5.1.定性分析（鑒別）1.對比吸收光譜特征數據：λmax,ε或A1cm1%

79儀分紫外可見光譜3.5.1.

定性分析3.對比吸收光譜的一致性將試樣與已知標準品配成相同濃度的溶液，在同一條件下分別描繪吸收光譜，核對其一致性。例：醋酸可的松、醋酸氫化可的松與醋酸潑尼松三者有幾乎完全相同的λmax,（240nm）、ε（1.57×104）和A1cm1%

（390），但它們的光譜曲線有差別，據此可得到鑒別。81儀分紫外可見光譜3.5

紫外-可見吸收光譜的應用3.5.2

結構分析用于判別順反異構體和互變異構體（可以確定一些化合物的構型和構象）。82儀分紫外可見光譜3.5.3定量分析單組分定量方法

單組分：樣品溶液中含一種組分，或者在混合物溶液中待測組分的吸收峰與其他共存物質的吸收峰波長無重疊。紫外-可見吸收光譜常用于具有共軛體系的化合物定量分析，靈敏度高，檢出限低。83儀分紫外可見光譜(1)標準曲線法

標準曲線：配制一系列已知濃度的標準溶液，在與樣品測定條件相同的情況下，分別測定其吸光度。以吸光度為縱坐標，濃度為橫坐標作圖。

A

CxC0AC0Ax

84儀分紫外可見光譜

(2)

標準對比法

∵

A=klcA/c=kl

∴

AS/cS=AX/cX即:

cX=AX.csAS單組分定量方法同種物質、同臺儀器、同一波長，標準與樣品的k和l相等。方法簡便，但誤差較標準曲線法大。85儀分紫外可見光譜

（3）示差分光光度法(高吸光度示差法)

方法:1.采用濃度比試樣含量稍低的已知濃度的標準溶液作為參比溶液，調T100%；2.然后分別測標準溶液（其濃度必須大于參比溶液的濃度）和樣品溶液的吸光度?A；3.用比較法或標準曲線法求得樣品溶液的濃度。86儀分紫外可見光譜

（3）示差分光光度法以?A與?c做標準曲線，查得相應?cx。

c